基于模糊层次分析法的国家棉花储备库典型热灾害影响因素分析

〔中华全国供销合作总社郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州 450004〕

一、引言

棉花储备是国家对棉花供需进行宏观调控的重要手段，是国家为保证棉农利益和纺织工业生产，保障军需民用，应对重大自然灾害的需要[1]。我国是棉花储备大国，国家从2011年至2013年连续三年实施棉花临时收储[2]，到2016年储备量最高达到1200万t。由于棉花的易燃、阴燃、自燃等性质的存在，棉花仓储存在着较大的热灾害危险性。尤其是棉花储备库，热灾害事故时常发生[3-5]。如2013 年，经济损失高达近亿元的山西侯马中储棉仓库特大火灾事故等等；2016年，发生在河南豫棉物流棉花仓库的火灾事故，经济损失约80万元。

目前，诸多学者对棉花仓储消防安全现状进行了研究。谭妍[4]针对棉花火灾特点提出了消防安全措施。纪超[6]等分析了棉花火灾原因、现行棉花仓储式及安全措施。朱荨荨[7]运用事件树与事故树分析法相结合，分析了棉花物流仓库火灾因素并提出针对性的防火对策。张志刚[8]提出以安全检查表和模糊综合评估表为准进行棉包仓库简易安全评估。章靖[9]采用模糊综合分析法和层次分析法对中储棉仓库进行消防安全评估。上述文献主要揭示了国家棉花储备库热灾害发生过程中存在的问题，虽然找出了一些影响国家棉花储备库热灾害的因素，但不够全面，也未构成体系。基于此，笔者用文献综述法，在实地调查研究基础上，总结和分析国家棉花储备库热灾害影响因素指标，建立评价指标体系；再依据模糊层次分析法[10]，选择影响棉花储备库热灾害的主要因素，确定各因素的权重系数；最后，确定国家棉花储备库典型热灾害突出的影响因素，以期对确定国家棉花储备库典型热灾害安全评价提供理论依据。

二、模糊层次分析法简介

模糊层次分析法是结合模糊数学理论与层次分析法的优势形成的，其基本思想和步骤与层次分析法的步骤基本一致，但仍有下面两点不同：

（一）层次分析法通过元素的两两比较构造判断矩阵;而模糊层次分析法通过元素两两比较构造模糊一致判断矩阵；

（二）由模糊一致矩阵求权重的方法与由判断矩阵求权重的方法不同。

三、国家棉花储备库热灾害影响因素指标体系的建立

（一）国家棉花储备库热灾害影响因素的确定

由于棉花具有易燃、自燃、阴燃等特性[12]，棉花在储存过程中火灾事故时常发生，所以收集整理了国内棉花储备库火灾研究资料，对我国棉花储备的条件、发生火灾原因的研究现状及火灾典型案例进行调研研究。通过多次赴仓储单位中储棉武汉、漯河、徐州、九江、岳阳直属库等以及国储棉代储库中国供销南通物流、中华棉物流、河南豫棉物流、新疆兵团物流库等进行调研，系统分析棉花储存整个进出入库作业、仓储、管理过程中可能引起火灾的各种因素。通过总结国内相关机构对棉花仓储、运输过程中火灾事故的调查、研究结果，可能引起火灾事故的主要因素如下：雷击起火；作业过程摩擦起火；棉花阴燃引火；外来火种引火等。

1.雷击安全隐患的危险因素及事故分析。

棉麻储备库存放物资属于丙类可燃固体，棉花不同于一般的丙类可燃固体，其易燃、阴燃、自燃的特点更为突出。棉麻仓库属“23区[13]”火灾危险环境，以78 m×24 m棉花储备库为例，计算阜阳、天津、兰州棉花储备库的年预计雷击次数分别为：0.048次/年、0.075次/年、0.054次/年。因此，避雷设备是棉花储备库必备的防护设备，从以往事故分析，雷击和强闪在特定地区或环境下，缺少避雷设备或避雷设备不合格的露天棉花储存货场以及没有良好接地的棉花仓库，极易发生棉花火灾事故。据统计，棉麻仓库火灾事故中，多起因球形雷电起火。根据十家储备库重大火灾调查统计，其中三家是露天货场由雷击引起火灾，如山西棉麻公司侯马采购供应站、青岛外运保税物流仓库、中储棉总公司天津直属库都是由于棉花露天存放由于避雷装置覆盖不够或损坏造成的，往往这种火灾损失较大，其中如山西棉麻公司侯马采购供应站和青岛外运保税物流仓库直接经济损失上亿元。

2.作业设备安全隐患的危险因素。

棉花储备库作业设备包括夹包机、牵引车、平板车等，夹包机是棉花储备库主要作业设备，主要承担储备库进出入棉包的装卸、库内短距运输、货场堆垛、拆垛以及入库棉包的码垛和拆垛等工作。夹包机性能工作状态好坏对储备库的安全影响致关重要，如夹包机排气管破损或脱落会导致作业中尾气排出的火星进入棉包，引起棉包阴燃形成火灾隐患。此外夹包机控制线路破损，老化、配电箱电缆老化或破损、电机接线盒漏电，内有可燃物、配电箱粉尘密度过大等因素也会产生火花形成火灾隐患。作业时夹包机在装卸、转运、堆垛或拆垛过程中拖拽、掀包、掀垛，导致棉包捆扎带之间摩擦，夹包机夹头与水泥地面等摩擦、夹包机与车厢碰撞起火或火星进入棉包形成阴燃。装车作业时部分棉包需要较大力量才能塞到位，在夹包机夹板与打包钢丝之间，钢丝与车厢壁之间会有强烈摩擦。另外车辆防火帽佩带不当或无效，导致车辆尾气排放火星进入棉包。一部分火星会点燃棉花立即引起火灾；还有一部分火星则会引起棉花阴燃，不易发现，棉包入库后阴燃面积扩大，后期遇空气迅速燃烧引起火灾。2001 年10 月，响水县玉龙纺织有限公司棉花仓库棉包在装卸或转运过程中火星进入棉包引起棉包自燃造成火灾，造成了15 万余元的经济损失。2005年6月，山东棉麻公司兖州采购供应站火灾案，因棉包内部着火，经分析很可能是棉包入库作业过程中因摩擦发热，瞬间产生高温引燃整个库内棉花，造成千万元重大经济损失。2011年5月江苏南京棉麻公司浦口仓库因搬运过程中摩擦的火星进入棉包，阴燃棉包引燃棉垛造成火灾，经济损失500万元。

3.电气设备安全隐患的危险因素。

棉花储备库电气设备设施包括电动门、配电箱、危险场所照明、发电机组、水泵等设施设备。实践证明，建筑火灾除部分人为因素外，电气因素占有很大比重，如设备短路、线路绝缘老化及操作引起电火花等都可以引起易燃物品起火。因此，发电机房、水泵房等应远离库房，主要电缆埋入地下、库房与堆场内不装设固定的动力照明线路与设备等措施是必要的。必须定期检查电源控制箱是否“一机一闸”控制，漏电保护装置是否灵敏。接通电源试运行，检查设备各部分是否运行正常，有无异常；发电机、电动机是否运行平稳；电机、减速机运行时有无异常声响。电气设备必须由专业人员负责维护、保养和定期检测，并通过安检部门检验合格后方可使用。

4.生产厂家或运输中带入火星安全隐患的危险因素。

（1）棉花加工厂生产过程中棉包带入火星

由棉花加工工艺可知，在棉花加工过程中，籽棉喂花、籽棉清理、轧花、皮棉清理环节均需通过设备的刺钉滚筒打击或者锯齿勾拉，此过程中极易发生摩擦引发火情。由于棉花具有复燃和阴燃特性，无论加工厂火灾事故的大小，严格意义上讲火灾处理完毕后火灾隐患并未完全杜绝。棉花加工过程中，输送棉花的输棉管道内风速大于20 m/s，而火灾的发现具有滞后性，当发现火情时可能火星已经进入棉包，但在400 t打包压力下，并没有发生火灾情况。而当棉包在运输或者存储过程中，当满足棉纤维燃烧的条件时，出现棉包燃烧的现象。研究显示成包后的棉包自燃的条件比较苛刻，棉花加工过程中夹带火星的棉包在棉花储备库发生自燃的概率很小，目前我国储备棉包重量是227 kg，密度450 kg/m3，在这种高密度的条件下进入棉包内的火星不会扩散，会在很短时间内自行熄灭。但不能完全排除，如夹带火星在棉包边15 mm以外，主要因为棉包边缘密度相对较小，空气含量较高所致；研究认为我国储备棉包现有密度下，夹带的火星不易持续燃烧；棉包边缘夹带火星和偶发的外来火源作用于露白棉花上，这些火星可沿纤维缝隙向纵深延烧，形成阴燃，不易被发觉。这些阴燃的棉包进入储备库后是引发火灾的可能因素。

（2）运输过程中棉包带入火星

我国每年棉花产量在600万t左右，其中新疆产量在500万t以上，铁路全路棉花发运量每年都在300万t以上，其中大部分由新疆运输到内地，平均运距3 859 km。

棉花装车大部分在货场或专用线办理，为提高效率，装车采用夹包机作业方式，为防止装车时带入火星，装卸机械加装了防火罩、排气过滤水箱等防火设施。装车作业时部分棉包需要较大力量才能塞到位，在夹包机夹板与打包钢丝之间，钢丝与车厢壁之间会有强烈摩擦。

通过调研发现在棉花装卸、运输过程中可能产生火源的因素有：

①车辆加、减速以及调车作业时捆扎钢丝之间瞬间剧烈摩擦、捆扎带接头与车厢壁之间剧烈摩擦引起升温和火花，车门与车壁之间碰撞产生火星。

②车辆行驶过程中外来火源从车窗或门缝中进入车厢；运输装卸作业人员防火意识淡薄，在作业场所抽烟、乱丢烟蒂等。

③装卸作业过程中铲车、夹包车未装防火罩或防火罩损坏，车辆排气管出现火星落在棉包上。

④铲车、夹包机装卸作业时与捆扎钢丝摩擦。

⑤铲车、夹包车在铲夹棉包时棉包在水泥地面上拖拉或装卸时棉包从高处跌至地面引起捆扎钢丝与地面碰撞产生火星。

⑥装卸作业人员手钩拉棉花包钢丝可能与钢丝碰撞产生火花。

棉花从轧花厂打包后到铁路装车运输到入库时要经过多次运输、装卸作业，棉包外包装很容易破损形成露白，暴露在外的棉花呈蓬松状，遇到外来火源很容易点燃。装车现场采用胶带封粘等方式应急处理，由于胶带很容易脱落，且胶带易燃，也成为棉花火灾的可能因素。

5.外来火种安全隐患的危险因素。

部分仓储企业安全观念滞后、安全意识薄弱、监管不到位，导致棉花仓储行业潜在隐患逐渐增多。特别是一些代储库往往棉花伴随交易商交易出入库频繁，外来人员多，还有一大部分为露天存储。故此在出入库管理，火种管理和装卸管理上，稍有疏忽，就容易酿成事故。主要表现为危险场所抽烟、动火作业、外来车辆尾气排放以及库区周边火种进入库内导致火灾的发生。

棉麻物资的火灾危险性属丙类可燃固体，2002年建设部、国家计委关于批准发布《棉麻仓库建设标准（修订）》规定库址位置要避开易燃易爆场所，远离厂矿企业、居民区以及公路铁路等，且应在污染源全年最小频率风向的下风侧。有的库区环境不符防火要求，库区规划不合理，周围有厂矿、居民生活区等。生产生活用火的火星等溅落在库区内，引起火灾。2000年11月，上海闵行区棉花仓库发生火灾，造成直接经济损失约363万元。2011年5月，河南开封棉麻公司仓库因打火机引燃棉包发生火灾。2012年上海保税库在电梯维修进行电焊作业过程中未与棉垛进行有效隔离，引发重大火灾。2016年1月，河南豫棉物流公司仓库发生火灾，经调查起火原因排除雷击、电气故障等因素，但无法排除外来飞火引发火灾。

6.霉变安全隐患的危险因素。

棉花储备库还有一些损失是因非火灾原因造成的，如暴雨、高温高湿、入库棉花含水率高、潮湿霉变等等。2005年8月，上海纺发纪蕴露天货场因暴雨导致储存的棉花发生霉变。2008年湖北襄樊、安徽巢湖等地因雪灾导致棉花受潮引起霉变。2012年6月，山西运城棉花仓库由于入库棉花进水造成大面积棉花霉变。2016年湖北荆门屈家岭张湾仓储公司、麻城市富华棉业公司因洪水进入棉花仓库造成棉花霉变等等。

（二）国家棉花储备库热灾害影响因素指标体系

根据以上分析确定的国家棉花储备库热灾害影响因素，从人为因素、技术因素、环境因素、管理因素四方面进行分类归纳，建立国家棉花储备库多灾害影响因素指标体系见表1。

表1 国家棉花储备库热灾害影响因素指标体系

四、国家棉花储备库热灾害影响因素指标权重确定

（一）建立模糊一致判断矩阵

1.建立模糊判断矩阵。

模糊判断矩阵是同一层次指标因素根据对上一层次因素相对重要性两两比较建立的矩阵，一般采用如表2的0.1—0.9 标度给予数量标度。

表2 0.1—0.9数量标度

根据人为因素、技术因素、环境因素、管理因素4准则层对目标层家棉花储备库热灾害影响因素指标体系的影响的重要程度，进行两两比较，构造A-B之间的判断矩阵见表3。

表3 判断矩阵A-B

分别根据指标层中27个因素对准则层人为因素、技术因素、环境因素、管理因素4个因素的影响程度，进行两两比较，分别构造B-C之间的判断矩阵见表4～表7。

2.模糊一致矩阵。

采用公式（1）和（2）的数学变化，改造模糊判断矩阵为模糊一致矩阵。它满足一致性条件，无需进行一致性检验[13]。

据此将A-B之间的判断矩阵改造为模糊一致矩阵见表8。

表4 判断矩阵B1-C

表5 判断矩阵B2-C

表6 判断矩阵B3-C

表7 判断矩阵B4-C

表8 模糊一致矩阵A-B

3.各指标权重。

（二）由模糊一致判断矩阵求元各元素权重值

对模糊一致矩阵进行归化处理

通过公式（4）可求得各因素的权重。据此确定人为因素、技术因素、环境因素、管理因素4个准则层对目标层家棉花储备库热灾害影响因素指标体系的的权重见表8。

通过采用公式（1）和（2）的数学变化将模糊判断矩阵改造成模糊一致矩阵。通过公式（4）可求得各确定各准则层相对目标层因素的权重见表9～表12。

表9 模糊一致矩阵B1-C

表11 模糊一致矩阵B3-C

表12 模糊一致矩阵B4-C

（三）层次总排序

为了获得对同一层次的最高层次的所有要素的重要性的比较，风险因素的总体层次必须按单顺序排列。根据模糊层次分析法原理，指标层相对于目标层的权重可以通过相应权重的组合得到，两层权重之积即为指标层因素的综合权重，其结果见表13。

分析表13得出：

国家棉花储备库典型热灾害影响因素中人为因素、管理因素较为重要，技术因素次之，环境因素权重值最小。在人为因素中，外来火种（孔明灯、纵火）、库区抽烟、工作人员防火意识、外来车辆未加装防火罩等是需要特别重视的因素。管理因素中安全作业制度、安全检查制度、安全管理制度需要特别重视。技术因素中作业设备工作过程摩擦起火、碰撞起火、作业设备防火设施失效较为重要。环境因素中库内避雷设施是最为关键的因素。国家棉花储备库热灾害影响因素总排序中安全作业制制度、安全检查制度、安全管理制制度、作业设备工作过程中摩擦起火、库区抽烟、外来火种（纵火、孔明灯）等是国家棉花储备库典型热灾害影响因素中需要特别重视的要素。国家棉花储备库典型热灾害是四个因素相互作用的结果，对于国家棉花储备库典型热灾害预防要从人员、作业设备、管理机制、储备库内及周围环境等全方位规范，其中把储备库内作业设备作为重点关注防患于未然，注意对储备库内防火、防雷、通风、除湿等注意定期检查记录，同时加强人员的防火意识，落实安全责任制，按时进行消防应急预案演练等，这样才能有效减少国家棉花储备库典型热灾害。

表13 国家棉花储备库热灾害影响因素层次总排序

五、结论

1.针对国家棉花储备库典型热灾害影响因素的复杂性、多层次性的特点，用文献综述法，在实地调查研究基础上，定性地建立出4个主因素、25个子因素的国家棉花储备库典型热灾害评价指标体系。

2.针对国家棉花储备库典型热灾害影响因素不确定性的特点，应用模糊层次分析法定量地确定了每个影响因素的重要程度，直观地反映出了影响国家棉花储备库典型热灾害各因素的权重，为预防治国家棉花储备库典型热灾害提供了科学依据。结果表明：安全作业制制度、安全检查制度、安全管理制制度、作业设备工作过程中摩擦起火、库区抽烟、外来火种（纵火、孔明灯）等是影响国家棉花储备库典型热灾害的主要因素。