改進(jìn)層次分析法在建筑火災(zāi)風(fēng)險評估中的應(yīng)用

尤明偉 吳國華（漳州市公安消防支隊(duì)，福建 漳州 363000）

目前，建筑火災(zāi)風(fēng)險評估技術(shù)主要分為定性方法，半定量方法和定量方法。定性方法包括安全檢查表、層次分析法；半定量方法包括NFPA101M 火災(zāi)安全評估系統(tǒng)、Gretener法、火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)（Fire Risk Index）法、古斯塔夫法等；定量分析法是以系統(tǒng)發(fā)生事故的概率和事故發(fā)生后果為基礎(chǔ)求出風(fēng)險，以風(fēng)險大小評估系統(tǒng)的火災(zāi)安全程度，也稱概率評價法[1-2]。本文主要針對層次分析法在建筑火災(zāi)風(fēng)險評估中的局限性，在層次性分析法的基礎(chǔ)上引入云理論技術(shù)，為建筑火災(zāi)風(fēng)險評估提供一個新的思路。

1 建筑火災(zāi)風(fēng)險層次分析法

1.1 概述

層次分析法簡稱AHP，是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法[3]。建筑火災(zāi)風(fēng)險層次分析法是通過對建筑影響火災(zāi)的因素進(jìn)行分解，建立分析指標(biāo)體系。通過建立的指標(biāo)體系對建筑的火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行評價，指出建筑存在的火災(zāi)隱患并提出建筑合理的消防設(shè)計(jì)和整改措施。

1.2 建筑火災(zāi)風(fēng)險層次分析方法步驟

（1）建立合理的建筑火災(zāi)因素層次結(jié)構(gòu)模型。在深入分析建筑火災(zāi)影響因素的基礎(chǔ)上，將有關(guān)的各個因素按照不同屬性自上而下地分解成若干層次。目標(biāo)層是建筑火災(zāi)風(fēng)險，準(zhǔn)則層是建筑被動防火，主動防火和火災(zāi)安全管理。

（2）構(gòu)造有效的對比矩陣。建立了建筑火災(zāi)因素層次分析結(jié)構(gòu)之后，上下層元素間的隸屬關(guān)系就確定了，從層次結(jié)構(gòu)模型的第2層開始，對于從屬于上一層每個因素的同一層諸因素，用成對比較法構(gòu)成對比矩陣，直到最下層。對比矩陣主要通過專家打分法進(jìn)行獲得。

（3）計(jì)算權(quán)向量并作一致性檢驗(yàn)。對于每一個成對對比矩陣計(jì)算最大特征根及對應(yīng)特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過，特征向量即為權(quán)向量，若不通過，需重新構(gòu)造成對比較陣。

（4）計(jì)算組合權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)。計(jì)算最下層對目標(biāo)的組合權(quán)向量，并根據(jù)公式做組合一致性檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)通過，則可按照組合權(quán)向量表示的結(jié)果進(jìn)行決策，否則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些一致性比率較大的成對比矩陣。

（5）利用各影響因子的權(quán)重值對建筑進(jìn)行防火設(shè)計(jì)或提出整改措施。建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候可以參考層次分析法對建筑火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險評估的結(jié)果，按影響因子權(quán)重值由大到小的順序?qū)ㄖM(jìn)行防火設(shè)計(jì)或提出整改措施。

1.3 層次分析方法局限性

層次分析法的優(yōu)點(diǎn)是簡潔實(shí)用，所需信息量較少，然而有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑影響火災(zāi)的因素比較多，運(yùn)用層次性分析法進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險評估存在著一定的局限性，如①定量數(shù)據(jù)較少，定性成分多，不易令人信服；②指標(biāo)過多時數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量大，且權(quán)重難以確定；③特征值和特征向量的精確求法比較復(fù)雜。

2 改進(jìn)層次分析方法

2.1 云理論的數(shù)學(xué)特性及運(yùn)算規(guī)則

云主要由期望值Ex、熵En和超熵He3個數(shù)字變量組成，即C（Ex， En， He），其中，Ex表示模糊概念在論域中的中心值，它最能夠代表定性概念的點(diǎn)，即云的重心位置；En是定性概念模糊度的度量，它的大小反映了在論域中可被模糊概念接受的數(shù)值范圍；He是云厚度的度量，它反映了云的離散程度， 是熵的不確定性度量。通過這3個數(shù)字變量可以把隨機(jī)性和模糊性集成起來，用定量的特性去反映定性的概念，建立了一種由定性到定量的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換模型。假設(shè)在論域上的兩個云，C1（Exa， Ena，Hea）和C2（Exb， Enb， Heb），它們的算術(shù)運(yùn)算規(guī)則如表1所示：

表1 云算術(shù)運(yùn)算規(guī)則

2.2 基于云理論的建筑火災(zāi)風(fēng)險評估

（1）利用層次分析法構(gòu)建建筑火災(zāi)風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)圖。基于建筑火災(zāi)綜合因素的分析，以系統(tǒng)性、層次性、全面性、定量與定性相結(jié)合為原則構(gòu)建了一個由5個一級指標(biāo)，22個二級指標(biāo)的多層次建筑火災(zāi)因素層次體系。目標(biāo)層為建筑火災(zāi)風(fēng)險，各個指標(biāo)層包括：①消防施救設(shè)施：消防車通道、消防救援樓、消防電梯、防排煙系統(tǒng)；②滅火與報警系統(tǒng)：消火栓滅火系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、輕型滅火器材；③阻燃與防火措施：防火區(qū)、防火門、防火墻與防火卷簾、抗火災(zāi)蔓延措施、火災(zāi)荷載密度。

（2）評估基于云模型的指標(biāo)權(quán)重云。指標(biāo)權(quán)一般有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩種方法。采用主觀賦權(quán)法受到評估人員知識水平的限制會存在一定的主觀隨意性，而客觀賦權(quán)法計(jì)算出的權(quán)重有時又與實(shí)際重要程度相差較大。因?yàn)樵诮ㄖ馂?zāi)風(fēng)險評估中很難準(zhǔn)確的獲取各個權(quán)重指標(biāo)的數(shù)值，因此，在實(shí)際操作過程中，一般采用不重要、次重要、一般重要、較重要、極重要等語言來描述各個指標(biāo)的重要程度更具有合理性和科學(xué)性。根據(jù)專家評估及其對應(yīng)的數(shù)域生成相應(yīng)的權(quán)重云。規(guī)定用于表征各評估指標(biāo)重要性的數(shù)域?yàn)閇0，1]，則不重要為（0，0.035，0.002），次重要為（0. 247，0. 059，0. 005） ；一般重要為（0. 507，0. 051， 0. 005）；較重要為（0. 734，0.072，0. 005） ；極重要為（1，0. 043，0. 003）；其轉(zhuǎn)化的云圖如圖1所示。

圖1 云權(quán)重等級

（3）評價云模型的建立。在建筑火災(zāi)風(fēng)險評估中，有些指標(biāo)是用定性語言描述的， 有些則是定量的。將有量綱指標(biāo)和無量綱指標(biāo)歸一化后再化為正態(tài)云來表述。如果通過專家打分法對由定性語言描述的指標(biāo)進(jìn)行量化，就會使這些指標(biāo)失去了模糊性和靈活性，又不符合人自然語言的習(xí)慣。因此，先由若干火災(zāi)風(fēng)險評估專家確定定性評語集及對應(yīng)的數(shù)域[Xmin，Xmax]，再轉(zhuǎn)化為正態(tài)云圖來表示。如采用定性語言值最不安全 、不安全 、較安全 、安全 、最安全表達(dá)各定性指標(biāo)的評語級，采用黃金分割法及云理論的計(jì)算規(guī)則生成對應(yīng)的5個云圖形。各個云參數(shù)分別為：最不安全為（0. 000，0. 104， 0. 013）；不安全為（0.309，0. 064， 0. 008）；較安全為（ 0. 500， 0. 039，0.005）；安全為（ 0. 691，0. 064，0. 008）；最安全為（1.000，0. 104，0. 013）。

（4）對結(jié)果云集進(jìn)行評估。根據(jù)建筑火災(zāi)風(fēng)險評估的實(shí)際可操作性，將評估指標(biāo)的評判語言分為5 個等級，對應(yīng)高層建筑火災(zāi)風(fēng)險的等級分別為輕微、低、中、高、極高，評估從建筑火災(zāi)風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)的最底層開始，向上逐層進(jìn)行，直到層次結(jié)構(gòu)的最頂層。即根據(jù)云理論的數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則，先評估底層的加權(quán)值并最終確定目標(biāo)層的評價集。

3 結(jié)論

采用云理論技術(shù)對層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，在建筑火災(zāi)風(fēng)險評估中具有很大的優(yōu)勢。首先，這種方法充分考慮了模糊因素和隨機(jī)因素能夠提高評估的精確性和靈敏性；其次，采用語言原子來描述建筑火災(zāi)風(fēng)險評估系統(tǒng)中各個指標(biāo)的重要度，符合人的自然思維；最后，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑的結(jié)構(gòu)和空間都在發(fā)生變化，因此需要不斷對評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行研究以符合建筑的實(shí)際情況。

[1] 范維澄，孫金華，陸守香等.火災(zāi)風(fēng)險評估方法學(xué)[M] .北京：科學(xué)出版社， 2004.

[2] 王偉軍.建筑火災(zāi)風(fēng)險評價方法綜述[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2008（7）.

[3] 李淑婷，李進(jìn)，李青寧.層次分析法在高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評估中的應(yīng)用[J].福建建筑，2008（11）.