模糊層次分析法模型在地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估中的應(yīng)用

●周文科

(邵陽市消防支隊(duì)，湖南邵陽 422000)

0 引言

伴隨著城市化進(jìn)程加快，世界各國的城市區(qū)域逐漸擴(kuò)大，城市人口逐漸上升，城市在就業(yè)、環(huán)境污染、住房和交通等問題上面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了緩解城市交通問題，我國一些大城市已經(jīng)或正在著手修建地鐵。地鐵因其安全、舒適、載客量大、快速、準(zhǔn)點(diǎn)、低耗能、少污染的特點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。隨著地鐵的興起以及人們對于生活質(zhì)量要求的提高，地鐵運(yùn)營期間的消防安全也越來越受到人們的重視，尤其是地鐵隧道，由于其絕大多數(shù)為建設(shè)在地下的狹長空間，一旦發(fā)生火災(zāi)，危害特別大，人們對于地鐵區(qū)間隧道內(nèi)的火災(zāi)危險(xiǎn)性也越來越關(guān)注，因此迫切需要一種方法對地鐵區(qū)間隧道的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。

1 模糊一致性矩陣介紹

目前針對地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的研究相對較少，由Satty［1］提出的層次分析法是風(fēng)險(xiǎn)評估最常見的一種方法，大多數(shù)從事火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的學(xué)者的研究都是圍繞著層次分析法展開的。但是在使用該方法時(shí)，存在著較多未解決的難題［2］，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:首先是目前普遍使用的判斷標(biāo)準(zhǔn)CR＜0．1缺乏科學(xué)依據(jù);其次是在具體計(jì)算過程中需要反復(fù)地進(jìn)行調(diào)整、檢驗(yàn);最重要的一點(diǎn)是判斷矩陣的一致性與人類思維的一致性有一定的差異。

國內(nèi)曾有學(xué)者針對模糊一致矩陣在決策中的運(yùn)用進(jìn)行了大量的研究［3］，有部分學(xué)者針對模糊一致矩陣、模糊一致關(guān)系以及去模糊化進(jìn)行了研究［4］，此后有學(xué)者針對模糊一致矩陣在多層次、多因素決策方案優(yōu)選中的應(yīng)用進(jìn)行了研究［5］，并取得了一系列成果。故本文引入了模糊一致性矩陣，其中一致性矩陣滿足如下條件:

模糊一致性矩陣 R=(rij)n×n滿足:?i，j，k 有:

在模糊判斷矩陣中，矩陣R中的數(shù)值通過如下方式及準(zhǔn)則來確定［6］:(1)?i(i=1，2，…，n)，有 rii=0．5;(2)?i，j(i，j=1，2，…，n)，有 rij+rji=1;(3)從R中劃掉任意一行及其對應(yīng)的列所得的子矩陣仍然是模糊一致矩陣;(4)模糊互補(bǔ)矩陣R是模糊一致性矩陣的充要條件是任意兩行的對應(yīng)元素之差為常數(shù);(5)模糊互補(bǔ)矩陣R是模糊一致性矩陣的充要條件是任意指定行和其余各行對應(yīng)元素之差為某一常數(shù)。

遵照以上原則構(gòu)造層次分析法的判斷矩陣時(shí)，可以滿足層次分析法判斷矩陣一致性標(biāo)準(zhǔn)，確定權(quán)重之后無需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)文獻(xiàn)［7-8］可知在得到模糊一致性矩陣后，根據(jù)模糊一致判斷矩陣的元素與權(quán)重的關(guān)系式(2)、(3)得出各因素權(quán)重，達(dá)到去模糊化目的。

其中，a≥(n-1)/2。

2 地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模型

通過對地鐵相關(guān)資料的大量調(diào)查，火災(zāi)的發(fā)生及損失情況主要受地鐵區(qū)間隧道的建筑特性、抗火、滅火能力，列車的抗火、滅火能力和地鐵運(yùn)營公司的運(yùn)營管理能力及消防隊(duì)的滅火能力等一系列因素的制約。

2．1 地鐵火災(zāi)層次結(jié)構(gòu)模型建立

通過對地鐵致災(zāi)機(jī)理、滅火過程及災(zāi)后救援的研究分析，構(gòu)建了地鐵火災(zāi)層次分析法結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 地鐵隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)構(gòu)模型

2．2 基于專家評分的模糊一致性矩陣的建立

通過與專家評分過程相結(jié)合，由上至下，確定每層指標(biāo)的層次分析法判斷矩陣。如圖1所示四層層次結(jié)構(gòu)，分別有如下因素集:第一層地鐵區(qū)間隧道危險(xiǎn)性為目標(biāo)層，第二層 {B1，B2，B3}為準(zhǔn)則層，{C1，C2}為 B1的子評價(jià)指標(biāo)集，{D1，D2，…，D7}為 C1的子評價(jià)指標(biāo)集。其中{D1，D2，…，D19，D20}為指標(biāo)層，其權(quán)重為(ω1，ω2，…，ω19，ω20)。通過專家評分及模糊矩陣的性質(zhì)，獲得模糊一致性矩陣。

對各個(gè)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層進(jìn)行兩兩比較，形成層次分析法的判斷矩陣，其中專家評分標(biāo)度如表1所示［9］。

表1 專家評分標(biāo)度方法說明表

進(jìn)行兩兩比較可以得到模糊一致性矩陣的對比矩陣為:

準(zhǔn)則層模糊一致性判斷矩陣

地鐵隧道特性模糊一致性判斷矩陣

運(yùn)行列車特性模糊一致性判斷矩陣

消防滅火設(shè)施模糊一致性判斷矩陣

消防隊(duì)滅火模糊一致性判斷矩陣

2．3 地鐵系統(tǒng)各子因素性能評價(jià)權(quán)重

對于模糊一致性矩陣R1～R5，根據(jù)模糊一致性矩陣及層次分析法的性質(zhì)，可以得出各個(gè)模糊矩陣的權(quán)重，R1的權(quán)重向量為:

同理，可以得出R2～R5的權(quán)重向量為:

通過對地鐵系統(tǒng)的模糊一致性矩陣處理及層次化分析，可以得出地鐵各子因素的性能權(quán)重向量為:ω = (0．017，0．035，0．023，0．029，0．023， 0．023，0．035，0．036，0．073，0．073，0．120，0．146，0．038，0．038，0．031，0．038，0．023，0．023，0．031， 0．053，0．053，0．039)

3 某地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)量化評估

建立模糊判斷矩陣求得權(quán)重后，還不能對地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判定，仍然需要借助風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行量化處理。結(jié)合火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，通過計(jì)算被評價(jià)對象的安全分，確定地鐵區(qū)間隧道的安全性，具體計(jì)算如下式所示:

其中，wi為權(quán)重系數(shù);Pi為各參數(shù)得分。

結(jié)合某地鐵具體情況、相關(guān)法律法規(guī)(如《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》)和人員對于地鐵消防安全的預(yù)期，對每個(gè)指標(biāo)因素進(jìn)行等級劃分，每個(gè)等級體現(xiàn)該因素在所評價(jià)的對象中所處的安全狀態(tài)，并賦予相關(guān)分值。

本文將具體的評分劃分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級［10］，具體見表2。

表2 指標(biāo)評價(jià)尺度和系統(tǒng)評價(jià)等級

以某地鐵隧道為例，該地鐵中設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，內(nèi)部配備了完善的滅火器、消火栓、氣體自動(dòng)滅火裝置、應(yīng)急照明，通風(fēng)排煙系統(tǒng)能夠正常工作;列車的可靠性較高，列車內(nèi)的座椅、線纜等采用無毒不燃材料。隧道內(nèi)的疏散設(shè)施能滿足人員疏散;消防配備情況良好。此外，該隧道管理公司有較嚴(yán)格的消防安全管理制度。

通過對地鐵區(qū)間隧道消防系統(tǒng)各個(gè)因素的打分結(jié)果，進(jìn)行火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，計(jì)算出地鐵區(qū)間隧道的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估量化值為81．875分，與評價(jià)等級表對比可以看出，該隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級控制在良好的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文針對地鐵安全問題，通過對模糊一致性矩陣及層次分析法分析，建立了模糊層次分析法評估模型，確立了地鐵區(qū)間隧道評價(jià)指標(biāo)體系，建立了一種較合理的地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估模型;通過對地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估，可以得出如下結(jié)論及建議:

4．1 利用模糊層次分析法模型，能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)的層次分析法的缺陷，為地鐵建設(shè)、運(yùn)營的安全提供可靠的依據(jù);同時(shí)也能夠獲取地鐵區(qū)間隧道中火災(zāi)安全較重要的環(huán)節(jié)，便于地鐵運(yùn)營時(shí)給予足夠的重視。

4．2 由評估結(jié)果可以看出，地鐵火災(zāi)中占據(jù)最大比重的還是地鐵消防方面的硬件設(shè)施，包括隧道自身特性和消防設(shè)施;故在隧道設(shè)計(jì)、施工期間應(yīng)做好地鐵隧道消防安全論證。

4．3 通過對地鐵區(qū)間隧道風(fēng)險(xiǎn)評估，可以看出消防安全管理所占的權(quán)重值較高;故在地鐵正常運(yùn)營中，不僅需要建立完善的安全管理制度，更要建立完善的巡查制度，保證安全管理制度的實(shí)施。

4．4 此模型仍然有較多的不足之處，首先是對于模糊函數(shù)去模糊化過程中有諸多不足，另外在地鐵區(qū)間隧道指標(biāo)體系建立過程中也存在不周到之處，需要進(jìn)一步完善。

［1］ SAATY T L．The Analytic Hierarchy Process［M］．New York：McGraw-Hill，1980．

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［5］黃健元．模糊一致矩陣在多層次、多因素決策方案優(yōu)選中的應(yīng)用［J］．河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，(5)：84-89．

［6］蔣良奎．模糊一致矩陣在層次分析法中的應(yīng)用［J］．上海海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，(2)：57-62．

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