基于熵權(quán)可拓理論的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價研究

周 梅，趙素娟，莫育強

（北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院，廣東 珠海 519000，E-mail：ypshouwang@163.com）

高等院校學(xué)生宿舍人員密集，火災(zāi)風(fēng)險較大。特別是近年來隨著高校擴招，學(xué)生宿舍逐步往高層發(fā)展，宿舍內(nèi)的火災(zāi)隱患也在不斷增多。高層學(xué)生宿舍在火災(zāi)風(fēng)險方面，具有學(xué)生集中、電氣設(shè)備多、火災(zāi)蔓延途徑多及空間復(fù)雜等特點，不利于人員疏散，一旦發(fā)生火災(zāi)，將會造成嚴重的人員傷亡和社會經(jīng)濟損失，影響非常惡劣[1]。據(jù)統(tǒng)計，2019年全國高校共發(fā)生火災(zāi)事故722起，其中學(xué)生宿舍火災(zāi)事故687起，學(xué)生宿舍火災(zāi)事故中高層學(xué)生宿舍火災(zāi)事故512起[2]，占比74.5%。根據(jù)公安部61號令和教育部 28號令規(guī)定，高等院校里的高層學(xué)生宿舍屬人員密集型場所，需重點做好校園火災(zāi)的防控工作，嚴格落實“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的高?；馂?zāi)管理方針[3]。因此，研究高層學(xué)生宿舍的火災(zāi)風(fēng)險具有較大的現(xiàn)實意義。

國內(nèi)外學(xué)者對于高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險方面研究較少，主要集中在民用建筑方面，相關(guān)研究主要從兩個角度深入開展：一是構(gòu)建民用建筑火災(zāi)風(fēng)險評價體系，如韓新等[4]從建筑物-人-環(huán)境的角度，提出了建筑物火災(zāi)風(fēng)險評價框架；眾多學(xué)者[5~8]由高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范切入，從建筑物防火性能和安全管理方面建立了高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評價指標體系；張葭伊[6]基于建筑物用途與建筑物體積兩方面的考量，構(gòu)建了建筑物火災(zāi)風(fēng)險的影響體系；二是構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險評價模型，火災(zāi)風(fēng)險評價模型是在風(fēng)險評價體系的基礎(chǔ)上，采用一定計算方法來定量分析火災(zāi)風(fēng)險，國內(nèi)外學(xué)者大多采用風(fēng)險矩陣分析、層次分析法、故障樹、粗糙熵等理論方法來進行建筑物火災(zāi)隱患分析和火災(zāi)風(fēng)險評價[9~13]。然而，將一般民用建筑物的火災(zāi)風(fēng)險評價體系及評價模型直接用于高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險研究，未能體現(xiàn)高層學(xué)生宿舍人員密集、空間復(fù)雜、電氣設(shè)備集中等特點，對于高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價的適用性不強。

有鑒于此，本文基于現(xiàn)有研究，結(jié)合高層學(xué)生宿舍的特殊情境，采用事故因果連鎖理論進行火災(zāi)風(fēng)險影響因子識別，通過 AHP-熵權(quán)可拓理論對高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險進行評價，旨在為高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價提供一種新的定量分析方法。

1 高校高層學(xué)生宿舍火風(fēng)險因素識別

本文采用海因希里的事故因果連鎖理論，來分析高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險影響因素：從人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)兩方面[7]對高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險展開分析；結(jié)合高校高層宿舍火災(zāi)事件的特點，梳理國內(nèi)外對于人員密集場所火災(zāi)事故的研究成果；基于上述理論基礎(chǔ)，采用德爾菲法進行專家訪談。訪談專家為廣東省安全生產(chǎn)協(xié)會第三屆專家?guī)斐蓡T（建筑安全組），共計23名，其中教授級高工5名，高級工程師18名，專家組成員主要分布于廣州建筑集團、廣州市政集團、廣東建筑消防設(shè)施監(jiān)測中心和廣東省建筑科學(xué)研究院，對于廣州市高層建筑的施工管理、消防管理和運營管理較為熟悉，可以較為全面識別出高層建筑火災(zāi)風(fēng)險因素，保證了本文得到的風(fēng)險事件清單的準確性和全面性。

本次訪談將專家分為兩組，第一組 14人，第二組9人。先訪談第一組專家，調(diào)查火災(zāi)風(fēng)險來源，根據(jù)專家回答匯總得到火災(zāi)風(fēng)險事件初始清單；在此基礎(chǔ)上，歸納出 19個火災(zāi)風(fēng)險事件；再對第二組9位專家訪談，訪談結(jié)果表明第二組專家的答案均包含在19個火災(zāi)風(fēng)險事件，由此可見，這19個風(fēng)險事件是飽和的，較為全面地包括了一切火災(zāi)風(fēng)險因素（見表1）。

在表1所述的19個事件的基礎(chǔ)上，歸納出19個風(fēng)險指標，涵蓋了高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險的關(guān)鍵影響因素。在此基礎(chǔ)上，進一步將這些二級指標分為五類，具體如表2所示。

表1 高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險事件含義表

表2 高校高層宿舍火災(zāi)風(fēng)險指標體系

2 物元分析評價模型構(gòu)建

物元分析模型可以將看似不相容的問題相容化，并可同時對定性指標和定量指標統(tǒng)一處理。該模型將評價的結(jié)果分為“風(fēng)險大、風(fēng)險較大、風(fēng)險一般、風(fēng)險較小、風(fēng)險小”5個等級，評語集N=（N1，N2，N3，N4，N5），N1表示風(fēng)險大，N5表示風(fēng)險小。

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

（1）數(shù)據(jù)來源分析。由中華人民共和國應(yīng)急管理部消防救援局公布的數(shù)據(jù)可知，我國 2014年以前火災(zāi)事故未區(qū)分場所分類統(tǒng)計，2015年后數(shù)據(jù)不再更新，導(dǎo)致本文研究的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險缺乏具體數(shù)據(jù)來對各種風(fēng)險因素進行分析。因此，本文采用德爾菲法和依靠專家經(jīng)驗判斷進行影響因素分析，本文選取了珠海市高校如北理工珠海分校、北師大珠海分校、中大珠海校區(qū)等進行了問卷調(diào)查，共發(fā)放調(diào)查問卷235份，回收156份，有效調(diào)查問卷146份，調(diào)研對象基本信息如表3所示。

表3 調(diào)查問卷基本信息表

之后對問卷進行信度分析，篩選出符合要求的調(diào)查問卷作為數(shù)據(jù)來源進行分析。

（2）數(shù)據(jù)處理方式。本文對于數(shù)據(jù)的評價采用9分制，具評價標準如表4所示。

表4 數(shù)據(jù)評價標準

2.2 物元評價模型的構(gòu)建

（1）經(jīng)典域確定。本文采用專家調(diào)查法按表4中的5個風(fēng)險等級對高校高層宿舍火災(zāi)安全進行經(jīng)典域劃分，分別是R1、R2、R3、R4、R5，其中R5對應(yīng)N5表示風(fēng)險小的經(jīng)典域，以此類推，確定了經(jīng)典域：

式中，Nj表示劃分出的j個等級，c1，c2，…，cn是Nj的n個特征，vj1，vj2，…，vjn分別是Nj關(guān)于c1，c2，…，cn的經(jīng)典域。

（2）節(jié)域確定。表4中5個風(fēng)險等級取值范圍的并集即為節(jié)域。

式中，P表示待評對象等級的合集；vp1，vp2，…，vpn分別是P關(guān)于c1，c2，…，cn的節(jié)域。

（3）待評物元確定。根據(jù)高校高層宿舍火災(zāi)風(fēng)險指標的各項數(shù)據(jù)來確定指標的數(shù)值。

式中，p0為待評物元；v1，v2，…，vn分別是p0關(guān)于c1，c2，…，cn的實際數(shù)據(jù)。

2.3 基于AHP-聯(lián)系熵的權(quán)重賦值

層次分析法（AHP）的權(quán)重確定主要依賴于專家的經(jīng)驗判斷，主觀性較強；聯(lián)系熵通過計算方案的偏離程度來計算權(quán)重，遵循現(xiàn)實客觀性。本文采用 AHP-聯(lián)系熵進行指標權(quán)重組合賦值，提高了評價結(jié)果的準確性，相比于傳統(tǒng)層次分析法更加符合現(xiàn)實情況。

（1）層次法分析確定權(quán)重。采用層次分析法確定各評價指標權(quán)重，得到權(quán)重向量α。

（2）聯(lián)系熵確定權(quán)重。采用聯(lián)系熵確定各評價指標權(quán)重，得到權(quán)重向量β。

（3）組合賦權(quán)。將層次分析法計算的權(quán)重與聯(lián)系熵計算的權(quán)重進行組合，得到綜合權(quán)重ωj。

2.4 高校高層宿舍火災(zāi)風(fēng)險等級綜合評判

關(guān)聯(lián)值按如下公式進行計算：

式中，|Vji|代表i指標經(jīng)典域絕對值大小；)表示關(guān)聯(lián)函數(shù)。

x為實軸上的任一點，X0=（a,b）為實域上的任意一個區(qū)間，關(guān)聯(lián)函數(shù)ρ(x,X0)表示點x與區(qū)間X0之距，按下式計算：

待評物元各個風(fēng)險等級的關(guān)聯(lián)度kj(p0)為：

3 實證研究

3.1 工程概況

本文以北京理工大學(xué)珠海校區(qū)的高層學(xué)生宿舍A棟（以下簡稱為“北理珠海A棟”）為例進行實證分析，該區(qū)域內(nèi)共有宿舍樓6棟和一棟食堂，A棟宿舍樓地上為42層，高度為115m，可容納學(xué)生 2200人，建筑類別為一類高層住宅樓，建筑耐火等級為一級，配備兩部電梯和兩處樓梯。

3.2 火災(zāi)風(fēng)險等級綜合評價

針對其火災(zāi)風(fēng)險進行模糊綜合評價，以驗證該方法的適應(yīng)性。

（1）指標評分值確定。根據(jù)表1中的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價指標體系，邀請專家對各個指標進行評判，根據(jù)上述數(shù)據(jù)處理流程進行數(shù)據(jù)處理，匯總得到北理珠海A棟宿舍樓火災(zāi)安全值，如表5所示。

表5 專家評價數(shù)據(jù)

（2）經(jīng)典域及節(jié)域確定。本文構(gòu)建的物元模型中經(jīng)典域R1、R2、R3、R4、R5，可表示為：

北理珠海A棟宿舍樓火災(zāi)風(fēng)險節(jié)域的確定，是將經(jīng)典域中各個指標的 5個等級取值范圍進行并集，如下所示：

（3）待評物元確定。根據(jù)表 5數(shù)據(jù)來確定各指標的數(shù)值。

（4）指標權(quán)重的計算。根據(jù)本文構(gòu)建的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險指標體系，采用德爾菲法邀請專家進行各個指標相對重要性判斷，采用 AHP-聯(lián)系熵進行權(quán)重賦值，最終得到各個指標的權(quán)重數(shù)值，如表6所示。

表6 風(fēng)險評價指標權(quán)重

（5）高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險綜合評價。對高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險指標的專家評估值，按式（7）進行關(guān)聯(lián)值計算，結(jié)果如表7所示。

通過式（9）得到風(fēng)險等級的關(guān)聯(lián)度為：

表7 風(fēng)險等級關(guān)聯(lián)度值

（6）評價結(jié)果分析。根據(jù)本文的火災(zāi)風(fēng)險評價等級，該宿舍樓處于一般安全狀態(tài)，需要在日常管理中做好火災(zāi)的預(yù)防工作。在影響高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險的諸多因素中，人的因素和安全管理因素需要予以重視，特別是高層學(xué)生宿舍內(nèi)人員聚集，應(yīng)當加強火災(zāi)隱患的排查和控制，尤其是宿舍內(nèi)違規(guī)使用大功率電器、私接電線等電氣隱患的排查，并定期組織物業(yè)管理人員和學(xué)生進行火災(zāi)教育培訓(xùn)，并進行定期消防演練。此外，建筑物自身的防火能力，也是火災(zāi)風(fēng)險因素之一，可以通過在宿舍公共區(qū)域如走道、洗衣房內(nèi)設(shè)置煙霧感應(yīng)器、火災(zāi)自動探測及報警系統(tǒng)、向應(yīng)急管理部門申請在宿舍附近設(shè)立消防隊等措施，進一步降低北理珠海A棟宿舍樓的火災(zāi)風(fēng)險水平。

4 結(jié)語

根據(jù)海因西里事故連鎖理論，從人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)出發(fā)，建立了涉及人員因素、建筑物主動防火因素、建筑物被動防火因素、火災(zāi)負荷因素和安全管理因素五個方面，包括 19個評價指標的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價指標體系。利用熵權(quán)可拓理論的優(yōu)勢，提出了基于 AHP-熵權(quán)可拓理論的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價方法，減少了人的主觀因素對于評價結(jié)果的影響，可以較為準確的反映高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險水平，為高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價提供了新的思路。利用構(gòu)建的高校高層學(xué)生宿舍火災(zāi)風(fēng)險評價模型對北理珠海 A棟宿舍樓進行實證分析，結(jié)果表明：該宿舍樓火災(zāi)風(fēng)險等級為一般等級，屬于一般安全狀態(tài)，模型評價結(jié)果與實際情況相適應(yīng)，表明該模型具有可靠性。