舰艇火灾风险分析及消防能力评估

晁小雨，浦金云，侯 岳

(海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉430033)

0 引 言

现代舰艇内部结构复杂，易燃易爆物品多，一旦发生火灾，人员逃生、灭火救援的难度极大。通过对舰船进行火灾风险分析，辨识主要火灾危险源，并对危险源进行分级，可以有效认识到在舰船火灾中起重要作用的因素，从而为舰船的设计及日常消防管理提供理论依据，预防火灾的发生。张光辉等［1］通过事故树分析方法分析了舰艇火灾危险源，但缺乏一定的客观性。冯明初等［2］运用区域模拟方法，对全船火灾危险等级进行划分，但没有针对消防能力做出评估。层次分析法［3］具有定性与定量分析相结合的优点，可以简单有效地分析舰船火灾风险。本文对风险因子建立评估指标，结合通过层次分析法得到风险因子的权重，提出一个全船的消防能力评估模型。

1 舰艇火灾危险源辨析

1.1 火灾危险源定义与分类

郑红梅等［4］将火灾危险源定义为可能引起目标对象遭受火灾灾害影响的所有根源。火灾危险源通常分为第1 类火灾危险源和第2 类火灾危险源。第1 类火灾危险源为系统中存在的可燃物等可能意外释放的能量载体;第2 类火灾危险源为导致消除火灾或限制火灾失效的因素［5］。此外，由于舰艇火灾主要由舰员自救进行灭火，因此应还有第3 类火灾危险源，即指挥、组织管理中的不安全因素。

1.2 舰艇火灾危险源

第1 类火灾危险源分析如下:舰船上主要可燃物为燃油、滑油、污油、厨房用油、弹药及生活用品等。燃油舱溢出或渗漏的燃油接触到热表面会形成燃油蒸汽，一旦达到闪点就会发生火灾甚至爆炸。同样，管路如果破裂或连接处密封不严，使油料喷出或滴落，也有可能引发火灾。弹药舱内弹药自燃、由外界火灾引燃都等有可能引起弹药爆炸，大大增加了火灾危险性，难以进行灭火。

第2 类火灾危险源分析如下:火灾报警系统的故障可能导致无法在火灾初期发现火情，错过最佳灭火时间，从而使火势蔓延;在舰艇的结构防火方面，不合理的防火分隔可能会导致火灾蔓延到其他舱室;进行灭火时，灭火器材或系统故障或使用错误有时甚至会加重火灾的破坏效果。

第3 类火灾危险源分析如下:在灭火活动中，相关舰员操作失误、违反规章条令的操作和指挥人员的错误决定均可能使灭火失败。

2 舰艇火灾层次分析模型

2.1 建立层次分析模型

本文以舰艇火灾危险为目标层，将舰船火灾危险源转化为准则层及指标层因子，构造层次分析模型如图1所示。

图1 舰艇消防能力层次分析模型Fig.1 AHP model of warship fire-fighting ability

2.2 构造判断矩阵

将同一层次的因素进行两两比较，通过比较两者重要度的差异，构造出该层次的判断矩阵。判断矩阵有多种标度方法，通常用1～9 标度表示［6］。

表1 判断矩阵标度及其含义［7］Tab.1 The fundamental scale

2.3 权重计算与一致性检验

一致性指标CI 通常的计算方法为

平均随机一致性指标RI与矩阵阶数n的对应关系如表2所示。

表2 平均一致性指标Tab.2 Mean consistency index

随机一致性比率CR为一致性指标与同阶矩阵的平均随机一致性指标之比，即CR = CI/RI。当CR ≤0.1 时，判断矩阵的一致性检验通过，否则对判断矩阵修正。

3 风险因子评估指标与总体消防能力评估

3.1 风险因子评估指标建立

根据层次分析法，将方案层的因子作为消防能力好坏的评估指标。由于不同因子性能评估指标不同，因此需要建立一个通用的标准指标。具体而言，风险因子可以分为可定性评估因子和可定量评估因子。对于定性评估因子，按照能满足消防要求或规范的程度进行分级，具体分级与对应评分如表3所示。

表3 定性评估因子分级与评分Tab.3 Classification and grade of qualitative assessment factor

定量评估因子可进一步分为两类:1)可以参照相关国军标准进行量化评估，例如防火区域划分、消防栓保护面积等;2)可以依照经验或统计数据进行量化评估，例如燃料热释放速率、探测器响应时间等。此外，由于每个指标的量纲和特性不同，需要对指标进行无量纲处理。假设第i个指标的实际值为ti，该指标的标准值或经验最佳值为t，则对于以大为优的指标，其评估值pi为ti/t;对于以小为优的指标，其评估值pi为t/ti。

3.2 总体消防能力评估模型

假设某一指标层的得分为

结合权重计算，该准则层的评价得分为

某型舰艇总体消防能力评价得分为

其中，n1为指标层下风险因子个数;pi为第i个风险因子的指标值;Sj为第j个指标层的评价得分;n2为某一准则层下指标层的个数;Zk为第k个准则层的评价得分;T为舰艇总体消防能力得分。

4 算 例

4.1 权重计算

以某型舰船为例，通过专家评判，建立判断矩阵。经计算，其准则层及指标层的权重如表4～表8所示。

表4 准则层权重计算结果Tab.4 Pairwise comparison matrix for level 1

表5 指标层C1 计算结果Tab.5 Pairwise comparison matrix for level C1

表6 指标层C2 计算结果Tab.6 Pairwise comparison matrix for level C2

表7 指标层C3 计算结果Tab.7 Pairwise comparison matrix for level C3

表8 指标层C4 计算结果Tab.8 Pairwise comparison matrix for level C4

根据计算结果，在4个准则层中，消防装备(0.412 8)和结构防火(0.337 7)占有较大比重，而可燃物管理(0.140 6)和人员管理(0.103 5)所占权重较小。

在指标层中，器材配置、武器规避、耐火分隔、自动报警系统在重要度总排名中依次为前4 名，因此在舰艇设计阶段，应根据可能发生的火灾的类型、规模、增长方式等特性，重视合理配置消防器材的种类、数量，确保能够及时有效地灭火。

通风、油料管理、热源管理和指挥不力等指标层对目标层的权重均低于0.05，相对其他指标层因素较小。因此可以适当减少对这些风险因子的检查，将消防工作的重点转到重要度高的因子上。

4.2 风险因子指标计算

根据准则层权重计算结果，以人员管理为例，分析某舰艇的消防能力并计算各个风险因子指标值。根据训练及日常统计数据，得出风险因子指标值如表9所示。

表9 人员管理层风险因子指标值Tab.9 Risk factor of level C4

经计算，人员管理准则层的评价得分为0.085。对其他3个准则层下的风险因子分别通过上述方法进行评估，消防装备、结构防火、可燃物管理、人员管理得分依次为0.886 9，0.905 2，0.875 6，0.08 5，该舰艇综合消防能力评分为0.879 9。

5 结 语

本文在对舰艇火灾危险源进行辨识的基础上，建立了层次分析模型。分析结果表明，消防装备对发现和消除舰艇火灾有较大的影响。因此在舰艇设计阶段应考虑可能发生的火灾及其可能造成的损伤，以此作为依据，使消防装备能够满足灭火需求。通过将计算各个危险源的权重与风险因子的评价得分相结合，建立了一个较为系统的舰艇消防能力评估模型，以此可作为评价不同的消防方案对于同一舰艇能力好坏的依据。由于火灾发生及发展的不确定性，在下一步的工作中，还需对某些风险因子的评价指标做出更精细的认定。

［1］张光辉，浦金云，周瑞.舰艇舱室火灾危险源的分析和辨识［J］.海军工程大学学报，2014，26(2):104 -107.ZHANG Guang-hui，PU Jin-yun，ZHOU Rui.Analysis and identification of fire hazards in ship cabins［J］.Journal of Naval University of Engineering，2014，26(2):104 -107.

［2］冯明初，杨志青，仲晨华.用区域模拟方法评估舰艇火灾危险性［J］.武汉理工大学学报，2006，30(3):512 -515.FENG Ming-chu，YANG Zhi-qing，ZHONG Chen-hua.Evaluation of the fire hazard of naval ship in a zone fire model［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2006，30(3):512 -515.

［3］SATTY T L.The analytic hierarchy process［M］.Mc Graw Hill，Inc.New York，1990.

［4］郑红梅，陈国良，王玮，等.火灾风险评估相关概念辨析［J］.中国安全科学学报，2008，18(6):75 -79.ZHENG Hong-mei，CHEN Guo-liang，WANG Wei，et al.Discussion on the difference and similarity of some terms related to fire risk assessment［J］.China Safety Science Journal，2008，18(6):75 -79.

［5］孙占辉，姚斌，孙金华.火灾场景设计与火灾危险度分析在火灾性能化设计危险源危险源辨识中的应用［J］.火灾科学，2004，13(2):106 -110.SUN Zhan-hui，YAO Bin，SUN Jin-hua.Application of design fire and fire hazard degree analysis in hazard identification of performance -based fire protection design［J］.Fire Safety Science，2004，13(2):106 -110.

［6］赵焕臣，许树柏，和金生.层次分析法——一种简易的新决策方法［M］.北京:科学出版社，1986:9 -24.

［7］刘铁民，张兴凯，刘功智.安全评价方法应用指南［M］.北京:化学工业出版社，2005:15 -38.