基于事故树分析的棉花仓储保管火灾防治关键环节辨识研究

■ 刘妍妍 徐 捷

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州 450004〕

一、引言

棉花是关系我国国计民生的重要物资，棉花的生产、流通、加工和消费，与人民群众的生活和广大棉农的利益息息相关，对国民经济的发展也有着重要影响。由于棉花易燃、阴燃、自燃等特性的存在，使得棉花仓储环节火灾频发。据不完全统计，自2001年至2018年棉花在储存过程中发生火灾事故20多起，造成直接经济损失超过5亿元，严重影响了我国棉花产业的稳定发展，因此对棉花存储时的火灾问题进行系统分析进而找出防治棉花火灾的关键环节是非常有必要的。在前期的研究中，童琦[1]基于贝叶斯网络，构建棉花库火灾风险定量评估的拓扑结构，分析和识别棉花储备库致灾安全隐患；汤进[2]研究了棉花加工企业火灾成因，将其分为自然因素和人为因素；张金峰[3]基于L-R型模糊数对原棉库的火灾进行事故树分析，以确立影响系统最主要因素。

在灾害分析方法中，事故树分析法由于可快速、全面、形象、简明分析各因素的相互关系，成为一种工程系统可靠性分析与评价的有效方法[4]。因此，本研究引入事故树分析方法，结合对棉花仓储管理的作业分析[5]，对引起棉花仓储火灾事故的因素进行分析，探讨棉花存储火灾的关键防治环节，为改善棉花存储库的系统安全提供依据，为分析棉花仓储火灾事故提供了有效手段。

二、棉花仓储保管火灾事故树的构建

棉花储存分为露天存放和库内存放，棉花储备环节致灾因素与安全管理、设备设施和环境条件密切相关，由于棉花仓储时堆垛密集，且垛与垛之间存有缝隙，一旦发生火灾，大量的新鲜空气可以进入，而堆垛间距较小，使棉花仓储火灾具有燃烧猛烈，蔓延迅速等特点，所以棉花仓储在库保管是非常重要的环节。据此，对棉花仓储在库管理进行工作分析，以棉花产生火灾为顶事件，然后把引起顶事件发生的各种可能原因分别看作顶事件，构建以逻辑门符号表示的棉花仓储保管火灾事故树，如图1和表1所示。

图1 棉花仓储保管火灾事故树

表1 棉花仓储保管火灾事故树事件编号和名称

三、棉花仓储保管火灾事故树分析

（一）棉花仓储保管火灾事故树割集分析

由事故树理论可知，如果事故树中的全部基本事件都发生，则顶上事件必然发生。但是，大多数情况下并不是一定要求所有基本事件都发生顶上事件才能发生，而是只要某些基本事件一起发生就可以导致顶上事件的发生。事故树的最小割集就是指能够引起顶上事件发生的最低数量的基本事件的组合[6]。最小割集指明了哪些基本事件同时发生就可以引起顶上事件发生的事故模式。根据事故树理论，割集公式可以表述为：

式中：i——门的编号或代码；

xi,j——第i个门的第j个输入变量（j=1，2，…，λi）；当输入变量是基本事件时，xi,j=1；当输入变量是门K时，xi,j=xk；

λi——第i个门输入事件的数量；

xi——表示门i的变量，若门i是紧接着顶上事件的门，则xi=xTOP即为割集的数目。

分析图1的棉花仓储保管火灾事故树，发现27个底事件可解构出最小割集876项，这说明可以导致棉花仓储火灾的因素是非常多的，必须加强棉花仓储管理，才能有效避免火灾事故的发生。

（二）棉花仓储保管火灾事故树径集分析

根据事故树理论，如果事故树中的全部底事件（基本事件）都不发生，则顶上事件一定不会发生。这一结论毋庸置疑，但是在实际应用中，要达到基本事件都不发生也是非常难的。庆幸的是，事故树分析还认为，如果事故树中某些基本事件不同时发生，则也可以使得顶上事件不发生。这些不同时发生就可以使顶上事件不发生的基本事件集合被称为径集。最小径集就是指能够使得顶上事件不发生的最低数量的基本事件的集合。这样，最小径集就指明了哪些基本事件不同时发生就可以使顶上事件不发生的安全模式。根据事故树理论，径集公式可以表述为：

式中：i——逻辑门的编号或代码；

xi,j——第i个逻辑门的第j个输入变量（j=1，2，…，λi）；当输入变量是基本事件时，xi,j=1；当输入变量是门K时，xi,j=xk；

λi——第i个门输入事件的数量；

xi——表示门i的变量，若门i是紧接着顶上事件的门，则xi=xTOP即为径集的数目。

分析图1的棉花仓储保管火灾事故树，找出图1所示事故树的最小径集事件，可以得到该事故树的最小径集由2个一阶集合，1个三阶集合，2个五阶集合和1个十二阶集合构成，分别为：

1.（X13）

2.（X14）

3.（X20*X21*X22）

4.（X15*X16*X17*X18*X19）

5.（X23*X24*X25*X26*X27）

6.（X1*X2*X3*X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X11*X12）

其具体含义为：

1.（X13），X13：领导未严格24小时值守。

2.（X14），X14：警消人员接报警未检查确认。

3.（X20*X21*X22），X20：未按规定每天巡查，X21：未检查库内外温湿度，X22：未按照要求通风。

4.（X15*X16*X17*X18*X19），X15：未按规定时间巡查，X16：未按规定路线巡查，X17：未两人巡查，X18：未对重点部位、场所巡查，X19：未对动态作业库房巡查。

5.（X23*X24*X25*X26*X27），X23：未对外来人员检查，X24：私自放行外来人员，X25：未收缴火种、火源等，X26：外来车辆未检查、登记，X27：运棉入库车辆无防火罩。

6.（X1*X2*X3*X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X11*X12），X1：作业人员未规范操作，X2：未配备消防器材，X3：动火作业未按照要求隔离，X4：地线连接不规范，X5：动火作业后未按要求检查，X6：库内温度35°相对湿度75%，X7：棉包回潮率大于10%，X8：棉包回潮率小于6%，X9：避雷针接触不良，X10：避雷器损坏，X11：超出避雷针覆盖范围，X12：未定期检测避雷针。

结合棉花仓储保管的实际作业含义，可以看到，集合6主要是仓库保管作业中能产生火星的事件，集合5主要是外来人员和车辆带来火星火种的事件，集合4则是仓储管理的日常巡查作业未执行到位，集合3则是仓库内微环境（通风、温湿度）状况的日常监测不到位；集合1、2则是领导和警消人员职责未执行到位。可见，要使顶上事件——火灾事故不发生，领导值守、警消人员、巡查人员定时巡查、保管员每天巡检以及库外闲杂人员及火种控制是截断火灾诱因的重要保障，也是保证安全隐患不能进一步演化为灾害的重要保证。

（三）棉花仓储保管火灾事故树定量分析

除对事故树进行最小割集和径集的分析外，运用事故树定量分析方法计算出危险概率系数，以便了解改善系统应从何处入手。此方面的研究方便研究者根据重要程度的不同，按轻重缓急安排人力、物力，分别采取对策，或按主次顺序编制安全检查表，以加强系统控制，使系统处于最佳安全状态。

定量化事故的概率是非常困难的，要通过大量反复的试验、观测、分析和检验才能得到，而其准确性也受到环境和应用条件的影响。本研究中主要采用调查法和德尔菲法来定量化灾害发生的危险概率。其中，专家调查法是选定本专业领域中有实际工作经验的从业人员，将待定概率的评价指标和有关资料发给他们，请他们独立给出各指标的频率或后果系数，根据意见的等权或不等权的加权平均。德尔菲方法的数学运算基本思想是把m个评价模型排成一个m阶判断矩阵，通过评价因素两两比较，根据因素的相对重要程度来确定矩阵中元素值的大小，然后，计算出判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，此特征向量即为所求的概率系数。

在本研究中，火灾事件事故树基本事件概率系数情况定义为两种，阴燃火星产生系数用加权频率系数来表征；其他类系数用频率与后果加权乘算子来表征。中间层概率系数运用德尔斐算法进行计算，计算步骤如下：

（1）确定各因素ui的重要性序列值

请从业为各评价因素ui的排定重要性序列值Fi。Fi值是1，2，3，……m这m个数中间的某个数，即Fi∈{1，2，3，…，m}。最重要的因素，其Fi值为m，最次要的因素，其值为1。将第k位从业人员就因素ui所给定的因素重要度序列值，记为Fi-k，（i－因素ui，k－第k位专家），这样，对于每个从业人员的评议，都可以列出关于因素ui的Fi值评定表。Fi值评定表形式如表2：

表2 第k个人员的F值评定

（2）计算优先序列得分表

设参加评议的从业人员共有n位。将所有参加评议的专家的Aij-k值累加起来，即

这样，m×m个统计值Aij组成下列优先序列得分表3。

表3 优先序列得分

将表中各行的Aij值累加，以表示第i行的Aij的累加值，得到

（3）计算级差d

令bmax=1，bmin=0.1（bmax，bmin在[0，1]中任意选取），则极差

（4）计算概率系数a

根据上述计算依据，得出ai的计算公式如下：

对所得数值进行归一化，即是所需要的危险概率系数。

采用调查问卷方法对棉花在库保管危险因素进行四级定量分析：发生频率描述为经常发生、有时发生、偶尔才发生、一般不会发生四种情况，对应定量化赋值为：经常发生——1分，有时发生——2分，偶尔才发生——3分，一般不会发生——4分。安全后果情况描述为：非常严重、较严重、一般严重、不严重四级；对应量化赋值为：非常严重——1分，较严重——2分，一般严重——3分，不严重——4分。

问卷面向棉麻储备库在职管理人员发放，共发出80份，回收答卷57份，其中一份答卷为无效数据。答卷发放范围为新疆、河南、河北、山东、湖北、福建等地棉麻储备库，可以代表全国情况。

根据德尔菲算法整理调查问卷结果，进行数据处理和归一化，确定在库保管的定量化分析，如表4所示。

表4 棉花仓储保管危险环节定量化分析

表4 棉花仓储保管危险环节定量化分析（续）

根据棉花仓储保管危险环节定量化分析，仓储保管环节的危险因素依次包括：（1）节日期间燃放烟花和孔明灯进入库区；（2）热作业未按要求隔离；（3）热作业时作业人员违规操作；（4）雷击事件；（5）公路铁路烟火和居民烟火进入库区；（6）热作业后未按照要求检查等。从目前的调查数据分析来看，不可防不可控的外来火种是棉花仓储的重要安全隐患来源，库区需要加强热作业人员的安全意识，进一步规范操作规程。

四、研究结论

棉花仓储由于处于封闭状态，发生火灾后容易造成巨大损失，因此需要进行系统研究。事故树是风险评价中常用且非常有效的方法，对于改善系统安全有重要的作用。本文结合棉花仓储管理作业，运用事故树定性定量方法，确定棉花储备保管火灾的最小径集，并通过频率-后果结合的定量分析方法，识别棉花储备中危险因素情况，为保障棉花储备的系统安全提供现实指导。综合各研究环节，可得如下研究结论：

（1）结合事故树径集分析与定量调查可以看出，不可防不可控的外来火种构成了棉花仓储的重要安全隐患来源。这类事件危险时间往往可以产生严重的安全后果，而且发生频率不可防不可控，比如节日期间燃放烟花和孔明灯进入库区、雷击事件；节日燃放烟花和孔明灯被调查人员认为是最为重要的安全隐患之一。因此建议在实践管理中要针对外来火种高发的时间段（如节日期间）和空间范围（公路铁路及居民烟火与库区的位置关系），采取预防性措施、进行周密部署，严防空中的不可防不可控火种进入库区。

（2）从棉花仓储危险因素定量调查分析还可以发现，在棉花仓储过程中，还有一类比较危险的事件是：单次安全后果不严重，但由于各种原因人员不重视，发生频率较高，最终也可以带来较大的安全隐患，比如库区热作业不规范、作业后未按规定检查等。对此类问题，需要切实加强员工安全意识，通过教育培训严格规范操作规程，有效减少火灾隐患。

（3）综合棉花火灾的割集和径集分析可以看出，棉花存储的火灾灾害存在环节性，具有“引入火种——巡检、领导、警消等管理失当——火灾发生”灾害链的形式。作业火星、外来火种等构成了火灾灾害安全隐患，管控措施则是防治安全隐患转化成灾难的有效措施。有些可以产生严重后果的危险因素（比如引入火种），如果巡检、领导等管控措施到位，可以有效截断灾害链，即使灾变产生也能有效的降低损失，不产生严重后果。因此，棉花火灾问题的预防和解决既是技术问题，更是一个系统管理问题，要认真在管理机制上下工夫、做文章。

（4）综上所述，棉花仓储火灾灾害的控制不仅要靠技术的提高，更重要的是抓好管理建设，其对策和建议包括：①企业应注重安全管理制度的落实执行，要从领导开始，层层落实责任制，使安全工作职责明确；②要重视火种火源控制和管理，减少库区的火灾隐患；③要重视棉花仓储火灾链形式，一方面加强员工安全教育培训，调动火灾灾害链涉及的各环节员工维护安全的自觉性、积极性、创造性，形成安全齐抓共管的局面；另一方面要针对火灾防治的关键环节，有针对性的制定出抢修、抢险、灭火的方法、手段及技术实施方案，建立起抢险救灾的快速反应机制，及时避免火灾灾情的扩大化，有效控制火灾灾情后果。