基于變權(quán)重模糊理論的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

張顏

(華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450000)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)各大、中城市高層建筑的數(shù)量急劇增長(zhǎng)，規(guī)模也越來(lái)越大。高層建筑人員集中和疏散困難的特點(diǎn)導(dǎo)致其火災(zāi)危險(xiǎn)性和危害性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通建筑物。大型建筑物的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)已成為國(guó)家和社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題，對(duì)大型建筑物進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是有效預(yù)防和控制事故發(fā)生的重要措施。

對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)需要綜合考慮各個(gè)因素的影響，合理確定各個(gè)一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，這樣才能使評(píng)價(jià)更為科學(xué)和準(zhǔn)確。權(quán)重確定的方法有很多，大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)為主觀賦權(quán)法;另一類(lèi)為客觀賦權(quán)法。主觀賦權(quán)法主要包括專(zhuān)家調(diào)查法、層次分析法、多元分析法和模糊統(tǒng)計(jì)法等；客觀賦權(quán)法主要包括熵值法、主成分分析法、均方差法、灰色關(guān)聯(lián)度法和基于粗糙集的方法等。本文在使用層次分析法確定權(quán)重向量(常權(quán)向量)的同時(shí)，引入變權(quán)處理的思想，在管理水平模糊綜合評(píng)判過(guò)程中，對(duì)指標(biāo)權(quán)重值進(jìn)行進(jìn)一步變權(quán)處理，提高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和合理性。

1 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系

參考2013—2015年《中國(guó)消防年鑒》中的高層建筑重大火災(zāi)事故，結(jié)合相關(guān)專(zhuān)家的研究，將一級(jí)指標(biāo)評(píng)定為：客觀因素(F1)、人為因素

(F2)、建筑特性(F3)、主動(dòng)防火措施(F4)、被動(dòng)防火措施(F5)、應(yīng)急力量(F6)、管理機(jī)制(F7)；將二級(jí)指標(biāo)評(píng)定為：電氣火災(zāi)(F11)、易燃易爆危險(xiǎn)品(F12)、周邊環(huán)境(F13)、氣象因素(F14)、用火不慎(F21)、放火致災(zāi)(F22)、吸煙不慎(F23)、火災(zāi)荷載(F31)、建筑高度(F32)、建筑用途(F33)、建筑面積(F34)、人員荷載(F35)、內(nèi)部裝修(F36)、消防給水(F41)、滅火器材配置(F42)、防排煙系統(tǒng)(F43)、疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)(F44)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(F45)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)(F46)、消防撲救條件(F51)、防火間距(F52)、防火分隔(F53)、防火分區(qū)(F54)、疏散通道(F55)、耐火等級(jí)(F56)、消防應(yīng)急預(yù)案(F61)、消防培訓(xùn)與演練(F62)、消防安全責(zé)任制(F71)、消防設(shè)施維護(hù)(F72)、消防組織管理(F73)、隱患整改落實(shí)(F74)。每個(gè)一級(jí)指標(biāo)Fi(i=1，2，…，7)受多個(gè)相對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)Fij(j∈Ni，Ni為二級(jí)指標(biāo)數(shù))的影響。指標(biāo)體系圖如圖1所示。

1.2 評(píng)價(jià)矩陣

應(yīng)用前文所述的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，首先要確定管理水平評(píng)語(yǔ)集。M是對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平描述的模糊集合，其中m1代表優(yōu)，m2代表良，m3代表中，m4代表差。為了評(píng)價(jià)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，必須實(shí)現(xiàn)將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平從定性描述到定量描述的轉(zhuǎn)變，給評(píng)語(yǔ)集賦

圖1 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系圖

予相應(yīng)的具體數(shù)值，λ={λ1，λ2，λ3，λ4}=(7，5，3，1)。

根據(jù)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和管理水平評(píng)語(yǔ)集，各一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣為

(1)

二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Fij對(duì)各評(píng)語(yǔ)的隸屬度向量構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣Wi，可采用德?tīng)柗茖?zhuān)家法確定其隸屬度向量。

2 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)變權(quán)向量確定

2.1 常權(quán)向量的確定

首先，需要利用層次分析法以確定一級(jí)和二級(jí)指標(biāo)常權(quán)重向量。

2.1.1 二級(jí)指標(biāo)常權(quán)重向量的確定

對(duì)各二級(jí)指標(biāo)關(guān)于其所屬一級(jí)指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣Di

(2)

Di為正互反矩陣，i=1，2，…，7；j∈Ni，Ni為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)的數(shù)量。djj=1表示第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)對(duì)自己來(lái)時(shí)同等重要，dij=1/dji；dij>1表示第i個(gè)指標(biāo)比第j個(gè)指標(biāo)重要；dij<1表示第j個(gè)指標(biāo)比第i個(gè)指標(biāo)重要，具體情形見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)度及其意義

注：標(biāo)度2，4，6，8，1/2，1/4，1/6，1/8及其代表意義介于其中。

然后，需要進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)，將判斷矩陣的最大特征值(可用Matlab求出)所對(duì)應(yīng)的特征向量歸一化，即可得到各二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)的常權(quán)重向量。

2.1.2 一級(jí)指標(biāo)常權(quán)重向量的確定

對(duì)各一級(jí)指標(biāo)關(guān)于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理水平的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣E

(3)

同二級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定方法一樣，先利用Matlab求出E的特征向量，將其歸一化即可求得各一級(jí)指標(biāo)常權(quán)重向量。

在構(gòu)造判斷矩陣進(jìn)行兩兩比較時(shí)，受認(rèn)識(shí)主觀性和片面性的限制，判斷矩陣可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差，導(dǎo)致權(quán)重向量誤差過(guò)大，造成管理水平評(píng)價(jià)不合理、不準(zhǔn)確等情況。為避免此類(lèi)情況所造成的影響，可以用一致性指標(biāo)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，用C來(lái)表示，則

(4)

式中，C的絕對(duì)值越小，判斷矩陣一致性程度就越高；當(dāng)C=0時(shí)，判斷矩陣是一致的。n為判斷矩陣的階數(shù)。

用F表示隨機(jī)一致性指標(biāo)，令

(5)

表2 不同階數(shù)的判斷矩陣所對(duì)應(yīng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)值

2.2 變權(quán)向量的確定

設(shè)二級(jí)指標(biāo)(F11，F(xiàn)12，F(xiàn)13，F(xiàn)14)的常權(quán)向量(a11，a12，a13，a14)經(jīng)過(guò)變權(quán)處理后的權(quán)重向量為(b11，b12，b13，b14)則

(6)

3 基于變權(quán)重模糊綜合評(píng)判法的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 對(duì)各一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)

對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下

Ni=Bi×Wi

(7)

式中，Bi(i=1，2，…，7)為二級(jí)指標(biāo)Fij相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)Fi的權(quán)重向量，其中bij(j∈Ni)為aij經(jīng)式(6)變權(quán)處理后的權(quán)重值。

3.2 對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)各一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊綜合評(píng)價(jià)值，運(yùn)用公式(8)可求得火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)

(8)

4 應(yīng)用案例

4.1 單位簡(jiǎn)介

某高層商住樓位于河南省鄭州市鄭東新區(qū)，樓高97m，地上27層，主要做商場(chǎng)以及公建配套使用，其中第5層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，6層及以上為住宅，地下2層，作為停車(chē)庫(kù)和設(shè)備機(jī)房使用。根據(jù)其起火的可能性以及利用專(zhuān)家評(píng)分等方法對(duì)每層指標(biāo)的影像因素的重要性進(jìn)行量化，通過(guò)對(duì)指標(biāo)之間的相互比較，構(gòu)建出判斷矩陣。

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

4.2.1 常權(quán)向量的確定

經(jīng)過(guò)7個(gè)維度共40個(gè)指標(biāo)的兩兩比較后得到判斷矩陣如下

A3=[0.373 8 0.098 3 0.154 8 0.059 8

0.280 0 0.0333]

A4=[0.254 2 0.386 6 0.063 2 0.157 4

0.039 6 0.099 1]

A5=[0.250 4 0.042 8 0.064 1 0.100 6

0.159 6 0.382 5]

0.067 6 0.031 2 0.354 3]

4.2.2 變權(quán)重向量的確定

運(yùn)用式(6)對(duì)指標(biāo)常權(quán)重向量進(jìn)行變權(quán)處理，得到二級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量如下

B3=[0.485 1 0.051 1 0.106 8 0.031 5

0.306 6 0.018 9]

B4=[0.271 0 0.473 9 0.043 7 0.111 9

0.021 8 0.077 5]

B5=[0.427 5 0.023 2 0.041 1 0.071 8

0.143 1 0.293 3]

0.063 2 0.033 9 0.012 8 0.266 8]

4.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度向量的確定

經(jīng)過(guò)10個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家3輪打分確定的二級(jí)指標(biāo)對(duì)評(píng)語(yǔ)集的隸屬度向量如下

4.4 模糊綜合評(píng)價(jià)

4.4.1 對(duì)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊綜合評(píng)價(jià)

將Bi和Wi的值代入式(7)可求得各一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)語(yǔ)集中各評(píng)語(yǔ)的隸屬度向量如下

繼續(xù)進(jìn)行歸一化處理后得

4.4.2 對(duì)該高層商住樓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)

將一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果W=[N1N2N3N4N5N6N7]作為評(píng)價(jià)矩陣，將其代入式(8)可得

以上結(jié)果即該高層商住樓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平對(duì)評(píng)語(yǔ)集M的隸屬度向量。由此可見(jiàn)該商住樓對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的水平良好，且管理水平的量化值β=P×λT=5.301 5。

5 結(jié)語(yǔ)

在已建立的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，本文運(yùn)用層次分析法確定各指標(biāo)的常權(quán)向量，并對(duì)其進(jìn)行變權(quán)處理，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)所得結(jié)果與該高層建筑群的實(shí)際管理水平一致，說(shuō)明基于變權(quán)重的模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有可行性和實(shí)用性。