基于變權重模糊理論的火災風險評價研究

張顏

(華北水利水電大學水利學院，河南 鄭州 450000)

0 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展和建筑技術的不斷進步，我國各大、中城市高層建筑的數量急劇增長，規模也越來越大。高層建筑人員集中和疏散困難的特點導致其火災危險性和危害性遠遠高于普通建筑物。大型建筑物的火災風險已成為國家和社會普遍關注的重大問題，對大型建筑物進行火災風險評價是有效預防和控制事故發生的重要措施。

對火災風險的評價需要綜合考慮各個因素的影響，合理確定各個一級、二級指標的權重，這樣才能使評價更為科學和準確。權重確定的方法有很多，大致可以分為兩類：一類為主觀賦權法;另一類為客觀賦權法。主觀賦權法主要包括專家調查法、層次分析法、多元分析法和模糊統計法等；客觀賦權法主要包括熵值法、主成分分析法、均方差法、灰色關聯度法和基于粗糙集的方法等。本文在使用層次分析法確定權重向量(常權向量)的同時，引入變權處理的思想，在管理水平模糊綜合評判過程中，對指標權重值進行進一步變權處理，提高火災風險水平評價結果的科學性和合理性。

1 火災風險評估指標體系

1.1 指標體系

參考2013—2015年《中國消防年鑒》中的高層建筑重大火災事故，結合相關專家的研究，將一級指標評定為：客觀因素(F1)、人為因素

(F2)、建筑特性(F3)、主動防火措施(F4)、被動防火措施(F5)、應急力量(F6)、管理機制(F7)；將二級指標評定為：電氣火災(F11)、易燃易爆危險品(F12)、周邊環境(F13)、氣象因素(F14)、用火不慎(F21)、放火致災(F22)、吸煙不慎(F23)、火災荷載(F31)、建筑高度(F32)、建筑用途(F33)、建筑面積(F34)、人員荷載(F35)、內部裝修(F36)、消防給水(F41)、滅火器材配置(F42)、防排煙系統(F43)、疏散誘導系統(F44)、火災自動報警系統(F45)、自動滅火系統(F46)、消防撲救條件(F51)、防火間距(F52)、防火分隔(F53)、防火分區(F54)、疏散通道(F55)、耐火等級(F56)、消防應急預案(F61)、消防培訓與演練(F62)、消防安全責任制(F71)、消防設施維護(F72)、消防組織管理(F73)、隱患整改落實(F74)。每個一級指標Fi(i=1，2，…，7)受多個相對應的二級指標Fij(j∈Ni，Ni為二級指標數)的影響。指標體系圖如圖1所示。

1.2 評價矩陣

應用前文所述的評價指標體系對火災風險水平進行評價，首先要確定管理水平評語集。M是對火災風險水平描述的模糊集合，其中m1代表優，m2代表良，m3代表中，m4代表差。為了評價火災風險，必須實現將火災風險水平從定性描述到定量描述的轉變，給評語集賦

圖1 火災風險指標體系圖

予相應的具體數值，λ={λ1，λ2，λ3，λ4}=(7，5，3，1)。

根據火災風險水平評價指標體系和管理水平評語集，各一級評價指標的評價矩陣為

(1)

二級評價指標Fij對各評語的隸屬度向量構成評價矩陣Wi，可采用德爾菲專家法確定其隸屬度向量。

2 火災風險評估指標變權向量確定

2.1 常權向量的確定

首先，需要利用層次分析法以確定一級和二級指標常權重向量。

2.1.1 二級指標常權重向量的確定

對各二級指標關于其所屬一級指標的重要性進行兩兩比較，構造判斷矩陣Di

(2)

Di為正互反矩陣，i=1，2，…，7；j∈Ni，Ni為第i個一級指標所對應的二級指標的數量。djj=1表示第j個二級指標對自己來時同等重要，dij=1/dji；dij>1表示第i個指標比第j個指標重要；dij<1表示第j個指標比第i個指標重要，具體情形見表1。

表1 標度及其意義

注：標度2，4，6，8，1/2，1/4，1/6，1/8及其代表意義介于其中。

然后，需要進行層次單排序及一致性檢驗，將判斷矩陣的最大特征值(可用Matlab求出)所對應的特征向量歸一化，即可得到各二級指標相對于一級指標的常權重向量。

2.1.2 一級指標常權重向量的確定

對各一級指標關于火災風險管理水平的重要性進行兩兩比較，構造判斷矩陣E

(3)

同二級指標權重確定方法一樣，先利用Matlab求出E的特征向量，將其歸一化即可求得各一級指標常權重向量。

在構造判斷矩陣進行兩兩比較時，受認識主觀性和片面性的限制，判斷矩陣可能會出現嚴重的偏差，導致權重向量誤差過大，造成管理水平評價不合理、不準確等情況。為避免此類情況所造成的影響，可以用一致性指標對判斷矩陣進行一致性檢驗，用C來表示，則

(4)

式中，C的絕對值越小，判斷矩陣一致性程度就越高；當C=0時，判斷矩陣是一致的。n為判斷矩陣的階數。

用F表示隨機一致性指標，令

(5)

表2 不同階數的判斷矩陣所對應的隨機一致性指標值

2.2 變權向量的確定

設二級指標(F11，F12，F13，F14)的常權向量(a11，a12，a13，a14)經過變權處理后的權重向量為(b11，b12，b13，b14)則

(6)

3 基于變權重模糊綜合評判法的火災風險評估

3.1 對各一級指標進行模糊綜合評價

對火災風險一級評價指標進行模糊綜合評價，計算公式如下

Ni=Bi×Wi

(7)

式中，Bi(i=1，2，…，7)為二級指標Fij相對于一級指標Fi的權重向量，其中bij(j∈Ni)為aij經式(6)變權處理后的權重值。

3.2 對火災風險水平進行模糊綜合評價

根據各一級評價指標的模糊綜合評價值，運用公式(8)可求得火災風險的模糊綜合評價

(8)

4 應用案例

4.1 單位簡介

某高層商住樓位于河南省鄭州市鄭東新區，樓高97m，地上27層，主要做商場以及公建配套使用，其中第5層為結構轉換層，6層及以上為住宅，地下2層，作為停車庫和設備機房使用。根據其起火的可能性以及利用專家評分等方法對每層指標的影像因素的重要性進行量化，通過對指標之間的相互比較，構建出判斷矩陣。

4.2 評價指標權重確定

4.2.1 常權向量的確定

經過7個維度共40個指標的兩兩比較后得到判斷矩陣如下

A3=[0.373 8 0.098 3 0.154 8 0.059 8

0.280 0 0.0333]

A4=[0.254 2 0.386 6 0.063 2 0.157 4

0.039 6 0.099 1]

A5=[0.250 4 0.042 8 0.064 1 0.100 6

0.159 6 0.382 5]

0.067 6 0.031 2 0.354 3]

4.2.2 變權重向量的確定

運用式(6)對指標常權重向量進行變權處理，得到二級指標權重向量如下

B3=[0.485 1 0.051 1 0.106 8 0.031 5

0.306 6 0.018 9]

B4=[0.271 0 0.473 9 0.043 7 0.111 9

0.021 8 0.077 5]

B5=[0.427 5 0.023 2 0.041 1 0.071 8

0.143 1 0.293 3]

0.063 2 0.033 9 0.012 8 0.266 8]

4.3 評價指標隸屬度向量的確定

經過10個相關領域的專家3輪打分確定的二級指標對評語集的隸屬度向量如下

4.4 模糊綜合評價

4.4.1 對一級評價指標的模糊綜合評價

將Bi和Wi的值代入式(7)可求得各一級評價指標對評語集中各評語的隸屬度向量如下

繼續進行歸一化處理后得

4.4.2 對該高層商住樓火災風險進行模糊綜合評價

將一級指標評價結果W=[N1N2N3N4N5N6N7]作為評價矩陣，將其代入式(8)可得

以上結果即該高層商住樓火災風險水平對評語集M的隸屬度向量。由此可見該商住樓對火災風險管理的水平良好，且管理水平的量化值β=P×λT=5.301 5。

5 結語

在已建立的火災風險評估指標體系的基礎上，本文運用層次分析法確定各指標的常權向量，并對其進行變權處理，運用模糊綜合評價模型對火災風險進行綜合評價。評價所得結果與該高層建筑群的實際管理水平一致，說明基于變權重的模糊綜合評價法對火災風險評估具有可行性和實用性。