改进层次分析法在建筑火灾风险评估中的应用

尤明伟 吴国华（漳州市公安消防支队，福建 漳州 363000）

目前，建筑火灾风险评估技术主要分为定性方法，半定量方法和定量方法。定性方法包括安全检查表、层次分析法；半定量方法包括NFPA101M 火灾安全评估系统、Gretener法、火灾风险指数（Fire Risk Index）法、古斯塔夫法等；定量分析法是以系统发生事故的概率和事故发生后果为基础求出风险，以风险大小评估系统的火灾安全程度，也称概率评价法[1-2]。本文主要针对层次分析法在建筑火灾风险评估中的局限性，在层次性分析法的基础上引入云理论技术，为建筑火灾风险评估提供一个新的思路。

1 建筑火灾风险层次分析法

1.1 概述

层次分析法简称AHP，是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法[3]。建筑火灾风险层次分析法是通过对建筑影响火灾的因素进行分解，建立分析指标体系。通过建立的指标体系对建筑的火灾风险进行评价，指出建筑存在的火灾隐患并提出建筑合理的消防设计和整改措施。

1.2 建筑火灾风险层次分析方法步骤

（1）建立合理的建筑火灾因素层次结构模型。在深入分析建筑火灾影响因素的基础上，将有关的各个因素按照不同属性自上而下地分解成若干层次。目标层是建筑火灾风险，准则层是建筑被动防火，主动防火和火灾安全管理。

（2）构造有效的对比矩阵。建立了建筑火灾因素层次分析结构之后，上下层元素间的隶属关系就确定了，从层次结构模型的第2层开始，对于从属于上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法构成对比矩阵，直到最下层。对比矩阵主要通过专家打分法进行获得。

（3）计算权向量并作一致性检验。对于每一个成对对比矩阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量即为权向量，若不通过，需重新构造成对比较阵。

（4）计算组合权向量并做一致性检验。计算最下层对目标的组合权向量，并根据公式做组合一致性检验，若检验通过，则可按照组合权向量表示的结果进行决策，否则需要重新考虑模型或重新构造那些一致性比率较大的成对比矩阵。

（5）利用各影响因子的权重值对建筑进行防火设计或提出整改措施。建筑在进行设计的时候可以参考层次分析法对建筑火灾进行风险评估的结果，按影响因子权重值由大到小的顺序对建筑进行防火设计或提出整改措施。

1.3 层次分析方法局限性

层次分析法的优点是简洁实用，所需信息量较少，然而有些结构复杂的建筑影响火灾的因素比较多，运用层次性分析法进行火灾风险评估存在着一定的局限性，如①定量数据较少，定性成分多，不易令人信服；②指标过多时数据统计量大，且权重难以确定；③特征值和特征向量的精确求法比较复杂。

2 改进层次分析方法

2.1 云理论的数学特性及运算规则

云主要由期望值Ex、熵En和超熵He3个数字变量组成，即C（Ex， En， He），其中，Ex表示模糊概念在论域中的中心值，它最能够代表定性概念的点，即云的重心位置；En是定性概念模糊度的度量，它的大小反映了在论域中可被模糊概念接受的数值范围；He是云厚度的度量，它反映了云的离散程度， 是熵的不确定性度量。通过这3个数字变量可以把随机性和模糊性集成起来，用定量的特性去反映定性的概念，建立了一种由定性到定量的数学转换模型。假设在论域上的两个云，C1（Exa， Ena，Hea）和C2（Exb， Enb， Heb），它们的算术运算规则如表1所示：

表1 云算术运算规则

2.2 基于云理论的建筑火灾风险评估

（1）利用层次分析法构建建筑火灾风险层次结构图。基于建筑火灾综合因素的分析，以系统性、层次性、全面性、定量与定性相结合为原则构建了一个由5个一级指标，22个二级指标的多层次建筑火灾因素层次体系。目标层为建筑火灾风险，各个指标层包括：①消防施救设施：消防车通道、消防救援楼、消防电梯、防排烟系统；②灭火与报警系统：消火栓灭火系统、自动喷水灭火系统、火灾报警系统、轻型灭火器材；③阻燃与防火措施：防火区、防火门、防火墙与防火卷帘、抗火灾蔓延措施、火灾荷载密度。

（2）评估基于云模型的指标权重云。指标权一般有主观赋权法和客观赋权法两种方法。采用主观赋权法受到评估人员知识水平的限制会存在一定的主观随意性，而客观赋权法计算出的权重有时又与实际重要程度相差较大。因为在建筑火灾风险评估中很难准确的获取各个权重指标的数值，因此，在实际操作过程中，一般采用不重要、次重要、一般重要、较重要、极重要等语言来描述各个指标的重要程度更具有合理性和科学性。根据专家评估及其对应的数域生成相应的权重云。规定用于表征各评估指标重要性的数域为[0，1]，则不重要为（0，0.035，0.002），次重要为（0. 247，0. 059，0. 005） ；一般重要为（0. 507，0. 051， 0. 005）；较重要为（0. 734，0.072，0. 005） ；极重要为（1，0. 043，0. 003）；其转化的云图如图1所示。

图1 云权重等级

（3）评价云模型的建立。在建筑火灾风险评估中，有些指标是用定性语言描述的， 有些则是定量的。将有量纲指标和无量纲指标归一化后再化为正态云来表述。如果通过专家打分法对由定性语言描述的指标进行量化，就会使这些指标失去了模糊性和灵活性，又不符合人自然语言的习惯。因此，先由若干火灾风险评估专家确定定性评语集及对应的数域[Xmin，Xmax]，再转化为正态云图来表示。如采用定性语言值最不安全 、不安全 、较安全 、安全 、最安全表达各定性指标的评语级，采用黄金分割法及云理论的计算规则生成对应的5个云图形。各个云参数分别为：最不安全为（0. 000，0. 104， 0. 013）；不安全为（0.309，0. 064， 0. 008）；较安全为（ 0. 500， 0. 039，0.005）；安全为（ 0. 691，0. 064，0. 008）；最安全为（1.000，0. 104，0. 013）。

（4）对结果云集进行评估。根据建筑火灾风险评估的实际可操作性，将评估指标的评判语言分为5 个等级，对应高层建筑火灾风险的等级分别为轻微、低、中、高、极高，评估从建筑火灾风险层次结构的最底层开始，向上逐层进行，直到层次结构的最顶层。即根据云理论的数学运算规则，先评估底层的加权值并最终确定目标层的评价集。

3 结论

采用云理论技术对层次分析法进行改进，在建筑火灾风险评估中具有很大的优势。首先，这种方法充分考虑了模糊因素和随机因素能够提高评估的精确性和灵敏性；其次，采用语言原子来描述建筑火灾风险评估系统中各个指标的重要度，符合人的自然思维；最后，随着建筑行业的发展，建筑的结构和空间都在发生变化，因此需要不断对评价指标的标准值进行研究以符合建筑的实际情况。

[1] 范维澄，孙金华，陆守香等.火灾风险评估方法学[M] .北京：科学出版社， 2004.

[2] 王伟军.建筑火灾风险评价方法综述[J].消防科学与技术，2008（7）.

[3] 李淑婷，李进，李青宁.层次分析法在高层建筑火灾风险评估中的应用[J].福建建筑，2008（11）.