基于三角模糊結(jié)構(gòu)元的地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估*

王歡 楊萬英 王冬雷 沙俊斌 夏世羽 李昊

(1.沈陽航空航天大學(xué)安全工程學(xué)院 沈陽 110136； 2.航空工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司 沈陽 110034； 3.羅甸縣自然資源局 貴州黔南 550100)

0 引言

近年來，隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)的發(fā)展，集購物、餐飲、娛樂等功能于一體的地下商場得以不斷興建。由于其結(jié)構(gòu)與功能的特殊性，在滿足人們生活需要的同時(shí)，也給消防安全帶來了極大的挑戰(zhàn)?；馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估是對目標(biāo)對象在可能面臨的火災(zāi)危險(xiǎn)、保護(hù)對象的脆弱性、控制風(fēng)險(xiǎn)措施的有效性、風(fēng)險(xiǎn)后果的嚴(yán)重性等因素作用下的消防安全性能進(jìn)行評估的過程[1]。對地下商場進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估是解決此類建筑火災(zāi)問題的有效途徑之一，已成為地下商場火災(zāi)安全管理的重要內(nèi)容。目前，已有多位學(xué)者針對地下商場火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)評估方法展開了研究。馬德仲等[2]將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法引入火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量評估過程，并對方法進(jìn)行了修正。陳華[3]針對地下商場發(fā)生火災(zāi)的原因及火災(zāi)后的控制措施，從地下商場火災(zāi)脆弱性與能力兩方面進(jìn)行了評價(jià)。包光宏等[4]選用模糊綜合評價(jià)法建立了相應(yīng)的模糊綜合評價(jià)模型，并通過實(shí)際應(yīng)用對該模型進(jìn)行了驗(yàn)證。以上研究從定性到定量，從單個(gè)到耦合，豐富了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法。然而地下商場結(jié)構(gòu)復(fù)雜、火災(zāi)隱患大，需要對評估方法不斷進(jìn)行優(yōu)化，才能使其具有更高的準(zhǔn)確性與適用性[5]。尤其是火災(zāi)行為的隨機(jī)性大，在評估過程中會遇到各種不確定因素，而現(xiàn)有的地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法將這些不確定因素采用單個(gè)確定值進(jìn)行量化處理，主觀性強(qiáng)，容易造成評價(jià)結(jié)果偏差較大，難以準(zhǔn)確評估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的程度。為此，本文提出將三角模糊結(jié)構(gòu)元理論引入到地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究中，利用其幾何特征弱化隸屬度評價(jià)中的主觀判斷，并從發(fā)生火災(zāi)的可能性與嚴(yán)重度兩個(gè)維度構(gòu)建地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，最后基于JavaScript、JSP和Web前端開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對評價(jià)體系的可視化操作，以期為地下商場類建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估工作提供更為完善、便捷的方法與思路。

1 地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系

1.1 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的建立

從火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)定義出發(fā)，確定由火災(zāi)發(fā)生可能性與嚴(yán)重性兩個(gè)子目標(biāo)構(gòu)成評價(jià)體系的一級指標(biāo)。即因素集U={U1,U2}={火災(zāi)可能性,火災(zāi)嚴(yán)重性}。應(yīng)用火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識別與事故致因理論，結(jié)合沈陽市消防專家的建議，對影響地下商場火災(zāi)可能性、嚴(yán)重性的主要因素進(jìn)行歸納。其中，火源、商場內(nèi)部防火相關(guān)設(shè)計(jì)、消防安全管理直接影響火災(zāi)的發(fā)生與否，因此有U1={U11,U12,U13}={火源,防火設(shè)計(jì),消防安全管理}；而滅火技術(shù)、疏散與救援關(guān)系到火災(zāi)發(fā)展的程度與危害度，則有U2={U21,U22,U23}={滅火技術(shù),安全疏散能力,外部救援}，綜上6個(gè)因素構(gòu)成評價(jià)體系的二級指標(biāo)。以同樣思路考慮得到三級指標(biāo)，具體如表1所示，最終建立了適用于地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的指標(biāo)體系。

1.2 地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級的確定

結(jié)合火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)研究[5-6]與地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際情況，將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級分為5個(gè)級別，即評語集V={V1,V2,V3,V4,V5}={低風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，中等風(fēng)險(xiǎn)，較高風(fēng)險(xiǎn)，高風(fēng)險(xiǎn)}。

1.3 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

本文采用層次分析法的1～9標(biāo)度原則，參考現(xiàn)場專家意見，確定綜合評價(jià)體系中每一層指標(biāo)對其上一層的權(quán)重。關(guān)于層次分析法計(jì)算權(quán)重的具體步驟，相關(guān)研究[7-8]已給出，這里不再贅述。經(jīng)過一致性檢驗(yàn)和歸一化處理，得到各指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果，如表1所示。其中三級指標(biāo)權(quán)重集：W11=[0.29,0.552,0.107,0.05]，W12=[0.052,0.538,0.125,0.258]，W13=[0.5,0.25,0.25]，W21=[0.406,0.214,0.203,0.103,0.046,0.028]，W22=[0.428,0.382,0.076,0.114]，W23=[0.105,0.637,0.258]。

表1 地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系指標(biāo)及權(quán)重

1.4 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分級評價(jià)實(shí)例

針對本文建立的三級指標(biāo)體系進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分級評價(jià)，通過二級指標(biāo)的影響因素權(quán)重與隸屬度先對二級指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評判，得到的二級指標(biāo)評語集作為其上層指標(biāo)的隸屬度矩陣，逐層向上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評判，最終依據(jù)模糊數(shù)的結(jié)構(gòu)元加權(quán)序判斷得出目標(biāo)層地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)結(jié)果。

以沈陽市沈河區(qū)某地下商業(yè)街為評價(jià)對象，按照上述步驟進(jìn)行分級指標(biāo)評價(jià)。該商場總建筑面積為19 420 m2，共有地下2層，負(fù)一層分為18個(gè)區(qū)，設(shè)有13個(gè)出入口；負(fù)二層分為14個(gè)區(qū)，設(shè)有13個(gè)出入口；兩層之間有5個(gè)扶梯相連。每層均以商業(yè)街形式布局，在橫向區(qū)域中間設(shè)有中島，主要經(jīng)營服裝、鞋帽、小百貨、針織等商品。

1.4.1二級指標(biāo)評判

專家調(diào)查小組依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)、《人民防空工程防火設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50098—2009)等相關(guān)規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對該地下商場進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，以三角模糊數(shù)的形式(a,b,c)給出各指標(biāo)對于評語集各等級的隸屬度。如以二級指標(biāo)“火源”為例，專家給出的“火源”指標(biāo)下的三級指標(biāo)評價(jià)結(jié)果如表2所示，根據(jù)表2建立“火源”指標(biāo)的隸屬度矩陣R11，結(jié)合上文得到的“火源”指標(biāo)權(quán)重W11,可以直接計(jì)算得到“火源”指標(biāo)的模糊評判矩陣B11[9]。

表2 沈陽某地下商場“火源”指標(biāo)評判矩陣

B11=W11·R11=(W111,W112,W113,W114)T·

通過矩陣乘法運(yùn)算，得到“火源”指標(biāo)的三角模糊評判矩陣：

B11=[(0.32,0.41,0.50),(0.58,0.69,0.81),(0.45,0.54,0.65),(0.37,0.52,0.58),(0.17,0.25,0.32)]

同理，得到其他二級指標(biāo)的評判矩陣:

B12=[(0.18,0.29,0.34),(0.33,0.50,0.58),(0.36,0.51,0.58),(0.25,0.33,0.41),(0.22,0.35,0.40)]

B13=[(0.35,0.51,0.60),(0.45,0.57,0.66),(0.29,0.39,0.43),(0.12,0.19,0.26),(0.12,0.22,0.29)]

B21=[(0.22,0.31,0.36),(0.45,0.56,0.60),(0.45,0.57,0.67),(0.46,0.55,0.60),(0.20,0.24,0.33)]

B22=[(0.25,0.35,0.39),(0.16,0.22,0.30),(0.43,0.55,0.61),(0.43,0.59,0.66),(0.19,0.28,0.40)]

B23=[(0.20,0.32,0.40),(0.41,0.49,0.56),(0.50,0.67,0.70),(0.47,0.63,0.68),(0.10,0.17,0.26)]

1.4.2 一級指標(biāo)評判

將二級指標(biāo)評判結(jié)果作為一級指標(biāo)隸屬度矩陣，按照1.4.1節(jié)中的步驟，對一級指標(biāo)進(jìn)行評判，分別得到火災(zāi)可能性與嚴(yán)重度的模糊評判矩陣：

B1=[(0.33,0.47,0.55),(0.47,0.59,0.69),(0.33,0.44,0.49),(0.19,0.28,0.35),(0.14,0.24,0.31)]

B2=[(0.22,0.31,0.36),(0.38,0.48,0.53),(0.45,0.58,0.66),(0.46,0.57,0.62),(0.19,0.24,0.34)]

1.4.3 綜合評判

將一級指標(biāo)評判結(jié)果代入綜合評判矩陣中得到：

(c1,c2,c3,c4,c5)

最終得到ci的結(jié)構(gòu)元形式為：

根據(jù)模糊數(shù)的結(jié)構(gòu)元加權(quán)序定義，對模糊數(shù)排序，計(jì)算有：

同理可得，F(xiàn)(c2,c3)=0.159，F(xiàn)(c3,c4)=0.089，F(xiàn)(c4,c5)=0.159，F(xiàn)(c4,c1)=0.355，得到排序結(jié)果c2>c1>c4>c5>c3，可知該地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果為較低風(fēng)險(xiǎn)，這與消防部門對此單位的判定一致。

2 地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估軟件的開發(fā)

由于三角模糊數(shù)的代入在評估過程中造成評價(jià)體系計(jì)算量大，為便于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)人員進(jìn)行以上操作，基于JavaScript、JSP和Web前端語言，對地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)。按照評價(jià)系統(tǒng)的算法編制程序，進(jìn)行指標(biāo)的分級評判，最終確定該地下商場的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級。

利用該系統(tǒng)重新對沈陽市某地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分級評價(jià)結(jié)果如圖1～圖3所示，評價(jià)系統(tǒng)顯示,該商場的火災(zāi)可能性風(fēng)險(xiǎn)等級排序：低風(fēng)險(xiǎn)>較低風(fēng)險(xiǎn)>中風(fēng)險(xiǎn)>較高風(fēng)險(xiǎn)>高風(fēng)險(xiǎn)；火災(zāi)嚴(yán)重性風(fēng)險(xiǎn)等級排序：中風(fēng)險(xiǎn)>較高風(fēng)險(xiǎn)>較低風(fēng)險(xiǎn)>低風(fēng)險(xiǎn)>高風(fēng)險(xiǎn)；綜合火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級排序：較低風(fēng)險(xiǎn)>低風(fēng)險(xiǎn)>較高風(fēng)險(xiǎn)>高風(fēng)險(xiǎn)>中風(fēng)險(xiǎn)。評價(jià)結(jié)果說明,該地下商場火災(zāi)安全管理水平較高，火災(zāi)隱患少，發(fā)生火災(zāi)可能性小，但火災(zāi)嚴(yán)重性風(fēng)險(xiǎn)等級處于中風(fēng)險(xiǎn)，相對較高?；馂?zāi)綜合評價(jià)結(jié)果為較低風(fēng)險(xiǎn)，與該商場實(shí)際消防安全情況相符。

圖1 三級指標(biāo)評判結(jié)果界面

圖2 二級指標(biāo)評判結(jié)果界面

圖3 綜合評判結(jié)果界面

3 結(jié)論

(1)根據(jù)地下商場火災(zāi)特征，應(yīng)用事故致因理論，從火災(zāi)發(fā)生可能性與嚴(yán)重性兩方面構(gòu)建了包含24個(gè)三級指標(biāo)的地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。在此研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開發(fā)了地下商場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系統(tǒng)軟件，將評價(jià)中的數(shù)學(xué)算法編入程序，簡化了評價(jià)工作中的計(jì)算過程，并實(shí)現(xiàn)其綜合評價(jià)功能，整套體系具有一定的操作性。

(2)將傳統(tǒng)的層次分析法與模糊結(jié)構(gòu)元相結(jié)合，針對沈陽市某地下商場利用三角模糊結(jié)構(gòu)元方法確定各級指標(biāo)隸屬度，有效避免了單值賦值引入的誤差，通過一系列分級模糊綜合評價(jià)，分別得到該地下商場火災(zāi)可能性等級為低風(fēng)險(xiǎn)，火災(zāi)嚴(yán)重性等級為中風(fēng)險(xiǎn)，綜合風(fēng)險(xiǎn)等級為較低風(fēng)險(xiǎn)。通過掌握該評價(jià)系統(tǒng)火災(zāi)發(fā)生可能性與火災(zāi)發(fā)生后的嚴(yán)重程度，可更全面地了解地下商場的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀，以此為地下商場提出更具針對性的整改建議，增強(qiáng)了評價(jià)系統(tǒng)的實(shí)用性。