基于層次分析法的城市火災風險評價體系

費廣成

（鹽城市消防技術服務事務所，江蘇 鹽城 224001）

城市火災風險評價是運用科學手段對城市消防管理、部署消防設施建設、制定消防法規、促進經濟社會協調發展的一項基礎性工作[1].目前，在我國的城市火災風險評價體系中，對可能引發火災的各個因素難以進行定量評價，所以從發展火災科學理論和實際工作的需要出發，急需建立一套科學的評價指標體系來評判城市火災風險的高低，這對于減少火災事故的發生具有非常重要的作用.本文引入層次分析法，通過分析影響城市火災的因素，將定性與定量問題相結合，建立分析指標體系，抽組專家組打分、構造判斷矩陣并得出各指標的權重，對城市火災風險進行評估[2].由于計算工作量很大，筆者編制了Matrix程序，大幅度簡化了計算過程.

1 層次分析法概述

層次分析法（AHP）是美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂（T.L.Saaty）于20世紀70年代初為美國國防部研究“根據各個工業部門對國家福利的貢獻大小而進行電力分配”課題時，應用網絡系統理論和多目標綜合評價方法，提出的一種層次權重決策分析方法.該方法的原理是根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型，從而最終使問題歸結為最低層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標）的相對重要權值的確定或相對優劣次序的排定.

2 城市火災風險評價指標的選取

根據公安部消防局公布的一項統計結果，近年來，中國城市火災發生率呈上升趨勢.21世紀前5年的年均火災損失達15.5億元，為20世紀90年代年均火災損失的4.84倍.因此有必要建立一套完整的城市火災風險評價指標體系，這對于減少火災的危險性，預防火災的發生具有積極的意義.在考慮到評價指標選取的科學性、全面性、可比性、可操作性原則的基礎上進行城市火災風險評價指標的選取.綜合已有研究成果[3-4]，選擇城市火災危險指數、城市特征指數、社會管理水平指數和城市消防能力指數這四個影響城市火災的因素作為評價指標體系的一級指標.

（1）城市火災危險指數.包括危險品源存在程度、建筑物耐火等級、用電量消耗.

隨著經濟的發展，生產儲存石油、液化氣、化學品的工廠倉庫，城市天燃氣管道，裝運易燃易爆化學品的車站、碼頭越來越多，這些危險品源的存在具有極大的安全隱患，是城市火災的重要危險因素，必須加強安全生產管理.因此，選擇危險品源存在程度為城市火災危險指數的二級指標.

為了保證建筑物的安全，必須采取必要的防火措施，使之具有一定的耐火性，即使發生了火災也不至于造成太大的損失，通常用耐火等級來表示建筑物所具有的耐火性.在遭遇火災時，建筑物耐火等級越高，其主體結構能夠支撐時間越長而不遭到破壞；建筑物耐火等級越低，在遭遇火災時，其主體結構支撐時間短，容易倒塌.因此選擇建筑物耐火等級指標作為城市火災危險指數的另一個二級指標.

工業生產和居民用電量近幾年來激增，有些地區電氣設備過載，電線陳舊老化，導致火災發生的隨機因素大大增加，因此用電量消耗也是其中一個重要二級指標.

（2）城市特征指數.包括經濟密度、人口密度、城市建筑密度、路網密度、氣象條件.

經濟密度（即人均國民生產總值）、人口密度與火災的發生密切正相關.一般經濟越發達，人口密度越大的地區，火災的發生率越高.城市建筑密度路網密度高，建筑之間防火間距指標就很難控制，城市火災危險性和危害性相應增強，如發生火災，很容易造成火燒連營的局面.路網密度，即單位面積上的道路總長，路網密度越大，消防車就能在第一時間及時到達火災現場展開施救，從而減少火災引發的危險.火災的發生有一個不可忽視的重要原因就是氣象條件，降水量、相對濕度、風和氣溫等氣象條件與火災的發生關系密切，目前許多城市建立了火險氣象指數預報服務系統.因此，選擇經濟密度、人口密度、城市建筑密度、路網密度、氣象條件作為城市特征指數的二級指標.

（3）社會管理水平指數.社會管理水平指數體現城市火災防控的能力，該指數包括公眾消防素質、公眾防火培訓情況和城市臨時避難所設置.

公眾消防素質指社會成員遇到火災時的自防自救能力及其對消防活動的支持和參與程度.消防素質的高低是公民消防安全意識和能力的體現.對公眾進行消防安全演練和防火培訓可以使相關人員掌握逃生技巧，遇到火情時不慌亂，應對自如，以最大限度降低火災中人員傷亡指標.城市臨時避難所也是城市防火能力的重要指標之一.當地震或戰爭等突發事件引發火災時，為保護人民生命財產安全而設置臨時避難所，在城市的防災規劃中顯得很重要.

（4）城市消防能力指數.消防能力指數是城市防御火災能力的重要體現.它包括了專業消防人員數量、消防車輛配備情況、市政消防供水能力、防火監督檢查能力和119火警線和火警調度專用線達標率.

一個城市所配備的專業消防人員數量越多、消防車輛配備越先進，越可以在火災發生時及時趕赴現場，全力施救，降低傷亡人員和財產損失.市政消防供水能力和城市消防供水平均流量、完好的市政消火栓個數有關，決定了能否保證消防隊到達火場后有充足的供水來源，以保證火災的順利施救.通過對消防專業人員實施建筑防火審核、防火監督等專職業務的考核檢查，可以消除大批火災隱患，減少火災發生的幾率.119火警線和火警調度專用線達標率關系著發生火情時指控中心能否及時接到火情，瞬時反應，調動消防人員和設備趕赴現場.

3 采用層次分析法確定城市火災風險評價指標的權重

通過分析影響城市火災的因素，建立評價指標體系.采用層次分析法，抽組專家組打分、構造判斷矩陣，計算得出各指標的權重，利用各影響因子的權重值對城市火災風險進行評估并提出相應的整改措施，具體計算步驟如下.

3.1 建立層次結構模型

將城市火災風險評價體系模型分解為目標層、準則層、指標層三個不同層次，并用框圖形式說明不同層次的遞階結構和因素間的從屬關系，其中上一層次的元素作為準則對下一層次有關因素起支配作用[5].如圖1所示，根據城市火災風險的評價指標建立評價層次分析模型，以城市火災風險評價綜合指數P為目標層，其次火災危險指數U1、城市特征指數U2、社會管理水平指數 U3、城市消防能力指數U4為準則層；危險品源存在程度U11、建筑物耐火等級U12、……、119火警線和火警調度專用線達標率U45等16個二級指標為指標層.

圖1 城市火災風險評價體系模型

3.2 構造判斷矩陣

構建層次結構模型之后，就相當于確定了上下層元素間的隸屬關系.下面構造判斷矩陣，判斷矩陣是表示本層所有元素針對上一層某一個元素的相對重要性的比較，我們將同一層次任意2個元素對于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，得到判斷矩陣.例如對于準則層U，其判斷矩陣 A=(aij)n×n，aij為指標Ui和Uj相對目標P的重要性標度.

a.抽組專家組：為了使城市火災風險評價體系更客觀、公正，避免人為因素的主觀影響，有必要以隨機匿名方式抽組相關專業專家組成員，綜合各位專家的意見并進行統計、分析及歸納，從而對城市火災風險做出合理估算，科學分析并打分構造判斷矩陣.

b.構造判斷矩陣：根據專家組的調研結果、統計數據綜合權衡后得出，由準則層各元素相對于目標層的相對權重構造出判斷矩陣A；同理由指標層各元素相對于準則層的相對權重構造出判斷矩陣B1、B2、B3，判斷矩陣的數值是根據往年數據資料、抽組專家組意見綜合分析后給出的.判斷矩陣的元素aij用1～9標度方法給出，如表1所示.

3.3 層次單排序及一致性檢驗

層次單排序是根據判斷矩陣計算對于上一層某因素而言，本層次與之有聯系的因素的重要性次序的權值，它可以歸結為計算判斷矩陣的特征值和特征向量問題[6].

a.計算矩陣最大特征值和特征向量.由于計算工作量較大，筆者利用自編程序求解矩陣A的最大特征值和特征向量，軟件界面如圖2所示.輸入矩陣維數N=4，輸入矩陣的具體數值，計算得到準則層相對于目標層的判斷矩陣A的最大特征值λmax=4.062，經歸一化后得到該特征值所對應的特征向量W1=（0.482，0.221，0.074，0.223）.

b.矩陣的一致性檢驗.所謂一致性檢驗是指對A確定不一致的允許范圍.由一致性指標公式計算得出引入平均一致性指標RI（見表2）.

表1 判斷矩陣的標度和含義

表2 隨機一致性指標RI

計算指標層中二級指標 U11，U12，U13相對于一級指標U1的權重，得到最大特征值λmax=4.062，標準化特征向量為（0.637，RI=0.58，CR=0.028＜0.1.通過一致性檢驗.同理，可得出其他二級指標相對于一級指標的權重.計算結果見表3.

3.4 層次總排序及一致性檢驗

上面得到的僅是一組元素對其上一層中某元素的權向量，下面計算各元素對于目標的排序總權重，從而進行城市火災風險的綜合評估.依據層次分析法的計算原理，利用總排序一致性比率公式進行一致性檢驗.分別計算出指標層相對于目標層的總排序，并檢驗其一致性.計算結果見表3，若CR＜0.1時，通過一致性檢驗，可按照總權重表示的結果進行決策；否則需要重新考慮建模或構造一致性比率較大的判斷矩陣.

由以上計算分析可以看出各因素的權重從大到小排列依次為：危險品源存在程度、建筑物安全等級、專業消防人員數、建筑密度、氣象因素、消防車輛配備、用電量消耗、人口密度、公眾防火培訓、公眾消防素質、119火警線和火警調度專用線達標率、路網密度、市政消防供水能力、經濟密度、防火監督檢查能力、城市臨時避難所.城市管理者如果按照層次分析法對城市火災風險進行風險評估，按影響因子權重值由大到小的順序對城市火災風險進行評估并提出整改措施，將會做到有的放矢，更有針對性.

圖2 矩陣特征值及特征向量的求解

4 結語

在我國的城市火災風險評價體系中，對可能引發火災的各個因素難以進行定量評價，本文利用層次分析法將定性分析與定量分析相結合，其評價結果能夠較準確地反映城市火災風險的各影響因素所占的比重.該方法與以前的分析方法相比克服了城市火災風險評價因子難以量化的缺點，使不同的評價因子能夠在同一水平下進行分析比較，保證了城市火災評價的合理性和科學性，可以為城市管理者提供一定的決策依據.

表3 城市火災風險評價體系層次總排序及一致性檢驗計算結果

[1]劉方，廖曙江.建筑防火性能化設計[M].重慶：重慶大學出版社，2007：223-230.

[2]易立新，吳立志.城市火災風險評價的指標體系設計[J].災害學，2000（8）：109-110.

[3]易立新.城市火災風險評價的指標體系設計[J].災害學，2000，15（4）：90-94.

[4]許飛瓊，災害統計指標體系及其框架設計[J].災害學，1996，11（1）：11-14.

[5]侯遵澤，楊瑞.基于層次分析方法的城市火災風險評估研究[J].火災科學，2004，13（14）：203-207.

[6]唐飛，胡隆華，霍然，等.基于層次分析法的城中村區域火災風險評估模型[J].消防科學與技術，2010，29（6）：533-537.