基于层次分析法的某地区林业城镇棚户区消防风险评估

钟 委，韩 宁，田 英，王潇杰

(郑州大学力学与安全工程学院，郑州，450001)

0 引言

城镇-森林交界域是指城镇建筑与森林植被相邻区域或者建筑植被混合区域[1]。城镇居民生产生活用火、防火间距过小、可燃物的连续分布以及环境条件的相互联系、共同作用是造成城镇-森林交界域火灾主要原因[2]。

近年来国内外城镇-森林交界域火灾[3]频发，人员财产损失严重。2017年5月2日，大兴安岭阿木珠苏林场附近住户因倾倒燃烧剩余物残渣引发森林火灾，造成6人不同程度受伤，森林过火面积达1.148万公顷。2017年10月8日晚，美国加州旧金山湾区北部多地发生林火，大火造成42人死亡、数百人受伤，至少8900栋民宅及其他建筑被夷为平地，过火面积达24.5万多公顷。2019年7月以来，高温和干旱等极端天气导致澳大利亚多地林火肆虐，共造成33人死亡，过火面积超过1000万公顷[4]。

之前有学者已经对城市棚户区消防安全问题进行了研究，但是对林业城镇里的棚户区消防安全问题研究较少。郑雅芝[5]分析江西省赣州市章贡区棚户区消防安全的现状，提出了对策和建议。周艳华[6]对目前棚户区基本情况、特点、存在的消防安全隐患以及如何改善棚户区消防工作措施等做了简要的介绍。马红霞[7]对南昌市西湖区棚户区火灾危险性进行分析。青剑[8]对四川自贡荣县近年来棚户区危旧房火灾案例进行分析并提出针对性措施。

林业一直是林业城镇的支柱产业，依托林业经济，村民在林区兴建了大量的居民区，形成了林区与居民区相互交错的格局。近年来随着退耕还林工作的推进，林区不断逼近城镇边缘区域，“家火上山，野火进城”的风险与日俱增。本文针对某地区不同林业城镇周边的棚户区存在的火灾风险进行了评估，针对其火灾隐患提出了对策和建议。

1 某地区林业城镇棚户区概况

调研结果显示，林区棚户区产生于20世纪70年代，现存建筑物主要为2000年以后修建。建筑物的使用功能主要为住宅，临街建筑存在变更使用功能的情况，建筑防火性能强弱是造成火灾发生的重要因素之一。同时林业城镇棚户区基数大，涉及人口多，建筑产权复杂，责任主体不明，存在大量火灾隐患。首先，棚户区建筑多为木质承重结构，耐火等级低，火灾时易坍塌。其次，林区冬季多采用木柴烧火取暖，密集堆积的木柴增大了棚户区的火灾荷载，也增大了火灾扑救难度，能否及时清除火灾危险源是控制火灾发生的重要条件。再次，当地消防设施严重缺乏，城镇没有消火栓、消防水鹤等公共消防设施；居民家中也缺乏灭火器，而消防设施等救援力量对于火灾初期的扑灭有着重大帮助。最后，林业城镇棚户区缺乏对居民消防安全宣传，加强消防知识宣传是提高社会群众消防安全意识与区域火灾防治能力的重要途径。

统计资料显示：该地区各林业城镇目前共有棚户区114626户，涉及人口32.1万人。具体分布如表1所示。

表1 不同林业城镇棚户区分布信息Table 1 Distribution information of shanty towns in different forestry towns

2 评估分析方法的介绍

2.1 层次分析法

本文采用层次分析法[9,10]对该地区林业城镇棚户区消防安全开展定量评估。评估体系以林业城镇棚户区消防安全为总目标，根据各林业城镇棚户区消防安全现状，以科学、合理、有效为基本原则，运用模糊层次分析法建立棚户区风险的层次结构，对各类风险因素进行权重分析和排序，实现将风险定量化的目的[11]。

2.2 棚户区风险评估体系建立

依据风险评估指标体系的建立原则，对辨识出的火灾风险评价基本要素进行归类、调整，构建如表2所示的消防安全评估指标体系，即层次结构模型。

表2 棚户区消防安全层次评价体系Table 2 The level evaluation system of fire safety in shanty towns

2.3 指标体系的权重

在确定评估指标后，采用专家打分法对评估指标之间的重要程度进行量化比较。把比较结果分为5个等级：同等重要、较重要、重要、很重要、非常重要，并且采用“1～9”标度值表示[12]。

在确定了各因素的相对重要性等级后，将每组之间比较得到的相对重要性结果进行如下处理，如式(1)所示：

(1)

式(1)中，aij为i因素相比于j因素的重要性比值，具体可参考比较矩阵表。n则为每一层次指标因素的个数。明显可以看出A属于正互反矩阵，因为aij与aji互为倒数关系。

接下来则是利用公式(2)求解所构建判断矩阵的两个参数。首先求出特征向量，进而求出特征向量的最大特征值，其中特征向量用w表示，最大特征值用λmax表示[13]。

Aw=λmaxw

(2)

2.4 一致性检验

一致性检验[14]在层次分析法的计算过程中是非常关键的一步，这里使用的一致性指数CI的具体算法是：

(3)

不同的阶数对应了不同的一致性指标数值，具体见表3。一致性比例CR即为CI和RI的比值。其中，RI称为平均随机一致性指标，它只与矩阵阶数n有关。

表3 RI值对应表Table 3 RI value correspondence table

当一致性比例CR小于0.10时，一般会认为矩阵满足一致性要求。如果一致性比例CR大于0.10，即无法通过一致性检验，则需对重要度进行调整，直至CR<0.10为止。

3 评分及结论判定

通过上述原理分析，以某一林业城镇棚户区为例进行消防安全评价。首先根据2.2节确定消防安全评价体系。

3.1 确定棚户区消防安全评价体系判断矩阵和权重值

根据1～9标度，通过专家打分法确定准则层判断矩阵，见表4。

表4 准则层判断矩阵Table 4 Criterion-level judgment matrix

转化成矩阵以后，进行归一化运算后，得到准则层权重集为B=[0.4605,0.3166,0.1704,0.0525],最大特征值λmax=4.146，一致性指标CI=0.049，通过查表得到n=4时，RI=0.96，计算得到CR=0.051<0.1，认为准则层判断矩阵的一致性可以接受[15]。

同样，根据上述方法可以计算各方案层的权重值并进行一致性检验，如表5～表8。

表5 建筑防火判断矩阵及权重系数Table 5 Building fire protection judgment matrix and weight coefficient

表5计算得到CR=-0.19<0.1，可以认为该方案层矩阵的一致性可以接受。

表6 火灾危险源判断矩阵及权重系数Table 6 Fire hazard source judgment matrix and weight coefficient

表6计算得到CR=-0.05<0.1，可以认为该方案层矩阵的一致性可以接受。

表7 救援力量判断矩阵及权重系数Table 7 Rescue force judgment matrix and weight coefficient

表7计算得到CR=-0.075<0.1，可以认为该方案层矩阵的一致性可以接受。

表8 消防安全宣传判断矩阵及权重系数Table 8 Fire safety publicity judgment matrix and weight coefficient

表8计算得到CR=-0.02<0.1，可以认为该方案层矩阵的一致性可以接受。

3.2 实际评分及等级判定

首先对14个方案层定性判断指标设置评价标准，基于对该地区林业城镇区域特征的火灾风险分析，结合各城镇实际现状及工作开展情况对指标打分，分为A、B、C、D四档[16]，火灾风险等级判定标准为得分越低火灾风险等级越高，分档A表示火灾风险性极高；B表示火灾风险性较高；C表示火灾风险性中等；D表示火灾风险性低，如表9所示。由高校及当地消防救援机构组成相关专家根据评估分析内容以及评分判定基准对各指标进行区间赋分，由集值统计法[17]可将区间赋分情况计算处理，最终求得各变量层指标的准确量化评分，将方案层指标得分乘以对应权重，计算出准则层评估指标得分，进而由准则层指标得分乘以对应的权重，计算出评估目标的整体评估得分，如表10所示。

表9 评估指标分值判断标准Table 9 Evaluation index score judgment standard

从表10可知，该镇棚户区消防安全水平得分为25.52分。林业城镇(区域)火灾风险评估结果按总分值划分为极高风险、高风险、中等风险、低风险四个风险等级。其判断标准如表11所示。对应分值该林业城镇棚户区消防安全水平风险等级为高风险级。

表10 棚户区消防安全层次评价体系Table 10 Hierarchical evaluation system of fire safety in shanty towns

表11 林业城镇(区域)火灾风险等级判定标准Table 11 Forestry towns (regions) fire risk classification standards

按照上文所述的方法，从19个调研林业城镇中，抽取10个典型林业城镇作为评分对象，得到各林业城镇棚户区评分分值和风险等级如表12所示。

以实际进行评分的各林业城镇棚户区作为样本，可对该地区林业城镇棚户区总体风险等级进行描述。经计算可得，该地区林业城镇棚户区60%处于高风险级，40%处于极高风险级。

表12 林业城镇棚户区评分及对应风险等级Table 12 Forestry town shanty town score and corresponding risk level

3.3 对策与建议

从评分结果来看，准则层得分较低的是“建筑防火”和“救援力量”两项，需要针对进行整改，方案层中的“消防组织机制”“个人消防设施”所占权重较高，分别为0.479和0.540，说明对这些方面尤其需要加强管理。具体整改对策如下：

(1)加强对消防通道的管理。改善消防间距不足的问题，严防居民在消防车道乱停乱放车辆和堆放木垛等行为。

(2)完善消防设施的建设。可以在棚户区周边建立微型消防站，每户居民都要有基本的消防设施，乡镇消防设施要求标准要提高。

(3)加强居民消防安全意识。发动网格管理人员和消防志愿者，通过走家入户、发放宣传图等形式，让人们认识火灾特点及风险。

(4)加强建筑耐火等级。在城镇-森林交界处的棚户区的内、外墙体表面应尽量减少木质建筑材料的应用，防止“家火上山”现象的发生。

4 结论

为避免城镇森林交界域火灾的发生，对某地区19个林业城镇棚户区实地考察，对各个林业城镇棚户区的详细数据进行统计和火灾隐患进行调查。根据实地调研结果建立了该地区林业城镇棚户区的定量风险评估指标体系，包含建筑防火等4个一级指标因素，耐火等级等14个二级指标因素，通过专家打分、层次分析法综合判断得出各个城镇棚户区风险等级，选取10个典型的林业城镇棚户区进行计算得到多数地区得分在20分～30分之间，结果表明：该地区林业城镇棚户区60%处于高风险级，40%处于极高风险级。最后，针对其消防薄弱环节提出了对策和建议。