基于改進AHP-FCE的地鐵車站火災風險評價

文/王淇

為更加科學合理地對地鐵車站的火災風險等級進行評估，降低采用傳統的層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）確定評價指標權重時主觀因素的影響，基于三角模糊數理論和三點估計法對傳統評價方法進行了改進，在確定各評價指標的基礎上結合模糊綜合評價法（Fuzzy Com prehensive Evaluation,FCE）對地鐵車站的火災風險等級進行實例研究。研究結果表明，該評價模型具有可行性和合理性。

0.引言

隨著城鎮人口的不斷增加，為滿足日益增長的交通需求，越來越多的城市選擇修建地鐵，乘坐地鐵的安全性也成為了人們越來越關注的問題。經過分析以往地鐵安全事故，發現地鐵火災是高發事故。因此對地鐵車站火災風險進行科學、可靠的評估是非常必要的。YuK[1]根據影響火災發生的因素，采用AHP與FCE相結合的方法進行火災風險評估。為消除傳統的AHP法和FCE法使用時主觀因素的影響，許多學者對此方法進行了改進。朱文敏[2]選擇三角模糊數作為隸屬函數，確定各風險評價指標的權重與模糊評價矩陣，按照最大隸屬度原則得到該站地鐵火災風險模糊綜合評價結果為危險等級。曹馨勻[3]通過對不同的專家評價結果進行賦權，來降低主觀因素的影響。李風梅[4]結合集對分析理論對層次分析法進行了改進。趙京玉[5]采用模糊層次分析法和Petri網結合的方法對火災風險進行靜態與動態的分析與模擬。倪鵬,唐志波[6]將結構重要度作為賦值依據，構建模糊層次分析法的模糊矩陣。

1.地鐵車站火災風險影響因素分析及評估指標體系的構建

1.1 地鐵車站火災風險影響因素分析

（1）人員因素分析。地鐵車站的人員構成主要包括：乘客、負責運營的工作人員、設備維護人員（2）設備因素分析。地鐵站內的設備主要包括機電設備系統、火災檢測報警系統、環境監控與設備監控系統以及其他消防設施。（3）環境因素分析。主要包括站內環境與站外環境。

1.2 地鐵車站火災風險評估指標體系的構建

在分析地鐵火災特點和地鐵火災影響因素的基礎上，通過向當地消防部門的工作人員、地鐵運營公司的管理人員、在一線負責運營工作的人員、維修作業的人員等人員發放調查問卷的形式，構建評價指標體系，經過對評價指標的整合優化后確定了3個一級評估指標，13個二級評價指標，具體評估指標體系如下表所示：

表1.1鐵車站火災風險評估指標表Tab.1.1 Fire risk assessm ent index table of subw ay station

2.地鐵車站火災風險評估指標權重的確定

2.1 改進層次分析法的基本原理

由于層次分析法在評價的過程中涉及的評價指標的數量較多，專家在對指標進行兩兩比較打分的時候很難給出一個精確的值，也因此產生了判斷矩陣的不一致性。為了解決這一問題，本文結合了三角模糊數的方法，對層次分析法進行了改進：

（1）在構造判斷矩陣A=（aij）n×n時，改變以往以單一準確數值來表示兩個指標重要度的方法，用三角模糊數的方法給出一個重要度區間，記為aij=[aij，mij，bij]，其中a代表兩指標相比較而言重要度的最小值，m 代表兩指標相比較而言的最可能值，b代表兩指標相比較而言重要度的最大值[7]。

（2）再利用公式（2.1），將區間形式的重要度轉化成具體的精確數值，得到具有一致性的判斷矩陣，且不需進行一致性檢驗[8]。

對于公式（2.1），華羅庚教授曾對類似公式做過說明：aij取最小值a與取最大值b的可能性較小，其概率基本符合正態分布的規律，所以假設aij取最可能的值m的可能性是取最小值a和最大值b的可能性的二倍，用加權平均數的算法得到以下結果：

2.2 改進層次分析法的具體步驟

（1）確定評價基準或評判標度

向地鐵運營單位和相關消防部門的專家發放判斷矩陣打分表，讓他們根據上述層次分析法判斷標度表，對指標進行兩兩比較，對其重要度進行打分，對各個專家的打分情況進行匯總，建立三角模糊數形式的判斷矩陣。

2.3 指標權重的確定

經搜集專家的意見和查閱相關資料，認為人員、設備、環境這三個一級指標對評估結果具有相同重要度的影響，所以這三個指標的權重均為0.333，在確定二級評估指標的權重時，則采取向20名地鐵火災風險評估方面的專家和相關消防部門的專家發放調查問卷形式，邀請他們對二級指標進行打分，并根據“少數服從多數”的原則對20名專家打出的分數進行分析匯總，用改進后的層次分析法對各指標進行賦權，具體數值如下表所示：

表2.1指標體系權重值Tab.2.1Index system w eight value

基于FCE的濟南地鐵1號線地鐵站實例研究

3.地鐵車站火災風險的模糊綜合評價

（1）確定評價指標集合U，U={Ui}，（i=1，2，…，n）；Ui表示地鐵車站火災風險評價表中的每一層次的指標因素。

（2）確定評價指標的權重W，Wi=（W1，W2，…，Wn）T

（3）確定評價基準及相應的價值量E

E={E1，E2，E3，E4，E5}={安全，較安全，一般安全，較危險，危險}即：評價等級分為5級。在研究過程中，邀請20名專家通過發放濟南地鐵1號線火災風險評估調查表對濟南地鐵1號線的各單項指標進行評價。通過對調查表的回收、整理統計并對結果進行歸一化，得到模糊綜合評判矩陣R，R=（rij）。

（4）對模糊綜合評價矩陣進行加權，得出模糊綜合評價結果：Si=WiR （3.1）

3.2 評價結果分析

遵循隸屬度最大原則，一級指標人員因素、設備因素方面的評價結果向量中最大數值分別為0.3167和0.4009，對應的等級為一級，則評價結果為“安全”，環境因素方面評價結果向量的最大值為0.3180，對應的評價結果為“較安全”。同理，目標層的評價結果向量中的最大值為0.3128，對應評價結果為“安全”。

結語

（1）基于三角模糊數和三點估計法對傳統的層次分析法進行了改進，使專家在對指標的重要度進行打分時不用拘泥于給出一個精確的數值，只需給出一個得分區間即可，降低了主觀因素對評價結果的影響，保證了判斷矩陣的一致性。在確定各個評價指標權重的基礎上運用模糊綜合評價法對地鐵車站的火災風險等級進行判定。（2）結合濟南地鐵1號線地鐵車站的實際情況，對濟南地鐵1號線的地鐵車站進行了火災風險綜合評估，根據評價結果進行評價等級分析，得出濟南地鐵1號線的火災風險評估等級為“安全”。（3）建立的地鐵車站火災風險的評估指標仍需要朝著更加科學，更加合理、適用性更強的方向改進，使評價結果更加合理可靠。C

引用出處

[1]Yu K.Fuzzy comprehensive evaluation of fire safcty risk of historic buildingsbased on fuzzy ma thematics[J].International Journal of Applied Mathematics&Statistics,2013,50(20):396-405.

[2]朱文敏.基于模糊事故樹的地鐵運營火災風險評估[D].北京交通大學,2018.

[3]曹馨勻.基于三角模糊層次分析法的重慶地區建筑低碳化評價指標體系研究[D].重慶:重慶大學,2014.

[4]李風梅.城市地鐵火災風險評價研究[D].蘭州:蘭州交通大學,2017.

[5]趙京玉.基于FPN模型和FAHP的地鐵火災風險評價研究[D].青島理工大學,2018.

[6]倪鵬,唐志波.基于FTA和FAHP方法的地鐵火災事故分析[J].科技通報,2021,37(09):109-112.DOI:10.13774/j.cnki.kjtb.2021.09.020.

[7]樊為剛,侯麗紅.層次分析法的改進[D].科技情報開發與經濟,2005.

[8]《現代城市軌道交通》編輯部.濟南市軌道交通1號線正式商業運營[J].現代城市軌道交通.2019,(04):98