基于层次熵和雷达图的电气火灾风险评估研究

马晓霞

(包头市消防支队，内蒙古 包头 014010)



基于层次熵和雷达图的电气火灾风险评估研究

马晓霞

(包头市消防支队，内蒙古 包头 014010)

随着我国经济的快速发展，企业发生电气火灾的事故率攀升，目前已成为我国伤亡人数最多的火灾事故之一，研究关于企业电气火灾风险的理论和评价方法等意义重大。在系统搜集整理我国2005—2013年企业电气火灾事故的数据资料的基础上，参考国内外研究成果，结合实地调研及专家研讨的结果，构建了企业电气火灾风险评价指标体系。利用层次分析法和熵值法等数学方法计算指标体系中各指标的权重系数，并将电气火灾风险程度划分为五个等级，最后利用雷达图来综合反映企业电气火灾风险级别。以国内某综合性商场为研究对象，对其电气火灾风险进行评估，结果表明该商场的火灾风险等级为二级，并且在雷达图中可直观地看出影响电气火灾的高风险指标，为该商场有针对性地开展防火监控提供了科学有效的手段。

层次分析法；熵值法；电气火灾；风险评估

电气火灾是指因电气设备、电气线路故障或者违章操作而引发的火灾[1]，具有季节性、时间性的特点。对企业内部的电气火灾隐患进行综合评价，可以做到提前预防、重点监控，及时排除事故隐患。企业电气火灾风险评估不仅是企业安全生产评价的一个重要组成部分，而且是保障企业用电安全管理及安全运行的有效办法[2]。Brett等[3]认为电气火灾风险评估是降低工作场所由电气引发火灾造成财产损失以及人员伤亡的重要方法。Hugh等[4]指出许多企业均做不到科学的电气火灾风险评估，且这些企业当中发生的许多电气火灾事故都是可以提前预防阻止发生的。例如，工作人员在操作通电的器械或设备时使用绝缘手套，使用电弧额定服装可以在一定程度上阻止燃烧，从而起到保护工作人员的人身安全的作用。

关于企业电气火灾风险评估方面的研究，国内学者已做了大量的工作，且取得了一定的成果。如徐亚博[5]、宋桂君[6]等针对国内企业因电气发生火灾的数量、伤亡情况、财产损失以及起火原因等进行了分析，并深入分析了电气火灾发生的特点及规律，根据不同的特点提出相应的电气防火策略。本文通过企业电气火灾风险评价指标体系的构建，评估企业的电气火灾风险，从而为企业及时采取防火安全措施，降低事故发生率提供有效的理论依据。

1 评价指标体系的建立

评价指标体系中指标的选择应遵循科学性、完备性、现实可行性、相对独立性的原则，在综合考虑人、材料、机械、方法、环境等五大主要因素的前提下，笔者搜集整理我国2005—2013年企业电气火灾事故的数据资料，采用指标频次统计分析的方法，并通过实地调研，参考多次专家学者研讨会的结果，构建了一套企业电气火灾风险评价指标体系，见表1。

2 权重的计算

目前，国内外学者提出的关于企业电气火灾风险综合评价的方法多达几十种，其中使用较多的是层次分析法、主成分分析法、模糊综合评价法、熵值法等。层次分析法虽然能够解决指标综合排序的相关问题，但是含有很大的主观性[7]；熵值法是一种客观赋权法，是指利用样本数据之间的熵来判断各样本数据之间的离散程度，并依据信息熵来计算各样本指标数据之间的权重，计算过程虽然避免了人为主观影响带来的偏差，但也有可能出现计算结果与实际情况完全相反的情况[8]。因此，在利用多指标综合评价法对企业电气火灾风险进行评估时，各指标权重系数的大小对最终综合评价结果的正确性、科学性、合理性起着决定性的作用。结合本文研究对象的特点及层次分析法与熵值法各自的优缺点，现将层次分析法与熵值法结合起来，即应用层次熵综合评价方法对企业电气火灾风险等级进行综合评价。通过综合发挥层次分析法和熵值法的优点，既能降低由于专家知识结构、技术人员理论知识专一等人为主观因素造成的误差，又能充分考虑到样本原始数据的客观性，将定性评价与定量评价相结合，评价结果比单一的定量或者定性评估可靠。

2.1 层次分析法

层次分析法[9-11]是把人的主观判断用数值的形式来表述和处理，是一种把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法[12]。层次分析法具有高度的逻辑性、系统性、简洁性、实用性，其主要计算步骤如下：

2.1.1 构建判断矩阵

(1)

式中，P为判断矩阵;μi，μj为因素，其中i,j=1,2,…,n;μij代表μi对μj的影响程度。

2.1.2 计算重要性排序

基于以上的判断矩阵，求解对应的特征向量。

(2)

式中，w为特征向量，λmax为最大特征根。

将特征向量w归一化处理，即可得到各指标的权重。

2.1.3 一致性检验

在得到各指标权重后，需要进一步对权重系数进行一致性检验。

(3)

式中，CR为一致性检验结果，当CR<0.1时，表示检验通过，否则需要继续进行循环判断，一直到CR<0.1，满足一致性检验。

2.2 熵值法

在信息论中，熵是系统无序度的度量[13]。评价指标体系中各指标的熵权反映了其所提供的有用信息量，若某一指标的无序程度较高，则表示其信息熵也越大，其信息的效用值也就越大。反之，若信息熵越小，则其指标的效用值也就越小。利用熵值法对企业电气火灾风险评价指标进行赋权的步骤如下：

2.2.1 数据标准化

由于企业电气火灾风险评价指标体系中各影响因子的样本数据单位不统一，因此在利用熵值法计算权重之前必须要对原始数据进行标准化处理，采用线性归一化的方法，使其值域为[0,1]。

(4)

2.2.2 数据的绝对值处理

在计算样本指标数据的熵时不能出现负值或者零，因此必须要对标准化后的原始样本数据进行非负化平移处理。

(5)

2.2.3 计算权重

首先，计算第j项指标下第i个样本占该指标的比重。

(6)

其次，计算第j项指标的熵值ej。

(7)

式中，k>0，ej≥0，常数k与样本数n相关，通常有k=1/ln(n)。

再次，计算第j项指标的差异系数gj。gj越大，该指标也就越重要。

(8)

最终可按式(9)求权重。

(9)

2.3 组合评价法

综合层次分析法和熵值法各自的优缺点，将两种评价方法计算的权重结果进行加权平均，求得各指标的综合权重值，这种通过综合多种不同评价方法所提供的信息的评价方法就是组合评价法。近年来，组合评价方法已成为评价领域中一个重要的研究方向[14]。对于本文中两种评价方法得到的权重，在经过本领域多位专家的多次讨论，结合不同评价方法的特点，同时以多种权重组合进行计算比较的基础上，决定层次分析法和熵值法的权重分别设为0.5和0.5，最后组合加权得到企业电气火灾风险评价指标体系各项指标的权重系数。

2.4 雷达图分析法

雷达图分析法是一种基于形似导航雷达显示屏上的图形而构建的多变量对比分析技术[15]。雷达图分析法通常用于评价对象的综合评估，先绘制评价对象的雷达图，然后计算雷达图的相关变量，最后给出定性评估的结果[16]。该评价分析方法简单，可以直观地看出评价对象的状况，反映各样本之间的关系，并对评价对象进行归类分析[17]，因此，目前国内已有大量研究学者采用雷达图来对企业进行综合评价。

3 电气火灾的风险分级

3.1 分级的计算

根据企业电气火灾风险指标体系的构建，计算出企业各环节风险的得分，从而得出最终的电气火灾风险评估值。电气火灾的风险综合评分值按式(10)计算：

(10)

式中，PA为企业电气火灾风险综合评价值；n为一级指标个数；PBi为各一级指标的得分；Wi为一级指标的权重值。

电气火灾风险一级指标综合得分值可按式(11)计算：

(11)

式中，PB为一级指标综合得分值；n为评价指标体系中相应二级指标的总个数；PCi为第i项电气火灾二级指标综合得分值；Wi为第i项二级指标的权重。

3.2 分级评估标准

企业电气火灾风险等级的评估是按照人们心理测度变化的分值来进行划分和评估的，同时需要考虑人员、设备、环境以及管理等因素。通过研究分析，参考相关研究结论[18]，经统计分析软件SPSS拟合后，得出如下幂函数：

(12)

式中，x为平均分配的分值;y为心理测度发生非线性变化时的分值。

根据以上的幂函数，确定分级标准如表2所示。

表2 企业电气火灾风险评价指标各等级分值范围

4 应用研究

商场在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，且其具有人员密集、人员流动频繁、空间狭窄、储物易燃等特点，一旦发生电气火灾事故，往往会造成巨大的人员伤亡和财力损失[19]。因此，针对商场自身的特点，分析其火灾特点及易引发火灾的关键因子，通过构建商场电气火灾风险评价指标体系，找出潜在的火灾隐患，提早做出相应的整改措施，可以有效预防电气火灾事故的发生。以某商场为例，通过实地调查数据以及设置的问卷调查结果，结合专家意见，经过组合评价方法计算，得出企业电气火灾风险评价各项指标的权重系数，归一化处理后，最后得出商场的电气火灾风险评价各项指标评分值。

4.1 评价指标权重的确定

运用层次分析法与熵值法相结合的方法，确定企业电气火灾风险评价指标体系中各级指标的权重系数，经归一化处理后结果见表1。从表中可以看出，设备的安全性对于电气火灾风险的权重系数最大，达到了0.475，说明设备的安全性是引发企业电气火灾事故的主要因素。人员因素对于电气火灾风险的权重系数达到了0.287，显著高于环境因素和管理因素对电气火灾风险的权重，说明人员因素也是引发企业电气火灾事故的主要因素之一。

4.2 计算企业电气火灾风险值

企业电气火灾风险评价指标体系中各项指标风险得分结果见表1。从表1可以看出，该商场电气火灾风险综合评分值为36.733，依据分级评估标准，该商场的电气火灾风险等级为二级，“比较安全”，表明其电气火灾的风险系数还在可控范围之内。一级指标中环境风险的综合评分值最高，达到了79.373，说明该商场由环境因素引发电气火灾的风险最大，防火控制能力急需整改完善。设备风险的综合评分值达到44.321，说明该商场的设备防火控制能力有一定的不足，需要进一步整改。

表1 电气火灾风险评估指标体系中各级指标的权重系数及风险值

此外，该商场电气火灾风险评价指标体系的二级指标中，避难自救能力的评分值最高，达到了24.441，风险等级为二级，说明该商场的避难自救能力较差。安全疏散距离、其他消防设施、环境与设备监控系统等指标的评分值分别为19.103，16.592，15.060，风险级别为一级，其余指标的评分值均低于15，风险级别较低。

4.3 商场的电气火灾风险雷达图

应用OriginPro 9.0绘制该商场电气火灾风险雷达图，如图1所示。从图1可以看出，在整个企业电气火灾风险评价指标体系的35个二级指标当中，避难自救能力、安全疏散距离、其他消防设施、环境与设备监控系统等指标地理位置偏离圆心最远，说明这四项指标的防火控制能力最差，急需整改完善。由此可见，企业可通过这种计算针对火灾风险提出应急解决方案。

图1 某商场电气火灾风险雷达图

5 结论

企业电气火灾风险一直是危害企业的重大隐患，本文融合层次分析法和熵值法，对企业电气火灾风险评价体系进行构建，并给出对应的权重系数，从而使企业电气火灾风险评估更加客观准确。

5.1 在构建评价指标体系时选择企业人员风险、设备风险、环境风险和安全管理风险等四个指标作为一级指标，同时构建35个二级指标，并由此提出了企业电气火灾风险的标准，主要有非常安全、比较安全、一般安全、比较危险、非常危险，分别采用一级、二级、三级、四级、五级等五个级别来表示。

5.2 根据本文构建的评价指标体系以及电气火灾风险评估模型，针对某大型商场进行评估。结果表明，该商场的电气火灾风险综合评分值为36.733，属于二级风险。此外，利用OriginPro 9.0软件绘制电气火灾风险雷达图，从雷达图中可以明显看出所有二级指标的风险级别，从而为企业采取有针对性的预防措施提供一定的理论与实践依据。

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(责任编辑 马 龙)

Study on Electric Fire Risk Assessment Based on Hierarchical Entropy and Radar Graph

MA Xiaoxia

(BaotouMunicipalFireBrigade,InnerMongoliaAutonomousRegion014010,China)

With the rapid development of economy in China, there have been so many electrical fires at enterprises that electrical fires become one of the leading fires resulting in largest casualties. So it is of great significance to study the theory and assessment methods of electrical fire risks. Based on the data of national electrical fires from 2005 to 2013, and making reference to the domestic and foreign research, field investigation and expert discussion, this paper puts forward an electrical fire risk assessment index system and uses it to assess the fire risk of a shopping mall. The assessment result of the shopping mall is visualized by a radar graph, showing the mall’s electrical fire risk is the second of a five-level scale which is rated according to the weight of indexes resulted from the calculation of analytic hierarchy process (AHP) and hierarchical entropy method. This electrical fire risk assessment index system can provide the shopping mall with an effective scientific means to conduct intensive monitoring so as to prevent fires.

analytic hierarchy process; entropy method; electrical fire; risk assessment

2017-02-20

马晓霞(1974— )，女，内蒙古左旗人，工程师。

X932

A

1008-2077(2017)06-0018-05