鄭艷敏，張金鋒，劉慶洲

（河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

基于L-R型模糊數(shù)的原棉庫火災(zāi)事故樹分析

鄭艷敏，張金鋒，劉慶洲

（河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的統(tǒng)計(jì)并依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)所提供的模糊信息，在對(duì)原棉庫發(fā)生火災(zāi)事故構(gòu)建事故樹的基礎(chǔ)上，通過運(yùn)用系統(tǒng)工程的模糊事故樹理論中的尖型隸屬函數(shù)，對(duì)原棉庫火災(zāi)事故進(jìn)行了模糊可靠性分析，得出了其發(fā)生事故的模糊概率可能性分布；并對(duì)各個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行了分析，確立了影響系統(tǒng)的最主要因素，為預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全分析提供了新的方法和途徑。

事故樹；火災(zāi)事故；模糊概率；模糊算子

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，紡織企業(yè)的生產(chǎn)安全已成為一個(gè)社會(huì)問題。棉紡織生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、工序多、機(jī)械設(shè)備復(fù)雜、數(shù)量大、機(jī)器排列密集、通道窄小、機(jī)器設(shè)備轉(zhuǎn)速快；生產(chǎn)的原料主要是棉、麻和化纖等易燃、可燃物，因此火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，火災(zāi)發(fā)生率高。一旦發(fā)生火災(zāi)，蔓延途徑多，極易發(fā)生大面積立體火災(zāi)：火災(zāi)事故的危害巨大、后果嚴(yán)重，輕則燒毀原料、產(chǎn)品，重則徹底毀壞機(jī)器設(shè)備或造成人員傷亡。

在對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行事故概率分析時(shí)，事故樹各底事件發(fā)生的概率本身帶有一定的不確定性，即模糊性［1］，因此把模糊集理論引入到事故樹分析中，用模糊數(shù)描述事件發(fā)生的概率，具有較大的靈活性和適應(yīng)性。在模糊數(shù)學(xué)理論中，對(duì)于那些故障發(fā)生概率低、得不到發(fā)生概率精確值的基本事件，可以認(rèn)為其發(fā)生概率是模糊數(shù)。采用模糊概率方法，并結(jié)合工程技術(shù)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和判斷來構(gòu)造模糊數(shù)的隸屬函數(shù)，可使評(píng)價(jià)結(jié)果更趨合理和科學(xué)［2－3］。因此本文將采用模糊事故樹分析法來分析原棉庫火災(zāi)事故發(fā)生的概率。

1 事故樹分析

1.1 模糊理論基礎(chǔ)

模糊數(shù)μω（x）有2種定義方法，一般采用的方法為設(shè)L，R為模糊數(shù)的參照函數(shù)，若有：

則稱模糊數(shù)μω（x）為L(zhǎng)-R型模糊數(shù)，并記μω（x）（m，α，β）LR，其中m為μω（x）的均值，α，β分別稱為μω（x）的左右分布。當(dāng)α，β等于0時(shí)，μω（x）不是模糊數(shù)。α，β分布越是廣泛，其μω（x）越模糊［4］。參照函數(shù)有多種形式，故L-R型模糊數(shù)的隸屬函數(shù)也有多種形式［5］，常見的有三角形、正態(tài)型和尖型。一般常用的是尖型函數(shù)，其表達(dá)式為

一般計(jì)算模糊數(shù)時(shí)有加、減、乘、除4種法則，本文用到減法和乘法法則，其中減法法則用在計(jì)算或門模糊算子中，而乘法法則用在計(jì)算與門模糊算子中。

1.2 事故樹分析與門模糊算子

對(duì)于與門，其模糊算子的遞推形式為［5－6］

其中mr是專家經(jīng)驗(yàn)得出的頂事件發(fā)生概率的均值；m P1，m P2，…，m Pn分別指專家對(duì)導(dǎo)致頂事件發(fā)生的每個(gè)基本事件的發(fā)生概率；α和β是發(fā)生概率均值的左右分布。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 原棉庫事故樹的構(gòu)建

棉花非常容易燃燒，原棉庫的儲(chǔ)量又比較大，棉花發(fā)生自燃以及受引火源的影響而發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性非常大。為此采用事故樹分析的方法進(jìn)行研究，找出可能導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生的影響因素，并對(duì)各因素間的邏輯關(guān)系作出描述，據(jù)此得出事故樹圖（如圖1所示）。

2.2 頂事件模糊概率可能性分布

因?yàn)槿鐖D1所示的事故樹的“或門”比“與門”多，所以其最小徑集的數(shù)量比最小割集的數(shù)量要少，從最小徑集下手分析比較方便。從事故樹中可以求得最小徑集如下：

圖1 原棉庫火災(zāi)事故的事故樹Fig.1 Fault tree of raw cotton plant fire

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的統(tǒng)計(jì)以及專家經(jīng)驗(yàn)得出事件發(fā)生概率的均值mi如表1所示（均值的依據(jù)），又由式（1）得知隸屬函數(shù)是對(duì)稱的，那么取均值在中間的點(diǎn)x的隸屬度為0.1，那么此時(shí)求得αi＝βi＝0.05mi，其αi和βi的值如表1所示。

根據(jù)表1、圖1及式（2）、式（3）計(jì)算，由事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算得出頂事件的概率如下：P T＝（0.025 6，0.006 8，0.006 8）LR＝（0.018 1，0.031 0），由此可知，頂事件發(fā)生概率大約是0.025 6，系統(tǒng)的可靠度約為0.974 4，頂事件的發(fā)生概率在（0.018 1，0.025 6）之間。從事故樹的基本事件以及頂事件的發(fā)生概率中可以看出發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性較大。因此從最小徑集中找出基本事件影響頂事件發(fā)生的重要程度。

2.3 結(jié)構(gòu)重要度分析

表1 原棉車間火災(zāi)事故樹基本事件的故障概率均值及左右分布Tab.1 Failure probability and distribution of the basic event in the raw cotton plant fire fault tree

通過以上的理論分析可知，基本事件“人為放火、外來火源、吸煙、雷擊、擅自動(dòng)火、汽車排氣管冒火星、接錯(cuò)線或誤操作、絕緣層老化、用電設(shè)備上有雜物、電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)功率偏低、未按設(shè)備要求使用、導(dǎo)線過細(xì)、導(dǎo)線接頭不符合技術(shù)要求、氧化、松動(dòng)、電氣設(shè)備接插不良、堆垛離照明燈的距離太近”發(fā)生與否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)危險(xiǎn)性大小的影響是比較大的，是防治對(duì)策的主要研究對(duì)象。

3 結(jié) 論

1）基于模糊數(shù)學(xué)理論的尖型隸屬函數(shù)，解決了以往事故樹無法解決的基本事件發(fā)生概率值的問題，對(duì)原棉庫事故進(jìn)行分析，使得事故樹分析的范圍得以延伸和擴(kuò)展，這將為杜絕紡織企業(yè)火災(zāi)事故的發(fā)生、保證安全生產(chǎn)、降低災(zāi)害損失具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2）通過對(duì)基本事件結(jié)構(gòu)重要度的分析，確定了影響事故樹頂事件發(fā)生的主要原因，使系統(tǒng)安全分析更加全面，并為其提供了新的方法和途徑；確立了系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，為制定紡織企業(yè)火災(zāi)事故的風(fēng)險(xiǎn)控制措施提供了理論支撐。

［1］周曉蔚，王麗萍，鄭丙輝.基于三角模糊數(shù)的沉積物污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)（Environmental Science），2008，29（11）：3 206-3 212.

［2］周長(zhǎng)春.連續(xù)危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)原理與方法及其在煤礦瓦斯災(zāi)害中的應(yīng)用研究［D］.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），1995.

［3］韓 達(dá).化工企業(yè)開展危害識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的現(xiàn)狀與對(duì)策［J］.化工進(jìn)展（Chemical Industry and Engineering Progress），2003，22（7）：766-795.

［4］黃洪鐘.機(jī)械系統(tǒng)故障樹分析的一種新的模糊方法［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)（Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering），1994（1）：1-7.

［5］李 兵，朱梅林，陳曉偉，等.模糊故障樹分析法在內(nèi)燃機(jī)可靠性中的應(yīng)用研究［J］.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)（Transactions of CSICE），1999，17（1）：63-66.

［6］肖 丹，秦文貴，邸志強(qiáng).模糊故障樹分析法及其在礦井水災(zāi)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保（Mining Safety ＆Environmental Protection），2006，33（5）：43-50.

Fault tree analysis of fire accident in cotton plant based onL-Rfuzzy numerals

ZHENG Yan-min，ZHANG Jin-feng，LIU Qing-zhou

（College of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Based on the statistics of running condition of field equipment and the fuzzy information provided by experts，the fault tree of fire accident in cotton plant is constructed.A reliability analysis on fire accident is made by using sharp-state-typed membership function of the fuzzy fault tree theory，then the fuzzy probability distribution of the explosion is gained.The structural importance of each basic event is also analyzed，and the most influencing factors are determined.It provides a new way for safety analysis of the system and prevention of fire accidents.

fault tree；fire accident；fuzzy probability；fuzzy operator

X932

A

1008-1542（2012）04-0375-04

2012-02-20；

2012-03-23；責(zé)任編輯：王海云

鄭艷敏（1984-），女，河南商丘人，碩士，主要從事火災(zāi)防治理論與技術(shù)方面的研究。