基于因子分析的石化火灾固定消防设施有效性分析

陶钇希,夏登友,朱 毅

(中国人民警察大学，河北 廊坊 065000)

2012—2017年，全国年均石化火灾发生起数由97起上升到950起，火灾的数量、规模和财产损失不断增加。石化火灾初期阶段，固定消防设施能否有效发挥作用对控制火势发展和蔓延至关重要。目前，学者对于固定消防设施有效性的研究主要集中在民用建筑方面，且普遍采取定性分析方法进行研究。由于石油化工火灾的突发性和复杂性，对其固定消防设施的有效性研究较少，尤其是缺乏深入的定量分析。本文选取石油化工企业8类固定消防设施，考虑各类设施之间的相关性，采用因子分析方法对筛选后的73起重特大石化火灾扑救过程中的有效性进行分析。通过提取公因子，在考虑各类设施关联性的基础上，实现对各类设施的有效性排序，进而提出有针对性的改进措施。

1 数据来源

本文所分析的73起重特大石油化工火灾中的固定消防设施的相关信息来源于2000—2017年公开出版的《中国消防年鉴》《中国火灾统计年鉴》以及“中国化学品安全网”等提供的数据。根据现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》《石油库设计规范》[1-2]，本文选取的8类石油化工企业固定消防设施，分别是火灾探测系统、室内消火栓系统、室外消火栓系统、固定泡沫灭火系统、半固定泡沫灭火系统、固定消防水炮、储罐喷淋冷却系统和气体灭火系统。

2 数据分析及结果

2.1 因子分析的条件

因子分析法是通过对多项指标相关系数矩阵的内部结构进行探究，找出能够反映所有指标项信息的少量几个主成分因子。同时，将相关性强的几个原始指标归在同一类中，每一类成为一个新的因子，从而实现指标的降维[3]。

2.1.1 计算相关系数矩阵。通过计算8类固定消防设施的相关系数矩阵，可以发现相关系数绝对值大于0.3，说明8类系统之间具有较强的相关性，可以提取公因子。

2.1.2 KMO检验和Bartlett球形度检验。KMO检验用于研究变量之间的偏相关性，其适切性量数值越接近1越适合做因子分析，小于0.6则不宜做因子分析，Bartlett球形度检验用于检验变量之间的相关性，显著性小于0.01则相关性较好[4]。通过KMO检验和Bartlett球形度检验，发现KMO取样适切性量数为0.704，大于0.6，且Bartlett球形度检验显著相关性<0.01，因此该指标和数据满足因子分析的前提条件，见表1。

2.2 提取公因子及命名

因子分析法中，根据提取的公因子初始特征值必须大于1的原则，满足条件的特征值有3个，分别为3.213，2.399，1.183，因此，可提取3类公因子。通过进一步分析，3类公因子的方差贡献率分别为40.160%、29.982%和14.782%，累积方差贡献率为84.924%，说明3类公因子对8类固定消防设施原始指标的累积影响力为84.924%，即3类公因子能够反映出原始指标84.924%的信息，见表2。

表1 KMO检验和Bartlett球形度检验

表2 总方差解释表

为明确3类公因子的具体意义，以便对固定消防设施扑救石化火灾的有效性进行进一步的分析。因此，对原始数据作四次幂极大法旋转处理，使成分矩阵中指数的平方值在[0，1]范围内趋向两极化，即使每类指标的指数仅在一类公因子上趋向两极化，以便了解公因子的性质，进而解释、命名公因子，见表3[5]。

表3 旋转后的成分矩阵

通过四次幂极大法旋转，可以发现火灾探测系统(X1)、室内消火栓系统(X2)、室外消火栓系统(X3)、半固定式泡沫灭火系统(X5)在公因子F1上有较高荷载，固定泡沫灭火系统(X4)、固定消防水炮(X6)、储罐喷淋冷却系统(X7)在公因子F2上有较大荷载，气体灭火系统(X8)在公因子F3上有较高荷载。考虑石油化工企业的火灾特点和该类场所固定消防设施的设计特点，称F1为火灾探测与灭火供水系统公因子，称F2为泡沫与冷却水系统公因子，称F3为气体灭火系统公因子。以上3类公因子的具体含义和命名，见表4。

表4 公因子含义及命名

2.3 计算公因子得分及排序

为进一步计算因子得分及排名，综合评价和分析各类固定消防设施的有效性，需要构建公因子得分函数。以8类指标的成分系数为权，通过线性组合得到公因子得分函数，用F1、F2、F3分别表示3类公因子得分，见表5。

F1=-0.540X1-0.749X2+0.838X3+0.537X4+0.848X5+0.645X6+0.469X7-0.111X8

(1)

F2=0.721X1+0.402X2-0.276X3+0.760X4-0.256X5+0.593X6+0.784X7-0.174X8

(2)

F3=0.101X1-0.333X2+0.270X3+0.028X4-0.238X5-0.221X6+0.027X7+0.939X8

(3)

表5 因子得分系数矩阵

利用公式(1)、(2)、(3)分别计算73起重特大石油化工火灾事故的3类公因子得分，可以发现：在同一起火灾事故中，如果3类公因子中有1类或2类得分较高，则余下的公因子得分较低。对同一起事故中3类公因子得分情况进行排序(见表6)发现：在73起重特大石油化工火灾扑救过程中，F1排序为第一的有55起事故，F2排序为第一的有17起事故，F3排序为第一的有1起事故。说明在73起事故中，F1(火灾探测与灭火供水系统公因子)所包含的系统：火灾探测系统、室内消火栓系统、室外消火栓系统利用率最高。

表6 公因子得分排序情况

2.4 结果分析

3类公因子的累积方差贡献率为84.924%，即3类公因子对8类原始指标的累积影响力为84.924%，表明3类公因子能够反映出原始指标84.924%的信息。公因子的得分高低代表其包含的固定消防设施系统有效性发挥的程度，得分越高发挥的效能越好。通过对公因子进行得分计算可以发现：在同一起石化火灾中，如果3类公因子中有1类或2类得分较高，则余下的公因子得分较低，说明在火灾扑救过程中，若3类公因子中1类或2类包含的固定消防设施应用效能较高，则余下的固定消防设施对扑灭火灾的有效性降低。通过对公因子得分进行排序可以发现：F1(火灾探测与灭火供水系统公因子)包含的系统应用程度最高，而固定泡沫灭火系统、半固定泡沫灭火系统、固定消防水炮、储罐喷淋冷却系统和气体灭火系统，由于设计缺陷、日常维护不到位、火灾中被破坏无法使用和消防员未具备到场后优先使用固定消防设施的意识等原因，造成利用率偏低。

3 结论

结合石油化工企业火灾特点，选取了扑救石化企业火灾常见的8类固定消防设施，利用因子分析方法对8类指标数据进行分析，得到结论如下：

3.1 将8类固定消防设施系统变量降维成3类公因子变量进行考虑，以更加有效地描述不同变量之间的关系。

3.2 进行有效性分析发现：火灾探测系统、室内消火栓系统、室外消火栓系统有效性最好，其次为固定泡沫灭火系统、半固定泡沫灭火系统、固定消防水炮和储罐喷淋冷却系统。

3.3 在石化火灾扑救过程中，设计施工和日常维护缺陷、火灾扑救过程中固定消防设施被损坏、消防员未具备到场后优先使用固定消防设施的意识，这些是造成一些固定消防设施有效性偏低的主要原因。