王 冰謝 杰高 巍王 鳳

(1:吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，長春 130111;2:哈爾濱安博威飛機工業(yè)有限公司，哈爾濱 150066)

0 引言

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，危險化學(xué)品的生產(chǎn)使用越來越多，發(fā)生火災(zāi)、爆炸，中毒事故的數(shù)量也隨之增長，并且事故后果嚴重[1].如2013年6月2日14時20分，中石油大連石化分公司發(fā)生油渣罐爆炸事故，造成4人死亡;2013年6月3日上午6時，吉林寶源豐禽業(yè)有限公司發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)原因是該公司一車間內(nèi)電氣線路短路引燃可燃物，高溫導(dǎo)致氨氣管道發(fā)生爆炸，氨氣泄露介入燃燒，導(dǎo)致百余人喪生.因此，根據(jù)實際情況對危險化學(xué)品重大危險源進行準確、科學(xué)的分級，對事故后果嚴重程度準確評估，可為按層次、分等級監(jiān)管重大危險源提供數(shù)據(jù)支持[2].目前，重大危險源分級方法主要有美國道化學(xué)公司的火災(zāi)、爆炸指數(shù)法、英國帝國化學(xué)公司蒙德工廠的蒙德評價法、我國化工廠危險程度分級方法、動態(tài)聚類分級法以及模糊動態(tài)聚類分級法等[3].本文采用層次－主成分分析方法對危險化學(xué)品重大危險源分級進行研究論證.通過安全領(lǐng)域的專家運用層次分析法確定風(fēng)險指標的相對權(quán)重，然后結(jié)合實際數(shù)據(jù)進行主成分分析，最后進行危險化學(xué)品重大危險源的綜合危險等級計算.

1 分級指標的建立

1.1 指標選取依據(jù)

在參考國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合?；袠I(yè)發(fā)生火災(zāi)、爆炸及毒物泄漏事故的風(fēng)險特征，通過對某些重點大型危化生產(chǎn)、經(jīng)營企業(yè)實際調(diào)研走訪，對生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)及儲存的各個環(huán)節(jié)進行風(fēng)險因素的綜合分析評價，最終將分級指標確定為物量系數(shù)、物質(zhì)危險性、工藝危險性、人員數(shù)量、財產(chǎn)價值5個指標.

1.2 指標解釋及計算

(1)物量系數(shù)X1.將單元內(nèi)各種危險化學(xué)品的總量與其臨界量的比值即物量系數(shù)作為分級指標(臨界量參考《危險化學(xué)品重大危險源辨識》(GB18218－2009)).對于單元內(nèi)存在多種危險化學(xué)品重大危險源的，將各物量系數(shù)相加為單元總的危險物量系數(shù)[4];

(2)物質(zhì)危險性X2.采用火災(zāi)、爆炸危險性指數(shù)F和毒性指數(shù)P進行計算:X2=F+P.物質(zhì)火災(zāi)、爆炸，毒性危險性指數(shù)參考道化學(xué)方法確定;

(3)工藝危險性X3.不同單元裝置的工藝設(shè)計過程是不同的，其工藝參數(shù)也有差別.具體危險性大小可通過道化學(xué)方法及蒙德法來確定;

(4)人員數(shù)量X4.在毒物濃度，火災(zāi)、爆炸能量和接觸時間相同的情況下，人群密度越大，死傷人數(shù)可能會越多.人員數(shù)量的確定根據(jù)危險源500 m范圍內(nèi)的人員數(shù)計算;

(5)財產(chǎn)價值X5.對于火災(zāi)爆炸事故，按財產(chǎn)損失半徑內(nèi)的財產(chǎn)全部損壞確定財產(chǎn)損失價值系數(shù);對于發(fā)生泄露中毒事故可能性大的，按財產(chǎn)損失價值系數(shù)為0.5計算.

2 層次－主成分分析法評價模型

2.1 層次分析法計算指標權(quán)重

通過專家調(diào)查法，發(fā)放多份調(diào)查表采集兩兩比較判斷矩陣[5－6].對判斷矩陣進行加權(quán)計算，得出物量系數(shù)、物質(zhì)危險性、工藝危險性、人員數(shù)量、財產(chǎn)價值的權(quán)重依次為:0.2727，0.2620，0.1003，0.2518，0.1131.

2.2 主成分分析法的綜合得分模型

本文運用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對5個指標的原始數(shù)據(jù)進行處理，求取標準化數(shù)據(jù)，進行矩陣的相關(guān)性分析，計算相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、特征向量及貢獻率，確定主成分.

(1)原始數(shù)據(jù)的收集與整理.通過對某化工企業(yè)危險化學(xué)品重大危險源的實際調(diào)研，收集并計算物量系數(shù)、物質(zhì)危險性、工藝危險性、事故死亡半徑內(nèi)人員數(shù)量和財產(chǎn)損失半徑內(nèi)的損失價值系數(shù)(見表1).

表1 某化工業(yè)區(qū)危險化學(xué)品重大危險源分級指標數(shù)據(jù)調(diào)研

(2)原始數(shù)據(jù)標準化.不同的指標因素的實際數(shù)據(jù)具有不同的量綱，需要對指標的數(shù)值進行標準化處理，以消除不同的量綱的差異.考慮到分級指標間重要程度的差異，還需要對標準化矩陣進行加權(quán)處理.加權(quán)標準化數(shù)據(jù)見表2.

表2 危險化學(xué)品重大危險源分級指標加權(quán)標準化數(shù)據(jù)

(3)指標因素矩陣的相關(guān)性分析.對標準化數(shù)據(jù)進行加權(quán)后，選取數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣作為衡量樣本數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣見表3.

表3 加權(quán)標準化后的相關(guān)系數(shù)矩陣

(4)相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、特征向量及貢獻率.特征向量反映了每一指標因素在綜合得分中的影響大小.方差貢獻率的大小反映的是主成分綜合各指標因素的能力強弱.相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值及方差貢獻率見表4.

表4 相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值及方差貢獻率

由表4可以看出，第一主成分的特征值最大為3.945，其次為第二主成分0.719.本文按照特征值大于0.5及方差累積貢獻率＞85%的原則，提取第一、第二主成分作為綜合指標.

特征向量的獲取通過成分矩陣中每一列的系數(shù)除以其相對應(yīng)的特征值的開方后得到.成分矩陣及特征向量見表5.

表5 成分矩陣及特征向量

(5)綜合得分值模型.結(jié)合表4和表5，由第一、第二向量對應(yīng)的標準化特征向量值得到前兩個主成分關(guān)系式為:

將加權(quán)標準化數(shù)據(jù)表2中的數(shù)據(jù)代入(1)，(2)中得到主成分的得分值.雖然從兩方面反應(yīng)了指標體系，綜合信息能力較強，但并不能做出綜合得分，將以其方差貢獻率為系數(shù)加權(quán)求和得到綜合得分模型公式:

將加權(quán)標準化數(shù)據(jù)表2帶入式(1)，(2)，(3)得分及分級結(jié)果見表6.

表6 某化工業(yè)區(qū)危險化學(xué)品重大危險源分級結(jié)果

3 結(jié)論

本文在大量的調(diào)查及多位專家評分基礎(chǔ)上，結(jié)合層次分析法得出的權(quán)重系數(shù)，對實際調(diào)研數(shù)據(jù)進行科學(xué)計算整理，應(yīng)用主成分分析法進行綜合分級，取得以下幾方面成果:

(1)通過層次分析法得出:物量系數(shù)、物質(zhì)危險性、人員數(shù)量的權(quán)重分別為0.2727，0.2620，0.2518，在指標體系中相對權(quán)重較大;

(2)第一主成分分析中物量系數(shù)、物質(zhì)危險性、人員數(shù)量3個指標系數(shù)較大，第二主成分中物量系數(shù)、物質(zhì)危險性、工藝危險性3個指標，分別在危險化學(xué)品重大危險源危險等級的成分中起了重要作用;

(3)綜合得分等級與第一主成分等級一致，原因是第一主成分的方差貢獻率達到了78.903%，在較大程度上反應(yīng)了實際情況，綜合得分越高，說明危險化學(xué)品重大危險源的危險等級越高，反之則越低.

[1]胡海軍，程光旭，禹盛林，王玉亮，杜阡陌.一種基于層次分析法的危險化學(xué)品源安全評價綜合模型[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2007，7(3):141－144.

[2]張 巍，蔣軍成，張明廣，虞漢華.城市重大危險源普查與分級技術(shù)探討[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2005，5(4):105－108.

[3]牛 偉，蔣仲安，丁厚成，丁進田，劉雙雙.聚類分析法在行業(yè)事故風(fēng)險分級中的應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2008，18(4):163－167.

[4]中華人民共國國家標準.危險化學(xué)品重大危險源辨識(GB 18218－2009)[S].北京:中國標準出版社，2009.

[5]余福茂，肖 亮，袁 飛.主成分分析在重大危險源風(fēng)險評價中的應(yīng)用研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4(5):42－45.

[6]徐 青，郭忠印，丁 藝.應(yīng)用層次—主成分分析法評價高等級公路安全性[J].森林工程，2005，21(1):37－48.