周德紅，李 左，許 淵，伍 蒙，陳慧芳

武漢工程大學(xué)興發(fā)礦業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074

隨著全面建成小康社會(huì)任務(wù)逐漸艱巨，人民生產(chǎn)生活中需要的化工產(chǎn)品和化工原料日益增多，如何管理好在生產(chǎn)中涉及到的化學(xué)用品，使其長(zhǎng)期安全、可靠地保存便成了一項(xiàng)難題。尤其是具有易燃易爆屬性的危險(xiǎn)化學(xué)品，因?yàn)槠涮厥獾幕瘜W(xué)屬性，極易導(dǎo)致發(fā)生較大及以上的火災(zāi)、爆炸事故，造成很大的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和不良的社會(huì)影響。并且，易燃易爆品目類眾多，物理特性和化學(xué)特性各異，可以涵蓋從大型液化天然氣儲(chǔ)存系統(tǒng)到可自燃固體的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)等范圍，在進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理時(shí)需要根據(jù)其不同物質(zhì)的特殊性質(zhì)進(jìn)行分類管理。因此，建立一個(gè)合理的易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制體系成為一個(gè)十分重要的課題。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，我國(guó)2016年全年共發(fā)生222起涉及化學(xué)品事故，造成199人死亡，400人受傷［1-2］。在這些事故中，有96起事故屬于?；肥鹿?，占比41.38%。在這222起涉及化學(xué)品事故中，火災(zāi)爆炸事故共99起，共導(dǎo)致117人死亡及168人受傷。其中，發(fā)生在倉(cāng)儲(chǔ)單位的事故共有23起，占比達(dá)到10%，可見(jiàn)對(duì)于易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)控制還需加強(qiáng)。

我國(guó)從“重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)和宏觀控制技術(shù)研究”開始對(duì)易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)化研究，直至現(xiàn)在有了《企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)范》（GB/T 33000-2016），其中包含重大危險(xiǎn)源的管理內(nèi)容，在此期間也產(chǎn)生了很多優(yōu)秀的易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)研究成果，危險(xiǎn)化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)管控的理論體系也日趨完善。然而，在易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的相關(guān)程序設(shè)計(jì)和開發(fā)上，相關(guān)研究基礎(chǔ)還較為薄弱，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)往往存在數(shù)據(jù)較為龐雜，計(jì)算較為繁復(fù)的問(wèn)題。而且，相關(guān)的管理系統(tǒng)的理論研究與企業(yè)運(yùn)用結(jié)合較淺、運(yùn)用程度也較低。因此，需要開發(fā)一個(gè)結(jié)合具體算法的計(jì)算軟件，加快數(shù)據(jù)處理和分析能力，減輕科研人員負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也能更好地與企業(yè)實(shí)際運(yùn)用相結(jié)合。

1 易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)體系

影響易燃易爆品火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性的原因眾多，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究，遵循科學(xué)性、合理性和實(shí)際性的要求，通過(guò)征詢行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家的意見(jiàn)和建議，歸納出以4個(gè)一階評(píng)價(jià)指標(biāo)和14個(gè)二階評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制體系，如圖1所示。

圖1 倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 System of risk control assessment

2 模糊綜合評(píng)價(jià)法的確定

本文選用的評(píng)價(jià)方法為模糊綜合評(píng)價(jià)法，通過(guò)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行權(quán)重賦值，結(jié)合相關(guān)專家評(píng)價(jià)意見(jiàn)，得出具體單位系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)程度。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重與評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定 在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的過(guò)程中，利用二階指標(biāo)對(duì)易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)單位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)，擬采用層次分析法來(lái)確立體系中各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重［3-4］。

設(shè)一階各個(gè)指標(biāo)Ui的權(quán)重值為ai，i∈{1,2,3,4}，其中需滿足ai≥0，并且一階評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui的權(quán)重值ai總和必須為1，即各個(gè)二階評(píng)價(jià)指標(biāo)Uij的權(quán)重分別為aij，j為第i個(gè)一階指標(biāo)下屬的二階指標(biāo)，同理必須保證aij≥0，同一一階指標(biāo)下屬二階指標(biāo)權(quán)重和為1，即，其中ki代表第i個(gè)一階指標(biāo)下屬的二階指標(biāo)數(shù)［5］。

因此，該評(píng)價(jià)體系一階模糊評(píng)價(jià)集為：

該評(píng)價(jià)體系二階模糊評(píng)價(jià)集為：

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)的確定 為了能更好反映倉(cāng)儲(chǔ)單位易燃易爆品存儲(chǔ)控制性能，表現(xiàn)出評(píng)價(jià)等級(jí)的層次性，可以更好地對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［6］。結(jié)合多位安全工程領(lǐng)域和化工領(lǐng)域?qū)＜业囊庖?jiàn)，設(shè)定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集為，其中，P1、P2、P3、P4、P5分別表示不安全、低安全、基本安全、較為安全和十分安全。

2.2 建立評(píng)價(jià)矩陣

評(píng)級(jí)矩陣的任務(wù)主要是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制體系進(jìn)行分析，主要的數(shù)學(xué)方法是模糊綜合評(píng)價(jià)法［7］。結(jié)合專家審議，可以得到各個(gè)等級(jí)隸屬度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集合bij，第i個(gè)一階指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣Bi［5］為：

2.3 基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)評(píng)價(jià)

2.3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)方法 該評(píng)價(jià)方法的依據(jù)為已經(jīng)建立完成的易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制體系，對(duì)該體系的二階結(jié)構(gòu)進(jìn)行向上合成運(yùn)算，得出一階模糊評(píng)價(jià)矩陣，根據(jù)數(shù)值分布確定該評(píng)價(jià)體系的安全性。

為接近現(xiàn)實(shí)情況，擬采用隸屬度運(yùn)算中的算子F(?, ?)［5］，即：

式（4）中：“ ?”為模糊合成算子；“ ?”表示有界積運(yùn)算，為在有限制下積不超過(guò)1的乘積運(yùn)算；“?”表示符號(hào)兩側(cè)取小。

在i=1、2、3、4時(shí)，分別代入式（4）運(yùn)算得到一階評(píng)價(jià)矩陣［5］：

最后，對(duì)一階指標(biāo)灰色模糊集合進(jìn)行相關(guān)模糊綜合運(yùn)算，得出最終評(píng)價(jià)矩陣［5］：

2.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定 在設(shè)定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集時(shí)，運(yùn)用層次分析法，結(jié)合安全工程及倉(cāng)儲(chǔ)管理方面專家的意見(jiàn)，考慮各個(gè)方面的因素，建立出相關(guān)權(quán)重分配體系。

在進(jìn)行權(quán)重分配的過(guò)程中，采用的數(shù)學(xué)方法主要為德?tīng)柗品ǎ浣Y(jié)合了層次分析法和眾多專家的評(píng)價(jià)意見(jiàn)。首先由專家給出每一個(gè)一階評(píng)價(jià)指標(biāo)和各一階指標(biāo)下屬二階指標(biāo)的重要程度排序，通過(guò)建立判斷矩陣，計(jì)算最大特征根和特征向量，得出每一層指標(biāo)的層次單排序結(jié)果，經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)后，并根據(jù)每個(gè)參與確定指標(biāo)的專家的年齡、職稱、工齡等要素進(jìn)行加權(quán)平均，得出最終的權(quán)重分配結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 權(quán)重分配表Tab.1 Weight assignation

3 基于Python的程序設(shè)計(jì)開發(fā)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)IPO和算法流程圖

3.1.1 IPO模式 IPO模式是在程序設(shè)計(jì)之初，幫助程序設(shè)計(jì)人員和使用者梳理程序設(shè)計(jì)思路，所設(shè)計(jì)程序或軟件需要遵循的基本框架和思路的重要模式，包括：Input（輸入）、Process（處理）和Output（輸出）［8］。其可以很好地幫助人們了解程序任務(wù)和運(yùn)算目的，易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)系統(tǒng)的IPO模式如下：

Input（輸入）：輸入本次易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)評(píng)價(jià)總?cè)藬?shù)和各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)人數(shù)。

Process（處理）：將各指標(biāo)的具體評(píng)價(jià)人數(shù)轉(zhuǎn)換為該指標(biāo)的相應(yīng)隸屬度，并通過(guò)模糊評(píng)價(jià)法計(jì)算最后結(jié)果。

Output（輸出）：輸出各一階指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)等級(jí)，最終計(jì)算評(píng)價(jià)體系總的風(fēng)險(xiǎn)控制效果，并提出簡(jiǎn)短建議。

通過(guò)IPO模式的簡(jiǎn)單分析，可以清楚地看出本風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)主要的輸入操作是輸入總的評(píng)價(jià)人數(shù)和各二階評(píng)價(jià)指標(biāo)的人數(shù)；處理方式為采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)上述人數(shù)分布進(jìn)行分析，最終得出總的評(píng)價(jià)結(jié)果；而輸出操作則是根據(jù)上述分布和結(jié)果，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分析，從人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和管理方面的角度提出相關(guān)整改建議。

3.1.2 算法流程圖 該程序編寫的算法流程圖如圖2所示，可以更好理解數(shù)據(jù)導(dǎo)入和測(cè)試的大體流程［8］。

3.2 實(shí)例分析

3.2.1 數(shù)據(jù)輸入 某易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行，該次評(píng)價(jià)總?cè)藬?shù)為10人，具體程序操作界面如圖3所示：輸入評(píng)價(jià)總?cè)藬?shù)10人，如圖3（a）所示；輸入“人的因素”評(píng)價(jià)人數(shù)，如圖 3（b）所示；輸入“技術(shù)設(shè)備”人數(shù)，如圖 3（c）所示；輸入“環(huán)境條件”人數(shù)，如圖 3（d）所示；輸入“存儲(chǔ)物品”人數(shù)，如圖3（e）所示。

3.2.2 系統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果 各一階指標(biāo)和總的評(píng)價(jià)集合如表2所示，最終評(píng)價(jià)結(jié)果及建議如圖4所示。

從圖4可以看出，該倉(cāng)儲(chǔ)單位的風(fēng)險(xiǎn)控制水平為基本安全，應(yīng)當(dāng)對(duì)其明顯的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)予以控制，針對(duì)隱患進(jìn)行排查，限期整改。同時(shí)，各一階評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)果也有所展示，針對(duì)系統(tǒng)提示的安全程度，結(jié)合具體的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、安全生產(chǎn)責(zé)任制相關(guān)要求，從人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和管理缺陷入手，結(jié)合本單位實(shí)際情況，予以整改［9-13］。

表2 評(píng)價(jià)集合Tab.2 Sets of assessment

圖4 最終評(píng)價(jià)結(jié)論及建議Fig.4 Final conclusion and proposals

3.3 Python編程分析優(yōu)勢(shì)

Python編程實(shí)現(xiàn)易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)分析的優(yōu)勢(shì)主要有以下3點(diǎn)：

1）整個(gè)程序輕巧簡(jiǎn)潔。Python編程后整個(gè)運(yùn)行程序十分小巧，并且保持了較快的運(yùn)算速度，極大縮短了研究分析人員的數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

2）整個(gè)程序靈活多用。相較于MATLAB或其他數(shù)學(xué)分析軟件，本系統(tǒng)基于Python開發(fā)，其應(yīng)用平臺(tái)更廣泛，MATLAB必須在電腦端才可以處理計(jì)算，而本程序可以在Windows、iOS及Linux上廣泛使用，因此應(yīng)用端除電腦外，甚至可應(yīng)用于平板電腦以及手機(jī)端。同時(shí)Numpy相當(dāng)于MATLAB的Python版本，繼承了MATLAB的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力［14］。

3）整個(gè)程序易懂開源，相較于C、C++、Java等編程語(yǔ)言，Python本身的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)潔優(yōu)美，可編譯性極強(qiáng)，本程序編寫代碼同樣十分簡(jiǎn)潔，應(yīng)用人員可以輕易讀懂。因此在具體運(yùn)用時(shí)，研究人員或企業(yè)可以根據(jù)自己實(shí)際情況修改程序相關(guān)部分，使其可以更好貼合于應(yīng)用實(shí)際［15］。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以模糊綜合評(píng)價(jià)法做為算法，基于Python語(yǔ)言和平臺(tái)編寫了一套針對(duì)易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)只需依次輸入二階評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)人數(shù)，即可對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)控制程度進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算。在運(yùn)算結(jié)束后可以自動(dòng)得出各指標(biāo)及該系統(tǒng)整體的風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)價(jià)集合，并根據(jù)最大隸屬度原則，給出相應(yīng)的安全程度，提出相應(yīng)的整改建議，結(jié)合具體易燃易爆品倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)的安全生產(chǎn)要求，即可進(jìn)行有針對(duì)性的整改。該程序代碼簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度極快，維護(hù)方便，易于企業(yè)和科研人員使用。并且具有模塊化特征，根據(jù)相關(guān)企業(yè)和相關(guān)流程修改代碼即可針對(duì)其他行業(yè)和領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的推廣型和適用性。