劉毅敏

（山西省消防救援總隊(duì)，山西太原 030000）

0.引言

當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅速發(fā)展，建筑數(shù)量日益增多，建筑結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。大型商業(yè)綜合體、高層建筑、地下建筑已經(jīng)成為火災(zāi)防控管理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。其中高層建筑一旦起火，人員疏散逃生困難、火災(zāi)蔓延迅速，火災(zāi)撲救難度大，極易造成群死群傷，產(chǎn)生重大社會(huì)影響[1-3]。因此亟需針對(duì)高層建筑建立災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，確定科學(xué)的評(píng)估方法。本文結(jié)合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）》（GВ50016-2014）[4]和消防安全管理相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立了基于層次分析法的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模型，為高層建筑火災(zāi)防治和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提供輔助決策支撐。

1.高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的建立

建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要綜合考慮從火災(zāi)發(fā)生的可能性和火災(zāi)防控能力2個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。因此將火災(zāi)致災(zāi)因素作為火災(zāi)發(fā)生可能性的一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，將建筑主動(dòng)防火設(shè)施、建筑被動(dòng)滅火設(shè)施、消防管理水平、周邊消防站實(shí)力4個(gè)指標(biāo)作為火災(zāi)防控能力一級(jí)指標(biāo)，共計(jì)4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考量，表1給出了高層建筑后火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

其中對(duì)于火災(zāi)發(fā)生可能性的角度來(lái)說(shuō)，需要考慮的是火災(zāi)致災(zāi)因子。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全國(guó)火災(zāi)中，約有30%的火災(zāi)是由電氣故障、電線(xiàn)短路、電路過(guò)載等問(wèn)題引發(fā)。因此，將電氣安全性作為重要的參考指標(biāo)。裝修材料是否易燃往往決定了火勢(shì)是否會(huì)迅速擴(kuò)大和蔓延，從而發(fā)展成為大火，而某些裝修材料起火容易產(chǎn)生有毒有害的煙霧，在發(fā)生火災(zāi)之后，極易造成群死群傷局面的發(fā)生。因此，裝修材料火災(zāi)荷載安全性也需要納入火災(zāi)致災(zāi)因素指標(biāo)之中。除此以外，人員活動(dòng)密集，生產(chǎn)生活用火用電比較集中的區(qū)域容易發(fā)生發(fā)生，這都反映了外部因素對(duì)于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響。

火災(zāi)防控能力方面，依據(jù)消防工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，可以從建筑主動(dòng)防火設(shè)施、被動(dòng)防火設(shè)施、消防管理水平、消防站實(shí)力4個(gè)方面作為主要評(píng)估指標(biāo)。其中，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防自動(dòng)滅火系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓、建筑防排煙系統(tǒng)作為建筑最常見(jiàn)、最重要的主動(dòng)防火設(shè)施，其性能完好性列為評(píng)估三級(jí)指標(biāo)。建筑耐火等級(jí)、建筑防火分隔等消防設(shè)計(jì)方面的性能，同樣對(duì)火災(zāi)蔓延有著巨大影響。疏散通道、安全出口等疏散方面的設(shè)計(jì)是否合規(guī)關(guān)系到人員能否順利逃生。消防管理水平從消防安全培訓(xùn)、員工素質(zhì)、火災(zāi)預(yù)案完備性3個(gè)角度考量，衡量單位消防管理水平的優(yōu)劣。消防站的人員素質(zhì)和人員數(shù)量、消防設(shè)施裝備的完整好用性決定了消防站的滅火作戰(zhàn)實(shí)力，而消防車(chē)道可用性、建筑距離最近消防站距離決定了消防站第一出動(dòng)力量到場(chǎng)時(shí)間，從這幾個(gè)方面入手可以判斷周邊消防站實(shí)力，作為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的重要參考指標(biāo)。

表1 高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)

針對(duì)二級(jí)指標(biāo)，采用德?tīng)柗品?，進(jìn)行專(zhuān)家打分。分?jǐn)?shù)從0～100分不等，分?jǐn)?shù)越高，表示該項(xiàng)指標(biāo)安全性越高，風(fēng)險(xiǎn)越低。針對(duì)二級(jí)指標(biāo)和一級(jí)指標(biāo)，分別利用層次分析法，依據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行權(quán)重確定。最終得到層次總排序，形成最終評(píng)估結(jié)論。

2.高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性綜合評(píng)估模型的構(gòu)建

層次分析法可以按照幾個(gè)明確的步驟進(jìn)行。首先對(duì)所研究的問(wèn)題層次化，即劃分成不同的層次體系，將復(fù)雜的單個(gè)問(wèn)題變成多層次的簡(jiǎn)單問(wèn)題，分為最底部的方案層（需要進(jìn)行決策的方案和策略或者是用于評(píng)價(jià)的、有量化數(shù)據(jù)的指標(biāo)），中間的準(zhǔn)則層（即中間評(píng)價(jià)指標(biāo)），最上層的決策層（最終要研究的目的）相對(duì)于最高層（總目標(biāo)）的相對(duì)重要性權(quán)值的確定或相對(duì)優(yōu)劣次序的排序問(wèn)題。

2.1 明確問(wèn)題

在分析需要進(jìn)行評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)、金融、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)學(xué)問(wèn)題時(shí)，必須清醒地認(rèn)識(shí)問(wèn)題的含義、目標(biāo)、意義，才能有針對(duì)性地進(jìn)行問(wèn)題的解答和指標(biāo)體系的建立。

2.2 建立評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)

研究領(lǐng)域進(jìn)行分析和綜合之后，將研究包括的研究要點(diǎn)歸納分組，并把它們之間的共同特性看成是系統(tǒng)中新的層次中的一些因素，而這些因素本身也按照另外的特性組合起來(lái)，形成更高層次的因素，直到最終形成單一的最高層次因素。

2.3 建立評(píng)估因素論域和評(píng)語(yǔ)論域

建立待評(píng)估建筑的因素論域U={u1,u2,u3,u4,…uN}，依次表示火災(zāi)致災(zāi)因素、建筑主動(dòng)防火設(shè)施、建筑被動(dòng)防火設(shè)施、建筑消防安全管理水平、周邊消防站實(shí)力5個(gè)一級(jí)指標(biāo)。建立評(píng)語(yǔ)論域V={v1,v1,v3,v4…vM}，分別代表1～M個(gè)等級(jí)。等級(jí)越高表示火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)越大。

2.4 構(gòu)建兩兩對(duì)比判斷矩陣

（1）由于人對(duì)現(xiàn)實(shí)中各種評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷往往是兩者之間相對(duì)重要性的模糊性判斷，因此可以建立兩兩對(duì)比判斷矩陣，來(lái)定量化表示專(zhuān)家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的判斷。（2）采用1～9標(biāo)度方法，可以針對(duì)不同指標(biāo)的重要程度給出數(shù)值衡量。判斷矩陣的標(biāo)度指標(biāo)的含義如表2所示。

表2 判斷矩陣標(biāo)度含義

兩兩判斷對(duì)比矩陣需要依據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)規(guī)范規(guī)定來(lái)制定，確定高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性。

判斷矩陣В具有如下特征：

（1）bii=1

（2）bji=1/bij

（3）bij=bik/bjk(i,j,k=1,2,…,n)

其中對(duì)于兩兩判斷矩陣中的 ，需要根據(jù)專(zhuān)家的分析建議、歷史數(shù)據(jù)資料以及相關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的人員的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)充分討論研究決定。應(yīng)用AHP層次分析法需要在前后進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，判斷思維是一致、連續(xù)的，對(duì)于任何一個(gè)兩兩對(duì)比判斷矩陣來(lái)說(shuō)，只要矩陣中的bij滿(mǎn)足上述3條關(guān)系式時(shí)，就說(shuō)明判斷矩陣具有完全的一致性。

2.5 層次單排序

層次單排序的過(guò)程需要計(jì)算層次中判斷矩陣最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，將特征向量各個(gè)元素歸一化得到層次單排序的權(quán)重。設(shè)判斷矩陣A的最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量為則：

依次讓每一準(zhǔn)則層中各個(gè)元素同其對(duì)應(yīng)的下一層準(zhǔn)則層所連接的元素做層次單排序，求得各個(gè)指標(biāo)對(duì)上一層的權(quán)重 aij。

2.6 一致性檢驗(yàn)

層次單排序的一致性檢驗(yàn)需要通過(guò)計(jì)算相應(yīng)的指標(biāo)CI和RI的比值來(lái)得到。一致性指標(biāo)CI的值越大，就可以說(shuō)明判斷矩陣越偏離完全一致性，偏離的成都越大，反之，CI數(shù)值越小的時(shí)候，可以說(shuō)明判斷矩陣接近于完全一致性的程度越高。其中一致性比率CI計(jì)算公式如下：

表3是給出了1～10階正互反矩陣計(jì)算1000次的結(jié)果，表示的是平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI。當(dāng)n<3時(shí)，判斷矩陣永遠(yuǎn)具有完全一致性。

表3 判斷矩陣階數(shù)對(duì)應(yīng)的RI數(shù)值

判斷矩陣一致性指標(biāo)C.I.與同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.之比稱(chēng)為隨機(jī)一致性比率CR(Consistency Ratio)。

2.7 層次總排序

依次得到所有的層次單排序以后，計(jì)算層次總排序。將一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重和各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重矩陣，做點(diǎn)積運(yùn)算，得到最終的層次總排序結(jié)果，最后得到的層次總排序的權(quán)重之和為1。

2.8 計(jì)算最終火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)

依據(jù)下式得到最終評(píng)價(jià)得分。

確定最終評(píng)估等級(jí)對(duì)照表，如表4所示。

表4 判斷矩陣階數(shù)對(duì)應(yīng)的RI數(shù)值

3.實(shí)例分析

本文提出的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，具有較強(qiáng)的普適性。以山西省太原市某高層住宅建筑為例，進(jìn)行研究。首先利用delphi法，獲取專(zhuān)家對(duì)該建筑各個(gè)指標(biāo)的得分，每項(xiàng)分?jǐn)?shù)0～100分不等。指標(biāo)體系確定好之后，就是判斷矩陣的建立。針對(duì)4個(gè)要素，對(duì)每2個(gè)要素之間相對(duì)重要性進(jìn)行比較，構(gòu)建判斷矩陣。依據(jù)專(zhuān)家評(píng)價(jià)，參考已有文獻(xiàn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各個(gè)因素建立如下的兩判斷矩陣。首先對(duì)準(zhǔn)則層第一層進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建，即事故可能性和火災(zāi)防控能力建立兩兩對(duì)比判斷矩陣，如下方矩陣所示。

如表3所示，由于事故可能性和事故嚴(yán)重性對(duì)最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)所起的作用大小相近，因此給與相同的權(quán)重。

然后對(duì)準(zhǔn)則層第二層的矩陣進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建，針對(duì)火災(zāi)致災(zāi)因子、建筑主動(dòng)防火設(shè)施、建筑被動(dòng)防火設(shè)施、消防管理水平、周邊消防站實(shí)力5個(gè)要素進(jìn)行兩兩對(duì)比。計(jì)算最大特征值和最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量，并計(jì)算CR值，得到最終的權(quán)重矩陣。該矩陣在一致性檢測(cè)時(shí)采用的RI值為1.12，判斷矩陣的CR值為0.090，通過(guò)一致性檢驗(yàn)，得到的權(quán)重矩陣為ω1，其中：

然后對(duì)準(zhǔn)則層第三層的矩陣進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建，針對(duì)建筑主動(dòng)防火設(shè)施、建筑被動(dòng)防火設(shè)施、消防管理水平、周邊消防站實(shí)力3個(gè)要素進(jìn)行兩兩對(duì)比。同樣的方法得到二級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣和權(quán)重向量。計(jì)算CR值，得到火災(zāi)致災(zāi)因素、建筑主動(dòng)防火設(shè)施、建筑被動(dòng)防火設(shè)施、建筑消防安全管理水平、周邊消防站實(shí)力的CR值分別為0.00793、0.0433、0.00484、0.03244和 0.00484。CR 值均小于1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。計(jì)算得到層次單排序之后，計(jì)算層次總排序，可以得到層次總排序結(jié)果。依據(jù)公式得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果，得分為83.07563337分，評(píng)定為較低風(fēng)險(xiǎn)。

4.結(jié)論

本文建立了高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，通過(guò)層次分析法各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，能夠針對(duì)高層建筑進(jìn)行科學(xué)的火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估，可以為消防監(jiān)管部門(mén)決策提供輔助支持。利用層次分析法，可以確定3層指標(biāo)的層次總排序，從而確定各個(gè)致災(zāi)因子的權(quán)重大小，發(fā)現(xiàn)高層建筑的關(guān)鍵性指標(biāo)和關(guān)鍵因素。模型拋棄了以往建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，單純使用安全檢查表、預(yù)先危險(xiǎn)性分析等具有較強(qiáng)主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)的模式，確定了科學(xué)的權(quán)重確定方法，并保證了融合多輪、多位專(zhuān)家研討經(jīng)驗(yàn)，從而保證了指標(biāo)體系和權(quán)重體系的有效性、統(tǒng)一性和規(guī)范性。