基于Python的易燃易爆品倉儲風(fēng)險評價系統(tǒng)研究

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，使其長期安全、可靠地保存便成了一項難題。尤其是具有易燃易爆屬性的危險化學(xué)品，因為其特殊的化學(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、財產(chǎn)損失和不良的社會影響。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存系統(tǒng)到可自燃固體的倉儲系統(tǒng)等范圍，在進行倉儲管理時需要根據(jù)其不同物質(zhì)的特殊性質(zhì)進行分類管理。因此，建立一個合理的易燃易爆品倉儲風(fēng)險控制體系成為一個十分重要的課題。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國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)生在倉儲單位的事故共有23起，占比達到10%，可見對于易燃易爆品倉儲的風(fēng)險控制還需加強。

我國從“重大危險源評價和宏觀控制技術(shù)研究”開始對易燃易爆品倉儲進行系統(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)秀的易燃易爆品倉儲研究成果，危險化學(xué)品風(fēng)險管控的理論體系也日趨完善。然而，在易燃易爆品倉儲風(fēng)險控制系統(tǒng)的相關(guān)程序設(shè)計和開發(fā)上，相關(guān)研究基礎(chǔ)還較為薄弱，在進行數(shù)據(jù)分析時往往存在數(shù)據(jù)較為龐雜，計算較為繁復(fù)的問題。而且，相關(guān)的管理系統(tǒng)的理論研究與企業(yè)運用結(jié)合較淺、運用程度也較低。因此，需要開發(fā)一個結(jié)合具體算法的計算軟件，加快數(shù)據(jù)處理和分析能力，減輕科研人員負擔(dān)的同時，也能更好地與企業(yè)實際運用相結(jié)合。

1 易燃易爆品倉儲風(fēng)險控制評價體系

影響易燃易爆品火災(zāi)爆炸危險性的原因眾多，結(jié)合相關(guān)文獻研究，遵循科學(xué)性、合理性和實際性的要求，通過征詢行業(yè)內(nèi)相關(guān)專家的意見和建議，歸納出以4個一階評價指標(biāo)和14個二階評價指標(biāo)構(gòu)成的易燃易爆品倉儲風(fēng)險控制體系，如圖1所示。

圖1 倉儲風(fēng)險控制評價指標(biāo)體系Fig.1 System of risk control assessment

2 模糊綜合評價法的確定

本文選用的評價方法為模糊綜合評價法，通過對倉儲風(fēng)險控制評價指標(biāo)體系進行權(quán)重賦值，結(jié)合相關(guān)專家評價意見，得出具體單位系統(tǒng)的風(fēng)險程度。

2.1 評價指標(biāo)權(quán)重與評價等級的確定

2.1.1 評價指標(biāo)權(quán)重的確定 在建立評價指標(biāo)的過程中，利用二階指標(biāo)對易燃易爆品倉儲單位進行風(fēng)險控制評價，擬采用層次分析法來確立體系中各項指標(biāo)權(quán)重［3-4］。

設(shè)一階各個指標(biāo)Ui的權(quán)重值為ai，i∈{1,2,3,4}，其中需滿足ai≥0，并且一階評價指標(biāo)Ui的權(quán)重值ai總和必須為1，即各個二階評價指標(biāo)Uij的權(quán)重分別為aij，j為第i個一階指標(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個一階指標(biāo)下屬的二階指標(biāo)數(shù)［5］。

因此，該評價體系一階模糊評價集為：

該評價體系二階模糊評價集為：

2.1.2 評價指標(biāo)等級的確定 為了能更好反映倉儲單位易燃易爆品存儲控制性能，表現(xiàn)出評價等級的層次性，可以更好地對實際情況進行風(fēng)險評價［6］。結(jié)合多位安全工程領(lǐng)域和化工領(lǐng)域?qū)＜业囊庖姡O(shè)定評價標(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 建立評價矩陣

評級矩陣的任務(wù)主要是對風(fēng)險控制體系進行分析，主要的數(shù)學(xué)方法是模糊綜合評價法［7］。結(jié)合專家審議，可以得到各個等級隸屬度的評價標(biāo)準(zhǔn)集合bij，第i個一階指標(biāo)評價矩陣Bi［5］為：

2.3 基于模糊綜合評價法的易燃易爆品倉儲評價

2.3.1 模糊綜合評價方法 該評價方法的依據(jù)為已經(jīng)建立完成的易燃易爆品倉儲風(fēng)險控制體系，對該體系的二階結(jié)構(gòu)進行向上合成運算，得出一階模糊評價矩陣，根據(jù)數(shù)值分布確定該評價體系的安全性。

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

式（4）中：“ ?”為模糊合成算子；“ ?”表示有界積運算，為在有限制下積不超過1的乘積運算；“?”表示符號兩側(cè)取小。

在i=1、2、3、4時，分別代入式（4）運算得到一階評價矩陣［5］：

最后，對一階指標(biāo)灰色模糊集合進行相關(guān)模糊綜合運算，得出最終評價矩陣［5］：

2.3.2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定 在設(shè)定評價指標(biāo)的權(quán)重集時，運用層次分析法，結(jié)合安全工程及倉儲管理方面專家的意見，考慮各個方面的因素，建立出相關(guān)權(quán)重分配體系。

在進行權(quán)重分配的過程中，采用的數(shù)學(xué)方法主要為德爾菲法，其結(jié)合了層次分析法和眾多專家的評價意見。首先由專家給出每一個一階評價指標(biāo)和各一階指標(biāo)下屬二階指標(biāo)的重要程度排序，通過建立判斷矩陣，計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)過一致性檢驗后，并根據(jù)每個參與確定指標(biāo)的專家的年齡、職稱、工齡等要素進行加權(quán)平均，得出最終的權(quán)重分配結(jié)果，見表1。

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

3 基于Python的程序設(shè)計開發(fā)

3.1 風(fēng)險控制系統(tǒng)IPO和算法流程圖

3.1.1 IPO模式 IPO模式是在程序設(shè)計之初，幫助程序設(shè)計人員和使用者梳理程序設(shè)計思路，所設(shè)計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)和運算目的，易燃易爆品倉儲風(fēng)險控制評價系統(tǒng)的IPO模式如下：

Input（輸入）：輸入本次易燃易爆品倉儲評價總?cè)藬?shù)和各評價指標(biāo)的評價人數(shù)。

Process（處理）：將各指標(biāo)的具體評價人數(shù)轉(zhuǎn)換為該指標(biāo)的相應(yīng)隸屬度，并通過模糊評價法計算最后結(jié)果。

Output（輸出）：輸出各一階指標(biāo)的風(fēng)險控制評價等級，最終計算評價體系總的風(fēng)險控制效果，并提出簡短建議。

通過IPO模式的簡單分析，可以清楚地看出本風(fēng)險控制系統(tǒng)主要的輸入操作是輸入總的評價人數(shù)和各二階評價指標(biāo)的人數(shù)；處理方式為采用模糊綜合評價法對上述人數(shù)分布進行分析，最終得出總的評價結(jié)果；而輸出操作則是根據(jù)上述分布和結(jié)果，對指標(biāo)進行分析，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)入和測試的大體流程［8］。

3.2 實例分析

3.2.1 數(shù)據(jù)輸入 某易燃易爆品倉儲風(fēng)險評價主要采用模糊綜合評價法進行，該次評價總?cè)藬?shù)為10人，具體程序操作界面如圖3所示：輸入評價總?cè)藬?shù)10人，如圖3（a）所示；輸入“人的因素”評價人數(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“存儲物品”人數(shù)，如圖3（e）所示。

3.2.2 系統(tǒng)指標(biāo)評價結(jié)果 各一階指標(biāo)和總的評價集合如表2所示，最終評價結(jié)果及建議如圖4所示。

從圖4可以看出，該倉儲單位的風(fēng)險控制水平為基本安全，應(yīng)當(dāng)對其明顯的風(fēng)險項予以控制，針對隱患進行排查，限期整改。同時，各一階評價指標(biāo)的結(jié)果也有所展示，針對系統(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)合本單位實際情況，予以整改［9-13］。

表2 評價集合Tab.2 Sets of assessment

圖4 最終評價結(jié)論及建議Fig.4 Final conclusion and proposals

3.3 Python編程分析優(yōu)勢

Python編程實現(xiàn)易燃易爆品倉儲風(fēng)險分析的優(yōu)勢主要有以下3點：

1）整個程序輕巧簡潔。Python編程后整個運行程序十分小巧，并且保持了較快的運算速度，極大縮短了研究分析人員的數(shù)據(jù)處理時間。

2）整個程序靈活多用。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)用平臺更廣泛，MATLAB必須在電腦端才可以處理計算，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端。同時Numpy相當(dāng)于MATLAB的Python版本，繼承了MATLAB的強大數(shù)據(jù)處理能力［14］。

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

4 結(jié) 語

本文以模糊綜合評價法做為算法，基于Python語言和平臺編寫了一套針對易燃易爆品倉儲的風(fēng)險控制評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)只需依次輸入二階評價指標(biāo)的評價人數(shù)，即可對其風(fēng)險控制程度進行自動運算。在運算結(jié)束后可以自動得出各指標(biāo)及該系統(tǒng)整體的風(fēng)險控制評價集合，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儲企業(yè)的安全生產(chǎn)要求，即可進行有針對性的整改。該程序代碼簡單，運算速度極快，維護方便，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其他行業(yè)和領(lǐng)域，具有很強的推廣型和適用性。