基于集成DEMATEL/ISM方法的東北林區貯木場火災風險研究

李奇，薛偉，張華超,2

(1.東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040；2.吉林省白河林業局，吉林 延邊朝鮮族自治州，133000)

0 引言

貯木場是林場內木材原條裝運、卸貨、選材和造材的主要場所，其中存在大量木材原條、枝條、板材及其加工剩余物。由于貯木場地屬林區，春秋季節風速大，加上場內設備長時間高速運轉、管理方式的疏漏都可能成為貯木場火災發生的不確定因素。貯木場一旦起火，其內大量的可燃物使火災在很短時間內變得無法控制，從而對人身安全和經濟造成極大的損失。近年來，國內外學者也逐漸開始對貯木場火災風險和火災預防的實施方法展開研究，薛偉等[1]采用層次分析法對東北林區貯木場的火災安全等級評定做出研究，建立出完整的火險安全體系；耿志偉等[2]利用可拓層次分析法對東北林區貯木場進行研究，從而建立火災風險指數體系。以上對東北林區貯木場火災風險的研究多為分析各因素的影響比重，以此建立火災風險模型，但迄今為止還未有學者研究各火災影響因素間內部聯系及各因素之間的相互影響關系對火災風險的整體影響。決策實驗室分析法(Decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL)通過系統中各影響因素之間的邏輯關系和直接影響矩陣，可以計算出每個因素對其他因素的影響度以及被影響度，從而計算出每個因素的原因度與中心度，作為構造東北林區貯木場火災風險預測模型的依據，從而確定因素間的因果關系和每個因素在系統中的地位[3]。解釋結構模型法(Interpretative structural modeling method，ISM)可以將各個因素之間的關系通過二維圖形表現出來，以最直觀的拓撲圖的方式表達事物各因素的聯系。

基于以上分析,使用集成DEMATEL/ISM方法,綜合考慮東北林區貯木場消防風險影響因素的模糊性與交互性,構建貯木場消防安全影響因素分析模型,確定東北林區貯木場消防風險影響因素的重要程度與邏輯結構，為東北林區貯木場消防風險評估模型的建立與有效消防風險的管控和監督提供理論依據。

1 集成DEMATEL/ISM方法

結合DEMATEL/ISM 2種方法的特點，利用DEMATEL方法計算結果并引入閾值λ，獲得ISM方法所需的可達矩陣, 進而建立因素的解釋結構模型，使因素間的邏輯結構劃分更為直觀清晰，便于分析決策[4]。

1.1 建立直接影響矩陣

根據研究對象確定影響指標集A，劃分指標間相互影響程度的等級標度L和對應量值，量化分析要素間的相互影響作用，建立要素間的原始直接影響矩陣。

(1)

式中：A為直接影響矩陣；m和n為影響因素；a為n因素對m因素影響程度。

若運用專家調查法獲得R個直接影響矩陣,則利用均值法進行數據處理,如公式(2)所示。

(2)

式中：R為直接影響因素個數；i和j為直接影響矩陣的行列數。

1.2 規范化直接影響矩陣

對矩陣A進行規范化

(3)

1.3 求解綜合影響矩陣

綜合影響矩陣通過公式(4)計算。

T=A′(I-A′)-1=(tij)n×n。

(4)

式中：T為綜合影響矩陣；I為單位矩陣。

1.4 計算影響度、被影響度、原因度和中心度

根據公式(4)求得的綜合影響矩陣計算影響度、被影響度、原因度及中心度，影響度和被影響度分別指該因素影響其他因素的能力和受影響的情況。原因度表示該因素在體系中的重要性，中心度的正負是區分原因因素和結果因素的根據。影響度Bi、被影響度Di、原因度Ei和中心度Fi的計算公式依次如公式(5)—公式(8)所示[7]。

(5)

(6)

Ei=Bi-Di,(i=1,2,...,n)。

(7)

Fi=Bi+Di,(i=1,2,...,n)。

(8)

式中：tij為各因素影響程度

1.5 繪制因果圖

以中心度為x軸,以原因度為y軸,建立平面直角坐標系，繪制各因素點，形成因果圖,并結合象限確定法,對影響因素屬性與重要程度進行分析。

1.6 計算可達矩陣

(1)立整體影響矩陣H

H=I+T=(hij)n×n。

(9)

(2)確定閾值λ

λ=α+β。

(10)

式中：α為均值；β為標準差。

λ取值的選取大多根據專家經驗,主觀性強,而用基于統計分布的均值與標準差之和代替更具有客觀性,可降低主觀性影響。

(3)確立可達矩陣M

(11)

1.7 建立層次遞階模型

對可達矩陣進行分解,確定影響因素的可達集X(Ci)、先行集Y(Ci)，進而依次分級獲得東北林區貯木場消防安全影響因素的層級結構，最終建立閾值下的解釋結構模型。

X(Ci)∩Y(Ci)=Z(Ci)。

(12)

2 建立東北林區貯木場風險因素體系

據東北林區貯木場的生產特點與火災特性，基于德爾菲法，結合系統論、事故致因理論和危險源理論等[5-7]，從人員、設備、可燃物、環境和管理5個方面提取17個東北林區貯木場消防風險影響因素,如圖1 所示。影響因素釋義見表1。

表1 各影響因素詳細釋義

圖1 火災風險影響因素圖示

3 貯木場消防安全影響因素分析

3.1 建立DEMATEL分析模型

(1)各因素對其他因素的影響根據影響性等級由強到弱分為L1—L8，見表2。

表2 影響等級標度表

根據專家調查法，得到東北林區貯木場17個影響因素的直接影響矩陣A，見表3。

表3 直接影響矩陣A

(2)根據公式(5)—公式(8)，可計算得各因素影響度、被影響度、中心度和原因度。根據原因度大小計算各影響所占權重見表4和表5。

表4 各影響因素的計算值

表5 各影響因素權重比

(3)繪制因果圖。根據表4可得因果關系圖的橫坐標及縱坐標分別為中心度Fi及原因度Ei，如圖2所示。

圖2 因果關系圖

3.2 建立ISM模型

根據綜合影響矩陣的均值及標準差可得λ=0.131+0.048 8=0.179 8。按照公式(9)—公式(11)獲得可達矩陣M，運用公式(12)獲得東北林區貯木場消防風險因素的多級ISM模型，如圖3所示。

圖3 多級ISM模型

3.3 結果分析

(1)原因度分析。根據公式(11)可知，原因度大于0為原因型因素，反之則為結果型因素的原則，東北林區貯木場消防風險因素包含8個原因因素和9個結果因素。按照原因度大小，原因因素依次為：C14濕度、C13氣溫、C12風速、C1工作人員人數、C8木材儲存量、C4設備種類及數量、C11木材含水率、C16消防知識培訓投入。結果因素依次為：C3工作人員防火技能、C2工作人員防火意識、C9加工剩余物存放情況、C15消防設施完好性、C5消防設施完好性、C7設備使用年限、C6設備養護周期、C10加工剩余物存放情況、C17防火巡邏周期。

從原因度結果可知，影響貯木場火災風險的原因型因素由環境、可燃物、人員、設備和管理因素共同構成，這些因素相互影響相互制約，對東北林區貯木場火災的發生起主導性作用,其中原因度前4位由大到小排列分別為：C14濕度、C13氣溫、C12風速及C1工作人員人數，其中包括所有的環境因素，由ISM模型可知，屬于根源影響因素與深層影響因素。濕度、氣溫、風速為非人為因素，皆屬不可控因素，造成影響的能力也是非常巨大,在惡劣環境條件下，火災風險直線上升，因此對環境因素的監控也是重中之重，可在貯木場內多處安裝傳感器，在風速大、溫度高和干燥的情況下，提高對其他可控因素的控制，盡可能降低火災風險。

結果型因素由管理、人員、可燃物和設備因素構成，這些因素是火災發生的主要原因，對火災的預防起重要作用。其中管理因素C15消防設施完好性、C17防火巡邏周期為表層影響因素與中層影響因素，受其他因素影響較大，是貯木場火災發生的直接原因。貯木場的管理方式對于貯木場起火有直接的責任，其中包括防火設施的完好程度、貯木場的管理者對于員工防火知識、防火工具使用、火災危險程度的教育投入和巡邏人員對隱藏風險的把控。以上風險可通過嚴格的監管制度將其減低，如定期檢查設備，并引進最先進防火設備；加大對員工防火知識技能培訓，并可請當地消防員手把手教工人們如何防火、救火，并每個月對員工進行考核；加大防火巡邏力量，如指派多名員工不間斷對貯木場進行巡邏，如發現火源，從源頭撲滅，可把損失降為最低。

(2)中心度分析。中心度反映了各影響因素在消防風險體系中的重要性。按照中心度從大到小進行排序依次為：C8、C4、C16、C1，在8個原因因素中排前4位,其中包含可燃物、設備因素和人員因素,說明貯木場內對設備及可燃物的看管和存放是預防貯木場起火的關鍵，同時也要加強對人員的控制，才能有效降低貯木場起火的概率?？扇嘉镆蛩貫橹行亩茸畲笠蛩兀腔馂牡脑搭^,因此為最重要因素，對于可燃物的存放也是預防火災的關鍵一步。

C9、C5、C10、C17的中心度在9個結果因素中排前4位,其中對工作人員防火意識和能力是降低火災風險的基礎,提高工作人員的意識和防火能力可以有效地提高整個貯木場的防火氛圍，如在貯木場內多處放置提醒標語，讓安全成為員工隨時隨地提供防火意識；對員工防火技能的培訓也是貯木場內防火的重點，在培訓時確保每個員工能實際操作，對各種防火報警設備及滅火設備的使用做到熟練，并聘請有經驗并具有消防安全證的人員作為保衛處領導，帶領員工做到時時刻刻把安全放到第一位。

(3)因素邏輯關系分析。根據ISM模型可將影響貯木場火災的17個因素分為5個等級，第一級為表層影響因素，這些因素往往是導致火災事故發生的直接原因，分別為C5、C8、C9、C10、C16、C17，其他因素通過影響這6個因素從而影響火災發生的風險。第二級和第三級為中層影響因素，分別為C6、C15、C2、C3、C4、C7、C11，以上因素通過工作人員素質、設備使用情況和管理力度影響火災發生的可能性，是貯木場引發火災事故的間接原因。C1、C13、C14為深層影響因素，C12為根源影響因素，以上因素是貯木場消防的基礎，是火災發生的根本原因。

4 貯木場實際火災風險預測

4.1 貯木場情況調查

本文以吉林省白河林業局寶馬林場貯木場(123°40'～131°E，41°～44°30'N)為研究對象，根據以上模型對其火災風險進行研究。實驗數據為2019年9月18日—9月25日對寶馬林場貯木場內一周內的工作及環境進行考察后得出。考察前，將多組測量風速、氣溫、濕度的傳感器放置于林場內間隔50 m的監測點。分別記錄該貯木場不同時刻工作人數、木材及其剩余物情況、巡邏情況及設備運轉情況。并詢問該廠廠長每年對設備的養護及使用情況、每年對工人的培訓情況。最后向工人們發放消防知識及火災處理問卷，對工作人員處理突發火災的知識進行測試。將各個影響因素分為5個等級，具體分級情況及對貯木場一周調查結果見表6。

表6 貯木場各因素火災風險評級及調查結果

4.2 貯木場火災風險預測

通過本次現場調研，對寶馬林場貯木場進行了為期一周以天為單位的火災風險預測。結果發現，本周火災風險最高的一天為9月19日，該日氣溫24 ℃，風速為8.14 m/s，空氣濕度為65%。根據以上火災風險評級和各因素對整體火災風險影響權重表可計算得該日火災風險評級得分為3.029，風險等級為中風險。本周火災風險最低的一天為9月25日，該日氣溫為16 ℃，風速為3.2 m/s，空氣濕度為72%，火險評級得分為3.25，風險等級為中風險。

根據以上調研結果，可以得出結論，寶馬林場貯木場在秋季火災發生的風險為中風險，驗證了上述模型的可行性。由表6數據可以得出，寶馬林場貯木場為小規模林區貯木場，人員設備偏少，在東北林區秋季火災高發期，評分可穩定為3～3.5。在此期間貯木場可做出以下調整來減少火災發生的概率：首先可降低同時在崗人數，從而減少設備運轉時間，貯木場可在高危季節對人員做出調整，減少木材加工人員，并且增加火災巡邏人員；其次，可預防性地準備水車及消防車，以便發生火災時進行及時撲救，以免錯過火災控制最佳時機；最后，可在高危季節進行火險預防宣傳活動，對員工進行防火措施教育，進而預防火災的發生。

5 結論

(1)東北林區貯木場防火影響因素可分為5個方面：人員、設備、可燃物、環境、管理。其中可燃物因素所占影響權重最大，可達25.64%；將這5個方面分為17個影響因素，其中木材蓄積量占有最大影響比重，可達7.45%。

(2)影響東北林區貯木場火災風險的17個因素中有：8個原因因素，這8個原因因素是火災發生的支配性原因；9個結果因素，對預防火災發生有較重要的意義。其中木材蓄積量、設備種類及數量、防火培訓投入和工作人數是原因因素中影響最大的4個因素，直接影響貯木場火災風險發生概率；木材加工剩余物存放方式、設備連續工作時長、木材存放方式及防火巡邏周期為結果因素中影響度最大的4個因素，是引起貯木場火災的直接原因。

(3)為驗證該模型的實用性，本文以寶馬林場貯木場為研究對象，現場測量了一周的火災因素參數，通過該模型計算后發現，寶馬林場在該周內火災風險為中風險，進而提供預防措施來降低該周火災發生概率。因此得出該模型可用于預測東北林區貯木場火災風險。