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百盛商場火災危險性評估

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1.安徽理工大學能源與安全學院 2.煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室

【摘 要】本文基于突變理論建立了大型商場火災危險灰色綜合評價模型，該模型應用突變理論歸一公式本身的內在作用機理對各因素的重要性進行量化并應用灰關聯(lián)分析對各因素的重要性排序，可得出影響商場火災的關鍵因素且評價結果更客觀準確。通過對百盛商場的火災危險性評估結果，該模型可有效的對大型商場進行實時監(jiān)控和評價，更有助于大型商場火災安全管理。

【關鍵詞】大型商場；火災風險；突變理論；灰色綜合評價

火災統(tǒng)計年鑒表明，我國2013年共有火災152157起，造成1028人死亡，575人受傷，直接經濟損失21.78億元。其中商場火災占很大的比例，由于商場起火因素復雜，人流量大又給人員疏散造成一定的困難，其火災的危害性更為突出。因此, 對大型商場進行火災危險性評估，有助于制定防火安全措施，可有效減少火災中的人員傷亡和財產損失。

本文基于突變理論，針對百盛商場，首先，建立了三個層次的火災危險性評價指標體系，并由專家打分法對各底層因素進行量化；然后，根據各因素的特點，構造隸屬函數確定底層指標的隸屬度，即對底層指標原始數據規(guī)格化并通過突變理論中的歸一公式對系統(tǒng)進行量化遞歸運算，求出各層指標的突變值和表示整個系統(tǒng)安全狀態(tài)的總突變隸屬度值，從而確定該商場的火災危險性。最后，用突變理論歸一公式計算得出的無量綱數據對系統(tǒng)進行灰色綜合分析，得出影響商場火災危險性的關鍵因素。

1　基礎理論

1.1 突變理論綜合評價法

突變理論[1]是20世紀60年代后發(fā)展起來的一門關于系統(tǒng)狀態(tài)變量的特征對控制變量的依從關系的新興學科。主要點在于考察某種過程或系統(tǒng)從一種穩(wěn)定態(tài)到另一種穩(wěn)定態(tài)不連續(xù)的躍變。

（1）典型的突變模型。突變理論共有7種突變模型[2-3]，其中用到評價中的模型有尖點突變、燕尾突變和蝴蝶突變，其突變特征，見表1。

（2）歸一公式的導出。突變理論有著深厚的數

表1　常見的突變系統(tǒng)類型特征及其歸一公式

學基礎，其中的歸一公式的基礎就是奇點理論。由突變理論中的勢函數f '(x)=0，可得到一平衡曲面方程。通過二階導數f ''(x)=0可得該平衡曲面的奇點集，因此，突變現(xiàn)象又叫“不穩(wěn)定奇點”。由f '(x)=0和f ''(x)=0可得到分解形式的分歧方程，該方程反映了狀態(tài)變量與各控制變量之間的關系。由分歧方程可導出歸一公式,該公式將系統(tǒng)內部各控制變量不同的質態(tài)歸化為可比較的同一種質態(tài)。利用歸一公式,可求出表征系統(tǒng)狀態(tài)特征的總突變隸屬函數值[4-5]。

1.2 灰關聯(lián)評估

灰色系統(tǒng)理論是鄧聚龍教授于1982年提出，以“部分信息已知，部分信息未知”的灰色系統(tǒng)為研究對象，主要通過“部分”已知信息的來提取有價值的信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)控[6]。

灰關聯(lián)綜合評價[7]是根據某一灰色系統(tǒng)的特點，建立評價指標體系，將涉及到的各個因素按照某些屬性劃分為幾類，從低層次的順序，對每一類進行綜合評價，得出評價指標間的關聯(lián)程度。其步驟為：

（1）確定參考序列和比較序列。對于n種因素j個系統(tǒng)的評估序列，其比較序列Xj：

式中：

Xj(m)—第j個系統(tǒng)中第m個因素的比較值。

其參考序列X0：

式中：

X0(m) —系統(tǒng)中第m個因素的參考值。

（2）原始數據無量綱化。為保證分析的準確性，必須對原始數據進行無量綱化。本文采用的指標序列的無量綱化數據由突變歸一公式變換而來。

（3）求關聯(lián)系數。由關聯(lián)離散函數{ξj0(k)}，確定比較序列Xj(m)相對參考序列X0(m)的關聯(lián)度，ξj0又稱為關聯(lián)系數。

Δmin和Δmax—最小和最大極差，

式中：

Δj0(k)—比較序列相對參考序列的點的距離，取絕對差，有Δj0(k)=｜Xj(k)－X0(k)｜；分辨系數ρ∈[0，1]，一般取ρ＝0.5。

（4）關聯(lián)度計算。第j個序列與系統(tǒng)所定義的參考序列關聯(lián)程度。

（5）關聯(lián)度排序。根據排序結果可得出各指標的優(yōu)勢。如rmax=max(rj0)，那么就是第j個系統(tǒng)與參考序列所對應的情況最相近。

2　基于突變理論的商場火災灰色綜合評價模型的建立

本文基于突變理論評價法[8]（Catastrophe Evaluation Method）建立了一種大型商場的突變灰色綜合評價模型，主要分析步驟如下。

2.1 建立商場火災危險評價指標體系

本文通過對百盛商場具體情況的調查和分析，基于突變理論，按評價對象的內在作用機理，從人員安全、商場安全和環(huán)境安全角度出發(fā)，將該大型商場火災危險評價的指標體系劃分為消防力量、安全管理、人員疏散和商場環(huán)境四大方面，三個層次[10]，見表2。

表2　商場火災危險評價指標體系及原始數據評分結果

2.2 底層指標原始數據標準化處理

在不同因素作用下，為保證評估結果的準確性，必須對底層原始數據進行標準化處理，本文采用極差變換法：

對于值越大效果越好型指標，令

對于值越小效果越好型指標，令

式中：

xmin(j)—底層指標j的最小值；

xmax(j)—底層指標j的最大值；

xij—底層指標原始值；

yij—經過極差變換后得到的數據。

2.3 計算商場火災危險的突變隸屬度值

依據突變理論，由相應的突變類型，利用歸一公式對經標準化處理后的數值進行量化遞歸運算，求出各級指標的隸屬度值和評價系統(tǒng)的總突變隸屬度值。在過程中有“互補”、“非互補”原則必須遵循，若系統(tǒng)控制變量間不存在明顯的相互關聯(lián)作用，則按“大中取小”的“非互補”原則計算；反之，則遵循“互補”原則取平均值作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量值。

2.4 商場火災風險的灰關聯(lián)評估

由底層指標的突變隸屬度值計算評價指標間的關聯(lián)系數和關聯(lián)度。由關聯(lián)度排序，得出影響商場火災危險的關鍵因素。

2.5 評價結果分析

根據各級指標的突變隸屬度值和總突變隸屬度值，結合灰關聯(lián)度排序結果，對大型商場火災危險性進行全面的綜合分析與評價結果，見表2。

3　百盛商場實例分析

某市一百盛商場二層高11m，建筑占地面積11500m2，一樓為超市，經營食品、雜貨等日用品；二樓主要經營男女鞋服、箱包等。該建筑單層面積大、可燃物多、且處于城市中心地段、人流量大，因此以該商場為例應用突變灰色綜合評價模型對其進行火災危險性評估。

3.1 確定底層指標的突變隸屬函數值

首先劃定該大型商場安全級別隸屬函數值，根據公共建筑火災嚴重程度，將火災危險等級劃分為五個等級，見表3。

然后設定評價集V，V={好（95-100），較好（85-95），一般（70-85），差（50-70），很差（0-50）}。有上述評價指標體系，請五位專家進行打分，打分結果經標準化公式（8）和（9）處理后，再根據各指標相應的突變類型和突變模型歸一公式，可得出各層指標以及總目標的突變級數值，見表3。

表3　火災危險等級劃分

從表3中各級指標的突變隸屬函數值可以看出，突變評價法計算出的評價值存在缺陷：數值偏高，且評價值之間的差距很小，這使得從直觀上根據評價值對評價對象進行“優(yōu)”、“劣”判斷很困難。為了克服上述缺陷，用得分變換法[10]加以修正：設底層指標對應的隸屬度均取值為xi（i=1，2，…，n）時，由突變評價法進行計算，可得其綜合評價值為yi（i=1，2，…，n）。當n足夠多時，可建立起yi與xi之間的對應關系表。由對應關系表，可將yi值變換為相應的xi值。由于底層指標的隸屬度取值具有習慣意義上的“優(yōu)” 、“劣” 概念, 因此變換后的突變評價值也具有習慣意義上的“優(yōu)” 、“劣”概念。表4給出了基于表2評價體系的x與y的對應變換關系表，

表4　x-y對應關系表

系統(tǒng)總目標的突變隸屬函數值y=0.9099經變換可得x=0.7865。由此可知該大型商場的火災危險性處于一般危險狀態(tài)，存在輕度的火災隱患，與實際情況相符。

3.2 計算灰關聯(lián)度

由底層指標的隸屬函數值X1=(0.4472，0.7937，0.8409，0.7112)；X2=(0.7071，0.7368，0.8093，0.8219)；X3=(0.7071，0.7542，0.8409，0.8940)；X4=(0.6663，0.7211，0.809 3，0.7785)

先以X1為系統(tǒng)參考序列，由公式Δj0(k)=｜Xj(k)－X1(k)｜， j=2，3，4，得：

Δ2=（0.2599，0.0569，0.06，0.1107）

Δ3=（0.2599，0.0395，0.0284，0.1828）

Δ4=（0.2191，0.0726，0.0868，0.0673）

計算關聯(lián)系數，取ρ=0.5，由公式（3）得

ξ21(1)=0.4062，ξ21(2)=0.5482， ξ21(3)=0.8336，ξ21(4)=0.6580；

ξ31(1)=0.4062，ξ31(2)=0.9345，ξ31(3)=1，ξ31(4)=0.5063；

ξ41(1)=0.4573，ξ41(2)=0.7818，ξ41(3)=0.7306，ξ41(4)=0.8028；

由公式（4）求灰色關聯(lián)度，得：r21=0.6115，r31=0.7118，r41=0.6922。由最大隸屬度原則：r1=max(ξ12，ξ13，ξ14）=0.7118，同理分別以X2、X3、X4為參考序列可得r2=0.8112，r3=0.8324， r4=0.8922，關聯(lián)度排序為：r4>r3>r2> r1。

3.3 結論和建議

由突變灰色綜合評價可知，該大型商場的火災危險等級為一般安全，存在一些火災隱患。影響該大型商場火災危險性最大的因素為商場環(huán)境，其次為人員疏散。由實際調查可知該大型商場內部布局復雜且無明顯的指示標志給人員疏散造成很大困難，并且該大型商場處于市中心商業(yè)繁華地段，周圍建筑物密集，這些因素在一定程度影響著該大型商場的火災危險性。

因此，該大型商場應該對其內部環(huán)境進行整頓，加強管理，禁止在走道上設置貨攤和堆積雜物，同時疏散通道應設立疏散指示標志，保證緊急情況下人員能夠正常疏散；針對商場周圍環(huán)境，相關部門應加強管理，嚴禁在消防通道上停車和設置攤位，以確保消防通道的暢通。

4　結論

本文采用基于突變理論的灰色綜合評價方法對某市百盛商場進行了火災危險性評估，得出以下結論：

（1）該模型應用突變評價得出大型商場的火災危險等級，然后結合灰關聯(lián)分析得出影響大型商場火災危險性的關鍵因素。該模型的優(yōu)點在于對各目標重要性的量化是根據突變理論中歸一公式本身的內在作用機理確定的，不是決策者主觀“權重”確定的，從而相對減少了主觀性又不失科學、合理性。由評價結果可為消防管理部門制定消防安全規(guī)定提供依據，具有一定的實際意義。

（2）本文首次將突變理論與灰色綜合評價相結合建立了大型商場火災危險的突變灰色綜合評價模型，為大型商場火災風險評價的研究提供了一種新視角，拓寬了突變理論在安全評價中的應用。

（3）本文研究應用與實例得出一大型商場火災危險性，得出影響其火災危險的的關鍵因素并提出相應的整改建議。

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