模糊层次分析法在地铁站火灾风险评估中的应用

陈小旺 李敬博 王鑫 张美旭 宋莹

【摘  要】随着城市公共交通的快速发展，地铁已成为人们出行的一种重要交通工具，但地铁站火灾近年来时有发生，对地铁站运行过程中的火灾风险进行合理评估是保证地铁安全运行的前提。论文基于模糊层次分析法构建了地铁站运行过程中火灾风险评估模型，并将该模型进行了实际运用。

【关键词】地铁站;火灾;风险评估;模糊层次分析法

【Abstract】With the rapid development of urban public transportation， the subway has become an important travel transportation. However， fires in subway stations have occurred in recent years， and reasonable assessment of fire risk during subway station operation is the premise to ensure safe operation of subway stations. Based on the fuzzy analytic hierarchy process， the paper constructs the fire risk assessment model in the subway station operation， and carries on the practical application of the model.

【Keywords】subway station; fire; risk assessment; fuzzy analytic hierarchy process

1 引言

随着城市化进程的不断加快，地铁凭借其客流输送量大、准时、快速等优势得到了快速的应用。据已有数据显示，地铁的客运量已达到地上公交系统的10倍以上，截至2020年底，我国已有40多个城市建立了地下轨道交通。而地铁站作为乘客换乘、上下地铁的必经中转站，客流量更是惊人，是当今城市建设不可或缺的场所。如果地铁站发生火灾，后果不堪设想。

20世纪90年代后，虽然地下空间的耐火性能得到了很大的提高，但是隨着列车客流量的激增、列车速度与运行密度的大大提高，导致地铁火灾后果严重程度增加。因此，有必要在对地铁站火灾危险性进行分析的基础上，提出一种合理、科学的火灾风险评价模型，以对地铁站的火灾预防工作提供参考。

2 地铁站火灾危险性分析

2.1 扑救困难

地铁站虽然整体内部空间大，但是从外部建筑物和通风井等设施上面来看，其内部仅有少量通风井与地铁车站出入口和其他外界环境相连，相对密闭的空间容易造成热量积聚，为车站火灾险情蔓延过程埋下了安全隐患。同时，发生火灾时，排烟口大多数都是靠近地铁出入口，消防人员及大型灭火器材不容易及时接近着火点，扑救工作实行困难。

2.2 氧气稀薄，有毒有害气体量大

地铁站火灾事故发生后，由于其空间大气环境相对密闭，新鲜空气难以及时得到补充，致使地下空气含氧量急剧下降，人员可能因缺氧而导致呼吸困难，甚至造成死亡。

更为严重的是，地铁内较为封闭的空气环境条件使得可燃物质发生不完全燃烧，产生大量一氧化碳等有毒、有害烟气，而地铁内部只有少量的通风口进行排烟，排烟能力不足则导致有毒烟气不能迅速排出，若有毒烟气被地铁站人员大量吸入，则可能会加大事故后果的严重性。

2.3 人员逃生及疏散难度大

首先，逃生条件差。地铁站完全使用人工照明，同普通地面建筑自然采光相比，存在光线差的危险因素。在发生重大火灾时，有很大几率会发生断电的紧急情况，若事故照明及疏散指示灯没有发挥作用，地下建筑空间将一片漆黑，再加上浓烟等不利因素的刺激，人员逃生将变得十分困难。

其次，逃生途径少，逃生距离较长。地铁一旦发生重大火灾，人员只能从固定路线进行逃生。加之楼梯等疏散通道狭窄、检票机等物体妨碍逃生速度等因素，导致人员逃生速度较慢。此外，现有统计数据表明，地铁站火灾逃生路线平均距离约为100m，如此长的疏散线路无疑增加了乘客被困的风险。

最后，允许逃生时间较短。日本地铁消防部门的实验表明，虽然地铁车厢在起火后2～5min，车厢内部的烟气就会导致乘客无法看清逃生出口，留给乘客逃生的时间往往不足5min。加之当前乘客应急逃生知识普遍不足，往往会耽误宝贵的应急逃生时间，造成更为严重的事故后果。

3 基于模糊层次分析法的地铁站火灾风险评估模型

通过分析地铁站火灾事故案例，可以发现地铁站火灾风险受主动防火能力、被动防火能力以及地铁消防管理能力等诸多因素的影响，运用层次分析法有利于厘清各种因素对地铁站火灾风险的影响。

3.1 地铁站火灾层次结构模型的建立

在对地铁站火灾成因、特点、危险性等进行研究分析后，得出了地铁站火灾风险评估的层次结构模型。模型中主要指标解释如下：

①主动防火系统。该系统的功能是在火灾发生初期通过主动的监测发现火情，并能进行早期的灭火以及疏散工作。

②被动防火系统。该系统的功能是在火灾蔓延阶段，通过防火设计等手段，将火灾控制在一个可控的范围内，并保证地铁建筑结构在相关标准规定的时间内不发生结构性的坍塌破坏，从而保证人员有足够的扑救和疏散时间。

③消防安全管理系统。该系统的功能是通过完善的消防安全管理体系来加强消防管理、人员应急处置能力，从而降低火灾事故发生的风险。

层次结构模型中各指标之间谁更重要只是一个模糊的定性认识，为了将这种定性的认识转化为具体的数值，进而完成定性到定量的转换，Saaty教授等人引入了九标度判断矩阵法。九标度判断矩阵中的每一个数值代表了比较对象间的相对重要度。

构建完成各层级指标的九标度判断矩阵后，之后进行一致性检验，以避免判断矩陣内部逻辑错乱，最终求得的各层级指标权重如表1所示。

3.2 地铁站火灾模糊数学模型的建立

进行地铁站火灾风险评价时，评价结果往往受参评者知识储备、现场经验等因素影响，评价结果因人而异，通过运用模糊数学的基本方法能够较好地提高评价结果的科学性。

首先，根据模糊数学的基本理论建立评价集V，现将评价级分为五个级别：V={低风险，较低风险，一般风险，较高风险，高风险}，地铁站火灾风险评估的评价级由8位专家采用百分制打分。风险级别和评价得分的对应关系如表2所示，并且把V1、V2、V3、V4、V5的分值代表确定为95、85、75、65、55。

其次，根据专家打分结果建立模糊评价矩阵，通过计算得到不同指标对于评价集V的隶属度分布，最后将隶属度分布形成隶属度矩阵。

最后，将层次分析法计算出的权重系数同隶属度矩阵进行模糊矩阵计算，进而求得第一层次指标隶属度向量，再将该隶属度向量与评价集各风险等级的分值进行运算，求得地铁站火灾风险评价总分值P，最后确定该地铁站火灾危险性等级。

3.3 地铁站火灾评估模型的运用

运用本文提出的地铁站火灾评估模型对沈阳市某地铁站进行了实际评估。该地铁站配备了火灾报警监测系统、排烟系统、自动喷淋系统等主动灭火系统，同时按规定设计了消防疏散安全出口、疏散指示牌等一系列引导消防疏散的装置;车站内的装饰装修材料基本采取无毒不燃材料;同时车站内部有严格的消防管理制度，定期对车站管理人员进行安全教育培训和考核。

通过各位专家的资料调研、现场考察，基于火灾风险评价模型对该地铁站的各个指标进行了打分，最终经过计算地铁站综合得分为83.518分，火灾风险属于较低风险等级。同时，专家认为本文提出的风险评估模型评价结果合理。

4 结论

本文运用模糊层次分析法建立了地铁站火灾风险评估模型，确定了指标体系，并将模型进行了实际运用。通过对地铁站火灾风险的评估模型，可以发现地铁站固有的硬件设施以及消防安全管理对于火灾预防有较大的影响，对地铁站的火灾预防工作有一定的指导意义。

【参考文献】

【1】唐飞，何清，朱孔金，等.火灾情况下某城市地铁换乘站内大规模人群疏散特征研究[J].安全与环境学报，2018，18（04）：1419-1426.

【2】周文科.模糊层次分析法模型在地铁区间隧道火灾风险评估中的应用[J].武警学院学报，2014，30（4）：51-54.