成四喜，雷筱娛，黃錚錚

(湖南化工研究院，湖南 長沙 410014)

農(nóng)藥是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，對防治有害生物、應(yīng)對暴發(fā)性病蟲災(zāi)害、保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的作用，直接影響著國家糧食安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)環(huán)境安全，同時部分農(nóng)藥屬于危險化學(xué)品，其本身具有易燃、易爆、有毒、有害、腐蝕性強等許多潛在的危險特性，而農(nóng)藥?；钒踩鹿释哂型话l(fā)性、復(fù)雜性、激變性、群體性等特點。為了農(nóng)藥危化品安全使用及預(yù)警信息的及時發(fā)布，筆者構(gòu)建了農(nóng)藥?；钒踩u價的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了農(nóng)藥預(yù)警平臺系統(tǒng)，該平臺系統(tǒng)是以農(nóng)藥?；飞a(chǎn)、銷售、倉儲、使用、運輸?shù)热鞒痰陌踩A(yù)警為主要功能模塊的開放性平臺，可為農(nóng)藥危險化學(xué)品企業(yè)、管理機構(gòu)與個人提供預(yù)警信息。

1 ?；钒踩u價方法簡介

危化品安全評價方法包括檢查表法、專家評議法、預(yù)先危險分析法、故障分析法、故障樹分析法、事件樹分析、安全評價法、危險指數(shù)評價法、指標(biāo)評價法等。這些評價方法可以分為定性與定量兩類[1–3]。常用安全評價方法的比較見表1。

表1 一些常用安全評價方法比較

定量安全評價方法可以分為危險指數(shù)評價法、概率風(fēng)險評價法和破壞范圍評價法[3]。危險指數(shù)評價法是通過對運行現(xiàn)狀應(yīng)用事故危險指數(shù)模型，以事故概率及事故嚴(yán)重度為基礎(chǔ)，對設(shè)備和工藝的性質(zhì)狀態(tài)等因素進(jìn)行比較計算，常用的危險指數(shù)評價法有：ICI 公司研發(fā)的蒙德法，道化學(xué)公司爆炸火災(zāi)危險指數(shù)評價法，化工廠危險指數(shù)評價、危險度評價法。概率風(fēng)險評價法是半定量的安全評價方法，根據(jù)事故致因因素事故發(fā)生概率，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計中的概率分析方法，求取事故基本致因因素的關(guān)聯(lián)度或整個評價系統(tǒng)的事故發(fā)生概率的安全評價方法。傷害范圍評價法是根據(jù)事故的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用計算數(shù)學(xué)方法，求取事故對人員的傷害范圍或?qū)ξ矬w的破環(huán)范圍的安全評價方法。包括液體泄漏模型、氣體泄漏模型、氣體絕熱擴散模型、蒸氣云爆炸超壓破壞模型、鍋爐爆炸傷害TNT 當(dāng)量法、池火火焰與輻射強度評價模型、火球爆炸傷害模型、爆炸沖擊波超壓傷害模型、毒物泄漏擴散模型等。

2 農(nóng)藥危化品預(yù)警數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

農(nóng)藥?；返陌踩鹿手饕ㄒ兹肌⒁妆?、毒害、腐蝕等幾類[4]，筆者在對長沙市農(nóng)藥?；飞a(chǎn)、儲存、運輸?shù)日{(diào)查分析的基礎(chǔ)上，研究農(nóng)藥?；返奈：σ蛩?、發(fā)生火災(zāi)爆炸的主要原因，參考國內(nèi)外先進(jìn)安全評價方法，結(jié)合農(nóng)藥危化品的性質(zhì)特點，建立主要針對燃燒和爆炸兩類農(nóng)藥安全事故類型的預(yù)警數(shù)學(xué)模型。該數(shù)學(xué)模型是基于農(nóng)藥危化品單位生產(chǎn)、經(jīng)營、儲存、運輸、使用各環(huán)節(jié)實時采集的安全狀態(tài)數(shù)據(jù)，實時進(jìn)行包括事故發(fā)生可能性和事故后果嚴(yán)重程度兩方面的綜合分析，并得到事故總風(fēng)險，最后結(jié)合不同事故類型的風(fēng)險得出重大危險源的總風(fēng)險程度，并依此進(jìn)行預(yù)警。事故發(fā)生可能性和事故后果嚴(yán)重程度的分析基于模糊數(shù)學(xué)理論，采用模糊評價技術(shù)進(jìn)行評價，再根據(jù)美國石油協(xié)會(API)提出的標(biāo)準(zhǔn)API580 中風(fēng)險矩陣方法確定事故的實時風(fēng)險程度。重大危險源的總風(fēng)險采用各事故風(fēng)險的最大值，即以各事故風(fēng)險的最高程度作為總風(fēng)險程度。

2.1 農(nóng)藥?；肥鹿拾l(fā)生可能性判斷

1) 確定事故發(fā)生的影響因素集，記為{xi}。考慮3 個因素：環(huán)境溫度(x1)，氣體濃度(x2)，泄漏量(x3)。確定事故發(fā)生可能性的評價集，記為{vi}，如取ν1(一般)、v2(中)、v3(高)、v4(極高)。

2) 計算{xi}對{vi}的隸屬度，分析事故發(fā)生的臨界狀態(tài)中因素xi的數(shù)值，確定為預(yù)警區(qū)間的上限；根據(jù)因素xi的不同特性選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值，并確定為預(yù)警區(qū)間的下限；實時風(fēng)險預(yù)警適用范圍為因素xi上下限之間。設(shè)L 為該因素取值的下限，H 為上限?？紤]農(nóng)藥安全事故發(fā)生的實時環(huán)境、濃度、泄漏量等對L、H 進(jìn)行設(shè)定。計算隸屬度公式如下：

3) 計算結(jié)果記為隸屬度矩陣S，見下式：其中{S11S12S13S14}為人員傷亡的單因素評判，{S21S22S23S24}為財產(chǎn)損失的單因素評判，{S31S32S33S34}為事故影響范圍的單因素評判。

4) 采用層次分析法確定影響因素集{xi}的相對權(quán)重集W。計算WS 得到事故發(fā)生可能性的隸屬度向量，根據(jù)最大隸屬度原則得到事故發(fā)生可能性的評價。

2.2 農(nóng)藥?；肥鹿屎蠊麌?yán)重度評判

1) 確定事故后果嚴(yán)重度的影響因素集，記為{xi}，?。簒1為人員傷亡、x2為財產(chǎn)損失、x3為事故影響范圍。確定事故后果嚴(yán)重度的評價集，記為{vi}，?。簐1為一般、v2為中、v3為高、v4為極高。

2) 計算{xi}對{vi}的隸屬度。

(1)計算事故后果

包括死亡半徑R1，重傷半徑R2，輕傷半徑R3，財產(chǎn)損失半徑R4。式中，WTNT為蒸氣云的TNT 質(zhì)量(kg)；Wf為蒸氣云中燃料的總質(zhì)量(kg)；α 為蒸氣云爆炸的當(dāng)量因子，表明參與爆炸的可燃?xì)怏w分?jǐn)?shù)；Qf為蒸氣云的燃燒熱(MJ/kg)；QTNT為TNT 的爆炸熱，取4.12 至4.69 MJ/kg。

(2)計算損失

N1、N2、N3分別為死亡人數(shù)、重傷人數(shù)、輕傷人數(shù)；N4為財產(chǎn)損失，萬元；ρ1為人口密度，人/m2；ρ2為財產(chǎn)密度，萬元/m2；影響范圍取R1、R2、R3、R4中最大值。

(3)確定因素集中各個影響因素對評價集4個等級的隸屬函數(shù)。

計算結(jié)果記為隸屬度矩陣S：

3) 確定因素集{xi}的相對權(quán)重集W，計算WS得到事故后果嚴(yán)重度的隸屬度向量，根據(jù)最大隸屬度原則，得到事故后果嚴(yán)重度的評價。

3 農(nóng)藥?；奉A(yù)警軟件開發(fā)技術(shù)方案

3.1 編程語言與數(shù)據(jù)庫選擇

在建立農(nóng)藥?；窋?shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟件開發(fā)，農(nóng)藥?；钒踩A(yù)警涉及眾多參數(shù)的輸入、輸出，會用到大量相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，鑒于軟件模擬評價設(shè)計的復(fù)雜性，采用成熟的開發(fā)語言及工具集合。筆者選擇Eclipse IDE 作為軟件開發(fā)工具。Eclipse IDE 是一個優(yōu)秀的可視化開發(fā)環(huán)境，其不僅使軟件開發(fā)過程可視化，而且利用計算機圖形技術(shù)與方法，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用圖形、圖像的形式表現(xiàn)出來。另選擇JAVA + LINUX + MYSQL + TOMCAT 的技術(shù)組合。開發(fā)語言采用JAVA，屬于當(dāng)前最為流行、開發(fā)效率很高的高級語言；平臺的部署服務(wù)器為LINUX，為服務(wù)器的通用操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫采用MYSQL 數(shù)據(jù)庫，為開源的中型數(shù)據(jù)庫，作為免費的商業(yè)數(shù)據(jù)庫而廣泛采用；WEB 服務(wù)器采用TOMCAT，是應(yīng)用最為廣泛的WEB 服務(wù)器。上述組合應(yīng)用非常普遍，文檔支持相當(dāng)豐富，技術(shù)成熟穩(wěn)定，有利于項目的順利實施。

3.2 平臺功能及技術(shù)路線

3.2.1 平臺預(yù)警功能

平臺將農(nóng)藥?；奉A(yù)警模型進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)，對用戶提供實時風(fēng)險評估功能，可展現(xiàn)預(yù)警的評估結(jié)論和詳細(xì)分析過程，支持多種格式的評估報告導(dǎo)出或打印功能?？紤]農(nóng)藥各門類物質(zhì)性質(zhì)的不同、農(nóng)藥生產(chǎn)全流程各單位所處的環(huán)境的不同、具備的安全措施與安全應(yīng)急能力的差異，本平臺支持預(yù)警指標(biāo)參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，能夠?qū)γ糠N事故傷害模型的后果進(jìn)行定量的計算和定性的等級劃分，據(jù)此發(fā)布預(yù)警信息。

3.2.2 平臺預(yù)警功能技術(shù)路線

通過對當(dāng)前?；奉A(yù)警的相關(guān)專利、?；坊瘜W(xué)特性和爆炸模型進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上建立農(nóng)藥?；奉A(yù)警的評價體系，并建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，選用合適的計算機實現(xiàn)技術(shù)，將預(yù)警模型軟件化，從而實現(xiàn)動態(tài)、實時接收用戶參數(shù)輸入做出安全預(yù)警分析和評價。具體技術(shù)路線圖如下：

圖1 農(nóng)藥?；钒踩A(yù)警技術(shù)路線

4 結(jié)論與討論

本研究描述了一種用于農(nóng)藥?；坊馂?zāi)爆炸風(fēng)險發(fā)生可能性的預(yù)測模型、后果嚴(yán)重程度的評估模型以及事故整體風(fēng)險的綜合模型。然而農(nóng)藥危化品品種眾多，每類甚至每種物質(zhì)發(fā)生安全事故的情況都不盡相同，因此，平臺設(shè)計了后臺參數(shù)管理系統(tǒng)，可以根據(jù)物質(zhì)的不同進(jìn)行參數(shù)自主設(shè)定。但如何根據(jù)各種門類不同的?；吩O(shè)計不同的指標(biāo)參數(shù)，各指標(biāo)之間可能存在某種關(guān)聯(lián)還有待進(jìn)一步探討。由于安全評價本身不僅涉及自然科學(xué)，而且涉及管理學(xué)、邏輯學(xué)、心理學(xué)等社會科學(xué)的相關(guān)知識，安全評價指標(biāo)及其權(quán)值的選取與生產(chǎn)技術(shù)水平、安全管理水平、生產(chǎn)者和管理者的素質(zhì)以及社會和文化背景等因素密切相關(guān)。因此，每種評價模型都有一定的適用范圍和限度，對各類事故后果模型、事故經(jīng)濟損失評價方法、事故對生態(tài)環(huán)境影響評價方法、人的行為安全性評價方法等還有待進(jìn)一步研究。

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局．安全預(yù)評價導(dǎo)則[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2003．

[2]陳寶智．危險源辨識控制及評價[M]．成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1996．

[3]吳宗之，高進(jìn)東，魏利軍．危險評價方法及其應(yīng)用[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2002：105–106．

[4]汪元輝．安全系統(tǒng)工程[M]．天津：天津大學(xué)出版社，1999．