基于魚(yú)骨圖-AHP 法高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

■ 韋相宇 WEI Xiangyu 田世祥 TIAN Shixiang 代張音 DAI Zhangyin

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各式各樣的高層建筑拔地而起，一些高樓已逐漸成為我國(guó)現(xiàn)代化城市的地標(biāo)性建筑[1]。建設(shè)多功能化、大型化、綜合性的高層住宅建筑是目前住宅建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[2]，可為社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境注入新的活力；但由于高層住宅建筑具有樓層高、設(shè)備多、人員密集等特點(diǎn)[3]，應(yīng)急疏散能力較弱，一旦發(fā)生火災(zāi)等事故，難以保證人員安全[4]。根據(jù)2018 年《中國(guó)消防年鑒》[5]顯示，國(guó)內(nèi)建筑類火災(zāi)占火災(zāi)類總事故的80%以上，因此，對(duì)高層住宅建筑進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究，確定其主要影響因素并及時(shí)提出整改建議，對(duì)減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了大量研究，例如：王江波[6]等以20 個(gè)高層住宅小區(qū)為例，分析火災(zāi)狀況下高層住宅建筑內(nèi)外部隱患和救援問(wèn)題對(duì)群眾疏散時(shí)所面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)；胡廣霞[7]運(yùn)用事故樹(shù)方法，對(duì)高層住宅建筑火災(zāi)起因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到引發(fā)高層住宅火災(zāi)的12 個(gè)主要因素；孫輝[8]提出高層住宅建筑火災(zāi)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將模糊綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用于某高層住宅樓的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得出影響建筑物火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的主要原因；孫睿婷[9]等利用結(jié)構(gòu)熵權(quán)法計(jì)算高層住宅火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，提出高層住宅火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)方法，并結(jié)合實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證該方法的可行性。但是上述研究所采用的風(fēng)險(xiǎn)分析方法較為單一、籠統(tǒng)，考慮到高層住宅建筑火災(zāi)的多層次性、復(fù)雜性及不確定性，本文將以魚(yú)骨思維為導(dǎo)向，基于安全系統(tǒng)工程原理，結(jié)合層次分析 法（Analytic hierarchy process，AHP），對(duì)高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析研究。

1 基于魚(yú)骨圖-AHP法的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1.1 繪制火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)骨圖

考慮到高層住宅建筑火災(zāi)屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程問(wèn)題，且具有體積巨大、電器設(shè)備多、人員集中等特點(diǎn)，本文嘗試從安全系統(tǒng)工程的理論視角出發(fā)，基于“人—物—管—環(huán)”的事故連鎖原理，按照全面客觀、準(zhǔn)確合理的原則，參考管理人員、從業(yè)人員填寫(xiě)的調(diào)查問(wèn)卷及實(shí)地調(diào)研收集的資料，篩選出對(duì)高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)有顯著影響的4 個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)因素和18 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子，繪制出高層住宅建筑火災(zāi)魚(yú)骨圖（圖1）。

1.2 基于魚(yú)骨圖-AHP 法的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

層次分析法（AHP）是結(jié)合定性與定量分析的一種決策方法，目前廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題[10-12]。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，首先需要把復(fù)雜的評(píng)估系統(tǒng)分層，進(jìn)行層次化梳理；然后通過(guò)比較系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)因子之間的關(guān)聯(lián)影響，確定各風(fēng)險(xiǎn)因子間標(biāo)度級(jí)別并進(jìn)行定量化處理，構(gòu)造判斷矩陣；最后求出各風(fēng)險(xiǎn)因子的相對(duì)權(quán)重[13-15]。具體步驟如下。

1.2.1 構(gòu)建高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

以圖1 為依據(jù)，構(gòu)建如圖2 所示高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。

圖1 高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)骨圖

圖2 高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

1.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

依據(jù)“1～9”標(biāo)度法（表1），由專家對(duì)案例中各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)打分，得到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)Pij值，再將各指標(biāo)因素兩兩比較，分別得到評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的排序結(jié)果，求出n階判斷矩陣P=(pij)n×n。

表1 判斷矩陣標(biāo)度定義[16]

1.2.3 一致性檢驗(yàn)及權(quán)重排序

為使判斷矩陣P=(pij)n×n的精確度更高，需要通過(guò)一致性檢驗(yàn)的方式，衡量判斷矩陣的準(zhǔn)確性。當(dāng)隨機(jī)一致性比率RC＜0.10 時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)，表示可接受；相反，則不可接受，應(yīng)對(duì)判斷矩陣作適當(dāng)修正[14-18]，具體計(jì)算公式為：

式中，λmax為判斷矩陣的最大特征值；n表示階數(shù)；IC為判斷矩陣的一致性指標(biāo)；IR為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，具體取值見(jiàn)表2。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)參考值[17]

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 案例概況

貴陽(yáng)市花果園某高層住宅高185 m，地 上35 層、地 下2 層；其外觀為正方形柱體，占地面積約16 600 m2，耐火等級(jí)為一級(jí)。周圍來(lái)往人群密集復(fù)雜，交通便利，離地鐵口約800 m，樓內(nèi)配有火災(zāi)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、消防栓、滅火器、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及消防控制室，滅火設(shè)備所設(shè)置的安裝間距和位置均符合要求。同時(shí)，樓內(nèi)設(shè)有全方位監(jiān)控?cái)z像頭和完備的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，方便及時(shí)觀測(cè)樓內(nèi)動(dòng)向，采集風(fēng)險(xiǎn)信息。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.2.1 構(gòu)建高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

結(jié)合實(shí)際情況，基于魚(yú)骨圖-AHP 法構(gòu)建如圖2 所示的高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)該高層住宅樓進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

邀請(qǐng)從事消防安全研究10 年以上的5 位資深專家（正高職稱3 名、副高職稱2 名），依據(jù)個(gè)人知識(shí)背景、工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際情況，按照1～9 標(biāo)度表，將準(zhǔn)則層與指標(biāo)層各因素之間的關(guān)系以數(shù)字標(biāo)度形式表示出來(lái)，對(duì)各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)打分，最終得到如表3～7 所示判斷矩陣。

表3 準(zhǔn)則層判斷矩陣

2.2.3 一致性檢驗(yàn)及權(quán)重排序

運(yùn)用MATLAB 計(jì)算得到判斷矩陣的最大特征值λmax和最大特征向量Wij，具體內(nèi)容如表8 所示。準(zhǔn)則層中，安全管理能力D ＞建筑整體布局A ＞滅火能力B ＞安全疏散能力C；指標(biāo)層中，防火教育培訓(xùn)與演習(xí)D3所占權(quán)重最大，消防隊(duì)業(yè)務(wù)水平B4、消防車道及疏散通道A4、逃生照明和指示標(biāo)志C3、逃生通道數(shù)和寬度C4、人流密度C1、火場(chǎng)供水能力B5、建筑材料A3等因素也占較大權(quán)重。

表8 結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.3 整改措施建議

根據(jù)上述評(píng)估指標(biāo)總排序判斷出的各風(fēng)險(xiǎn)因子重要程度，可以從以下4 個(gè)方面對(duì)高層住宅建筑火災(zāi)防控工作提出針對(duì)性建議。

2.3.1 提高安全管理能力

樹(shù)立消防責(zé)任意識(shí)，對(duì)于管理者而言至關(guān)重要。在評(píng)價(jià)指標(biāo)總排序中，防火教育培訓(xùn)與演習(xí)D3占比最大，因此，管理者除了加強(qiáng)自身責(zé)任意識(shí)外，還應(yīng)積極開(kāi)展消防安全培訓(xùn)，定期進(jìn)行消防演習(xí)，增強(qiáng)全體工作人員對(duì)消防安全重視程度，將消防安全意識(shí)落到實(shí)處。

2.3.2 完善建筑布局

建筑內(nèi)的疏散系統(tǒng)能夠最大程度地保障人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。消防車道及疏散通道A4、逃生照明和指示標(biāo)志C3、逃生通道數(shù)和寬度C4在總排序中排名靠前，恰好說(shuō)明建筑布局對(duì)于火災(zāi)防控的重要性。高層住宅建筑的安全出口數(shù)量與寬度、消防疏散通道等，必須經(jīng)過(guò)有關(guān)部門審查驗(yàn)收并正式批準(zhǔn)后，方能投入使用。

2.3.3 加強(qiáng)滅火能力

滅火能力主要體現(xiàn)在“人”和“物”兩個(gè)方面，即：一方面，與建筑所在轄區(qū)內(nèi)的消防隊(duì)救援速度及業(yè)務(wù)水平有關(guān)；另一方面，與建筑物內(nèi)部設(shè)置的滅火設(shè)備（如滅火器、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、消防栓等）是否配備完善、能否正常使用有關(guān)。高層住宅建筑體積大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備繁多，除了要及時(shí)更新樓層內(nèi)的滅火系統(tǒng)等級(jí)，還要定期更換破損或無(wú)法正常使用的滅火設(shè)備，密切關(guān)注樓層動(dòng)態(tài)。

2.3.4 提升安全疏散能力

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能否保證人員安全迅速地撤離尤為重要。消防安全管理人員應(yīng)定期檢查安全疏散設(shè)施的運(yùn)行情況，完善建筑內(nèi)應(yīng)急疏散系統(tǒng)。在日常的設(shè)備維護(hù)工作中，除了檢查建筑內(nèi)各應(yīng)急設(shè)備以外，還應(yīng)在疏散樓梯內(nèi)安裝應(yīng)急照明燈，并確保應(yīng)急照明的照度滿足要求；同時(shí)，將疏散指示標(biāo)志置于明顯位置，保證疏散指示標(biāo)志無(wú)損壞和指示標(biāo)志錯(cuò)誤的情況；此外，應(yīng)定期查看疏散通道情況，發(fā)現(xiàn)有雜物堆放時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理。

3 結(jié)語(yǔ)

為了更好地預(yù)防高層住宅建筑火災(zāi)事故，本文提出基于魚(yú)骨圖-AHP法的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，通過(guò)MATLAB 計(jì)算得到最大特征值和最大特征向量，經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)后求得所有評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各指標(biāo)因素的重要度排序。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用，驗(yàn)證該方法的可行性。從排序可以看出，準(zhǔn)則層中的安全管理能力權(quán)重值最大，其次是建筑整體布局；指標(biāo)層中，防火教育培訓(xùn)與演習(xí)、消防隊(duì)業(yè)務(wù)水平、消防車道及疏散通道重要度較高，對(duì)此提出相應(yīng)建議及整改措施。在后期的研究中，可進(jìn)一步與實(shí)踐相結(jié)合，持續(xù)優(yōu)化高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，以提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理決策的科學(xué)性。

表4 建筑整體布局指標(biāo)層判斷矩陣

表5 滅火能力指標(biāo)層判斷矩陣

表6 安全疏散能力指標(biāo)層判斷矩陣

表7 安全管理能力指標(biāo)層判斷矩陣