淺析城市區域火災風險評估模型的建立

陳蕾

摘要：城市區域火災風險評估是對區域內火災破壞能力和抗御能力進行綜合評價，為制定滅火救援方案和科學布局消防站點提供依據，同時提出消防管理工作的具體措施建議，是分析城市消防安全狀況、查找消防工作短板問題的有效手段，本文介紹了常用火災風險評估方法并詳細闡述了城市區域火災風險評估模型的建立。

關鍵詞：消防安全;火災風險;評估模型

一、常用的火災風險評估方法

目前，常用的火災風險評估方法通常采用綜合指標體系法，計算方法有定性法、定量法、半定量法。如表1所示。

定性法以安全檢查打分法、專家打分法最為典型，主要以標準、規范和規章的有關規定為評判依據，確定風險特征，帶有指示標準地消除火險隱患。[1]此方法主要適用于點型評估單元（如一個建筑物）。

定量法是在風險量化的基礎上進行評估，通過數學方法將不確定的定性指標轉化為量化值。主要用于確定火災的實際風險，其通過假設、數據以及算法，得出量化結果并體現潛在的火災危險的分布形態[2]，由于實現了評估指標的量化，因而能夠比較準確的描述系統的風險。典型評估方法為概率分析法和事故后果分析法，其對評估對象的時間數據的積累、基礎數據收集要求較高，執行難度較大。

半定量法是火災風險分級法，主要用來確定火災的相對風險，特點快捷簡便、結構化強，應用廣泛[3]。

根據國內外城市火災風險評估的經驗和做法，目前較為成熟的方法是通過劃分評估單元，利用綜合指標評估法，應用相對模糊算法建模，通過計算得出整體火災風險的評估方法[4]。

二、城市區域火災風險評估原則

（一） 風險分級

針對城市區域火災風險評估，詳細體現地塊、區域火災風險水平的分布特征，風險等級劃分越細，越能體現區域風險水平的差異性，但考慮工作量、基礎數據收集難度，指標量化難度，參考北京市火警應急響應劃分標準，并保持其一致性，設置五個風險等級，風險等級評分標準劃分具體如下表所示。二級指標采用下表分級，一級指標及目標層因疊加計算，采用自然斷裂法劃分五個風險等級。

（二） 指標量化原則

1、客觀性原則。區域消防安全評估指標應該符合區域消防安全特點和安全的客觀實際情況，能夠充分反應區域安全的特點和影響因素。

2、全面性原則。指標體系要求覆蓋面廣，對于每一類要素， 應依據其內在結構，全面體現要素的構成， 全方位地體現出地區消防安全現狀和水平。

3、層次性原則。消防安全評估指標體系是涉及諸多要素的系統，按照這些要素可以將其劃分成許多的子系統[5]。對應于每個子系統，應在相應的一級指標體系下，按照客觀性原則和全面性原則，具體設計相應的二級指標，從而形成指標層次體系。

4、可操作原則。評估指標體系要選擇容易收集、易于進行比較的指標[6];對于一些當前難以收集數據的指標，也要考慮在適當調整或間接量化方式提高可獲取性。

5、定性與定量結合原則。應盡量選取可以直接賦值的指標;對于直接量化和舍棄較困難的指標， 可應用主觀打分方式賦值。本次評估采用上述定性與定量綜合的方法[7]。

三、 指標體系框架

（一）城市火災風險評估指標體系如表1所示。

（二）指標及各要素量化

由于一級指標、決策層根據二級指標運算結果和權重進行確定，因此僅需給出最末級指標即二級指標的量化原則。

根據二級指標的數據類型，可分為描述型和數值型，描述型如文保單位的數據為國家級、省級、市級;數值型如高層建筑的高度數據為0～19099.262之間的數值。針對描述型數據和規范有相關要求的指標采用經驗判讀分級，如數據充足或者規范分類完善，則分為四級或五級，否則分為三級，進而轉換為百分制進行量化;針對數值型數據，采用自然斷裂法，根據組間差異最大，組內差異最小的原則，進行分級，進而轉換為百分制的量化結果。

①描述型數據和規范有相關要求的指標-經驗判斷分級

根據描述型數據種類，通常分為三級、四級和五級，根據越危險得分越低的原則進行量化。

② 數值型數據-自然斷裂法

自然斷裂分級法是將數據集中不連續的地方作為分級的依據對數據集合進行分級的方法[35]。原理是一個小聚類，聚類結束條件是組間方差最大、組內方差最小。類別基于數據中固有的自然分組。將對分類間隔加以識別，可對相似值進行最恰當分組，并可使各個類之間的差異最大化[36]。要素將被劃分為多個類，對于這些類，會在數據值的差異相對較大的位置處設置其邊界。

四、 指標權重確定

（一）權重確定方法

采用專家參與的層次分析法，確定消防安全評價指標權重。

層次分析法是一種定性與定量分析相結合的多因素決策分析方法，并通過決策者的經驗判斷賦值。它是把一個問題劃分為各種的因素，歸屬于為各層次，呈現出多層次結構，建立判斷矩陣對每一層次內各因素兩兩進行比對，計算判斷矩陣最大特征值和特征向量，得出該層因素的權重，在這個基礎上計算出各層次因素對于總體目標的組合權重。

構造體系層次

（1）建立遞階層次結構模型，模型通常分為目標層、準則層和措施層。

（2）采用專家打分法進行因素指標的重要度排序處理，并采用表中的判斷方法對專家期望進行匯總，匯總于構造的判斷矩陣中進行權重系數的處理。

（3）構造判斷矩陣。

對于二級指標較多的指標體系，運用層次分析法兩兩比較權重較為困難，因此采用德爾菲專家調查法，根據專家意見和系統分析人員經驗來確定指標權重。針對一級指標及二級指標進行德爾菲專家咨詢法。

（二）計算各指標的權重系數

由于構造的判斷矩陣是正矩陣，故可求出最大特征根λmax所對應的特征向量W。根據方程ZW=λmaxW，求出特征向量W，經過歸一化處理后得到各指標的權重系數。此處選用“和積法”進行計算，具體計算步驟如下：

a）對判斷矩陣Z按列進行規范化

b）將每列經歸一化處理后的判斷矩陣按行相加

c）將按行相加得到的和向量進行正規化計算所得到的特征向量即為權重向量。

計算所得到的特征向量即為權重向量。

d）根據方程BW=maxW，計算矩陣最大特征根

為了判斷構造的判斷矩陣所求出的特征向量是否合理，還需對判斷矩陣進行一致性檢驗，計算一致性比率公式如下：

式中：CR為一致性比率，m為判斷矩陣的階數，RI是平均隨機一致性比率，其取值如表所示：

當CR<0.1時，表示構造的判斷矩陣通過了一致性檢驗，則認為該判斷矩陣具有滿意的一致性，否則，就需調整判斷矩陣，重新計算權重，直到取得滿意的一致性為止。

（三）指標權重確定

將每列加權求和最終得到一級指標新權重。公式如下所示。

式中：—第j 個指標的新權重;

Ki——第i類專家的權重;Wij——第i 個一致性檢驗合格的專家對第j 個指標的權重。

本次參加打分的專家共20人，其中消防局專家5人，規劃院專家5人，其它防火專家10人。針對一級指標及二級指標進行德爾菲專家咨詢法。

按照專家期望值，列出判斷矩陣，第一列以“體育館”為比較基準1，其它二級指標對“體育館”的兩點距：

以此類推，列出判斷矩陣。

（四） 權重計算結果

專家判斷一級指標打分后得出權重如表3所示

本次評估指標權重經過一致性檢驗，最終各指標權重結果如表4所示：

參考文獻：

[1] 潘京.我國城市消防安全存在的問題與對策研究[D]. 重慶：重慶大學.2005.

[2] 韓冰.基于重大危險源評估優化消防站布局研究[D]. 沈陽：沈陽建筑大學.2011.

[3] 胡傳平.區域火災風險評估與滅火救援力量布局優化研究[D].上海：同濟大學，2006.

[4] 劉偉.江西省城市火災發生風險評估[D]. 南昌：江西農業大學. 2016

[5] The Task Group to the Central Fire Brigades Advisory Councils.The Fire Cover Review[R]，Volume 1，October 2002.

[6] 28Michael S Wright Dwelling Risk Assessment Toolkit version 1.0，Entec UK Ltd.

[7] 何澤南，基于GIS的天津南港化工區火災風險評估[D].天津：天津大學. 2014.