基于AHP－PCA法的危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)研究

王 冰謝 杰高 巍王 鳳

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

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)使用越來(lái)越多，發(fā)生火災(zāi)、爆炸，中毒事故的數(shù)量也隨之增長(zhǎng)，并且事故后果嚴(yán)重[1].如2013年6月2日14時(shí)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(shí)，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(shí)際情況對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源進(jìn)行準(zhǔn)確、科學(xué)的分級(jí)，對(duì)事故后果嚴(yán)重程度準(zhǔn)確評(píng)估，可為按層次、分等級(jí)監(jiān)管重大危險(xiǎn)源提供數(shù)據(jù)支持[2].目前，重大危險(xiǎn)源分級(jí)方法主要有美國(guó)道化學(xué)公司的火災(zāi)、爆炸指數(shù)法、英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司蒙德工廠的蒙德評(píng)價(jià)法、我國(guó)化工廠危險(xiǎn)程度分級(jí)方法、動(dòng)態(tài)聚類分級(jí)法以及模糊動(dòng)態(tài)聚類分級(jí)法等[3].本文采用層次－主成分分析方法對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)進(jìn)行研究論證.通過安全領(lǐng)域的專家運(yùn)用層次分析法確定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重，然后結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，最后進(jìn)行危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的綜合危險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算.

1 分級(jí)指標(biāo)的建立

1.1 指標(biāo)選取依據(jù)

在參考國(guó)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(xiǎn)特征，通過對(duì)某些重點(diǎn)大型?；a(chǎn)、經(jīng)營(yíng)企業(yè)實(shí)際調(diào)研走訪，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)及儲(chǔ)存的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素的綜合分析評(píng)價(jià)，最終將分級(jí)指標(biāo)確定為物量系數(shù)、物質(zhì)危險(xiǎn)性、工藝危險(xiǎn)性、人員數(shù)量、財(cái)產(chǎn)價(jià)值5個(gè)指標(biāo).

1.2 指標(biāo)解釋及計(jì)算

(1)物量系數(shù)X1.將單元內(nèi)各種危險(xiǎn)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(jí)指標(biāo)(臨界量參考《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB18218－2009)).對(duì)于單元內(nèi)存在多種危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的，將各物量系數(shù)相加為單元總的危險(xiǎn)物量系數(shù)[4];

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

(3)工藝危險(xiǎn)性X3.不同單元裝置的工藝設(shè)計(jì)過程是不同的，其工藝參數(shù)也有差別.具體危險(xiǎn)性大小可通過道化學(xué)方法及蒙德法來(lái)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(shí)間相同的情況下，人群密度越大，死傷人數(shù)可能會(huì)越多.人員數(shù)量的確定根據(jù)危險(xiǎn)源500 m范圍內(nèi)的人員數(shù)計(jì)算;

(5)財(cái)產(chǎn)價(jià)值X5.對(duì)于火災(zāi)爆炸事故，按財(cái)產(chǎn)損失半徑內(nèi)的財(cái)產(chǎn)全部損壞確定財(cái)產(chǎn)損失價(jià)值系數(shù);對(duì)于發(fā)生泄露中毒事故可能性大的，按財(cái)產(chǎn)損失價(jià)值系數(shù)為0.5計(jì)算.

2 層次－主成分分析法評(píng)價(jià)模型

2.1 層次分析法計(jì)算指標(biāo)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(duì)判斷矩陣進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出物量系數(shù)、物質(zhì)危險(xiǎn)性、工藝危險(xiǎn)性、人員數(shù)量、財(cái)產(chǎn)價(jià)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(yùn)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)5個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求取標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，進(jìn)行矩陣的相關(guān)性分析，計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、特征向量及貢獻(xiàn)率，確定主成分.

(1)原始數(shù)據(jù)的收集與整理.通過對(duì)某化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的實(shí)際調(diào)研，收集并計(jì)算物量系數(shù)、物質(zhì)危險(xiǎn)性、工藝危險(xiǎn)性、事故死亡半徑內(nèi)人員數(shù)量和財(cái)產(chǎn)損失半徑內(nèi)的損失價(jià)值系數(shù)(見表1).

表1 某化工業(yè)區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)調(diào)研

(2)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化.不同的指標(biāo)因素的實(shí)際數(shù)據(jù)具有不同的量綱，需要對(duì)指標(biāo)的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除不同的量綱的差異.考慮到分級(jí)指標(biāo)間重要程度的差異，還需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣進(jìn)行加權(quán)處理.加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)見表2.

表2 危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)指標(biāo)加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

(3)指標(biāo)因素矩陣的相關(guān)性分析.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)率.特征向量反映了每一指標(biāo)因素在綜合得分中的影響大小.方差貢獻(xiàn)率的大小反映的是主成分綜合各指標(biāo)因素的能力強(qiáng)弱.相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值及方差貢獻(xiàn)率見表4.

表4 相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值及方差貢獻(xiàn)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(xiàn)率＞85%的原則，提取第一、第二主成分作為綜合指標(biāo).

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(duì)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(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量值得到前兩個(gè)主成分關(guān)系式為:

將加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)體系，綜合信息能力較強(qiáng)，但并不能做出綜合得分，將以其方差貢獻(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表2帶入式(1)，(2)，(3)得分及分級(jí)結(jié)果見表6.

表6 某化工業(yè)區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)結(jié)果

3 結(jié)論

本文在大量的調(diào)查及多位專家評(píng)分基礎(chǔ)上，結(jié)合層次分析法得出的權(quán)重系數(shù)，對(duì)實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算整理，應(yīng)用主成分分析法進(jìn)行綜合分級(jí)，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(xiǎn)性、人員數(shù)量的權(quán)重分別為0.2727，0.2620，0.2518，在指標(biāo)體系中相對(duì)權(quán)重較大;

(2)第一主成分分析中物量系數(shù)、物質(zhì)危險(xiǎn)性、人員數(shù)量3個(gè)指標(biāo)系數(shù)較大，第二主成分中物量系數(shù)、物質(zhì)危險(xiǎn)性、工藝危險(xiǎn)性3個(gè)指標(biāo)，分別在危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源危險(xiǎn)等級(jí)的成分中起了重要作用;

(3)綜合得分等級(jí)與第一主成分等級(jí)一致，原因是第一主成分的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了78.903%，在較大程度上反應(yīng)了實(shí)際情況，綜合得分越高，說(shuō)明危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)等級(jí)越高，反之則越低.

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