基于灰色关联度分析的东北林区贮木场火险评价

耿志伟，薛 伟，万 雷

(东北林业大学 工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

东北地区森林资源丰富，木材生产量很大，各林区的贮木场中存有大量原木、板材和枝条。此外，贮木场内进行的选材、造材，木材保管和木材调运的工作产生了大量的木材加工剩余物。这些可燃物给贮木场发生火灾提供了物质基础，而木材生产人员工作的流动性、机械设备因长时间使用而产热以及贮木场内房屋的明火取暖设施等因素则成为贮木场发生火灾的外部原因。

贮木场一旦发生火灾，火焰将在楞堆间迅速蔓延并且难以控制，造成经济和人身安全双重损失。针对东北林区贮木场，火险隐患主要有以下几方面。

(1)春季降雨偏少，空气相对湿度小，风速大，而冬季生产的木材大量存放，一旦发生火灾将迅速蔓延。

(2)贮木场生产加工人员的防火意识和防火人员的预警力度有待加强。

(3)木材加工剩余物堆放零乱使得设备长时间连续作业产生高温而引发阴燃。

(4)生产和运输人员的流动性大。

对东北林区贮木场进行火险评价将有助于提高防范意识，认清安全状况，也为防火部门建立安全评价体系提供理论依据。

东北林区贮木场火险预警方面的研究状况，王悦等应用BP神经网络系统分析了影响东北林区贮木场火灾危险情况的因素，建立了火险等级评价的评价模型[1]；罗晓春等从消防安全的内容、分类和原理上研究了贮木场火险评估的工作和意义[2]；王蓉蓉等做了贮木场火灾危险评价与相应的保险费率研究[3]。

1 评价方法的选择与简介

1.1 评价方法的选择

系统综合评价的方法有很多，如层次分析法、模糊综合评判法等，每种方法都有各自的优缺点。层次分析法(AHP)是将传统的定性思维转化为定量分析计算的过程，这个过程中判断矩阵和相对权重的构建很依赖人的经验；模糊综合评价法依据模糊数学的隶属度问题，对影响事物的多个因素加以综合评价，这种评价方法的关键是评价指标隶属度的确定，如果隶属函数选择的不合适，则容易引起较大的误差。

贮木场的火险评价方面，目前并没有统一的等级评定指标来遵循，相关的等级评价研究大多是人为界定评价等级后，再根据不同计算方法得到结果然后进行评定。贮木场火险情况涉及的因素众多，应选择合适的评价法进行评价。引发事故的因素相互关联，在时间、空间上相互影响，是典型的灰色系统，故可以运用灰色关联分析进行评价[4-6]。

1.2 灰色关联度分析法简介

灰色系统是20世纪80年代由华中科技大学的邓聚龙教授创立的新型横断学科，在预测、决策、规划、控制，系统分析和评估等领域有着广泛的应用。它特别适合时间序列短、统计数据和信息不完全情况下的建模与分析。

灰色关联度分析属于灰色系统综合评价法的一个分支，是基于灰色系统理论和方法，对系统和某个所属因子的状态进行分析，做出一种半定性半定量的评价与描述的方法[7-8]。

1.3 灰色关联度分析的基本步骤

(1)参考序列和比较序列的确定

根据各个指标的意义，选择最优值作为参考序列中的各项。最优值可以是某一指标的最大或最小值，也可以是评估者公认的最优值。

参考序列记为X0(k)={X0(1)，X0(2)，...X0(n)}，其中k=1，2...n

比较序列记为X1(k)，X2(k)，...Xm(k)(其中k=1，2...n)。比较序列可以是待评价的方案和目标，也可以是待处理的实验数据。

以此得到数据序列矩阵X=(X0(k)，X1(k)，X2(k)，...Xm(k))T

(2)指标值的规范化处理

不同评价指标的量纲和数量级通常是不相同的，不能直接进行相互比较和运算，需要对原始的指标数据进行规范化处理，这里采用区间变换法。

(1)

(3)计算指标间的关联系数和关联度

对指标进行了规范化处理后，计算参考序列和比较序列的绝对差序列矩阵：

Δi(k)=|Y0(k)-Yi(k)|。

(2)

关联度系数ξi的计算按照下面的公式：

ξi(k)=

(3)

其中ρ表示分辨悉数，通常取0.5。根据公式(3)可算出各个子集的关联系数，并建立关联系数矩阵E。关联度由关联系数的加权平均值求出：

(4)

(4)方案和指标的评价

根据比较序列与参考序列的关联度大小来衡量不同待评价目标的优劣程度，当待评价目标的影响因素具有层次性时，要分别为不同层次的因素设定权重值，在计算完不同子集的关联度之后，再计算综合关联度。

2 贮木场火险情况的灰色关联度分析

2.1 火险评价体系的建立

根据对东北林区贮木场的实地考场和历年火灾统计，引起贮木场火灾的主要因素包括天气原因、生产作业影响、消防基础设施与防火意识，这三大因素构成了火险评价体系的第一层次。第二层次由第一层次因素的子因素构成：天气原因分为降雨情况、空气湿度和风速，生产作业影响分为木材贮存量、木材剩余物散放情况、生产作业人数和设备连续工作时间，基础设施与防火意识分为消防设施、检查力度和防火预警人数。层次关系如图1所示。

图1 火险评价指标体系

2.2 比较序列和各指标权重值的确定

表1 天气原因评价表

其中：降雨情况是指距离上次10 mm以上降雨的时间，其决定了木材的干湿程度(单位：d)。

表2 生产作业影响评价表

其中：木材贮存量是指单位面积上的木材堆积量(单位：m3/m2)。

木质剩余物散放情况是指单位面积上的木质剩余物散放体积(单位：m3/m2)。

生产作业人数是指单位生产体积木材需要的作业人数(单位：人/(万·m3))。

设备连续工作时间单位：h。

表3 基础设施与防火意识评价表

其中：消防设施是指深水井、普通水井、贮水罐以及干粉灭火器的总数，每个分别按1、2、0.5、0.1求和计算(单位：个)。

检查力度是指对楞区、检查站、场区进行轮流巡视的周期(单位：h)。

2.3 最优指标和数据序列矩阵的确定

根据最优指标的确定原则，可确定参考序列：

X0= {3，0.85，2，1.2，0.15，33，2.5，27，1，22}

贮木场火险情况评价指标分3大类，根据表1～表3中4个贮木场的各个指标和参考序列构造3个子集的数据序列矩阵：

2.4 指标值的规范化处理

根据公式(1)对指标序列进行规范化处理，得到3个分类子集的数据序列矩阵：

2.5 计算评价序列和参考序列的绝对差序列矩阵

根据公式(2)计算得到差序列各个值得到Δ1，Δ2，Δ3，(其中i=1，2...m；k=1，2...n)。

由此可得各差序列矩阵中的最大值与最小值

2.6 火险情况评价

2.6.1 初级分类评价

取分辨率ρ=0.5，根据公式(3)分别算出第二层次中3个子集的关联系数，并建立关联系数矩阵E。

由表1可知，对于“天气因素”的子因素，权重值ω1=[0.42，0.22，0.36]，根据公式(4)求出第一类指标的关联度：

由第一类指标可以看出，Ⅰ﹥Ⅱ﹥Ⅳ﹥Ⅲ，即从天气原因方面考虑，4个贮木场的火险安全状况最好的是Ⅰ贮木场，Ⅱ贮木场次之，Ⅳ贮木场再次，Ⅲ贮木场最差。Ⅲ和Ⅳ两贮木场需要特别注意天气原因对火险情况的影响。

同理，第二类指标“生产作业影响”的子因素权重ω2=[0.25，0.42，0.15，0.18]，计算第二类指标的关联度：

由第二类指标可以看出，Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ﹥Ⅳ，即从生产作业影响方面考虑，四个贮木场的火险安全状况最好的是Ⅲ贮木场，Ⅱ贮木场次之，Ⅰ贮木场再次，Ⅳ贮木场最差。Ⅳ贮木场在生产作业时存在隐患，需要在追求木材生产量的同时平衡好安全工作。

第三类指标“消防基础设施与防火意识”的子因素权重ω3=[0.4，0.35，0.25]，计算第三类指标的关联度：

由第三类指标可以看出，Ⅳ﹥Ⅰ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，即从基础设施与防火意识方面考虑，四个贮木场的火险安全状况最好的是Ⅳ贮木场，Ⅰ贮木场次之，Ⅲ贮木场再次，Ⅱ贮木场最差。Ⅱ贮木场在消防设施和预警方面存在不足，需要完善这方面。

2.6.2 综合评价

由初级评价可以看出，同一贮木场在不同指标下的评价，既有可能安全状况最优，又有可能有安全状况最差，难以全面反映贮木场总体的火险状况。因此，要根据全部指标类别，对火险系统进行二级综合评价。

一级指标的权重值ω=[0.2，0.35，0.45]，综合关联度R=ω(R1，R2，R3)T

R=(0.2，0.35，0.45)·

由关联度大小排序 Ⅰ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ可以看到，在综合因素作用下，火险情况的优劣：Ⅰ贮木场最好，Ⅳ贮木场次之，Ⅲ贮木场再次，Ⅱ贮木场最差。

3 结 论

(1)本文依据多目标决策的原理和方法，从东北林区贮木场实际出发，考虑影响贮木场火险情况的复杂因素，分两个层次构建了贮木场的火险评价体系并做出了3类指标的初级评价和整体上的综合评价。

(2)从3类初级评价指标上来看，不同指标下的贮木场火险情况各不相。

①贮木场Ⅰ受生产作业的影响最大：平均每天4.5 h的设备连续工作时间是主要原因，需要加以控制。

②贮木场Ⅱ在基础设施与防火意识上存在隐患，主要体现在消防设备上的缺乏。

③贮木场Ⅲ的隐患来自天气和基础设施与防火意识两方面，主要表现在3个子因素上：距离上次降雨已经10 d、4 h一个周期的检查力度偏低、10人的火灾预警队伍偏小。

④贮木场Ⅳ需要在生产作业时控制设备连续工作的时间，防止设备过热引燃木质剩余物。

(3)Ⅰ，Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ4个贮木场的火险安全状况排名是从总体上综合评价的结果。在评价和比较其他贮木场时，可以先调查表1～表3中的相关数据，然后由专家评议出权重值计算出灰色关联度，进而分析评价。

【参 考 文 献】

[1]王 悦，薛 伟.基于BP神经网络的东北林区贮木场火灾危险等级评定[J].中国安全生产科学技术，2013，29(2)：173-176.

[2]罗晓春，张光俊，薛 伟.森工贮木场消防安全评估的内涵和方法[J].林业劳动安全，2006，19(3)：26-31.

[3]王蓉蓉.基于东北林区贮木场火灾危险等级的保险费率的研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2011.

[4]李玉辉，张 建.灰色关联度分析法在系统综合评价中的应用[J].山东交通科技，2005，(4)：11-13.

[5]万 雷，薛 伟.基于模糊综合评价法的东北林区贮木场火险等级评价[J].森林工程，2013，29(6)：28-32.

[6]熊国平，何文雄.建立我国森林保险运行体系问题初探[J].江西林业科技，2010(3)：47-50.

[7]薛 伟，王蓉蓉.基于层次分析法的东北林区贮木场火灾危险等级的评定[J].西部林业科学，2010，39(3)：5-9.

[8]卞 伟，薛 伟.森工贮木场火灾事故树分析及防范措施[J].林业科技，2006，31(2)：66-68.