AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法在歷史文化街區(qū)公共安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用——以天津五大道為例

王冠坤

(天津城市建設(shè)學(xué)院 建筑學(xué)院，天津 300384)

安全是人類(lèi)最基本的需求，必將伴隨人類(lèi)生存、發(fā)展過(guò)程的始終.由于近年來(lái)對(duì)歷史文化街區(qū)的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用以及逐步積累的安全隱患和脆弱的抗災(zāi)能力，使這些地區(qū)成為公共安全風(fēng)險(xiǎn)的高危區(qū).而公共安全是歷史文化街區(qū)延年益壽、長(zhǎng)久生存的重要保障和重大基礎(chǔ).因此，探索歷史文化街區(qū)的公共安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系是對(duì)歷史文化街區(qū)本身防災(zāi)、減災(zāi)能力研究的基本前提和必要手段.

根據(jù)以上情況，采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合的途徑，充分考慮歷史文化街區(qū)自身的特點(diǎn)，區(qū)別一般地區(qū)選用有針對(duì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取六個(gè)準(zhǔn)則層，包括物質(zhì)空間、人的行為、自然環(huán)境、安全設(shè)施、管理能力，通過(guò)AHP法得到各層指標(biāo)的判斷矩陣，計(jì)算得到指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判理論提出歷史文化街區(qū)公共安全現(xiàn)狀二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法，通過(guò)加權(quán)平均方式形成綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)歷史文化街區(qū)公共安全進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并提出對(duì)策和建議.

文中的歷史文化街區(qū)公共安全分兩個(gè)層面，廣義上講是從城市規(guī)劃的層面，綜合研究針對(duì)歷史文化街區(qū)物質(zhì)空間和自然環(huán)境與人的行為的安全關(guān)系，即人口安全、街區(qū)建設(shè)的人口安全容量、空間結(jié)構(gòu)(建筑布局、道路交通、避難疏散)、消防安全設(shè)施、街區(qū)管理能力、自然生態(tài)環(huán)境之間的相互作用，貫穿其中的是災(zāi)害要素；狹義上是指預(yù)防、減輕甚至避免(防災(zāi)、抗災(zāi)能力)人為破壞災(zāi)害(人的不當(dāng)使用)，以及人為過(guò)失與疏忽、材料與設(shè)備老化、其他技術(shù)因素所造成的人為與自然融合而成的災(zāi)害.

1 方法介紹

層次分析法(the analytic hierarchy proeess，簡(jiǎn)稱AHP)是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)薩迪教授于70年代初期提出的重要的定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法[1].這種方法是通過(guò)兩兩比較的方式確定各個(gè)因素的相對(duì)重要性，然后綜合決策者的判斷，確定決策方案相對(duì)重要性的總排序[2].模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種對(duì)不適宜定量的多因素事件進(jìn)行半質(zhì)、半量化分析的方法[3].該綜合評(píng)價(jià)法適合各種非確定性問(wèn)題的解決.

目前，常用的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法有模糊綜合評(píng)判法、層次分析法等.由于在進(jìn)行系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)時(shí)，使用的評(píng)語(yǔ)常帶有模糊性，所以宜采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法.應(yīng)用這種評(píng)價(jià)方法，各指標(biāo)權(quán)重具有舉足輕重的地位[4]，而確定指標(biāo)權(quán)重的方法有很多種，其中層次分析法(AHP)是最簡(jiǎn)便而且較為成熟、有效的方法，是對(duì)模糊評(píng)價(jià)中主觀判斷進(jìn)行定量化描述與分析的重要途徑，能盡量減少個(gè)人主觀臆斷所帶來(lái)的弊端.因此，這兩種方法在文中以穿插、互補(bǔ)的關(guān)系對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行分析.

2 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)原理

2.1 AHP分析法的原理與步驟

通過(guò)層次分析法(AHP法)來(lái)確定指標(biāo)體系各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，其步驟和原理如圖1所示.

一個(gè)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可按目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層分解，或分解為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、子準(zhǔn)則層、要素層等更多的遞階層次結(jié)構(gòu)[3]，如圖2所示.

圖1 層次分析法步驟

圖2 AHP決策分析法層次結(jié)構(gòu)示意

首先對(duì)同一層次的各元素關(guān)于上一層中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，并構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣[5].以矩陣來(lái)表示元素之間的相互重要關(guān)系為

兩兩比較的分值的確定一般采用美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Satty教授的九標(biāo)度法，1～9標(biāo)度的含義如表1[6]所示.

表1 1～9標(biāo)度的含義

由于一個(gè)混亂、不符合邏輯的判斷矩陣可能導(dǎo)致決策上的失誤，因此在每一層的兩兩比較后，都需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，公式如下

CI值越大，表明判斷矩陣偏離完全一致性的程度越大，CI值越小(越接近于0)，表明判斷矩陣的一致性越好.

對(duì)于不同階的判斷矩陣，判斷的一致誤差不同，其CI值的要求也不同，因此還需引入判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值.對(duì)于1～9階判斷矩陣，RI的值分別列于表2[6]中.

2.2 多層次模糊綜合評(píng)價(jià)法的原理與步驟

由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，一般各因素之間有好幾個(gè)層次，因此，需要多層次模糊綜合評(píng)價(jià)法，一般步驟如下[7-8]：

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

(1)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域.P個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，U={u1，u2，…，up}；

(2)確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域.V＝{v1，v2，…，vp}，即等級(jí)集合.每一個(gè)等級(jí)可對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集；

(3)建立模糊關(guān)系矩陣 R.即確定從單因素看被評(píng)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度(R｜up)，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣，即(U，V，R)構(gòu)成了一個(gè)綜合評(píng)價(jià)模型.R為一級(jí)模糊評(píng)價(jià)，即單因素評(píng)價(jià)模型矩陣，是最底層次綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果；

(4)確定評(píng)價(jià)因素的權(quán)向量(上文2.1中已講)；

(5)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià).不論有多少層次，總要求得到最高層次即目標(biāo)層的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，即合成模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量，利用合適的算子將 A與各被評(píng)事物的 R進(jìn)行合成，得到各被評(píng)事物的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B.即

其中：“·”為模糊合成算子，b1是由A與R的第j列運(yùn)算得到的，它表示被評(píng)事物從整體上看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬程度.

3 歷史文化街區(qū)公共安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

3.1 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法在歷史文化街區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的適用度

歷史文化街區(qū)作為歷史建筑密集區(qū)的一種類(lèi)型，本身既存在著“歷史建筑”密集的特點(diǎn)，又有著“街區(qū)”居住或流動(dòng)人口密集的生活屬性和文化多樣性，因此，歷史文化街區(qū)的公共安全問(wèn)題面臨著復(fù)雜的效應(yīng).

(1)運(yùn)用 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)模型，可以將定性和定量的分析有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既能夠充分體現(xiàn)評(píng)價(jià)因素和評(píng)價(jià)過(guò)程的模糊性和靈活性，便于對(duì)復(fù)雜問(wèn)題協(xié)調(diào)修正，又可以突出重要因素的作用和各因素之間的相對(duì)重要程度以及他們之間的影響、協(xié)同作用，比一般的主觀判斷嚴(yán)謹(jǐn)有效，更符合客觀實(shí)際，評(píng)價(jià)結(jié)果更可信可靠.

(2)同時(shí)，模糊綜合評(píng)價(jià)模型雖然已經(jīng)被運(yùn)用到很多學(xué)科領(lǐng)域，但將之運(yùn)用到建立歷史文化街區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中還是有所創(chuàng)新的.歷史文化街區(qū)公共安全評(píng)價(jià)的研究對(duì)象是“人—建筑群—環(huán)境”系統(tǒng)，涉及多方面的問(wèn)題，這決定了其研究?jī)?nèi)容的外延非常廣.本研究基于多元主義的價(jià)值觀，在充分評(píng)估結(jié)構(gòu)化與人文化評(píng)價(jià)方法特性及其發(fā)展現(xiàn)狀特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從技術(shù)應(yīng)用的角度提出了“質(zhì)—量相結(jié)合”的評(píng)價(jià)方法體系，試圖以綜合的、開(kāi)放的研究策略提高實(shí)際解決問(wèn)題的能力.

3.2 評(píng)價(jià)因子的設(shè)計(jì)

由于本研究采用層次分析法(AHP)求取指標(biāo)權(quán)重，因此，在評(píng)價(jià)因子的建構(gòu)和調(diào)查問(wèn)卷(量表)的設(shè)計(jì)上也與之對(duì)應(yīng).評(píng)價(jià)資料的收集主要采用了問(wèn)卷(量表)調(diào)查，并用圖紙和照片進(jìn)行補(bǔ)充.由于影響街區(qū)安全的因素眾多，且多為概念性的描述(如火災(zāi)對(duì)建筑安全的影響)，要使其能被測(cè)量、分析和研究，必須提供更明確的可供測(cè)量的具體指標(biāo).同時(shí)，這也為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采集提供良好的可操作性.

本研究的評(píng)價(jià)因素共分為四個(gè)層次：1個(gè)目標(biāo)層(O)，5個(gè)準(zhǔn)則層(A1—A5)，16個(gè)一層指標(biāo)(B1—B16).評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是基于以上分析的結(jié)果，見(jiàn)表 3.

表3 天津五大道歷史文化街區(qū)公共安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4 研究案例

4.1 研究區(qū)概況

以《天津五大道歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃—控制性詳細(xì)規(guī)劃》為參照，選取天津五大道歷史文化街區(qū)地塊編號(hào)為34的街坊為研究對(duì)象.本次調(diào)研地塊34位于民園體育場(chǎng)東側(cè)，處于五大道相對(duì)核心位置.地塊由河北路、重慶道、新華路和大理道圍合而成，面積總計(jì)約36342.6 m2(計(jì)算到地塊側(cè)實(shí)線).地塊內(nèi)有歷史建筑(統(tǒng)計(jì)到?jīng)]有直接相連的附屬建筑，相連的建筑群被視為一棟建筑)共計(jì)44棟.其中，慶王府和周明泰故居分別為特殊保護(hù)和重點(diǎn)保護(hù)歷史建筑，其余建筑則大多為一般保護(hù)歷史建筑，如圖3所示.

圖3 天津五大道34地塊歷史文化街區(qū)現(xiàn)狀圖

4.2 基于AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法的五大道34地塊歷史文化街區(qū)公共安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)各專(zhuān)項(xiàng)的安全性評(píng)價(jià)，按表3的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造判斷矩陣，并用方根法計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重W，如表4所示.

表4 判斷矩陣O-A數(shù)值

經(jīng)檢驗(yàn)，O—A矩陣一致性較好，無(wú)需調(diào)整.用同樣的方法可算得 B1—B16各層的權(quán)重值為 WA1＝{0.048，0.032，0.032，0.048，0.178，0.449，0.178}；WA2＝{0.200，0.769}；WA3＝{0.333，0.667}；WA4＝{0.250，0.750}；WA5＝{0.286，0.545，0.167}.

經(jīng)檢驗(yàn)，各判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)，不需要調(diào)整.

4.2.1 初級(jí)層次模糊評(píng)價(jià)

根據(jù)所選街區(qū)的實(shí)際情況和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量深入的調(diào)研考察，結(jié)合10位專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)地塊的綜合安全進(jìn)行了評(píng)判，見(jiàn)表 5“安全等級(jí)”一欄(各安全等級(jí)下的數(shù)值為專(zhuān)家贊同人數(shù)).根據(jù)上表對(duì)“物質(zhì)空間 A1”進(jìn)行模糊評(píng)價(jià).首先，建立評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域U和評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域V，即

其次，確定各因素隸屬度.即B1的隸屬度為r1＝(0.3，0.5，0.2，0，0)；B2的隸屬度為r2＝(0.3，0.6，0.1，0，0)；B3的隸屬度為 r3＝(0.1，0.1，0.2，0.4，0.2)；B4的隸屬度為 r4＝(0.2，0.3，0.4，0.1，0)；B5的隸屬度為 r5＝(0.1，0.2，0.3，0.2，0.2)；B6的隸屬度為 r6＝(0，0.1，0.2，0.4，0.3)；B7的隸屬度為 r7＝(0.3，0.5，0.2，0，0).因此，“物質(zhì)空間 A1”中的七個(gè)因素組成的評(píng)價(jià)矩陣為

已知 WA1＝{0.048，0.032，0.032，0.048，0.178，0.449，0.178}，則“物質(zhì)空間A1”的安全綜合評(píng)價(jià)為

同理可得到

4.2.2 二級(jí)層次模糊評(píng)價(jià)

由“物質(zhì)空間 A1”、“自然環(huán)境 A2”、“人的活動(dòng)A3”、“安全設(shè)施 A4”、“管理能力 A5”組成的“天津五大道34地塊歷史文化街區(qū)”公共安全綜合評(píng)價(jià)的模糊向量 WO＝{0.528，0，065，0.117，0.213，0.045}.

由此可得到“天津五大道34地塊歷史文化街區(qū)”的公共安全的綜合安全評(píng)價(jià)結(jié)果為

將以上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖 4，明顯看出五大道 34地塊歷史文化街區(qū)的“物質(zhì)空間”和“安全設(shè)施”存在嚴(yán)重的安全隱患，致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大；“自然環(huán)境”和“人的活動(dòng)”基本安全；而“管理能力”處于較好的狀態(tài).

圖4 準(zhǔn)則層安全等級(jí)比較雷達(dá)

通過(guò)以上的兩級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)(圖5)表明，五大道34地塊歷史文化街區(qū)的公共安全狀況總體處于一般偏較差的臨界狀態(tài).通過(guò)評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)的轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于專(zhuān)家中9.7%的人認(rèn)為五大道34地塊歷史文化街區(qū)的公共安全很好，16.4%的人認(rèn)為較好，24.9%的人認(rèn)為一般，28.9%的認(rèn)為較差，10.9%的人認(rèn)為五大道 34地塊歷史文化街區(qū)的公共安全差.

表5 天津五大道34地塊歷史文化街區(qū)公共安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

圖5 目標(biāo)層最終評(píng)價(jià)結(jié)果

造成以上結(jié)果的因素上文3.2中已呈現(xiàn)，但從地塊現(xiàn)狀的微觀層面來(lái)看：首先，本地塊疏散通道有明顯的不足，地塊出入口不明顯，J字路口和盡端路較多，部分通道被雜物堆放占掉大半或已堵住通道，應(yīng)當(dāng)在部分封閉墻體新開(kāi)辟安全門(mén)通道，拆除私搭亂建，同時(shí)加強(qiáng)道路應(yīng)急照明及安全疏散標(biāo)志建設(shè)；其次，對(duì)地塊存在結(jié)構(gòu)隱患的建筑采取外側(cè)增加外圈梁結(jié)構(gòu)，對(duì)于磚木混合結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加混凝土防護(hù)層；再次，對(duì)建筑的使用功能進(jìn)行置換，完善地塊內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施，逐步改善居民的生活環(huán)境.

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)通過(guò)模糊數(shù)學(xué)理論和層次分析法(AHP)，建立了歷史街區(qū)公共安全評(píng)價(jià)模型，針對(duì)“天津五大道34地塊歷史街區(qū)”進(jìn)行了公共安全分級(jí)評(píng)價(jià)探討，包括災(zāi)害因子識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查掌握了天津五大道歷史街區(qū)現(xiàn)狀的大量一手資料并儲(chǔ)存了為評(píng)價(jià)做準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)，通過(guò)專(zhuān)家集體會(huì)議優(yōu)化了指標(biāo)體系.

(2)使用 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法是“質(zhì)—量相結(jié)合”的評(píng)價(jià)方法體系，具有科學(xué)化、系統(tǒng)化、量質(zhì)統(tǒng)一以及結(jié)構(gòu)與人文方法一體化應(yīng)用等綜合化技術(shù)特證.通過(guò)筆者研究的評(píng)價(jià)實(shí)例，驗(yàn)證了這一方法理論體系在實(shí)踐中的可操作性和有效性.

［1］王蓮芬，許樹(shù)柏. 層次分析法引論[M]. 北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，1990.

［2］孫 崢. 城市自然災(zāi)害定量評(píng)估方法及應(yīng)用[D]. 青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2008.

［3］林 嶺. 人員密集公共建筑安全分級(jí)評(píng)價(jià)初探[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2006.

［4］韓 利，梅 強(qiáng)，陸玉梅，等. AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)方法的分析與研究[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2004(7)：86-89.

［5］萬(wàn)蓓蕾. 基于 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)模型的上海城市社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[D]. 上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

［6］李曉璐，李春雷，李德玉，等. 基于多層次模糊分析法的大壩安全評(píng)價(jià)研究[J]. 人民長(zhǎng)江，2010(17)：92-95.

［7］胡寶清. 模糊理論基礎(chǔ)[M]. 武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

［8］夏顏志，李建華，楊秀娟，等. 校園環(huán)境質(zhì)量的模糊綜合評(píng)價(jià)[J]. 科技信息，2011(2)：407-409.