基于云模型的高校消防安全標準化評估研究

于振江工程師 補利軍 邵澤開 卞昊雯

(中國人民大學 保衛(wèi)處，北京 100872)

0 引言

2000年以來全國高校范圍內(nèi)共發(fā)生火災4000余起，僅2018年，北京大學、中國人民大學、北京航天航空大學、中國農(nóng)業(yè)大學等高校先后發(fā)生火災，造成不良輿論，高校消防安全管理工作水平有待提高[1]。當前各高校消防安全管理水平參差不齊，多數(shù)存在消防組織制度未規(guī)范化、消防標志未標準化、重點部位未警示化、培訓演練未常態(tài)化等情況，一定程度上增大了高?；馂娘L險[2]。由于消防安全管理工作專業(yè)性較強，需通過法律、法規(guī)、規(guī)章等標準化要求調(diào)整人們的行為并調(diào)整人與其他事物之間的關(guān)系。為降低高校消防安全管理風險，可將標準化管理方法引入高校消防安全管理中，大幅提高高校消防安全管理水平。

國內(nèi)眾多學者對消防安全標準化進行了研究，汪禮苗等人明確了消防安全標準化管理的方法和內(nèi)容[3]；萬修梁等人認為應建立消防安全標準化評價驗收機制[4]；周慧從人員、制度、管理以及技術(shù)4個方面闡明了企業(yè)消防安全標準化建設內(nèi)容，并采用層次分析法進行評估[5]。《高等學校消防安全管理規(guī)定》《普通高等學校消防安全工作指南》等文件明確高校消防安全管理內(nèi)容；《學校消防安全標準化管理》DB/43T 589-2010、《社會單位消防安全標準化建設指南8部分：學?！稤B 33/T 828.8-2011中明確了學校安全標準化建設的術(shù)語和定義、建設要求和評定標準等，以上文獻中關(guān)于高校消防安全標準化體系仍未健全且未提出高校消防安全標準化評級方法。

考慮到層次分析法等半定量及定量的評估方法弱化了定性指標的模糊性，直接導致評價結(jié)果主觀性強，而用云模型描述評價中語言變量可將定性概念轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)學模型，進一步降低主觀因素對評估結(jié)果的影響，因此本文采用云模型對高校消防安全標準化等級進行評估研究[6]。

1 云模型

1.1 云模型

1995年中國科學院院士李德毅首次提出了云模型，利用該模型可實現(xiàn)定性概念、定量數(shù)據(jù)的可逆轉(zhuǎn)化，并在特定條件下形成某種映射關(guān)系，為解決更復雜的決策問題提供新的方法[7]?，F(xiàn)階段云模型已成功應用于決策分析、自然語言處理、圖像處理、智能控制、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域[8]。

該模型中假定U為一論域，C為該論域的定性概念。x是定性概念C映射到論域空間U上的一個點，表示C中可能實現(xiàn)若干種情況之一，定性概念C映射到論域空間U的映射可以用隸屬度函數(shù)μ(x)表示，且μ(x)∈[0，1]。每個點x都是一個隨機分布的云滴，大量云滴積聚組成了定性概念C的云，直觀反映出C的不確定性[9]。

1.2 云的數(shù)學模型及基本運算

目前云理論的分布形態(tài)主要包括三角形云、矩形云、梯形云和正態(tài)云等，由于客觀世界中大量隨機現(xiàn)象均近似服從正態(tài)分布，因此本文采用正態(tài)云分布模型進行研究分析[10]。正態(tài)云模型可以用C(Ex，En，He) 表示，其中x表示論域U的一個云滴，期望Ex表示模糊概念C在論域U上的數(shù)值；熵En表示定性概念C不確定性程度的度量，隨機性和模糊性與熵成正比例關(guān)系。超熵He表示熵的不確性度量，主要用來反映云的離散程度和云厚度，云的離散程度和云厚度隨著超熵增大而增大。

同一個論域U中的云C1(Ex1，En1，He1)，C2(Ex2，En2，He2)可進行運算，見表1。

表1 云的運算法則Tab.1 Cloud algorithm

1.3 正向云發(fā)生器

云發(fā)生器是云模型的計算方法，可將定性概念、定量數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換。根據(jù)計算方法中輸入?yún)?shù)的不同，云發(fā)生器又分為正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器以及X云發(fā)生器和Y云發(fā)生器等。作為最基本的云算法，正向云發(fā)生器可將定性概念C中可實現(xiàn)的各種可能性轉(zhuǎn)化成定量數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)范圍并根據(jù)隸屬度函數(shù)確定分布規(guī)律。

2 高校消防安全標準化體系

2.1 高校消防安全標準化體系內(nèi)容

目前國內(nèi)相關(guān)規(guī)范或文件規(guī)定的高校消防安全標準化體系內(nèi)容不健全，本文參考《企業(yè)安全生產(chǎn)標準化基本規(guī)范》GB/T 33000-2016及其他參考文獻[11]調(diào)研，將安全標準化建設分為兩個層次，如圖1。

一級指標主要包括消防安全目標與職責、消防安全管理制度、消防安全教育培訓、現(xiàn)場消防安全管理、火災隱患識別與整改、應急管理、事故管理、持續(xù)改進等8個核心技術(shù)要求。

一級指標又細化為33個二級指標，其中消防安全目標與職責包括：消防安全目標、消防組織機構(gòu)與人員、消防安全責任制、消防經(jīng)費；消防安全管理制度包括：國家法律法規(guī)與規(guī)章制度、單位消防安全管理制度、消防設施操作規(guī)程、消防檔案管理；消防安全教育培訓包括：教育培訓管理、消防安全管理人員教育培訓、消防控制室人員教育培訓、微型消防站人員培訓、新上崗人員培訓、師生培訓等；現(xiàn)場消防安全管理包括：消防安全重點部位管理、房屋內(nèi)部改造流程、建筑防火、消防設施器材配置、消防設施維護管理、作業(yè)消防安全、消防標志等；火災隱患識別與整改包括：火災隱患管理、重大火災隱患識別、消防安全檢查、消防安全隱患整改；應急管理包括：應急預案、應急演練、應急演練總結(jié)；事故管理包括：事故報告、事故調(diào)查與處理、事故管理；持續(xù)改進包括：績效評定、持續(xù)改進等。

圖1 高校消防安全標準化體系Fig.1 The fire safety standardization system in universities and colleges

2.2 高校消防安全標準化體系分級

《冶金等工貿(mào)企業(yè)安全生產(chǎn)標準化基本規(guī)范評分細則》將大于60分的標準化水平分成一級、二級、三級，但未對60分以下的標準化水平進行分級。文獻[12]將火災風險進行量化，并分為低風險、中風險、高風險、極高風險4個級別，其中處于可控制以下水平的是高風險與極高風險。本文結(jié)合以上兩種分級方法，將高校消防安全標準化級別分為5級，并明確了不同消防安全標準化等級特征，其中Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級可滿足日常消防管理要求，Ⅳ級、Ⅴ級需單位進行整改，見表2。

3 基于云理論的高校消防安全標準化水平評估

3.1 構(gòu)建指標等級的權(quán)重云模型、評價云模型

黃金分割律不但具有比較精確的數(shù)學表達，還有較高的普遍性和抽象性，為人們把握事物的最佳度提供了一個最基本的依據(jù)[13]。黃金分割法目前已運用在安全領(lǐng)域評估中，比如高層建筑火災風險評估、城市災害應急能力評價、盾構(gòu)隧道施工風險綜合評價、長距離引水工程運行安全風險評價、涉爆粉塵企業(yè)安全風險評估[14-18]，因此本文引入黃金分割率將云分成3、5、7等奇數(shù)個云，較小云的熵和超熵等于相鄰較大云的0.618倍。

表2 風險分級量化和特征描述Tab.2 The risk classification quantification and specific description

設中間云為C0(Ex0，En0，He0)，其左右兩側(cè)相鄰的云分別為C-1(Ex-1，En-1，He-1)，C+1(Ex+1，En+1，He+1)，C-2(Ex-2，En-2，He-2)，C+2(Ex+2，En+2，He+2)。各云的數(shù)字特征算法如下：

(1)

Ex-2=xmin

(2)

Ex+2=xmax

(3)

(4)

(5)

(6)

En=0.618×En+1

(7)

(8)

(9)

(10)

表3 指標評價語言及權(quán)重云Tab.3 The indicator evaluation language and weight cloud

高校消防安全管理標準化水平越低，高校消防安全管理風險越大，反之亦然。根據(jù)風險可接受程度可設置“風險不可接受”、“風險難接受”、“風險可接受”、“風險可允許”、“風險可忽略”5個語言值，根據(jù)式(1)—式(10)計算各個評價語言值的評價云模型，見表4。

表4 風險語言評價及評價云Tab.4 The risk language assessment and assessment cloud

3.2 綜合評判

根據(jù)圖 1高校消防安全標準化指標體系及表 1 中的云計算法則，結(jié)合評價語言值確定最底層指標評價云模型，計算如下：

aj=νj×wj

(11)

式中：

aj—最底層第j個子指標的評價云模型；

νj—最底層第j個子指標的語言評價云模型；

wj—最底層第j個子指標的權(quán)重云模型。

依據(jù)aj計算結(jié)果，采用加權(quán)平均法得出綜合評判云模型結(jié)果集Ai=(a1，a2，…，ak)，其中ak為第i層中第k個指標的云模型，計算如下：

(12)

式中：

akj—第i層中第k個指標的第j個子指標的語言評價云模型；

Wkj—第i層中第k個指標的第j個子指標的權(quán)重云模型。

4 實例應用

本文根據(jù)圖1制定高校消防安全標準化評估表，采用云理論的計算方法對該校消防安全標準化建設水平進行評估。本次評估邀請5名一級注冊消防工程師、高校消防安全保衛(wèi)專家等人，共同組成專家評估小組，確定各個子指標的權(quán)重云和評價云，然后利用式(11)計算子指標的評價云模型。本文以現(xiàn)場消防安全管理指標為例，現(xiàn)場消防安全管理評估結(jié)果云模型為(0.607，0.041，0.005)，相應計算結(jié)果，見表5。同理可求得其他指標的云及其數(shù)字特征，見表6。

依據(jù)式(12)計算出該校消防安全標準化評價結(jié)果云模型為(0.736，0.049，0.006)，將云模型輸入到評價結(jié)果圖中，可得出該校消防安全標準化等級介于為Ⅱ級與Ⅰ級之間，且靠近Ⅱ級，如圖2，整體造成的消防安全管理風險可允許，需強化高校主動消防安全標準化管理意識。

表5 消防安全教育培訓標準化評估結(jié)果Tab.5 The evaluation results of education and training of fire safety

表6 高校消防安全標準化評估結(jié)果Tab.6 The evaluation results of fire safety standardization in example university

5 結(jié)論

(1)國家規(guī)范未明確高校消防安全標準化評估方法，考慮到傳統(tǒng)的半定量及定量評估方法主觀性較強且未能體現(xiàn)定性指標的模糊性，提出基于云模型的高校消防安全標準化評估模型，該模型很好地兼顧了高校消防安全標準化評估的模糊性和隨機性特點。

(2)高校消防安全標準化體系由8個核心技術(shù)要求構(gòu)成，分別為消防安全目標與職責、消防法律法規(guī)與規(guī)章制度、消防安全教育培訓、現(xiàn)場消防安全管理、火災隱患識別及整改、應急管理、事故管理、持續(xù)改進等。8個核心技術(shù)要求又細分為33個指標，其中消防安全目標與職責、火災隱患識別及整改極重要，消防法律法規(guī)與規(guī)章制度、現(xiàn)場消防安全管理、消防安全教育培訓較重要，應急管理一般重要，事故管理、持續(xù)改進次重要。

圖2 高校消防安全標準化評價結(jié)果云圖Fig.2 The evaluation result cloud of fire safety standardization in example university

(3)高校消防安全標準化可劃為5個級別，并明確不同消防安全標準化等級特征。