付 強，王 超，郭 亮

（湖北省消防總隊武漢市消防支隊，湖北 武漢，430000）

0 引言

隨著電線電纜在人們生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，電線電纜的安全可靠性越來越受到關(guān)注。據(jù)國外統(tǒng)計在已經(jīng)發(fā)生的火災事故中，由電線電纜引發(fā)的火災幾乎占一半以上［1］。傳統(tǒng)的電線電纜無論是護套材料，還是絕緣材料，大多使用聚氯乙烯材料，這類含鹵材料組成的電纜在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的腐蝕氣體和有毒煙霧，這些有毒有害氣體會使人窒息死亡，嚴重妨礙救火工作的進行和人員疏散。并且電纜燃燒時產(chǎn)生的腐蝕性氣體，尤其是氯化氫氣體還會造成精密儀器和電腦、通信設(shè)備的腐蝕損壞［2］，含鹵材料燃燒造成的二次災害的損失，往往大于火災本身造成的損失。因此，研究和開發(fā)低煙低鹵或無鹵、低酸、低毒的電線電纜迫在眉睫。我國在諸如高層建筑、地鐵、石油、計算機中心、核電站、購物中心和地下街道等場所要求使用阻燃電纜。一般來說提高電纜燃燒性能，就要損失一部分其他性能。如材料的物理性能和工藝性能有所下降，操作困難，同時又使材料成本提高。同時低鹵阻燃電纜與無鹵阻燃電纜相比，燃燒產(chǎn)物的毒性和腐蝕性要大，但是阻燃性能較好，部分材料即使增加了大量的無機阻燃劑，可能很難達到含鹵電纜的阻燃效果。因此，對于不同類型的阻燃電纜的燃燒性能評價應(yīng)該是一個綜合、全面的評價，而不能片面的單純從一兩項參數(shù)指標來對電纜的燃燒性能作出評價。本文采用層次分析法通過指標評價體系對電纜燃燒性能進行評價，對影響燃燒性能的參數(shù)進行綜合研究，使得電纜燃燒性能評價更加全面合理。

1 電纜燃燒性能綜合指標評價體系的構(gòu)建

為得到正確的評價指標，必須全面表述電纜燃燒因素的各項指標。并遵循評價指標體系建立的5個基本原則：科學性原則，系統(tǒng)性原則，綜合性原則，協(xié)調(diào)性原則和實用性原則，所選指標應(yīng)最大限度并客觀地體現(xiàn)各種因素的影響。

電纜燃燒性能包括燃燒性、生煙性、毒性和腐蝕性四個重要方面，測試方法根據(jù)試樣的大小又可分為實驗室試驗、中型試驗及大型試驗3類，相同試驗類型下測試方法也是多種多樣，為了達到評估試驗重復性好，試驗次數(shù)少，費用低的目的，燃燒性能的測試主要建立在錐形量熱計的基礎(chǔ)之上。錐形量熱計（Cone Calorimeter）是1982年美國建筑與火災研究所Barbrauskas等人開發(fā)的專門用于測量材料熱釋放速率的儀器。該裝置是當前能夠表征材料燃燒特性最為理想的試驗儀器，它的測試環(huán)境比一般的小尺寸實驗更接近于真實的火災環(huán)境，所得的試驗結(jié)果與全尺寸燃燒試驗結(jié)果之間存在很好的相關(guān)性［3–4］。在錐形量熱計上面增設(shè)氣體探測系統(tǒng)后，在同一次試驗中可以測定熱釋放速率峰值、平均熱釋放速率、火災性能指數(shù)、點燃時間、煙密度峰值、總釋煙量以及CO2、CO 、HCl、NO、NOX等有毒有害氣體濃度。通過美國ASTM D5485法和中國的管式石英爐的測試方法可以測得燃燒產(chǎn)物金屬損耗、PH值以及導電性能。電纜燃燒性能綜合指標評價體系結(jié)構(gòu)和打分標準見表1。

表1 電纜燃燒性能綜合指標體系和打分標準Table 1 Index system and marking standard of the fire fighting and rescue capacity of the cable

2 系統(tǒng)層次分析法計算

評價指標權(quán)重的確定直接影響評價的科學性及合理性。本文主要運用層次分析法確定各指標的權(quán)重。

2.1 層次分析法

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是由美國運籌學家T L Saaty最早提出的一種實用的多準則決策方法，即把一個復雜問題的結(jié)構(gòu)分成有序的遞階層次，通過逐層分析判斷決策方案并進行優(yōu)劣排序。該方法能夠統(tǒng)一解決決策中的定性和定量問題，具有實用性、系統(tǒng)性、簡捷性等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。AHP的基本步驟［5］為：將復雜問題分成若干層次，以上一層要素為準則將同一層次的各要素進行兩兩比較，判斷各指標的相對重要度性；構(gòu)造判斷矩陣；求解矩陣的特征向量以確定各指標的權(quán)重。

（1）將評價體系的各個指標按其屬性分為若干組，建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型并體現(xiàn)各層次之間的關(guān)系。

（2）將上一層次的某一元素作為判斷準則，由專家根據(jù)該準則對下一層次相應(yīng)元素按9標度法兩兩比較，建立判斷矩陣A。

（3）求解判斷矩陣的最大特征根λmax。將最大特征根對應(yīng)的特征向量W 采用方根法進行歸一化處理，得到同一層次相應(yīng)元素對上一層次某一元素相對重要性的排序值。

2.2 層次分析結(jié)果

按照上述步驟，采用9標度法得到各級指標的相對重要度值，再用層次分析法計算出各級指標權(quán)重。電纜燃燒性能的各層次比較矩陣及權(quán)重見表2～表8，（為判斷矩陣每一行元素的乘積的n次方根，Wi為權(quán)重值，BW ＝λmaxB，λmax為B矩陣的最大特征根）.

表2 集結(jié)后的判斷矩陣——電纜燃燒性能綜合指標評價體系Table 2 Judgment matrix A–Bi（i＝1，2，…，5）

表3 集結(jié)后的判斷矩陣——燃燒性能Table 3 Judgment matrix B1–Ci（i＝1，2，…，7）

表4 集結(jié)后的判斷矩陣——生煙性Table 4 Judgment matrix B2–Ci（i＝8，9，…，13）

表5 集結(jié)后的判斷矩陣——毒性Table 5 Judgment matrix B3–Ci（i＝14，15，…，17）

表6 集結(jié)后的判斷矩陣——腐蝕性Table 6 Judgment matrix B4–Ci（i＝18，19，…，26）

表7 單層排序和一致性檢驗Table 7 Index ranks in one hierarchy and the consistency test

通過一致性檢驗，各判斷矩陣均具有滿意一致性（表7）。

根據(jù)每個指標相對上一層次對應(yīng)要素的權(quán)重值，通過層次總排序計算其相對于總目標的權(quán)重值。各層次指標對總目標重要性的排序權(quán)值，總排序結(jié)果見表8。

表8 層次總排序Table 8 Taxis of total target

2.3 層次總排序的檢驗

為保證層次總排序計算結(jié)果的一致性，利用CR＝CI／RI進行一致性檢驗。研究中

式中（ai為上一層次指標的組合權(quán)）因0.0446＜0.1，所以層次總排序具有滿意一致性。

3 討論

為了檢查電纜燃燒性能綜合指標評價體系建立的準確性和合理性，本文選擇了三種典型電纜，分別為A（普通PVC電纜）、B（低鹵低煙阻燃電纜）、C（核電站用K3類低煙無鹵阻燃電纜）對其進行評價，試驗數(shù)據(jù)來自參考文獻［7］。錐形量熱計試驗平臺輻射熱通量設(shè)定為50kW，每種電纜燃燒性能如表9所示：

表9 電纜基本數(shù)據(jù)Table 9 Basic data of electrical cable

通過指標評價體系計算得到A電纜1.685分、B電纜4.931分、C電纜8.07分。分值越高表示綜合電纜阻燃效果越好。通過比較我們得到A電纜得分最低，因為該電纜屬于普通PVC電纜，在高輻射通量下容易分解燃燒，燃燒產(chǎn)物中含有大量的HCl有毒腐蝕性氣體，并產(chǎn)生大量的煙霧，因此燃燒性能四項一級指標得分都較低，A電纜有效燃燒熱在三種電纜中最低，意味著相同質(zhì)量下熱釋放總量最低，但是PVC電纜燃燒速率較快，在起始300s內(nèi)平均熱釋放速率依然較高。B電纜屬于低煙低鹵電纜，里面添加了部分無機阻燃劑，具有一定的阻燃效果，燃燒性能指標普遍好于A電纜。C電纜屬于核電站用L3型電纜，主要成分為高分子聚合物并添加無機阻燃劑；該電纜在高輻射通量下材料分解速率較慢，故點燃時間較長，熱釋放速率較低，同時因不含鹵系阻燃劑和磷系阻燃劑，故其毒性、腐蝕性均處于較低水平。上述評價結(jié)果全面合理地對三種典型的電纜進行了評價，真實全面地反應(yīng)了不同材料電纜燃燒性能。

4 結(jié)論

1.本文建立了一種全新的電纜燃燒性能綜合評價體系，包含了14個獨立的二級指標。采用層次分析法對各個指標的權(quán)重進行了確定，通過計算可以對每種電纜綜合燃燒性能進行量化評價。

2.基于層次分析法計算指標權(quán)重，建立多指標體系的評價方法能夠有效評價不同種類電纜燃燒的綜合性能。相比傳統(tǒng)的電纜燃燒評價方法，評價結(jié)果更為合理、全面。

［1］司戈.我國建筑電氣火災的現(xiàn)狀、問題和防控對策［J］.建筑電氣，2008，27（10）：28－31.

［2］桂祖桐.聚氯乙烯材料在電線電纜中的地位［J］.電線電纜，2006（3）：4－8.

［3］ASTM E1354－04－2004，Standard test method for heat and visible smoke release rates for materials and products using an oxygen consumption calorimeter［S］.

［4］ISO 5660－1－1993，F(xiàn)ire tests－reaction to fire－rate of hear release from building products［S］.

［5］許樹柏.層次分析法原理［M］.天津大學出版社，1988.

［6］Aupetita B，Genest C.On some useful properties of the perron eigenvalue of a positive reciprocal matrix in the context of the Analytical Hierarchy Process［J］.European Journal of Operational Research，1993，70（2）：263－268.

［7］付強，張和平，龔倫倫，黃冬梅.基于CONE和MCC的典型電纜燃燒性能研究［J］.火災科學，2012，21（1）：13－20.