吳景泰 侯曉彤(沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110136)

0 引言

跨海區(qū)域間的聯(lián)系方式主要有：輪渡、橋梁和海底隧道。海底隧道不僅直接連通陸地，且受氣象條件影響小，有很強(qiáng)的抗震性能和戰(zhàn)備意義。世界級(jí)工程港珠澳大橋中，長達(dá)達(dá)5.6千米的沉管隧道是已經(jīng)修建完成的海底隧道中技術(shù)精度和技術(shù)要求最高的海底隧道。隨著我國海底隧道建設(shè)的飛速發(fā)展，越來越多的越江跨海通道正在修建和規(guī)劃中，沉管隧道也由于造價(jià)低廉、施工方便等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

但因沉管隧道位于水下，結(jié)構(gòu)狹長、空間小、不利于空氣流通及結(jié)構(gòu)的特殊性，發(fā)生火災(zāi)后隧道內(nèi)煙霧很難順利地排出，并且對(duì)車輛與人員進(jìn)行疏散時(shí)也十分困難。這就要求保證其火災(zāi)應(yīng)急救援系統(tǒng)的可靠性，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警就是通過對(duì)沉管隧道運(yùn)營期間火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估及預(yù)先報(bào)警，為以應(yīng)急救援為目的管理提供依據(jù)。

1 沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素分析

選用事件樹和事故樹結(jié)合的方法，從沉管隧道發(fā)生火災(zāi)開始，逐層分析可能導(dǎo)致事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素，從而得到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警所需要確定的指標(biāo)體系。而由于這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)遞階層次結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系，而且很多評(píng)估指標(biāo)具有模糊性，因此應(yīng)用模糊層次評(píng)價(jià)法對(duì)沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。以發(fā)生火災(zāi)后的應(yīng)急救援為目的分析風(fēng)險(xiǎn)，初始事件為沉管隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，采用事件樹來分析影響沉管隧道火災(zāi)失控的主要事件階段，建立隧道火災(zāi)事件樹(見圖1)。

由事件樹分析結(jié)果，根據(jù)沉管隧道具體情況，從火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警、火災(zāi)控制、火災(zāi)疏散三個(gè)階段分別建立事故樹來對(duì)沉管隧道火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)分析。

1.1 火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警階段

沉管隧道火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)失效主要可分為自動(dòng)報(bào)警失效及手動(dòng)報(bào)警失效兩部分。而手動(dòng)報(bào)警失效可能來自于設(shè)備和人員兩方面的失效。

1.2 火災(zāi)控制階段

沉管隧道火災(zāi)控制失敗主要與隧道內(nèi)的消防滅火系統(tǒng)故障及人為失誤有關(guān)。隧道的消防滅火系統(tǒng)主要由消防系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)兩部分組成；人為失誤可能包括監(jiān)控室工作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并啟動(dòng)預(yù)案等。

1.3 火災(zāi)疏散階段

沉管隧道火災(zāi)疏散失敗可能與逃生出口故障和人員的失誤有關(guān)。逃生出口故障主要包括設(shè)備故障和結(jié)構(gòu)故障兩部分；而人員的失誤包括逃生引導(dǎo)人員和逃生人員的失誤。

隧道火災(zāi)事件樹如圖1所示。

圖1 隧道火災(zāi)事件樹

2 沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

文章以港珠澳沉管段為例，建立以上三個(gè)階段的故障樹，得到沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的18個(gè)基本風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)(事故樹的底事件)，見表1。

表1 各階段基本風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)模型

2.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

2.1.1 確定判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重、一致性

采取兩兩比較的方法，對(duì)準(zhǔn)則層各要素相對(duì)于目標(biāo)層的重要性、指標(biāo)層各要素對(duì)準(zhǔn)則層的重要性進(jìn)行賦值，并把每層內(nèi)的元素都進(jìn)行比較，搭建權(quán)重評(píng)估判斷矩陣。判斷矩陣標(biāo)度準(zhǔn)則如表2所示。

表2 判斷矩陣標(biāo)度準(zhǔn)則表

2.1.2 層次單排序與一致性檢驗(yàn)

層次單排序主要是確定本層次的各個(gè)因素在上一層因素下的重要性排序。即對(duì)于判斷矩陣Uij，計(jì)算滿足UijW=λmaxW的特征根和特征向量。其中W是特征向量，分量為ωi，λmax為Uij的最大特征根，ωi也就是各對(duì)應(yīng)因素單排序的權(quán)值，這樣層次單排序就轉(zhuǎn)化成了求λmax和W的解同時(shí)得出對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

2.1.3 層次總排序與一致性檢驗(yàn)

相對(duì)層次單排序而言，層次總排序是為了核算某一層次全部要素對(duì)最高層的相對(duì)重要性排序，該計(jì)算過程是從最高層級(jí)開始，到最低層次依次展開的。構(gòu)建層次總排序的判斷矩陣，計(jì)算準(zhǔn)則層Ui各要素相對(duì)于目標(biāo)層U的權(quán)重。

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

(1)構(gòu)建模糊判斷矩陣。建立評(píng)語集，邀請(qǐng)專家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，將風(fēng)險(xiǎn)水平分為四個(gè)測(cè)量等級(jí)：很高、高、一般和低，為便于計(jì)算，將評(píng)語標(biāo)度數(shù)量化，從高到低依次賦值4、3、2、1。根據(jù)打分結(jié)果，得到各階段模糊判斷矩陣R1，R2，R3。

(2)將層次分析法評(píng)價(jià)結(jié)果納入到模糊綜合評(píng)價(jià)模型中，計(jì)算各階段模糊評(píng)價(jià)向量Ti=WiT·Ri和綜合評(píng)價(jià)向量T=WT·R，最終將各級(jí)指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)定。

3 沉管隧道火災(zāi)分級(jí)預(yù)警判斷

沉管隧道火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)旨在己建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型基礎(chǔ)上，分析處理后將沉管隧道發(fā)生火災(zāi)后各階段安全風(fēng)險(xiǎn)情況更直觀地呈現(xiàn)給管理者，并根據(jù)分級(jí)情況靈活調(diào)整運(yùn)營管理對(duì)策，以達(dá)到提高應(yīng)急救援可靠性的目標(biāo)?？捎貌煌伾念A(yù)警燈對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)即上一節(jié)得到的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，具體判斷分級(jí)如表3所示。

表3 沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分級(jí)

為了提前對(duì)沉管隧道運(yùn)營期間的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)隱患問題進(jìn)行及時(shí)整改，減少火災(zāi)發(fā)生后產(chǎn)生人員傷亡的概率，除了確定沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級(jí)別外，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)還要能夠向管理者提出有針對(duì)性的對(duì)策建議。

Ⅰ級(jí)預(yù)警，必須立即采取有效措施整改，直至風(fēng)險(xiǎn)降低并重新評(píng)估通過；Ⅱ級(jí)預(yù)警，應(yīng)努力整改完善降低風(fēng)險(xiǎn)，密切關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)失控可能性，強(qiáng)化對(duì)當(dāng)前控制措施監(jiān)控力度，必要時(shí)及時(shí)調(diào)整方案；Ⅲ級(jí)預(yù)警，不能放松當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)控制水平，可以考慮采取更加適宜的解決方案，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)失控；Ⅳ級(jí)預(yù)警，保持現(xiàn)有控制措施，不必調(diào)整或采取新措施。

由于沉管隧道系統(tǒng)較大，管理者可以通過預(yù)警燈先了解系統(tǒng)的總體狀況，做出相應(yīng)的判斷后再詳細(xì)針對(duì)具體的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行整改。

4 結(jié)語

文章首先采用事件樹和事故樹結(jié)合的分析方法，以港珠澳沉管隧道為例，分析出了在火災(zāi)發(fā)生之后監(jiān)測(cè)報(bào)警、火災(zāi)控制和火災(zāi)疏散3個(gè)階段中的風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)。接著根據(jù)事故樹的18個(gè)底事件建立了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)估模型，在采用層次分析法對(duì)各層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過模糊數(shù)學(xué)定量評(píng)估沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。最終把模糊評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為4個(gè)區(qū)間，采用紅橙黃綠三種顏色的信號(hào)燈將沉管隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，及時(shí)對(duì)可能存在的隱患進(jìn)行預(yù)警提醒，并分別提出了對(duì)策建議。

文章所研究的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警框架，能夠?qū)Τ凉芩淼肋\(yùn)營期間的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估及預(yù)先報(bào)警，提前發(fā)現(xiàn)問題并整改，有利于促進(jìn)火災(zāi)發(fā)生后的應(yīng)急救援更有效地進(jìn)行。