基于设计方视角的灰色聚类法的变电站消防质量评价

0引言近年来，随着电力行业的不断发展和城市化进程的推进，变电站作为电力供应的重要环节，在社会中发挥着重要的作用。

然而，由于变电站内部存在大量的电气设备和高压电力设备，一旦发生火灾，将会对人员安全和电力设备造成严重的威胁。

设计方作为变电站的参建单位之一，对于变电站的消防能力起着至关重要的影响，在变电站的设计阶段，应考虑消防安全因素，合理布置消防设施和消防通道，确保变电站在发生火灾时能够及时控制和扑灭火灾，保障人员安全撤离。

程方明[1]等通过构建一、二、三级指标的指标体系，并运用序关系分析法和熵权法确定权重，以云模型作为评价模型，并以某变电站为实例，全面地分析了变电站消防风险因素，确定了变电站消防风险等级。

欧庆和[2]等以管网中节点的自由水压为参数，采用EPANET 模拟软件，构建区域管网数值模型，研究了三种不同工况下（室内消火栓开启、室外消火栓开启、室内外消火栓同时开启）变电站消防系统的供水可靠性，研究结果为变电站的消防设计提供了理论基础。

李富强[3]等构建了卷积神经网络的火焰识别模型，显著提高了不同背景下火焰识别的准确率，为变电站的消防管理提供了科学的依据。

刘庆[4]等针对河北省某地下轨道交通主变电站，从“消防系统选取”“消火栓系统流量取值”等多个方面对变电站的消防设计进行了分析和总结，并提出了一套合理的变电站消防及灭火设施设计方案。

邱宁[5]等对特高压变电站的消防设计重点进行了分析和总结，并提出了目前特高压变电站设计消防系统的有效措施。

通过上述文献总结，可以发现，目前的研究主要是针对变电站消防安全质量进行全面、整体的风险评价，但不够精细，例如从某一点出发，关于设计方视角的变电站消防能力评价的研究还相对较少，基于此，本文拟从设计方的视角出发，通过文献识别，筛选出相应的风险指标，采用灰色聚类法对变电站的消防能力进行评价。

为改善变电站的消防能力提供科学和理论依据，推动变电站消防安全工作的进步和完善。

1基于设计方视角的变电站消防能力评价体系从设计方的视角出发，构建变电站消防能力风险评价体系，分析各指标之间相互的重要性，确定指标权重，为变电站消防能力评价提供可靠依据，同时便于设计方更好地了解各要素对变电站消防能力的影响。

通过检索和阅读文献，筛选出3个一级指标：建筑设计、消防系统设计和应急通道设计，以及12个二级指标，详情见表1。

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—作者简介:汤远征（1986-），男，浙江绍兴人，助理工程师，学士，电
气工程及其自动化专业。

基于设计方视角的灰色聚类法的变电站消防质量评价
Fire Safety Quality Evaluation of Substations Based on Design Perspective Using Grey Cluster Analysis
汤远征TANG Yuan-zheng
（云南恒安电力工程有限公司，昆明650200）（Heng An Electric Power ，Kunming 650200，China ）
摘要:从设计方视角出发，文章构建了与设计方相关的变电站消防安全质量评价体系。

通过阅读和筛选文献，选取了3个一级指
标和12个二级指标，利用层次分析法和灰色聚类法，构建了设计方视角的变电站消防安全安全风险等级评价方法，最后，以我国南方某大型变电站工程建设项目为研究对象，进行了实例分析，证明了此方法的可行性，对于实际工程中变电站消防安全风险评价具有一定参考意义。

Abstract:From the perspective of the design party,this article constructs a fire safety quality assessment system for substations related to the design party.By reading and screening literature,three primary indicators and twelve secondary indicators are selected.By using the Analytic Hierarchy Process (AHP)and Grey Cluster Analysis method,an evaluation method for fire safety risk levels from the design party's perspective is constructed.Finally,taking a large-scale substation construction project in southern China as a case study,the feasibility of this method is demonstrated,providing reference significance for fire safety risk assessment in actual substation projects.
关键词:设计方；变电站；消防安全；层次分析法；灰色聚类法；风险评价Key words:design perspective ；substations ；fire safety ；analytic hierarchy process （AHP ）；grey cluster analysis ；risk evaluation 中图分类号:TM63文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）23-056-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.019
表1设计方视角的变电站消防能力评价指标体系
总指标
一级指标
二级指标参考文献设计方视角的变电站消防能力评价指标
建筑设计B 1
结构耐火性c 11
电气设备耐火性c 12
变压器布置c 13电缆沟布置c 14事故油池布置c 15
[1,3,4,5][1,3,4,5][1,4,5][1,4][1,5]消防系统设计B 2火灾报警器布置c 21水消防系统供水能力c 22
消火栓布置c 23
防火标志布置c 24应急疏散标志布置c 25[1,3,4,5][1,2,3,4,5][1,2,3,4,5][1,3][1,3]应急通道设计B 3
应急通道畅通性c 31应急通道位置合理性c 32
[1,5][1,5]
Value Engineering
2基于层次分析法和灰色聚类法的变电站消防安全风险评价体系
2.1层次分析法
层次分析法由美国运筹学家萨蒂（Saaty.T.L.）在20世纪70年代提出[6]，目前广泛应用于风险评价体系中，详细的计算步骤如下：
构造对比矩阵、得出指标权重：
请7名行业内的专家对层次结构模型两两因素间进
行比较，得到判断矩阵A，并对A中每行各元
素求乘积。

（1）
式中，a ij是第i个因素对第j个因素的相对重要性得分。

①计算指标权重：
（2）将矩阵A乘以指标权重，得AW。

②求最大特征值：
（3）式中，w i为i的权重，（AW）i为矩形AW的第i个分量。

③计算一致性指数：
（4）通过计算，对通过一次性分析的结果进行统计，取平均值，最终得到一级指标权重W和二级指标权重W i，详情见表2。

2.2灰色聚类法
灰色聚类法由邓聚龙教授提出[7]，主要用于处理具有不完全信息和不确定性的问题。

通过该方法可以对不确定的风险因素进行划分，建立灰色可能度函数，通过聚类分析得到综合评价值，进而划分和确定风险等级。

步骤如下：①建立白化权函数。

利用中心点型白化权函数[8]，结合变电站的消防安全风险特征，把风险等级划分为5个部分，由阈值中心点向量U=（9，7，5，3，1），进而得出各灰类的阈值和风险等级，具体如表3所示。

根据表3提供的信息，构建了基于设计方视角的变电站消防安全质量评价的
白化权函
数：
（
5）
（6
）
（7
）
（8）
（9）在式（5）-（9）中，d ijk表示专家k在指标i下对指标j 的打分，k=1，2，3，…。

②构建二级灰色评价矩阵。

由d ijk可求得二级指标C ij 在每个
灰类中的评价系数
（10）分别计算二级指标C ij在5个灰类中的评价
系数，得到：
（11）式中，Y ij表示总聚类系数，
得
到灰色评价权值：
（12）整理二级指标的灰色评价权重，建立灰
色评价矩阵R i：
（13）
表2各级指标权重
一级指标权重二级指标权重W i
建筑设计B10.355
结构耐火性c11
电气设备耐火性c12
变压器布置c13
电缆沟布置c14
事故油池布置c15
0.323
0.236
0.168
0.137
0.136
消防系统设计B20.396
火灾报警器布置c21
水消防系统供水能力c22
消火栓布置c23
防火标志布置c24
应急疏散标志布置c25
0.173
0.345
0.268
0.108
0.106
应急通道设计B30.249应急通道畅通性c31
应急通道位置合理性c320.632
0.368
表3各灰类阈值及风险等级
灰类阈值风险等级
e=1
e=2
e=3
e=4
e=5
[0，9，∞]
[0，7，14]
[0，5，10]
[0，3，6]
[0，1，2]
非常安全
安全
一般
危险
非常危险
盂计算综合评价结果。

将二级指标权重W i=（w i1，w i2，…w ij）与二级灰色评价矩阵R i进行相乘，得到加权后的评价结果Z i，即Z i=W i R i，同理，可求得一级指标B i的评价结果Z，进而求得设计方视角的变电站消防安全质量评价结果M=WZ，通过公式W*=M·U T，求得综合评价值W*，并根据表4信息确定目标的风险等级。

3实例分析
以我国南方某大型变电站工程建设项目为研究对象。

该站区内设有宽的消防通道，并在全站范围内布置有干粉灭火器，变电站用水采用市政供给，消防用水系统和生活用水系统分别独立设置。

主变压器设有储油坑和排油管道，附近设有事故油池，并通过排油管道连接，事故油池排油采用油水分离处理，分离出来的水随电缆沟积水一起排入污水管道；电缆均采用阻燃型材料，并在电缆沟的交叉和分支处设有阻火段；同时设有消防照明和火灾报警系统。

根据表2的信息和构建的白化权函数，邀请5位行业
内专家对研究对象的二级指标进行评价打分
：
由5位行业内专家的打分，通过公式（5）-（13）得到二级指标的灰色评价矩阵
：
由公
式，可求得一级指标的灰色评价矩阵Z
：
由公式M=WZ，可求得基于设计方视角的变电站消防安全风险等级的评价向量：
由公式W*=M·U T，可求得综合评价值：
根据表4提供的信息，可知，基于设计方视角而言，该变电站消防安全的风险等级属于“安全”的状态，风险较低，只需要进行小范围整改即可。

另外需要注意的是，在二级指标中，结构的耐火性能，水消防系统的供水能力以及应急通道的畅通性占权重较大，设计方人员应对这些方面加强重视，在保证不浪费资源材料的前提下，尽可能提高结构的耐火性能；对当地的市政管网进行调研和考察，保证水消防系统拥有充足的供水能力；消防应急通道要时刻保持通畅，禁止堆放杂物，以免在紧急情况下影响人员和车辆的进出。

4结语
由于设计方视角的变电站消防安全质量评价的相关研究较少，基于此，本文通过阅读和筛选文献，构建了设计方视角的变电站消防安全风险评价指标体系，共3个一级指标和12个二级指标。

利用层次分析法和灰色聚类法相结合，构建了设计方视角的变电站消防安全风险评价方法，并结合我国南方某大型变电站工程建设项目进行了实例分析，对其他变电站建设项目的风险评价具有一定的参考意义。

但变电站的建设过程复杂，施工环境多变，本文选取的12个指标体系还存在一定局限性，在后续的工作中应增加指标的数量，提高指标的精度。

参考文献院
[1]程方明，牛巧霞，刘文辉.变电站火灾风险评价指标体系及云模型分析[J].西安科技大学学报，2022，42（04）：664-673.
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[3]李富强，瞿航，徐宁一，等.神经网络方法在变电站消防管理的应用研究[J].消防科学与技术，2020，39（12）：1770-1772.
[4]刘庆，邹鲁，邵红波，等.全地下模式轨道交通主变电站消防系统设计要点分析[J].给水排水，2021，57（11）：115-119，125.
[5]邱宁，王晖.特高压变电站消防重点与规范问题探讨及改进措施[J].变压器，2019，56（08）：19-23.
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[7]Deng J L.Introduction of Grey System Theory.Inn.Mong[J]. Electr.Power，1993，3:51-52.
[8]刘思峰，谢乃明.基于改进三角白化权函数的灰评估新方法[J].系统工程学报，2011，26（02）：244-250.
表4设计方视角的变电站消防安全质量评价风险水平等级风险等级量化值范围评价
非常安全安全一般危险非常危险（8，10]
（6，8]
（4，6]
（2，4]
（0，2]
风险极低，可稍微整改
风险较低，可小范围整改
风险一般，需要局部整改
风险较高，需要大范围整改
风险极高，需要立即全面整改。