基于改进AHP-FCE的高层住宅火灾风险评价研究

陈 昕 陈大伟

(首都经济贸易大学 管理工程学院，北京100070)

0 引言

随着经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，更多的建筑群构成了人们的聚集地，形成了功能多、人口密度大的高层住宅建筑。近几年高层住宅建筑的火灾事故屡见不鲜，不仅造成了人员伤亡、财产损失还造成了恶劣的社会影响。如何评价火灾风险大小、如何预防事故的发生，是现在社会需要研究的一个重要的题目[1]。

近些年，相关领域的专家学者对火灾风险的评估和预防措施的研究更加关注，陈骥等[2]、王粟等[3]在综合考虑高层建筑空间火灾特点及发展过程的基础上，构建了高层建筑火灾系统的灰色关联评价模型；田玉敏等[4]基于安全系统工程的思想，建立了建筑火灾风险评价指标体系，通过专家打分和层次分析法，计算得出各评价指标的权重值；杜红兵等[5]在建筑设计防火规范的基础上，参考专家意见，通过模糊综合评价法建立了高层建筑火灾风险评价模型。前人的研究中已总结出较为全面的火灾评价指标体系，尝试许多评价方法，但评价指标过于理论化，实际评价的可操作性不强，层次分析法虽较为方便，却计算复杂，反复一致性检验导致收敛性差，普遍适用性不强。

本文分析了高层住宅建筑火灾的特点及消防现状，结合文献资料和现实调研，根据参考文献与实地调研，建立了高层住宅建筑火灾风险评价体系，体系中的评价指标更为贴合实际，评价体系可操作性强，进而建立基于改进AHP-FCE的高层建筑火灾风险评价模型，改进AHP-FCE法使得评价指标权重计算更加科学，减少了重复一致性检验工作，大幅减少迭代次数，提高了收敛的速度，进行实证研究，根据对评价结果的分析，提出了高层住宅建筑的火灾防范对策。

1 高层住宅建筑火灾特点

随着经济的快速发展，许多的住宅小区朝着高层发展，北京市内高层住宅区较多，一旦发生火灾，后果不堪设想，我们需要了解高层小区的火灾特点，及时地预防和管理，降低火灾的发生率。

1.1 火势扩散方式快

高层住宅建筑在最初设计建造时，有着大量的管道、管道井，有着多个电梯间和楼梯间等竖向的空间格局，这些管道贯穿整个楼层或部分楼层，发生火灾时，就非常容易形成“烟囱”效应，产生立体火灾，火势将会沿着这些竖向空间快速蔓延，加重火灾灾情[1]。

1.2 疏散难度大

现在住宅小区的高层普遍都在10层以上，垂直距离很大，如果发生火灾，需要依靠楼梯进行疏散，防火门常开会使烟气进入楼梯间，造成疏散难度增大。

1.3 扑救困难

由于消防设备的扑救高度的限制，高层住宅发生火灾时的扑救主要靠建筑本身的消防给水设施和灭火器等消防设备，外界的消防力量扑救工作很难有效开展[1]。若楼内消防设施设计存在问题，扑火难度将加大，造成火势的失控。

1.4 后果严重

高层住宅建筑火灾往往是最严重的，因为小区是人员密集度很大的地方，一处住户发生火灾，往往会蔓延到相邻的住户，造成更大范围的火灾，出现人员伤亡。居住的地方往往放很多贵重物品，火灾也会造成较大的财产损失。住宅区发生火灾，会产生恐慌心理，对社区稳定造成不良影响[6]。

2 高层住宅建筑的消防现状

2.1 消防设施不完备

现在很多的高层住宅建筑，尤其年代久远的小区，室外的灭火器数量不够，消防栓的位置和密度不合理，许多消防栓和消防水带失效。有的小区害怕出入口过多，不好管理，许多消防车道入口被封。许多小区没有安装报警装置和喷淋装置或者失效。许多消防设施必须经过3C认证，有检验合格证，但是许多社区投入很少或者以次充好[7]。

2.2 消防设计不合理

许多小区的疏散出口数、疏散楼梯宽度、疏散楼梯间尺寸不符合要求，自动喷淋装置、自动报警装置数量和布局位置不符合要求，道路宽度设置不合理，导致许多消防通道被占用[8]。

2.3 消防制度不完善

由于高层建筑复杂，消防设备种类很多，所以就需要专业人员进行统一的管理、不定时地维护，还需要对社区居民进行消防知识、设备使用的宣传。但是社区物业或者社区管理负责人并没有招聘专业人员，管理制度上也缺乏成型的消防制度。有的小区没有消防预案，在发生火灾时不能及时进行疏散抢救[9]。

2.4 消防监管不到位

许多小区的消防车道被占用，大量的私家车停放在道路两侧；许多消防设施、消防器材没有定时检查，有损坏现象；应急照明、疏散标志缺失；住宅小区的消防管理人员理论知识少，没有定时巡逻；有的住户擅自拆除公共消火栓、擅自出租车库做其他事情[10]。

目前高层住宅建筑的消防安全问题主要为消防设施不完备、消防设计不合理、消防制度不完善、消防监管不到位4方面，在此基础上，如何科学定量分析高层住宅建筑的火灾风险大小，需要建立一种适用性强、科学合理的火灾风险评价模型，利用改进AHP-FCE法建立火灾风险评价模型，将会使得高层住宅建筑火灾风险的量化评价变得更加容易。

3 高层住宅建筑火灾风险评价模型构建

改进AHP-FCE法是将在层次分析法的基础上，采用三标度进行判断，增加拟优一致性矩阵，避免九标度的判断界限不清、迭代过多、一致性检验复杂等问题，利用改进层次分析法计算各评价指标权重，结合模糊综合评价法，建立高层建筑火灾风险评价模型。

3.1 构造火灾风险评价指标体系

根据文献和历史经验，构造出火灾风险评价指标体系。

3.2 改进层次分析法计算各评价指标权重

根据公式(1)-(4)计算出各层次评价指标权重值。

(1)

cij=log10bij

(2)

(3)

eij=10dij

(4)

3.3 模糊综合评价法评估火灾风险

模糊综合评价法是通过权重向量、隶属度矩阵进行模糊综合计算。首先构造不同层次指标的权重向量，之后根据专家评分构造不同评价指标的隶属度矩阵，最后利用算法对权重值和隶属度矩阵进行计算，得出模糊综合评价矩阵，根据得到的综合评价矩阵、一级指标评价矩阵、二级指标隶属度矩阵，可以得出各评级指标的评价结果和高层住宅建筑火灾风险综合评价结果。

4 实例分析

4.1 评价对象

某小区2008年建成并公开售楼，共有4栋楼，2栋32层，2栋17层。小区有798户停车位433个。消防设施大部分楼层齐全，楼内配置2部电梯和2个疏散楼梯。

4.2 火灾风险评价指标体系构建

通过查询相关资料和参考文献，结合现场调研情况，从防火能力、灭火能力、安全疏散能力和安全管理能力4个方面，构建出某高层住宅建筑的火灾风险评价指标体系，如下图。

图 高层住宅建筑火灾风险评价指标体系Fig. Index system of fire risk assessment forhigh-rise residential buildings

4.3 各评价指标权重计算

根据高层住宅建筑火灾风险评价指标体系，邀请5位专家对指标重要度判断进行两两比较，运用改进层次分析法中公式(1)-(4)，得出各因素权重值，见下表。

表 高层住宅建筑火灾风险评价指标权重值Tab. Weight value of fire risk assessment index for high-rise residential buildings

4.4 确定权重集W

WA=(0.165 1，0.256 4，0.243 3，0.335 2)

WB1=(0.402 3，0.290 5，0.307 2)

WB2=(0.282 4，0.204 3，0.223 2，0.290 1)

WB3=(0.228 4，0.187 2，0.342 1，0.242 3)

WB4=(0.160 9，0.183 3，0.130 5，0.140 3，0.179 5，0.205 5)

4.5 确定评价集V

把评价集划分为5个评价等级，V={V1，V2，V3，V4，V5}={非常危险，比较危险，比较安全，安全，非常安全}。

4.6 确定隶属度矩阵R

根据5位专家对评价对象各评价指标评价等级的选择，算出准则层的隶属度矩阵Rk，k=1,2,3,4。

4.7 模糊综合评价

(1)以安全管理能力为例，计算其评价矩阵。

B4=WB4°R4

=(0.144 4，0.473 2，0.382 4，0，0)

同理可得：

B1=(0，0.302 8，0.639 1，0.058 1，0)

B2=(0.114 5，0.514 5，0.326 4，0.044 6，0)

B3=(0.159 8，0.490 5，0.312 3，0.037 4，0)

(2)综合评价矩阵。

A=WA°B=(0.165 1，0.256 4，0.243 3，0.335 2)°

=(0.116 6，0.459 9，0.393 3，0.030 2，0)

4.8 评价结果

(1)二级指标评价结果。从二级指标隶属度来看，防火门、防排烟系统、自动喷淋系统和自动报警系统、安全出口评价为比较安全。 火灾荷载、消防器材配置、义务消防队、疏散楼梯和应急疏散标志存在较大问题，处于比较危险状态。管理人员消防业务水平、消防通道畅通、消防知识宣传评价比较危险甚至危险，说明在这3个方面存在较大甚至很大问题，需要及时解决。

(2)一级指标评价结果。认为该小区防火能力部分处于比较安全状态，该小区灭火能力、安全疏散能力、安全管理能力部分处于比较危险状态，需要进行整改。

(3)综合评价结果。由最大隶属度原则可知，从某高层住宅建筑综合评价来看，总体属于比较危险状态，需要根据各指标具体评分情况来进行整改。

5 火灾风险防范对策

通过改进AHP-FCE法对某高层住宅建筑的火灾风险评价结果来看，结合高层住宅建筑消防现状，提出如下几点共性防范对策。

5.1 提高居民消防安全意识

高层住宅小区物业应定时在小区内开展消防疏散演习，发放疏散演习的路线和疏散方法，根据疏散中的问题对大家进行讲解，展示正确疏散做法，争取真正火灾时安全疏散，减少伤亡。在重要节日前对小区居民进行宣传教育，可在小区公告栏张贴宣传标语或消防常识与知识等，亦可印发宣传册发放居民，内容可为安全用电、用火、用气的注意事项、消防设施的使用方法以及火灾隐患识别与处理方法等，以达到不断提高居民消防安全意识的目的。

5.2 加强消防设备设施管理

高层住宅小区物业应配备齐全的消防设备设施，建立健全消防设备设施定期检查检测制度，对消防设备设施的数量、可靠性、安全性等进行记录，对数量不齐的及时补全，对存在问题的及时更换或维修，对失效的及时报废。建立消防设备设施管理档案，记录生产时期、巡检情况、维护情况，及时了解设备设施可靠度，及时维修或报废。建立义务消防队，积极调动小区居民积极性，定期进行培训。

5.3 加强火灾隐患排查治理

高层住宅小区物业应对火灾隐患进行排查治理，查看消防知识宣传是否充足到位、查看家里电器使用是否正确、家里天然气使用是否正确、用火地方是否有可燃物堆放、灭火器是否失效、数量是否满足要求，消防栓部件是否齐全、是否可正常使用、疏散楼梯是否有照明和应急疏散指示标志、楼层是否有疏散标志和路线图、消防通道和疏散通道是否被占用。加大消防知识宣传力度，对有问题的设备设施及时维修，缺少的消防设施及时补齐，对居民不安全行为及时教育。

6 结论

(1)基于改进AHP-FCE的高层建筑火灾风险评价模型进行实证分析，具有普遍适用性，可操作性强，具有借鉴意义。

(2)高层建筑火灾风险评价模型可在本文研究成果的基础上，继续组合权重计算方法，使得指标权重计算更加全面。