基于集成DEMATEL/ISM方法的东北林区贮木场火灾风险研究

李奇，薛伟，张华超,2

(1.东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040；2.吉林省白河林业局，吉林 延边朝鲜族自治州，133000)

0 引言

贮木场是林场内木材原条装运、卸货、选材和造材的主要场所，其中存在大量木材原条、枝条、板材及其加工剩余物。由于贮木场地属林区，春秋季节风速大，加上场内设备长时间高速运转、管理方式的疏漏都可能成为贮木场火灾发生的不确定因素。贮木场一旦起火，其内大量的可燃物使火灾在很短时间内变得无法控制，从而对人身安全和经济造成极大的损失。近年来，国内外学者也逐渐开始对贮木场火灾风险和火灾预防的实施方法展开研究，薛伟等[1]采用层次分析法对东北林区贮木场的火灾安全等级评定做出研究，建立出完整的火险安全体系；耿志伟等[2]利用可拓层次分析法对东北林区贮木场进行研究，从而建立火灾风险指数体系。以上对东北林区贮木场火灾风险的研究多为分析各因素的影响比重，以此建立火灾风险模型，但迄今为止还未有学者研究各火灾影响因素间内部联系及各因素之间的相互影响关系对火灾风险的整体影响。决策实验室分析法(Decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL)通过系统中各影响因素之间的逻辑关系和直接影响矩阵，可以计算出每个因素对其他因素的影响度以及被影响度，从而计算出每个因素的原因度与中心度，作为构造东北林区贮木场火灾风险预测模型的依据，从而确定因素间的因果关系和每个因素在系统中的地位[3]。解释结构模型法(Interpretative structural modeling method，ISM)可以将各个因素之间的关系通过二维图形表现出来，以最直观的拓扑图的方式表达事物各因素的联系。

基于以上分析,使用集成DEMATEL/ISM方法,综合考虑东北林区贮木场消防风险影响因素的模糊性与交互性,构建贮木场消防安全影响因素分析模型,确定东北林区贮木场消防风险影响因素的重要程度与逻辑结构，为东北林区贮木场消防风险评估模型的建立与有效消防风险的管控和监督提供理论依据。

1 集成DEMATEL/ISM方法

结合DEMATEL/ISM 2种方法的特点，利用DEMATEL方法计算结果并引入阈值λ，获得ISM方法所需的可达矩阵, 进而建立因素的解释结构模型，使因素间的逻辑结构划分更为直观清晰，便于分析决策[4]。

1.1 建立直接影响矩阵

根据研究对象确定影响指标集A，划分指标间相互影响程度的等级标度L和对应量值，量化分析要素间的相互影响作用，建立要素间的原始直接影响矩阵。

(1)

式中：A为直接影响矩阵；m和n为影响因素；a为n因素对m因素影响程度。

若运用专家调查法获得R个直接影响矩阵,则利用均值法进行数据处理,如公式(2)所示。

(2)

式中：R为直接影响因素个数；i和j为直接影响矩阵的行列数。

1.2 规范化直接影响矩阵

对矩阵A进行规范化

(3)

1.3 求解综合影响矩阵

综合影响矩阵通过公式(4)计算。

T=A′(I-A′)-1=(tij)n×n。

(4)

式中：T为综合影响矩阵；I为单位矩阵。

1.4 计算影响度、被影响度、原因度和中心度

根据公式(4)求得的综合影响矩阵计算影响度、被影响度、原因度及中心度，影响度和被影响度分别指该因素影响其他因素的能力和受影响的情况。原因度表示该因素在体系中的重要性，中心度的正负是区分原因因素和结果因素的根据。影响度Bi、被影响度Di、原因度Ei和中心度Fi的计算公式依次如公式(5)—公式(8)所示[7]。

(5)

(6)

Ei=Bi-Di,(i=1,2,...,n)。

(7)

Fi=Bi+Di,(i=1,2,...,n)。

(8)

式中：tij为各因素影响程度

1.5 绘制因果图

以中心度为x轴,以原因度为y轴,建立平面直角坐标系，绘制各因素点，形成因果图,并结合象限确定法,对影响因素属性与重要程度进行分析。

1.6 计算可达矩阵

(1)立整体影响矩阵H

H=I+T=(hij)n×n。

(9)

(2)确定阈值λ

λ=α+β。

(10)

式中：α为均值；β为标准差。

λ取值的选取大多根据专家经验,主观性强,而用基于统计分布的均值与标准差之和代替更具有客观性,可降低主观性影响。

(3)确立可达矩阵M

(11)

1.7 建立层次递阶模型

对可达矩阵进行分解,确定影响因素的可达集X(Ci)、先行集Y(Ci)，进而依次分级获得东北林区贮木场消防安全影响因素的层级结构，最终建立阈值下的解释结构模型。

X(Ci)∩Y(Ci)=Z(Ci)。

(12)

2 建立东北林区贮木场风险因素体系

据东北林区贮木场的生产特点与火灾特性，基于德尔菲法，结合系统论、事故致因理论和危险源理论等[5-7]，从人员、设备、可燃物、环境和管理5个方面提取17个东北林区贮木场消防风险影响因素,如图1 所示。影响因素释义见表1。

表1 各影响因素详细释义

图1 火灾风险影响因素图示

3 贮木场消防安全影响因素分析

3.1 建立DEMATEL分析模型

(1)各因素对其他因素的影响根据影响性等级由强到弱分为L1—L8，见表2。

表2 影响等级标度表

根据专家调查法，得到东北林区贮木场17个影响因素的直接影响矩阵A，见表3。

表3 直接影响矩阵A

(2)根据公式(5)—公式(8)，可计算得各因素影响度、被影响度、中心度和原因度。根据原因度大小计算各影响所占权重见表4和表5。

表4 各影响因素的计算值

表5 各影响因素权重比

(3)绘制因果图。根据表4可得因果关系图的横坐标及纵坐标分别为中心度Fi及原因度Ei，如图2所示。

图2 因果关系图

3.2 建立ISM模型

根据综合影响矩阵的均值及标准差可得λ=0.131+0.048 8=0.179 8。按照公式(9)—公式(11)获得可达矩阵M，运用公式(12)获得东北林区贮木场消防风险因素的多级ISM模型，如图3所示。

图3 多级ISM模型

3.3 结果分析

(1)原因度分析。根据公式(11)可知，原因度大于0为原因型因素，反之则为结果型因素的原则，东北林区贮木场消防风险因素包含8个原因因素和9个结果因素。按照原因度大小，原因因素依次为：C14湿度、C13气温、C12风速、C1工作人员人数、C8木材储存量、C4设备种类及数量、C11木材含水率、C16消防知识培训投入。结果因素依次为：C3工作人员防火技能、C2工作人员防火意识、C9加工剩余物存放情况、C15消防设施完好性、C5消防设施完好性、C7设备使用年限、C6设备养护周期、C10加工剩余物存放情况、C17防火巡逻周期。

从原因度结果可知，影响贮木场火灾风险的原因型因素由环境、可燃物、人员、设备和管理因素共同构成，这些因素相互影响相互制约，对东北林区贮木场火灾的发生起主导性作用,其中原因度前4位由大到小排列分别为：C14湿度、C13气温、C12风速及C1工作人员人数，其中包括所有的环境因素，由ISM模型可知，属于根源影响因素与深层影响因素。湿度、气温、风速为非人为因素，皆属不可控因素，造成影响的能力也是非常巨大,在恶劣环境条件下，火灾风险直线上升，因此对环境因素的监控也是重中之重，可在贮木场内多处安装传感器，在风速大、温度高和干燥的情况下，提高对其他可控因素的控制，尽可能降低火灾风险。

结果型因素由管理、人员、可燃物和设备因素构成，这些因素是火灾发生的主要原因，对火灾的预防起重要作用。其中管理因素C15消防设施完好性、C17防火巡逻周期为表层影响因素与中层影响因素，受其他因素影响较大，是贮木场火灾发生的直接原因。贮木场的管理方式对于贮木场起火有直接的责任，其中包括防火设施的完好程度、贮木场的管理者对于员工防火知识、防火工具使用、火灾危险程度的教育投入和巡逻人员对隐藏风险的把控。以上风险可通过严格的监管制度将其减低，如定期检查设备，并引进最先进防火设备；加大对员工防火知识技能培训，并可请当地消防员手把手教工人们如何防火、救火，并每个月对员工进行考核；加大防火巡逻力量，如指派多名员工不间断对贮木场进行巡逻，如发现火源，从源头扑灭，可把损失降为最低。

(2)中心度分析。中心度反映了各影响因素在消防风险体系中的重要性。按照中心度从大到小进行排序依次为：C8、C4、C16、C1，在8个原因因素中排前4位,其中包含可燃物、设备因素和人员因素,说明贮木场内对设备及可燃物的看管和存放是预防贮木场起火的关键，同时也要加强对人员的控制，才能有效降低贮木场起火的概率。可燃物因素为中心度最大因素，是火灾的源头,因此为最重要因素，对于可燃物的存放也是预防火灾的关键一步。

C9、C5、C10、C17的中心度在9个结果因素中排前4位,其中对工作人员防火意识和能力是降低火灾风险的基础,提高工作人员的意识和防火能力可以有效地提高整个贮木场的防火氛围，如在贮木场内多处放置提醒标语，让安全成为员工随时随地提供防火意识；对员工防火技能的培训也是贮木场内防火的重点，在培训时确保每个员工能实际操作，对各种防火报警设备及灭火设备的使用做到熟练，并聘请有经验并具有消防安全证的人员作为保卫处领导，带领员工做到时时刻刻把安全放到第一位。

(3)因素逻辑关系分析。根据ISM模型可将影响贮木场火灾的17个因素分为5个等级，第一级为表层影响因素，这些因素往往是导致火灾事故发生的直接原因，分别为C5、C8、C9、C10、C16、C17，其他因素通过影响这6个因素从而影响火灾发生的风险。第二级和第三级为中层影响因素，分别为C6、C15、C2、C3、C4、C7、C11，以上因素通过工作人员素质、设备使用情况和管理力度影响火灾发生的可能性，是贮木场引发火灾事故的间接原因。C1、C13、C14为深层影响因素，C12为根源影响因素，以上因素是贮木场消防的基础，是火灾发生的根本原因。

4 贮木场实际火灾风险预测

4.1 贮木场情况调查

本文以吉林省白河林业局宝马林场贮木场(123°40'～131°E，41°～44°30'N)为研究对象，根据以上模型对其火灾风险进行研究。实验数据为2019年9月18日—9月25日对宝马林场贮木场内一周内的工作及环境进行考察后得出。考察前，将多组测量风速、气温、湿度的传感器放置于林场内间隔50 m的监测点。分别记录该贮木场不同时刻工作人数、木材及其剩余物情况、巡逻情况及设备运转情况。并询问该厂厂长每年对设备的养护及使用情况、每年对工人的培训情况。最后向工人们发放消防知识及火灾处理问卷，对工作人员处理突发火灾的知识进行测试。将各个影响因素分为5个等级，具体分级情况及对贮木场一周调查结果见表6。

表6 贮木场各因素火灾风险评级及调查结果

4.2 贮木场火灾风险预测

通过本次现场调研，对宝马林场贮木场进行了为期一周以天为单位的火灾风险预测。结果发现，本周火灾风险最高的一天为9月19日，该日气温24 ℃，风速为8.14 m/s，空气湿度为65%。根据以上火灾风险评级和各因素对整体火灾风险影响权重表可计算得该日火灾风险评级得分为3.029，风险等级为中风险。本周火灾风险最低的一天为9月25日，该日气温为16 ℃，风速为3.2 m/s，空气湿度为72%，火险评级得分为3.25，风险等级为中风险。

根据以上调研结果，可以得出结论，宝马林场贮木场在秋季火灾发生的风险为中风险，验证了上述模型的可行性。由表6数据可以得出，宝马林场贮木场为小规模林区贮木场，人员设备偏少，在东北林区秋季火灾高发期，评分可稳定为3～3.5。在此期间贮木场可做出以下调整来减少火灾发生的概率：首先可降低同时在岗人数，从而减少设备运转时间，贮木场可在高危季节对人员做出调整，减少木材加工人员，并且增加火灾巡逻人员；其次，可预防性地准备水车及消防车，以便发生火灾时进行及时扑救，以免错过火灾控制最佳时机；最后，可在高危季节进行火险预防宣传活动，对员工进行防火措施教育，进而预防火灾的发生。

5 结论

(1)东北林区贮木场防火影响因素可分为5个方面：人员、设备、可燃物、环境、管理。其中可燃物因素所占影响权重最大，可达25.64%；将这5个方面分为17个影响因素，其中木材蓄积量占有最大影响比重，可达7.45%。

(2)影响东北林区贮木场火灾风险的17个因素中有：8个原因因素，这8个原因因素是火灾发生的支配性原因；9个结果因素，对预防火灾发生有较重要的意义。其中木材蓄积量、设备种类及数量、防火培训投入和工作人数是原因因素中影响最大的4个因素，直接影响贮木场火灾风险发生概率；木材加工剩余物存放方式、设备连续工作时长、木材存放方式及防火巡逻周期为结果因素中影响度最大的4个因素，是引起贮木场火灾的直接原因。

(3)为验证该模型的实用性，本文以宝马林场贮木场为研究对象，现场测量了一周的火灾因素参数，通过该模型计算后发现，宝马林场在该周内火灾风险为中风险，进而提供预防措施来降低该周火灾发生概率。因此得出该模型可用于预测东北林区贮木场火灾风险。