基于灰色關聯分析法的電氣火災事故統計分析

王 帥

咸陽市消防救援支隊，陜西 咸陽 712000

0 引言

火災作為一種災害現象，其發生與發展可能會帶來巨大的財產損失和人員傷亡。2018年我國電氣火災占到了總火災起數的34.6%，其中較大火災占比55.2%。如江蘇常熟“4·15”民房火災，造成5人死亡，4人受傷，起火原因為電路故障；哈爾濱北龍溫泉酒店“8·25”火災，造成20人死亡，20多人受傷，起火原因為風機盤管機組電氣線路短路形成高溫電弧，引燃周圍塑料綠植裝飾材料并蔓延成災[1]。不難看出，電氣火災事故的發生，嚴重危及人民的生命安全，因此分析電氣火災事故與多因素之間的關系，對預防電氣火災事故具有參考作用。

目前，關于電氣火災事故的評估方法主要有層次分析法、神經網絡法、模糊綜合評價法、灰度關聯分析法等。馬曉霞[2]采用層次分析法和熵值法計算得到電氣火災危險性評估指標體系的指標權重，采用雷達圖展示了電氣火災危險性級別。Rose-Pehrsson等[3]采用概率神經網絡法提高火災預警探測系統的敏感性。田樹仁[4]采用神經網絡法處理電氣線路的信號，得到電氣火災發生的概率。王君莉[5]采用模糊灰色聚類法建立電氣火災評估模型，快速有效地評估煤礦電氣火災風險。景國勛等[6]運用灰色關聯分析法計算出電氣等因素與火災事故之間的關系。

灰色關聯分析法與其他評估方法相比，具有步驟簡單、對數據要求較低等優點，適用于數據量較少的評估。本文根據2015—2018年《中國消防年鑒》中電氣火災事故相關數據，運用灰色關聯分析法分析起火原因、起火時間與直接損失之間的關系，探究系統內部因素關系的強弱程度，找到影響電氣火災直接損失的主要因素，為電氣火災的預防工作提供依據。

1 灰色關聯分析法

1.1 基本原理

灰色關聯分析法是灰色系統理論中的一種方法，是信息不完全確知的系統，即部分信息已知，部分信息未知的系統[7]，灰色關聯即不確定關聯，指系統內的因子和因子之間、因子和系統之間關系的不確定性。灰色關聯分析法的基本思想是根據序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯系是否緊密，曲線越接近，相應序列之間的關聯度就越大，反之越小[8]。通過對灰色關聯度進行計算，對系統內部因素量化和定性評價，分析內部各因素之間的關系強弱和相關程度。

1.2 計算步驟

1.2.1 確定參考序列和比較序列。設參考標準為j級，評價因子k個，樣品總數i個，則參考序列記為xi(k)和yi(k)，比較序列記為Zi(k)(i=1，2，…，m；k=1，2，…n；j=0，1，2，…，t)。其中，xi(k)、yi(k)表示第i個樣品中第k項評價因子的實測值，Zj(k)表示第j級參考標準中第k項評價因子的取值。

1.2.2 原始數據標準化處理。先對原始數據進行無量綱規范化處理，消除量綱使其具有可比性，再進行灰色關聯分析計算。常用的無量綱規范化處理有初值化法、標準化法、區間值變換法和均值化法[9]。通過文獻查找，標準化(規格化)法處理會得到更合理的效果，本文采用該方法用每個因素減去每行均值除以標準差，計算公式為：

(1)

1.2.3 計算差序列△ij(k)、兩級最大差值和兩級最小差值。計算公式為：

△ij(k)=∣xi(k)-yj(k)∣

(2)

△max=max(j) max(i) △ij(k)

(3)

△min=min(j) min(i) △ij(k)

(4)

1.2.4 計算關聯系數，即求第i個比較序列和參考序列對應的第k個指標的相對差，計算公式為：

(5)

式中，ξij(k)為xi和yi對Zj的關聯系數；ρ為分辨系數，取值范圍為0～1，通常取ρ=0.5。

1.2.5 關聯度表示各數據間的關聯程度，計算公式為：

(6)

2 電氣火災灰色關聯度分析

2.1 數據來源

根據2015—2018年《中國消防年鑒》中統計數據，有關電氣火災的起火原因和火災24小時分布情況見表1。電氣火災起火原因有電氣線路故障、電氣設備故障、電加熱器具火災和其他4種，電氣火災起火時間從0點開始按每2 h的間隔劃分，分為12組。利用灰色關聯分析法分別對起火原因和起火時間對電氣火災直接損失的關系進行分析，進而明確影響電氣火災直接損失的主要因素。

表1 2015—2018年全國電氣火災起火原因、起火時間和直接損失情況

2.2 計算過程與結果

為充分全面地考慮各因素對系統的影響，分別研究電氣火災起火原因和起火時間與直接損失的關系。以2015—2018年的全國電氣火災直接損失數據為參考樣本序列，以電氣火災起火原因和起火時間為比較序列，分別計算出各自對應的關聯系數和關聯度，并分析得出結果。以電氣火災起火原因作為比較序列為例，按照上述步驟進行計算：

列出參考序列與比較序列構成的矩陣，矩陣第1列為參考序列，第2到第5列為比較序列，矩陣如下：

[187993.2183815.5190360.5158627.9

66884623816990862461

23881245223089826376

5290533758105060

1222712294104416556]

再對原始數據進行標準化處理，使數據無量綱化以消除不同數量級對結果產生的影響，結果為：

(8)

求差序列和兩級最大、最小差值，結果為：

[△ij(k)]=

[0.17301.18140.59230.7621

1.56320.91890.80691.6752

0.94700.36400.77310.5380

0.15520.59460.79930.0495]

△max=max(j) max(i) △ij(k)=1.6752

△min=min(j) min(i) △ij(k)=0.0495

記xi(k)的關聯系數為ξ′，關聯度為r′，計算關聯系數和關聯度，得：

[0.87780.43940.62040.5545

0.36950.50500.53940.3530

0.49710.73830.55070.6449

0.89350.61940.54191.0000]

(11)

根據同樣的方法計算電氣火災起火時間與直接損失的關聯度，記yi(k)的關聯系數為ξ′′，關聯度為r′′，得：

[0.54370.44660.52380.4609

0.71910.45390.56800.5456

0.66190.39780.56300.4448

0.76310.49080.58510.6101

0.64250.69260.59580.7565

0.63110.61290.56990.6842

0.67670.50130.56070.5921

0.73230.52120.58200.6385

0.59050.62840.55860.6690

1.00000.69490.74890.9061

0.58720.73810.58390.7434

0.53690.56500.52820.5749]

(13)

3 分析與討論

3.1 電氣火災起火原因和直接損失的關聯度

由式(11)可知，電氣火災引發因素繁多，與電氣火災直接損失關聯度最大的是其他原因，其次才是常見的電氣線路故障、電加熱器具火災和電氣設備故障。一是體現出電氣火災原因的復雜性，電氣火災的發生往往由多方面的影響共同造成，調查工作有時并不能夠得到確切的結果或者不能歸因于后三種具體因素，這也與我國火災的調查和統計有關；二是說明其他原因的火災危害性非常大，需要得到足夠重視。電氣線路故障包括線路的短路、過載、接觸電阻過大等，電氣線路分布范圍廣，線路故障引起的火災對房屋建筑及人身傷害大[10]，從而與電氣火災直接損失關聯度較高。電加熱器具在使用過程中溫度高、功率大，安全防范意識差或粗心大意，使電加熱器具與易燃物質接觸或安裝不規范，都會造成嚴重的火災危害。電氣設備故障引發的電氣火災與直接損失關聯度最低，這是由于正規廠家生產的電氣設備在正確使用和維護下，可以一定程度避免事故的發生[11]，但還是存在安全防范意識不夠，不能正確使用、嚴格管理并定期維護設備等情況造成火災的發生。

3.2 電氣火災起火時間和直接損失的關聯度

由式(13)可知，與直接損失關聯度高的、排名前三的時間段依次為18—20時、8—10時、20—22時，這與用電高峰期大致相符。同時，從整體上看，關聯度大的時間段與電力部門統計的一天的用電高峰期也大致相符合，即7時至23時。從這些數據可以看出，工業用電和生活用電高峰期發生電氣火災從而造成直接損失的概率最大，在這些時間段，要重點對電氣設備進行安全維護和故障排查工作，防患于未然。4—6時、0—2時這兩個時間段發生的電氣火災與直接損失關聯度最小，表明這段時間發生的電氣火災造成直接損失的概率小，但在此時間段人們常常處于睡眠狀態，一旦發生火情，難以對火災作出有效應對，危及人身安全，同樣需要得到重視。

4 結論

通過運用灰色關聯分析法計算2015—2018年電氣火災起火原因、起火時間與火災直接損失的關聯度，主要得到以下結論：(1)電氣火災起火原因與直接損失之間的關聯度從大到小排列為其他原因、電氣線路故障、電加熱器具火災、電氣設備故障。(2)電氣火災起火時間與直接損失之間的關聯度大小順序為18—20時、8—10時、20—22時、10—12時、14—16時、6—8時、16—18時、12—14時、2—4時、22—24時、4—6時、0—2時。(3)電氣火災的發生往往由多方面的影響共同造成，其他原因的火災危害性非常大，需要得到足夠重視。