劉星魁,張建芳

(河南工程學(xué)院 安全工程學(xué)院,河南 鄭州 451191)

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基于TOPSIS法的高層建筑火災(zāi)危險性評比分析

劉星魁,張建芳

(河南工程學(xué)院 安全工程學(xué)院,河南 鄭州 451191)

為了降低高層建筑的火災(zāi)風(fēng)險，選取三處地標(biāo)建筑，透過建立的指標(biāo)體系，利用TOPSIS方法對三處建筑物進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險排序.從中發(fā)現(xiàn)，硬件設(shè)施不足的舊式建筑火災(zāi)風(fēng)險最高；新式建筑雖然由于建筑高度造成了較高的固有風(fēng)險，但其軟硬件指標(biāo)較為完善，總體風(fēng)險低于舊式建筑.最后，依據(jù)得到的風(fēng)險排序結(jié)果，對每一種建筑物提出了相應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險控制措施.

高層建筑；火災(zāi)；TOPSIS；風(fēng)險排序；控制措施

隨著城市化進(jìn)程的加快，各大城市中高層建筑物的數(shù)量都大量增加[1].高層建筑物一方面提高了土地利用效率、節(jié)約了建筑成本、利于城市規(guī)劃管理，但另一方面極大地增加了群體風(fēng)險，各種大型商場、醫(yī)院、辦公樓、居民小區(qū)普遍為高層建筑，人員大量集中且通常缺乏消防和自救知識，發(fā)生火災(zāi)后極易造成重大的人員傷亡[2].

高層建筑物發(fā)生火災(zāi)后，火勢蔓延迅速、煙流傳播規(guī)律復(fù)雜[3]，加上建筑物內(nèi)部電器設(shè)備多、電梯可靠性差，使得人員逃生困難、救災(zāi)難度很大.從以往的事故經(jīng)驗看，對于高層建筑物火災(zāi)的治理必須以預(yù)防為主，平時通過開展安全分析與評價，將導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的隱患消除在萌芽狀態(tài)，降低高層建筑的固有風(fēng)險.文獻(xiàn)[4-5]利用模糊綜合評價法對高層建筑的火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行了等級劃分，提出了相應(yīng)措施；文獻(xiàn)[6]根據(jù)高層建筑防火與滅火設(shè)計的要求，構(gòu)建了鋼管廠高層建筑火災(zāi)危險性指標(biāo)評價體系，確定了火災(zāi)影響因素的權(quán)重；文獻(xiàn)[7]利用FAHP-FCE模型結(jié)合模糊層次分析法對高層建筑的火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行了評估，分析了導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的各類原因.上述研究普遍將某一建筑物作為分析對象，劃分該建筑物的危險等級并找出相關(guān)影響因素，側(cè)重于安全評價.本研究借助TOPSIS方法對多個建筑物進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險比較，通過對比找出每種建筑物的優(yōu)勢和劣勢，進(jìn)而制定相應(yīng)的預(yù)防措施.

1 高層建筑物火災(zāi)風(fēng)險指標(biāo)體系及相關(guān)評比方法

1.1 指標(biāo)體系

高層建筑物的火災(zāi)影響因素很多，如建筑物的規(guī)模、電器設(shè)備、耐火等級、疏散通道、安全制度、相關(guān)人員的安全素質(zhì)、人員密度、消防演練的經(jīng)驗等.為了利于同時展開幾處建筑物火災(zāi)風(fēng)險的橫向評比、避免大量不必要的計算，只取其中一些代表性因素構(gòu)建簡要的指標(biāo)體系.本研究選擇鄭州三處地標(biāo)性建筑物——二七紀(jì)念塔、中原福塔、千禧廣場為評比對象，通過現(xiàn)場走訪并詢問相關(guān)的專業(yè)管理人員確定簡要的指標(biāo)體系，如表1所示.

1.2 高層建筑物火災(zāi)風(fēng)險評比方法

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)方法是Hwang和Yoon在1981年提出的一種多指標(biāo)決策方法[8]，基本原理是對比有限個評價對象與虛擬的理想化目標(biāo)的接近程度，依據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)有對象的優(yōu)劣排序.不同于層次分析法，TOPSIS法本質(zhì)上是一種完全量化式的比較決策方法，最終的優(yōu)劣排序結(jié)果依據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎悴襟E得出，能將每一個評價對象在多個指標(biāo)下的表現(xiàn)值匯總得出綜合表現(xiàn)值，有利于風(fēng)險的比較.

表1 所選高層建筑物火災(zāi)危險評價指標(biāo)體系Tab.1 Structure of fire risk evaluation index system for selected high buildings

本研究選了3個評價對象，即二七紀(jì)念塔、中原福塔和千禧廣場，共有8個評價指標(biāo)，即樓層高度、安全出口數(shù)量、安全出口寬度、建筑物中的人員密度、防火教育情況、有關(guān)人員的消防技能與知識、有關(guān)人員的合作能力及建筑物內(nèi)其他人員的防火訓(xùn)練情況.計算步驟如下：

(1)將8個指標(biāo)的屬性趨同化處理.

(1)

每個指標(biāo)中，表現(xiàn)值量級越大越好的稱為高優(yōu)指標(biāo).與之對應(yīng),越小越好的稱為低優(yōu)指標(biāo)(這里指樓層高度)，接近中間最佳的稱為中性指標(biāo)，計算時根據(jù)實際情況將數(shù)據(jù)按式(1)進(jìn)行轉(zhuǎn)換.

(2)為了便于將3個評價對象直接進(jìn)行比較，必須將高優(yōu)與低優(yōu)指標(biāo)下的表現(xiàn)值進(jìn)行同向處理，按下式將第一步所得數(shù)據(jù)趨同化處理：

(2)

(3)

(3)確定所選三處高層建筑物中的最優(yōu)情況和最劣情況：

(4)

(5)計算所選三處高層建筑物與最優(yōu)方案的接近程度

(5)

式中：0≤Ci≤1，Ci→1表明評價對象越優(yōu).

(6)按Ci由大到小對所選三處高層建筑物的火災(zāi)危險性進(jìn)行排序，比較并分析其中的原因，制定改進(jìn)措施.這里需要說明，排序結(jié)果僅是三者的相對優(yōu)劣排序，側(cè)重分析三者之間的差距，還可借助等級評價方法如綜合評價法確立一處標(biāo)桿，再進(jìn)行評比獲得絕對優(yōu)劣排序，這里不再詳述.

2 實例應(yīng)用

第一步，首先調(diào)查收集二七紀(jì)念塔、中原福塔和千禧廣場這3個對象對應(yīng)的8個指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，其中的非量化指標(biāo)如教育情況、安全知識、組織能力、防火演習(xí)情況按照百分制給出一定的主觀分?jǐn)?shù),如表2所示.

表2 三處高層建筑物的原指標(biāo)數(shù)據(jù)Tab.2 Original data for the three high buildings

第二步，將表2中的原始數(shù)據(jù)按式(1)與式(2)進(jìn)行歸一化處理，得到表3.

表3 三處高層建筑物的原指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化處理結(jié)果Tab.3 Integrated data for original data for the three high buildings

第三步，參考之前文獻(xiàn)[9]提出的折衷權(quán)重方法得出8個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別為0.3，0.15，0.1,0.2,0.08,0.15,0.01和0.01.利用式(3)與表3數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)得到加權(quán)矩陣：

(6)

第四步，由矩陣Z′可確定最優(yōu)解和最劣解.

最優(yōu)解為Z′+=(0.241 21，0.119 1，0.063 4，0.174 6，0.055 9，0.097 0，0.006 5，0.006 2);

最劣解為Z′-=(0.039 2，0.017 9，0.050 7，0.043 6，0.037 3，0.073 8，0.004 9，0.005 4).

第六步，依據(jù)式(5)計算各建筑物與最優(yōu)方案的接近程度Ci：

二七紀(jì)念塔與最優(yōu)方案的接近度C1=0.36; 千禧廣場與最優(yōu)方案的接近度C2=0.62; 中原福塔與最優(yōu)方案的接近度C3=0.60.

第七步，按Ci由大到小排列三處高層建筑物的優(yōu)劣次序：千禧廣場?中原福塔?二七紀(jì)念塔.

透過綜合排序來看，千禧廣場的8個權(quán)重指標(biāo)中有6個處于最優(yōu)狀態(tài)，雖然其樓層較高、人員密度在三座建筑物中處于中等，但安全出口的數(shù)量最多、寬度最大，對員工的防火教育情況良好，管理者的消防知識與技能儲備相對充足，這些指標(biāo)均為權(quán)重較大的代表性指標(biāo)，所以千禧廣場的火災(zāi)風(fēng)險處于最低水平.二七紀(jì)念塔屬于舊式建筑，雖然建筑高度最低且安全教育培訓(xùn)、人員的消防技能和合作能力、消防演練情況與中原福塔差距不大，但由于其安全出口的數(shù)量最少、出口寬度最小、建筑空間較小、人員密度在三者之間最高，在本次排序中表現(xiàn)最差.未來可考慮對二七紀(jì)念塔進(jìn)行消防改造，增加安全出口的數(shù)量和寬度，通過工作日志協(xié)調(diào)管理對建筑物內(nèi)的人員進(jìn)行合理分流以降低火災(zāi)風(fēng)險.中原福塔屬于新式建筑，在消防安全的軟硬件方面表現(xiàn)正常，與千禧廣場各方面的差距不大，但其建筑高度最高，固有的火災(zāi)風(fēng)險最大，所以排序落后于千禧廣場，未來應(yīng)考慮在其他幾處指標(biāo)上加大投入，以平衡其固有的不利因素.

由于指標(biāo)之間的表現(xiàn)值相差不大，上述結(jié)果中千禧廣場和中原福塔的綜合評比結(jié)果差距很小.為了簡化計算步驟，這里只選取8個重要指標(biāo)討論方法的應(yīng)用過程，未來應(yīng)增加指標(biāo)的數(shù)量，體現(xiàn)出評比對象的差別，以獲得更加準(zhǔn)確客觀的評比結(jié)果.

3 結(jié)論

(1)利用TOPSIS方法透過建立的指標(biāo)體系對三處建筑物進(jìn)行了火災(zāi)風(fēng)險排序，針對每一種建筑物的安全形勢提出了降低火災(zāi)風(fēng)險的相應(yīng)措施.

(2)在本研究選取的評比對象中，舊式建筑由于安全出口的數(shù)量和寬度等硬件條件不足，火災(zāi)風(fēng)險最高，應(yīng)及時進(jìn)行消防改造.新式建筑雖然硬件設(shè)施較好，但由于層高造成了固有的火災(zāi)風(fēng)險，必須強(qiáng)化軟件指標(biāo)建設(shè)，尤其是人員的安全素質(zhì)和應(yīng)急演練熟練程度的提高，以降低建筑高度造成的固有風(fēng)險.

(3)與單一建筑物進(jìn)行縱向安全評價不同，本研究對多處建筑物的火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行了橫向評比，可方便地得出建筑物綜合風(fēng)險的排序情況，有利于及時總結(jié)經(jīng)驗、控制火災(zāi)風(fēng)險、改善抗災(zāi)水平.

(4)本研究討論的方法是依據(jù)接近度比較建筑物之間火災(zāi)風(fēng)險的相對大小，結(jié)果僅為相對優(yōu)劣排序，側(cè)重于比較三者之間的差距并分析其中原因，存在一定的局限.未來可借助等級評價方法如綜合評價法、層次分析法等，結(jié)合某一具體建筑物火災(zāi)風(fēng)險的評級結(jié)果，先確立一處標(biāo)桿地點，再選取其他建筑物與之評比，以獲得絕對優(yōu)劣排序.

[1] 顧朝林.中國城市發(fā)展的新趨勢[J].城市規(guī)劃,2006(3):26-31.

[2] 魯磊，洪克寬，楊慶軍.高層建筑火災(zāi)特性與防控對策研究[J].火災(zāi)科學(xué),2010(2)：92-95.

[3] 畢偉民，郭進(jìn)平，趙江平.高層建筑火災(zāi)煙氣豎直方向傳播規(guī)律及分布研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008,4(3)：97-100.

[4] 何祖才.高層建筑火災(zāi)危險性安全評價的建立[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011,11(4)：3354-3357.

[5] 孫迎霞.高層建筑火災(zāi)危險性模糊綜合評估方法研究[D].武漢:武漢大學(xué),2004.

[6] 陳驥，鄒樹梁，唐德文.基于灰色關(guān)聯(lián)度的集對分析方法在高層建筑火災(zāi)危險性評價中的應(yīng)用[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2015,11(5)：136-141.

[7] 曹功立.基于FAHP-FCE模型的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評估研究[D].杭州:浙江大學(xué),2013.

[8] HWANG C L,YOON K.Multiple Attribute Decision Making Methods and Application[M].Berlin:Springer,1981.

[9] 劉星魁，朱紅青，張圣柱.基于折衷權(quán)重的多層次安全性評價方法研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2010,6(5):92-96.

Analysis and comparison of fire risk of high buildings based on TOPSIS method

LIU Xingkui，ZHANG Jianfang

(CollegeofSafetyEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou451191,China)

In order to decrease the fire risk of high buildings,combining with index system,the TOPSIS method was used to obtain fire risk order for three selected landmark buildings. The results show that the old buildings have highest fire risk by the reason of shortage of hardware facilities ,although new buildings has higher intrinsic fire risk for the higher height,but its comprehensive risk is lower than old building because of its impeccable software and hardware index. Last,the fire prevention method was established for each kind of buildings at macro level according to resulting order of comprehensive fire risk.

high buildings；fire；TOPSIS；risk order；fire prevention method

2016-06-22

劉星魁(1981-)，男，河南鶴壁人，副教授，博士，主要從事煤礦安全技術(shù)、事故風(fēng)險分析與評價等方面的研究.

X913.4

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1674-330X(2016)04-0027-04