基于AHP和熵權法的古建筑火災風險評估

摘 要：古建筑潛在火災風險的評估對古建筑火災防控有重要意義。以西安市回民街古建筑為例，基于實地調研識別出古建筑火災風險的評估要素，并構建包括古建筑特征、火災危險源、建筑消防設施、消防管理能力、火災處理能力等5個一級指標和18個二級指標的古建筑火災風險評價指標體系。同時，通過引入主、客觀偏好系數，將基于AHP和熵權法分別計算得到的權重進行線性加權，得到風險評價指標的綜合權重，并構建模糊綜合評價模型。運用該評價模型對西安市回民街進行火災風險評估，其評估等級為Ⅳ級，表明火災危險性為較危險。通過具體分析5個一級評價指標得分，發現需要在古建筑特征、建筑消防設施以及火災處理能力等方面進一步改善和提高，從而降低風險等級。該評價模型評價指標權重確定更為客觀，可適用于多數古建筑，對科學防控古建筑火災有重要參考意義。

關鍵詞：古建筑；火災風險評估；AHP；熵權法

中圖分類號：TU 455 文獻標志碼： A

Fire risk assessment of the historic buildings

based on AHP and entropy weight method

MA Li，LIU Han，BAI Lei

（

College of Safety Science and Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China）Abstract：The assessment of potential fire risk in ancient buildings is of great significance to the prevention and control of ancient buildings.Taking ancient buildings in Xi’an Muslim Quarter as research object，we identify the ancient building fire risk assessment factors based on field research.Based on these assessment factors，such as the characteristics of ancient buildings，fire hazards，fire facilities of ancient buildings，fire management capabilities and fire coping ability，a fire risk assessment system for ancient buildings is established.By introducing the preference factor，a comprehensive index weights can be obtained based on linear calculation results of the index weights calculated by AHP and entropy method，and then a fuzzy comprehensive evaluation model is established.The assessment grade of the ancient buildings in Xi’an Muslim Quarter is IV based on the evaluation model，which indicates that the fire risk is more dangerous.At the same time，the further analysis of evaluation score of first-class index has found that the method to reduce the risk level is to improve and strengthen characteristics of ancient buildings，fire facilities of ancient buildings and fire coping ability.The index weights of this evaluation model is more objective，so it can be applied to most historic buildings and has important reference significance for the prevention and control of ancient buildings fire.Key words：ancient buildings；fire risk assessment；analytic hierarchy process；entropy weight method

0 引 言

近年來，伴隨著古建筑旅游商業的過度開發[1]，接待游客的日益增多，古建筑安全問題顯得尤為突出[2-3]。目前，國內已有不少學者對古建筑火災評估進行了積極探索。殷杰[4]在對國內古建筑火災風險來源文獻分析的基礎上，構建了景區古建筑火災風險評估體系，結合AHP權重確定方法，運用模糊綜合評價法對福建土樓進行了評估。官鈺希 [5]采用層次分析法，對湖北省古建筑群火災風險進行了評估，并提出了相應的整改建議。徐志勝[6]基于實地調研，應用火災風險指數法構建火災風險評估體系，利用AHP法確定指標權重，并建立評估模型對鳳凰古城某家庭旅館進行了評估。殷杰[7]基于熵權可拓模型，對麗江古城進行了火災分析評估，并提出了火災防范體系。然而現有研究存在2個不足，首先評價指標選取多從理論研究出發，缺乏實地調研，因此所選取指標是否合理無法驗證；其次，現有研究基本采用AHP確定權重，導致指標權重缺乏客觀性。本研究基于西安回民街的消防安全現狀調研，總結分析古建筑火災風險的來源與隱患，識別出古建筑火災風險的評估要素，構建古建筑火災風險評價指標體系，驗證了指標體系的合理性。同時，為了克服AHP賦權值的主觀局限性，引入主、客觀偏好系數，利用熵權法修正AHP法得到的指標權重。最后構建模糊綜合評價模型，評估了西安回民街的火災風險等級，并針對評價結果提出改進的對策與建議。

1 古建筑火災風險評價指標體系構建

1.1 指標體系構建的原則風險評估指標的選取不僅關系到整個評價體系構建的合理性，更關系到最終評價結果的準確性[6]。因此，古建筑火災風險評估指標體系的構建要遵循一定的原則，不但應從各個不同的角度反映出古建筑火災風險的特征，還要能體現出古建筑火災風險的變化趨勢。結合古建筑火災風險的特點，本研究認為建立古建筑火災風險評估指標體系的基本原則有：①科學性原則；②系統性原則；③全面性原則；④代表性原則；⑤可操作性原則；⑥定性定量相結合原則。

1.2 古建筑火災風險評估要素識別火災發生的三要素是助燃劑、可燃物和引火源。在火災發生前，需要做好預防工作，包括在硬件上加強消防設施建設，在軟件方面加強消防安全管理。在火災發生以后，需要做好火災應對處理。因此，對火災風險評估需要考慮5個方面，分別是可燃物本身的特征、火災危險源、消防建設情況、消防管理現狀以及火災處理能力。基于這5個方面，本研究對西安市回民街古建筑進行了實地調研，以發現古建筑火災風險的評估要素。下面將具體從上述的5個方面，闡述調研情況。

1.2.1 古建筑特征回民街內很多古建筑距今已有上千年的歷史，主要特征包括以下幾方面。

1）古建筑建筑結構大都為木質或磚木結構，建筑層數一般為2至3層，耐火等級為3、4級；

2）建筑內部裝飾材料大都可燃，火災荷載大；

3）建筑平面布局緊湊，大量建筑毗連，因而建筑密度相對較大，防火間距不足。

1.2.2 火災危險源回民街近5年平均每年發生火災為60起左右。整體來說，火災發生的原因有以下幾點：電路老化、生活用火、周邊環境影響、雷擊起火，人為因素等，其中電路老化最為嚴重基本占了所有火災的50%左右，生活用火占到35%，周邊環境影響占到8%，雷擊起火占到5%，人為因素占2%.

1.2.3 建筑消防設施《中華人民共和國消防法》中將消防設施定義為，火災自動報警系統、自動滅火系統、消火栓系統、防煙排煙系統以及應急廣播和應急照明、安全疏散設施等。基于此分類，本研究對回民街古建筑的消防設施現狀分析發現以下問題。

1）消防設施不齊全，古建筑內消防設施一般只有滅火器和消火栓，且部分損壞嚴重；

2）由于該區域未引進市政管網，所以該區域沒有足夠的消防水源，以致整個回民街只有少許消火栓，無法滿足要求。

1.2.4 消防管理能力中國消防管理的指導方針是“預防為主、防消結合”，一方面需要增強群眾的消防意識、另一方面制定相應的防火檢查制度，此外還需要制定應急預案以及實際演練[8]。基于這樣的原則，本研究對回民街古建筑消防管理現狀分析發現以下問題：①居民和商戶整體消防安全意識薄弱；②防火檢查制度仍不健全；③消防安全投入不足。

1.2.5 火災處理能力當火災發生時，一方面需要及時疏散人員，保證群眾生命安全；另一方面需要對火災進行初期的撲救，為消防救援工作的開展爭取時間。因此，對火災處理能力的評價，需要重點考慮到人員疏散能力、初期火災撲救能力以及消防救援能力等要素。基于3種關鍵要素，本研究對回民街古建筑火災處理能力分析發現以下問題。

1）回民街道路狹窄，部分區域道路不足3 m，同時缺乏相應的疏導人員，導致人員疏散能力較差；

2）由于消防設施不健全，居民對消防設施使用缺乏經驗，導致火災初期撲救能力較差；

3）消防站離回民街較遠，回民街整體區域未設置專門的消防車通道，導致消防救援能力下降。

1.3 古建筑火災風險評估指標體系構建根據回民街古建筑調研內容與結果分析，查閱《古建筑消防安全管理規則》，結合火災風險評估的相關理論，構建了古建筑火災風險評估指標體系，如圖1所示。

該評價指標體系共由3個層次構成，第一層次為古建筑火災風險評價目標，第二層是火災風險評估的5個一級指標，分別是古建筑特征、火災危險源、建筑消防設施、消防管理能力、火災處理能力。第三層次是火災風險評估的18個二級指標，主要是對一級指標的進一步分解。其中，古建筑特征由火災荷載、防火間距、耐火等級構成；火災危險源由用電情況、用火情況、避雷設施、周邊環境、人為因素構成；建筑消防設施由滅火設施、自動報警設施、通風防排煙設施、應急疏散及照明設施構成；消防管理能力由防火檢查制度、消防宣傳培訓、消防應急預案及演練構成；火災處理能力由人員疏散能力、初期火災撲救能力、消防救援力量構成。

2 古建筑火災風險模糊綜合評價模型構建一般意義上講，對某一事物做出評價必須同時對多個因素或指標進行考慮，以保證評價和決策的準確性及科學性，這就是綜合評價問題[9]。模糊綜合評價法作為一種典型的綜合評價方法，已經在各個領域的評估工作中得到廣泛的應用。本研究也將采用模糊綜合評價法，基于已構建的古建筑火災風險評價體系，建立模糊綜合評價模型，并對回民街古建筑進行火災風險示范評估。根據模糊綜合評價模型構建的步驟，主要包括構建評價因素集、評價指標權重、構建評價集以及綜合評價4個方面，下面根據上述4個步驟，具體介紹模糊綜合評價模型的構建過程。

2.1 構建評價因素集根據古建筑火災風險評價體系，建立評判因素集U.U={u1，u2，u3，u4，u5}，其中U表示古建筑火災風險等級；u1為古建筑特征；u2為火災危險源；u3為建筑消防設施；u4為消防管理能力；u5為火災處理能力。

2.2 評價指標的權重確定為了克服單獨采用AHP確定權重而引起權重缺乏客觀性的問題，本研究在運用AHP法確定權重的基礎上，引入熵權法，并通過主、客觀偏好系數對AHP法確定的權重進行修正，以達到充分考慮主觀性的同時，保證客觀性的目的。

2.2.1 基于AHP的指標權重計算AHP法是由匹茲堡大學Saaty（1977）提出的一種對復雜問題進行科學決策的方法[10]，目前已經廣泛應用到各個領域的決策與評估工作中。采用AHP法可以根據專家經驗和知識確定評價指標的權重，具體的步驟如下1）構建判斷矩陣。運用“1-9標度法”定義兩兩比較的判斷矩陣.

2.2.2 基于熵權法的指標權重計算熵權法是一種客觀賦權方法[11]。它在信息論中用于度量信息量，即一個系統越是有序，信息熵就越低；反之，信息熵就越高。將其應用到評估方面，如果某項指標的變異程度越大，信息熵就越小，表明提供的信息量就越多，因此在綜合評價中所起的作用也就越大；反之，某項指標變異程度越小，信息熵就越大，表明提供的信息量就越少，在綜合評價中所起的作用越小。因此，在具體的分析過程中，可根據各個指標值的變異程度，利用熵來計算各個指標的熵權。應用熵權法確定權重的具體步驟如下1）數據標準化。

2.3 構建評價集由于古建筑火災風險評估采用的是定性定量相結合的方法，評估的結果必定存在一定的模糊性。因此，可以克服這一存在的問題，主要采用等級制度劃分區間。根據現有文獻的一般劃分方法，把古建筑火災風險劃分為5個等級，以10分為評分標準，分值越高，表示火災風險越小，見表1.

2.4 計算評價結果本研究采用線性加權模型計算火災風險度.

3 古建筑火災風險評估示例

3.1 數據收集本研究邀請古建筑消防人員、消防安全相關研究人員等8人對評價體系中的二級指標進行打分，確定二級指標的具體數值。然后計算每一個指標的平均分，作為該指標的評價數值。具體評價數值見表2.

3.2 權重確定首先，本研究邀請古建筑消防人員、消防安全相關研究人員等8人對評價指標體系中的一級指標和二級指標分別進行專家打分，最終確定一級指標和二級指標的權重，然后通過權重相乘，得到二級指標相對于評價目標的權重。其次，根據表3中二級指標的評價數值，采用熵權法，計算得到信息熵，并利用信息熵計算各指標的權重。最后，將AHP法得到的權重與熵權法得到的熵權求加權平均，得到綜合權重系數。AHP得到的權重、熵權以及綜合權重，見表3.

3.3 計算評估結果根據專家對評價指標打分得到的平均數值（表3），結合上文中得到的綜合權重（表3），然后運用公式6，可以得到回民街古建筑火災風險得分為3.249 2分。依據上文構建的評價集，最終得分對應火災危險的等級是第Ⅳ級（較危險）。也就是說西安市回民街古建筑的火災風險等級為較為危險，需要加強重視。為進一步分析導致西安市回民街古建筑火災風險等級較低的原因，本研究具體分析了每個一級指標的得分，見表4.

由表4可以看出，古建筑特征得分最低，火災危險源得分最高。此外，火災處理能力和建筑消防設施2個方面的得分也不是很高。因此，針對分析得到的結果，需要在古建筑特征、建筑消防設施以及火災處理能力等方面進行進一步加強。具體來說：①古建筑耐火等級普遍較低，因此可以對古建筑采用涂刷“綠色”阻燃劑進行阻燃，其燃燒產物不會損害文物與古建筑物本身，還能提高古建筑的耐火等級，降低古建筑火災荷載；②古建筑消防設施方面：一是可以采用圖像探測技術輔以空氣采樣火災探測系統[12]，實現對古建筑火災的早期預警，二是可以在古建筑內安裝細水霧滅火系統實現早期滅火，保證古建筑安全；③火災處理能力消防部門可通過購置消防摩托車、小型消防車來彌補消防車道過窄的問題，同時提高其初期火災撲救能力。

4 結 論1）通過對西安市回民街古建筑的實地調研分析，總結歸納出古建筑火災風險的評估要素，包括古建筑特征、火災危險源、建筑消防設施、消防管理能力、火災處理能力等5個方面；

2）通過引入熵權法，采用AHP與熵權法相結合的方法確定綜合權重，彌補了專家確定權重過程的人為因素影響，提高了權重確定的準確性；3）通過全面考慮各指標的重要性，采用定性和定量相結合的方法，構建模糊綜合評價模型，并對西安市回民街古建筑進行評估。根據評估結果顯示，西安市回民街古建筑的火災風險等級為Ⅳ級，說明其火災危險性為較危險，需要在古建筑特征、建筑消防設施以及火災處理能力等方面進一步改進和提高。

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