基于因子和層次分析法的城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度評(píng)估

孫多嬌

(沈陽(yáng)市消防支隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng)　110013)

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基于因子和層次分析法的城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度評(píng)估

孫多嬌

(沈陽(yáng)市消防支隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng)110013)

城市并發(fā)火災(zāi)具有并發(fā)性、突發(fā)性、高危害性等特點(diǎn)。為了控制和防范此類(lèi)火災(zāi)的發(fā)生，并發(fā)火災(zāi)的不同火場(chǎng)火災(zāi)危害嚴(yán)重度評(píng)估十分必要。使用PASW18.0軟件對(duì)火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得到因子綜合得分，利用層次分析法確定各影響信息的權(quán)重，從而提出火災(zāi)危害嚴(yán)重度的計(jì)算方法，建立了并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)體系，得到了危害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，為針對(duì)此類(lèi)火災(zāi)救援與日常防火監(jiān)督提供理論依據(jù)。

城市并發(fā)火災(zāi)；因子分析；層次分析法；火災(zāi)危害嚴(yán)重度

1　城市并發(fā)火災(zāi)現(xiàn)狀分析

城市并發(fā)火災(zāi)指受自然災(zāi)害、公共安全突發(fā)事件等特殊原因誘導(dǎo)，在城市范圍內(nèi)同一時(shí)間(特指較小時(shí)間間隔內(nèi))出現(xiàn)多個(gè)火場(chǎng)，造成城市系統(tǒng)中生命和財(cái)產(chǎn)危害的一種特殊火災(zāi)事故。其誘發(fā)原因特殊，其成因可分為以下三個(gè)大類(lèi)：(1)地震、大風(fēng)、雷擊等各種自然災(zāi)害。2011年日本宮城大地震在短時(shí)間內(nèi)引發(fā)東京市內(nèi)20多處火災(zāi)[1]；2010年4月23日，我國(guó)新疆吐魯番市遭遇30年不遇的強(qiáng)風(fēng)襲擊，大風(fēng)造成城區(qū)內(nèi)發(fā)生多起火災(zāi)。(2)公共安全突發(fā)事件。“9·11”恐怖襲擊發(fā)生后，大火吞噬了美國(guó)兩座摩天大樓，損失難以用數(shù)字估量；2008年3月14日，西藏拉薩發(fā)生暴力打砸搶燒事件，300余處起火，死傷人數(shù)達(dá)數(shù)百人。(3)其他特殊原因如節(jié)假日煙花爆竹的集中燃放。如2009年央視新址大火及2011年除夕之夜沈陽(yáng)皇朝萬(wàn)鑫大廈火災(zāi)。

通過(guò)這些慘痛的火災(zāi)案例我們不難發(fā)現(xiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，城市并發(fā)火災(zāi)發(fā)生的幾率也在逐漸增加。同時(shí)，并發(fā)火災(zāi)具有經(jīng)濟(jì)及社會(huì)危害性大、并發(fā)性、突發(fā)性、復(fù)雜多樣性、防災(zāi)及減災(zāi)難度大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生，滅火救援難度較大，火災(zāi)損失及影響范圍也較大。而多個(gè)火場(chǎng)的危害后果不同，亟須救援的嚴(yán)重程度也不同，因此開(kāi)展對(duì)此類(lèi)火災(zāi)災(zāi)害的研究，總結(jié)其特點(diǎn)和規(guī)律，真正做到防患于未然，保證最大限度地減少損失，成為當(dāng)前消防部隊(duì)亟待解決的難題。

2　并發(fā)火災(zāi)的危害嚴(yán)重度

2.1危害嚴(yán)重度的研究意義

火災(zāi)危害后果涉及傷亡人數(shù)(包括死亡人數(shù)和重傷人數(shù))、經(jīng)濟(jì)損失(包括直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失)、環(huán)境污染(包括對(duì)大氣、水源等環(huán)境破壞)與社會(huì)影響等諸多方面。城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度是衡量多個(gè)火場(chǎng)危害后果大小的重要指標(biāo)，其主要目的是為區(qū)別多個(gè)火場(chǎng)危害嚴(yán)重程度與滅火救援的緊迫程度，便于進(jìn)行滅火及日常防火監(jiān)督。并發(fā)火災(zāi)的危害嚴(yán)重度計(jì)算，應(yīng)建立在火災(zāi)報(bào)警信息基礎(chǔ)上，綜合考慮危害嚴(yán)重度的影響因素，預(yù)測(cè)火災(zāi)潛在的危害范圍與損失大小。

2.2危害嚴(yán)重度計(jì)算依據(jù)

城市并發(fā)火災(zāi)是一種特殊火災(zāi)形式，具有火災(zāi)的本質(zhì)特征，可通過(guò)分析常規(guī)火災(zāi)特性總結(jié)并發(fā)火災(zāi)增長(zhǎng)規(guī)律。而火災(zāi)作為一種隨機(jī)事件，無(wú)法準(zhǔn)確把握單場(chǎng)火災(zāi)的影響因素對(duì)其危害后果的作用效果，只能把火災(zāi)數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體，分析其統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。本文針對(duì)上述分析，調(diào)研火災(zāi)案例數(shù)據(jù)，通過(guò)匯總或計(jì)算這種量化形式的記錄得到火災(zāi)危害嚴(yán)重度影響因素的規(guī)律性。

筆者對(duì)某市消防支隊(duì)調(diào)度指揮中心進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，匯總整理得到2009—2014年該市火災(zāi)案例共4 500例，案例信息包括起火單位信息、報(bào)警信息、損失統(tǒng)計(jì)信息與消防出動(dòng)信息等?；馂?zāi)數(shù)據(jù)整理過(guò)程中，綜合分析火災(zāi)危害嚴(yán)重度影響因素，著重主要因素、祛除冗余信息，可將上述數(shù)據(jù)分為三部分：火災(zāi)對(duì)象信息、報(bào)警信息與火場(chǎng)環(huán)境信息。

2.2.1火災(zāi)對(duì)象信息

火災(zāi)對(duì)象信息作為火災(zāi)增長(zhǎng)的基礎(chǔ)要素，包括建筑物自身的幾何結(jié)構(gòu)、建筑內(nèi)部可燃物情況等多個(gè)因素，如火災(zāi)荷載、建筑高度、耐火等級(jí)、防火分區(qū)、建筑結(jié)構(gòu)等信息。

2.2.2報(bào)警信息

準(zhǔn)確有效的報(bào)警信息可視為判定火災(zāi)危害程度的決定因素，具體包括火災(zāi)增長(zhǎng)信息、被困人員信息、經(jīng)濟(jì)損失信息及其他險(xiǎn)情信息。其中，火災(zāi)增長(zhǎng)信息指報(bào)警時(shí)過(guò)火面積和起火層數(shù)；被困人員信息指火場(chǎng)被困人數(shù)；經(jīng)濟(jì)損失信息指起火建筑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，通常按建筑物價(jià)值和建筑內(nèi)部物品價(jià)值，分為一般價(jià)值、貴重價(jià)值與無(wú)法挽回價(jià)值(主要指世界遺產(chǎn)類(lèi))；其他險(xiǎn)情信息包含爆炸危險(xiǎn)信息、坍塌危險(xiǎn)信息和蔓延危險(xiǎn)信息。爆炸危險(xiǎn)信息指起火建筑物出現(xiàn)爆炸的可能性，因?yàn)楸梢暈橛山ㄖ?nèi)存儲(chǔ)有爆炸性危險(xiǎn)的物質(zhì)引起，故可用火源距危險(xiǎn)品的距離表示，距離越小，爆炸危險(xiǎn)性越大，如火場(chǎng)無(wú)任何具有爆炸危險(xiǎn)的物品，則距離為極大，即爆炸險(xiǎn)情為0；坍塌危險(xiǎn)信息指建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中出現(xiàn)倒塌、損毀的可能性，一旦發(fā)生險(xiǎn)情將造成巨大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，坍塌危險(xiǎn)一般與火源狀態(tài)、火災(zāi)規(guī)模及建筑物本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，故可用建筑結(jié)構(gòu)表示；蔓延危險(xiǎn)信息是指建筑火災(zāi)蔓延到其他建筑及造成周?chē)ㄖp失的因素，可用起火建筑防火間距和周?chē)ㄖ芗潭缺硎尽?/p>

火源以熱輻射的形式向周?chē)鷤鬟f熱量，對(duì)周?chē)ㄖ?gòu)成火災(zāi)威脅，為避免火災(zāi)在建筑間蔓延，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)規(guī)定了建筑之間的防火間距。本文將防火間距分為符合規(guī)范要求與不符合規(guī)范要求兩類(lèi)。由于最小防火距離受多種因素影響，使得很多建筑物之間的防火間距不能達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，特別是當(dāng)建筑物周?chē)猩虉?chǎng)超市、影劇院、報(bào)告廳等人員密集場(chǎng)所時(shí)，增加了蔓延概率與滅火難度?？紤]到火源是以球面形式向周?chē)h(huán)境輻射熱量，受火災(zāi)威脅最大的建筑最多有4個(gè)均為人員密集場(chǎng)所，設(shè)一個(gè)普通建筑指標(biāo)值為1，一個(gè)人員密集場(chǎng)所的指標(biāo)值為2，則該指標(biāo)值最大為8，當(dāng)安全距離內(nèi)沒(méi)有建筑物時(shí)，即為最安全情況，指標(biāo)值最小為0。設(shè)火場(chǎng)周?chē)踩嚯x內(nèi)普通建筑和人員密集場(chǎng)所的數(shù)量分別為a和b，則指標(biāo)值x計(jì)算公式為：x=a+2b(0≤a+b≤4)，表1列出了火場(chǎng)周?chē)ㄖ?shù)量與指標(biāo)值的關(guān)系。

表1　火場(chǎng)周?chē)ㄖ?shù)量與指標(biāo)值的關(guān)系

2.2.3火場(chǎng)環(huán)境信息

火場(chǎng)環(huán)境指影響火場(chǎng)的外在條件，不良的火場(chǎng)環(huán)境將嚴(yán)重影響滅火救援行動(dòng)的有效開(kāi)展，火災(zāi)危害嚴(yán)重程度增大。火場(chǎng)環(huán)境信息具體包括起火建筑物周?chē)辞闆r、消防通道信息、道路交通信息與天氣信息。

2.3危害嚴(yán)重度計(jì)算

如何確定上述影響信息對(duì)火災(zāi)危害嚴(yán)重度的作用程度是計(jì)算的重點(diǎn)。這些因素對(duì)火災(zāi)危害后果影響程度各不相同，彼此間又具有一定相關(guān)性，信息上發(fā)生重疊。為避免此類(lèi)情況出現(xiàn)，本文使用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件PASW18.0對(duì)火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，計(jì)算得到因子綜合得分，利用層次分析法確定各影響信息的權(quán)重，此方法可合理確定各影響因子不同量綱指標(biāo)之間的可公度性問(wèn)題與作用權(quán)重值。因子分析法是一種高維綜合評(píng)價(jià)法，其本質(zhì)是對(duì)高維變量系統(tǒng)進(jìn)行最佳綜合和簡(jiǎn)化，從研究變量?jī)?nèi)部相關(guān)的依賴(lài)關(guān)系出發(fā)，把一些具有錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的指標(biāo)變量歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)公共因子，同時(shí)客觀地給出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，其最大的優(yōu)勢(shì)在于各綜合因子的權(quán)重不是主觀賦值而是根據(jù)各自的方差貢獻(xiàn)率大小來(lái)確定的，避免了主觀隨意性。

基于因子分析和層次分析法的并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度綜合評(píng)價(jià)計(jì)算步驟如下：

2.3.1建立并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

因子分析法是以現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，所以選用的指標(biāo)最好是定量可測(cè)的，故需對(duì)圖1火災(zāi)案例數(shù)據(jù)的影響因子進(jìn)行刪減和修改。定性指標(biāo)定量化處理，不同量綱指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理過(guò)程為：

(1)

(2)

(3)

圖1　火災(zāi)案例統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

運(yùn)用PASW18.0軟件對(duì)火災(zāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析[2]，具體操作為分析(Analyze)→簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)(Data Reduction)→因子(Factor)，通過(guò)相關(guān)系數(shù)矩陣分析、KMO and Bartlett球度檢驗(yàn)結(jié)果表明現(xiàn)有變量適合進(jìn)行因子分析。對(duì)14個(gè)變量采用主成分分析(Principal Components Analysis)和正交旋轉(zhuǎn)法(Varimax)，根據(jù)Kaiser標(biāo)準(zhǔn)(特征根大于1)提出了2個(gè)主因子，由表2可以看出所提取的2個(gè)主因子可以解釋原有14個(gè)變量的89.357%的信息量。同時(shí)利用旋轉(zhuǎn)后的因子分析結(jié)果(Rotated Component Matrix2)，按照各因子包含的信息對(duì)主因子進(jìn)行命名，分別為潛在的嚴(yán)重程度和不可控程度。

至此，通過(guò)因子分析方法建立了城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的三級(jí)分層結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。在城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度的計(jì)算中，建立科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)體系是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)計(jì)算的基礎(chǔ)，而評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定則是計(jì)算的關(guān)鍵。下面將根據(jù)因子分析結(jié)果對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行定量分析并確定權(quán)重。

圖2　城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3.2計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的確定運(yùn)用層次分析法(AHP)與因子分析法相結(jié)合的方法進(jìn)行分層確定。

表2　總方差分解

二級(jí)指標(biāo)(準(zhǔn)則層)在一級(jí)指標(biāo)(目標(biāo)層)上權(quán)重H2-1的計(jì)算方法:在統(tǒng)計(jì)分析中，貢獻(xiàn)率的概念是指主因子對(duì)總目標(biāo)貢獻(xiàn)程度，因此，此級(jí)權(quán)重的確定可根據(jù)各主因子相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率的歸一化處理結(jié)果來(lái)表示。2個(gè)主因子的累積貢獻(xiàn)率為89.357%，分別為56.712%、32.645%。歸一化處理后得到二級(jí)指標(biāo)在一級(jí)指標(biāo)上的權(quán)重H2-1，結(jié)果見(jiàn)表3。

三級(jí)指標(biāo)(影響因子層)在二級(jí)指標(biāo)(準(zhǔn)則層)上權(quán)重H3-2的計(jì)算方法：在因子分析過(guò)程中，因子得分矩陣是通過(guò)數(shù)學(xué)變換而得到的，為根據(jù)回歸算法計(jì)算得出的因子得分函數(shù)的系數(shù)。因?yàn)槠淇山⑵鸶鱾€(gè)主因子與其所包含的各變量的線(xiàn)性回歸方程，而回歸方程中自變量的回歸系數(shù)，即因子得分系數(shù)反映自變量的變化對(duì)因變量的影響程度。故三級(jí)指標(biāo)在二級(jí)指標(biāo)上的權(quán)重值可通過(guò)對(duì)因子得分系數(shù)進(jìn)行歸一化得到。由因子得分系數(shù)矩陣結(jié)果處理后得到H3-2權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　城市并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度權(quán)重表

三級(jí)指標(biāo)(影響因子層)在一級(jí)指標(biāo)(目標(biāo)層)上權(quán)重H3-1的計(jì)算方法：運(yùn)用層次分析的方法，按式(4)計(jì)算得到，結(jié)果見(jiàn)表3。

(4)

式中，i表示第i個(gè)影響因子。

2.3.3并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度分級(jí)與優(yōu)先度計(jì)算[3]

對(duì)于城市并發(fā)火災(zāi)中的多個(gè)火場(chǎng)，按式(5)計(jì)算得到危害嚴(yán)重度值：

(5)

式中，Hi為第i個(gè)影響因素的權(quán)重；fi(x)為第x個(gè)火場(chǎng)的第i個(gè)影響因素的等級(jí)分值。

城市并發(fā)火災(zāi)事故種類(lèi)繁多，危害結(jié)果各不相同。我國(guó)現(xiàn)階段火災(zāi)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)把火災(zāi)分為一般火災(zāi)、較大火災(zāi)、重大火災(zāi)和特別重大火災(zāi)四級(jí)，參照此標(biāo)準(zhǔn)將火災(zāi)案例統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分為4類(lèi)，依據(jù)上述方法，分別計(jì)算每類(lèi)數(shù)據(jù)中火災(zāi)危害嚴(yán)重度，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析(Analyze)→描述統(tǒng)計(jì)(Descriptive Statistics)→頻率(Frequencies)分析得到均值(Mean)、眾數(shù)(Median)、四分位值(Quartiles)，排除奇異值，最終歸納得到分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表4。

表4　并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重度分級(jí)表

城市并發(fā)火災(zāi)的消防力量調(diào)度優(yōu)先度計(jì)算方法：分別對(duì)并發(fā)火災(zāi)多個(gè)火場(chǎng)計(jì)算其危害嚴(yán)重度F(x)，按式(6)歸一化處理得到優(yōu)先度：

(6)

3　結(jié)論

本文針對(duì)城市并發(fā)火災(zāi)的特點(diǎn)，提出了基于因子分析和層次分析法的火災(zāi)危害嚴(yán)重度的計(jì)算方法，建立了并發(fā)火災(zāi)危害嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)體系，得到了危害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。該計(jì)算方法建立在真實(shí)火災(zāi)案例數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，量化得到火災(zāi)危害嚴(yán)重度影響因素的規(guī)律性，方法簡(jiǎn)單易行。同時(shí)該計(jì)算方法步驟清晰，可操作性強(qiáng)，可為今后消防部門(mén)在城市并發(fā)火災(zāi)的評(píng)估檢查提供參考。

[1] 趙思健，任愛(ài)珠，熊利亞.城市地震次生火災(zāi)研究綜述[J]．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2006，15(2):57-66．

[2] 薛薇.SPSS統(tǒng)計(jì)分析方法及應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3] 李榮鈞.運(yùn)籌學(xué)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002.

(責(zé)任編輯李蕾)

The Assessment of Hazard Severity of Urban Concurrent Fire Based on Factors Analysis and Analytic Hierarchy Process

SUN Duojiao

(ShenyangMunicipalFireBrigade,LiaoningProvince110013,China)

An urban concurrent fire is of the characteristics of being a concurrency, sudden, high hazard. To control and prevent such fires, the assessment of the hazard severity of different urban concurrent fires is crucial. Through the software PASW18.0, this paper carries on factors analysis on the fire data and gets comprehensive score of the factors. With the analytic hierarchy process, the influence information of each factor is confirmed, so that the relevant calculation method of the fire hazard can be putted forward. Setting up the system for assessment on the hazard severity of urban concurrent fire and the classification criterion of a hazard grade provides a theoretical basis for such fire rescue and daily fire prevention.

urban concurrent fire; factor analysis; analytic hierarchy process; fire hazard severity

2016-02-26

孫多嬌(1986—)，女，遼寧沈陽(yáng)人，助理工程師。

●消防安全評(píng)價(jià)

D631.6

A

1008-2077(2016)06-0038-04