基于AHP法的大型舰船飞行甲板的火灾风险评价模型＊

2014-11-23

舰船电子工程 2014年3期

（海军工程大学指挥自动化系武汉 430033）

1 引言

火灾一直是舰艇安全的主要威胁［1～3］。火灾所带来的人员和经济损失是最为惨重的。1967年福莱斯特航母上发生的大火造成134 人死亡，21架飞机被毁，43架严重受损，损失近50亿美元［4］。同时，火灾是大型舰船的频发事故之一。自二战以来，美军的大型舰船平均每三年就会发生一次火灾［4］。

当今火灾安全学科方面，虽然国内对于化工业、采矿业、建筑类以及民用运输工具等［5～8］火灾风险评价的研究正方兴未艾，但对于大型舰船飞行甲板的火灾风险评价较少涉及。作为拥有世界上拥有大型舰船数量最多的国家，美国海军针对大型舰船曾发生的火灾事故进行了大量的调查和实验，并提出了相应的改进措施［9～12］，但对于火灾风险评估方法的研究却很少提及。而国内这一领域的研究较为薄弱，主要表现在：对于船舶火灾的研究基本为对指标体系建立的研究［13］；对于大型舰船飞行甲板火灾风险的研究［14～16］多局限于研究甲板的消防系统，不够全面、系统和深入。

在众多火灾案例中，大型舰船的飞行甲板是火灾的多发场所，也是本文的主要研究对象。本文结合美军航母的火灾事故报告［9～12］，对火灾因素进行分析，建立了大型舰船的飞行甲板风险评价指标体系。同时综合在指标体系中存在定性与定量指标共存，并且部分指标难以量化的特点，采用层次分析法建立一套较为可行的风险评价模型。

2 建立大型舰船飞行甲板火灾风险评价指标体系

火灾风险评价的主要目标是保证生命安全和财产安全。因而大型舰船飞行甲板上火灾发生后如何有效保证人员和财产的安全是建立本评价指标体系的主要出发点。通过文献［4］的分析，总结出为飞行甲板的被动防火能力、主动灭火能力以及安全管理水平为影响大型舰船飞行甲板的主要因素。

表1 大型舰船飞行甲板火灾风险评价指标体系

飞行甲板的被动防火能力指的是大型舰船建造阶段应对火灾的规划设置，它是火灾发生后不考虑灭火能力飞行甲板自身承受火灾破坏能力的体现。被动防火能力主要从结构防火和疏散设置两个方面体现。考虑所研究的对象是一个开阔空间，因而结构防火不存在竖直防火分区；且由于大型舰船的火灾载荷是一定的，未有较强的可比性，因而在此不设为指标体系中的指标；飞行甲板的主动灭火能力指的是在火灾发生后可以有效扑灭火灾控制火势的能力。它包括灭火系统、火灾信号系统及损管队能力；飞行甲板的安全管理水平是影响火灾发生后灭火效率和减少人员伤亡率的重要因素，主要分为甲板上人员及管理制度。

本文从被动防火能力、主动灭火能力、安全管理水平这三个因素中选取指标，建立起一个由3个一级指标以及对应7 个二级指标、26 个三级指标组成的大型舰船火灾风险评价指标体系。如表1所示。

3 建立基于AHP法的风险评价模型及实证分析

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP法）是美国运筹学家，匹兹堡大学的A．L．Saaty教授于20世纪70年代提出的一种定性分析和定量分析相结合的系统分析方法。层次分析法利用矩阵运算的科学方法，对于多个子系统和多因素进行综合评价，将所研究分析的系统风险状况进行综合评价，使主观判断变为客观描述，使得系统复杂层次指标难以定量的问题得到解决，增加了风险评价的可靠性和科学性。针对本文所研究的对象而言，指标体系中的许多指标难以定量评价，因而层次分析法这一成熟的评价方法可以较为有效地对大型舰船飞行甲板的火灾风险进行评价。

3．1 参数权重

由于本文中所提及的指标很难得到基本的数据参数，因而采用专家打分法进行打分。打分主要依据成熟的Saaty的1～9标度法对重要性程度进行赋值。由于AHP法的使用较为成熟，本文以灭火能力中的损管队灭火水平这一二级指标为例，以其三级指标构造比较判断矩阵。

此判断矩阵得出W＝（0．106，0．633，0．249）T，λmax＝3．039，CI＝0．0195，RI＝0．58，CR＝0．003＜0．1。通过一致性检验。其他各级指标的判断矩阵的构造类似因而不一一列举，通过构造的判断矩阵，得出的各级指标的权重为

WO＝（0．333，0．333，0．333）T；

WA1＝（0．750，0．250）T；

WA2＝（0．500，0．500）T；

WA3＝（0．500，0．500）T；

WB1＝（0．667，0．333）T；

WB2＝（0．500，0．500）T；

WB3＝（0．200，0．120，0．160，0．140，0．180，0．100，0．100）T；

WB4＝（0．406，0．406，0．094，0．094）T；

WB5＝（0．106，0．633，0．249）T；

WB6＝（0．406，0．406，0．094，0．094）T；

WB7＝（0．683，0．199，0．117）T。

以上的各级指标的判断矩阵经过一致性检验，所有的CI都小于0．1，因而不需要改变参数。

3．2 评价因素及测度

由于大型舰船的飞行甲板是一个开阔的复杂系统，因此指标复杂难以定量打分并得以评价是我们在评价中所面临的重要问题。各级因子由于其自身特性，很难单一地给出评分标准，即评分因素的测度。本文针对所研究的评价所表达的不同涵义，通过研究所需评价三级之指标的属性特性，进行评价指标的规范化处理，并确定其测度。如表2所示。

表2 大型舰船飞行甲板的火灾风险评价因素及分值

续表1

3．3 合成权重系数

本文所建立的三级指标，皆为准则层指标。底层因素的合成权重W，则有三级准则层指标（WX，WY，WZ）得到。底层因素合成权重系数的计算公式为

在专家给出底层因子即第三级指标的相应的评分后，与合成的权重系数相乘，并将每项求和，计算可得到火灾风险值R，参照表3，可对照出大型舰船飞行甲板的火灾风险等级，达到风险评价的目的，为火灾风险的控制提供理论依据。

表3 大型舰船飞行甲板的火灾风险程度

3．4 风险评价模型的应用

对于大型舰船飞行甲板的火灾风险评价，所遵循的一般步骤，即构造判断矩阵并对其进行一致性检验，在通过检验后，对准则层的元素进行赋值，从而通过计算得出火灾风险的评估值。本文中主要以尼米兹级航母飞行甲板的火灾风险评价为例，通过专家打分，对三级指标进行赋值，如表4所示。

通过上文所建立的大型舰船飞行甲板的火灾风险评价模型对该大航母的飞行甲板进行初步的分析评价研究，通过一系列的计算，研究分析结果显示，该航母飞行甲板的火灾风险评估值为5．351，即该航母飞行甲板的火灾风险为中等风险，火灾的风险性较大。根据研究结果，应注意AFFF软管站和水龙带接口的设备配备和定期检修，从而提高灭火有效性；便携式AFFF灭火装置的配备和摆放需要按时检查，才能保证能够在有效时间内灭火，提高应急灭火能力；损管队人员的灭火联动能力需要很大程度的提高，才能从根本上提高灭火效率；提高安全疏散标志明晰度，从而提高人员疏散水平；甲板上人员的安全意识需要在平时和演习训练中共同加强提高，使得人员疏散井然有序，从而减少不必要的人员损伤。

表4 尼米兹级航母飞行甲板的火灾风险影响参数评分值

4 结语

本文中，通过对美军航母的火灾事故史实的研究，将影响大型舰船飞行甲板火灾风险的各类因子进行分类，并运用层次分析法，得出其风险参数的权重和分值，建立了大型舰船飞行甲板的火灾风险评价模型。在此基础上，选择案例，并实现了初步应用。

大型舰船飞行甲板的火灾风险评价研究虽然在当今较少涉及，其庞大而复杂的系统也为风险评价带来了一定的难度。但火灾不仅是一门较为复杂广泛的学科，同时为大型舰船生命力的整体的维护和保障带来了巨大的挑战。本文希望通过成熟的AHP法建立一个较为可靠的风险评价模型，进一步地加强对大型舰船飞行甲板的火灾风险控制，为完善大型舰船的安全保障体系作出一定贡献。

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