基于鱼骨图-AHP 法高层住宅建筑火灾风险评估

■ 韦相宇 WEI Xiangyu 田世祥 TIAN Shixiang 代张音 DAI Zhangyin

0 引言

随着我国经济的高速发展，各式各样的高层建筑拔地而起，一些高楼已逐渐成为我国现代化城市的地标性建筑[1]。建设多功能化、大型化、综合性的高层住宅建筑是目前住宅建筑行业的发展趋势[2]，可为社会经济环境注入新的活力；但由于高层住宅建筑具有楼层高、设备多、人员密集等特点[3]，应急疏散能力较弱，一旦发生火灾等事故，难以保证人员安全[4]。根据2018 年《中国消防年鉴》[5]显示，国内建筑类火灾占火灾类总事故的80%以上，因此，对高层住宅建筑进行火灾风险研究，确定其主要影响因素并及时提出整改建议，对减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。

目前，国内许多学者对高层住宅建筑火灾风险进行了大量研究，例如：王江波[6]等以20 个高层住宅小区为例，分析火灾状况下高层住宅建筑内外部隐患和救援问题对群众疏散时所面对的风险；胡广霞[7]运用事故树方法，对高层住宅建筑火灾起因进行统计分析，得到引发高层住宅火灾的12 个主要因素；孙辉[8]提出高层住宅建筑火灾危险评价指标体系，并将模糊综合评价法应用于某高层住宅楼的火灾风险评价，得出影响建筑物火灾风险等级的主要原因；孙睿婷[9]等利用结构熵权法计算高层住宅火灾风险评价指标的权重，提出高层住宅火灾风险综合评价方法，并结合实例应用验证该方法的可行性。但是上述研究所采用的风险分析方法较为单一、笼统，考虑到高层住宅建筑火灾的多层次性、复杂性及不确定性，本文将以鱼骨思维为导向，基于安全系统工程原理，结合层次分析 法（Analytic hierarchy process，AHP），对高层住宅建筑火灾风险进行分析研究。

1 基于鱼骨图-AHP法的安全风险评估

1.1 绘制火灾风险鱼骨图

考虑到高层住宅建筑火灾属于复杂的系统工程问题，且具有体积巨大、电器设备多、人员集中等特点，本文尝试从安全系统工程的理论视角出发，基于“人—物—管—环”的事故连锁原理，按照全面客观、准确合理的原则，参考管理人员、从业人员填写的调查问卷及实地调研收集的资料，筛选出对高层住宅建筑火灾风险有显著影响的4 个主要风险因素和18 个风险因子，绘制出高层住宅建筑火灾鱼骨图（图1）。

1.2 基于鱼骨图-AHP 法的安全风险评估模型

层次分析法（AHP）是结合定性与定量分析的一种决策方法，目前广泛应用于各种复杂系统问题[10-12]。在解决实际问题时，首先需要把复杂的评估系统分层，进行层次化梳理；然后通过比较系统中风险因子之间的关联影响，确定各风险因子间标度级别并进行定量化处理，构造判断矩阵；最后求出各风险因子的相对权重[13-15]。具体步骤如下。

1.2.1 构建高层住宅建筑火灾风险评估指标体系

以图1 为依据，构建如图2 所示高层住宅建筑火灾风险评估指标体系。

图1 高层住宅建筑火灾风险鱼骨图

图2 高层住宅建筑火灾风险评估指标体系

1.2.2 构造判断矩阵

依据“1～9”标度法（表1），由专家对案例中各项评估指标打分，得到风险评估指标Pij值，再将各指标因素两两比较，分别得到评估指标权重的排序结果，求出n阶判断矩阵P=(pij)n×n。

表1 判断矩阵标度定义[16]

1.2.3 一致性检验及权重排序

为使判断矩阵P=(pij)n×n的精确度更高，需要通过一致性检验的方式，衡量判断矩阵的准确性。当随机一致性比率RC＜0.10 时，认为判断矩阵通过一致性检验，表示可接受；相反，则不可接受，应对判断矩阵作适当修正[14-18]，具体计算公式为：

式中，λmax为判断矩阵的最大特征值；n表示阶数；IC为判断矩阵的一致性指标；IR为判断矩阵的平均随机一致性指标，具体取值见表2。

表2 平均随机一致性指标参考值[17]

2 实例应用

2.1 案例概况

贵阳市花果园某高层住宅高185 m，地 上35 层、地 下2 层；其外观为正方形柱体，占地面积约16 600 m2，耐火等级为一级。周围来往人群密集复杂，交通便利，离地铁口约800 m，楼内配有火灾自动喷淋系统、消防栓、灭火器、自动报警系统及消防控制室，灭火设备所设置的安装间距和位置均符合要求。同时，楼内设有全方位监控摄像头和完备的实时监控系统，方便及时观测楼内动向，采集风险信息。

2.2 风险评估

2.2.1 构建高层住宅建筑火灾风险评估指标体系

结合实际情况，基于鱼骨图-AHP 法构建如图2 所示的高层住宅建筑火灾风险评估指标体系，对该高层住宅楼进行火灾风险评估。

2.2.2 构造判断矩阵

邀请从事消防安全研究10 年以上的5 位资深专家（正高职称3 名、副高职称2 名），依据个人知识背景、工作经验并结合实际情况，按照1～9 标度表，将准则层与指标层各因素之间的关系以数字标度形式表示出来，对各项评估指标打分，最终得到如表3～7 所示判断矩阵。

表3 准则层判断矩阵

2.2.3 一致性检验及权重排序

运用MATLAB 计算得到判断矩阵的最大特征值λmax和最大特征向量Wij，具体内容如表8 所示。准则层中，安全管理能力D ＞建筑整体布局A ＞灭火能力B ＞安全疏散能力C；指标层中，防火教育培训与演习D3所占权重最大，消防队业务水平B4、消防车道及疏散通道A4、逃生照明和指示标志C3、逃生通道数和宽度C4、人流密度C1、火场供水能力B5、建筑材料A3等因素也占较大权重。

表8 结果统计表

2.3 整改措施建议

根据上述评估指标总排序判断出的各风险因子重要程度，可以从以下4 个方面对高层住宅建筑火灾防控工作提出针对性建议。

2.3.1 提高安全管理能力

树立消防责任意识，对于管理者而言至关重要。在评价指标总排序中，防火教育培训与演习D3占比最大，因此，管理者除了加强自身责任意识外，还应积极开展消防安全培训，定期进行消防演习，增强全体工作人员对消防安全重视程度，将消防安全意识落到实处。

2.3.2 完善建筑布局

建筑内的疏散系统能够最大程度地保障人们的生命安全和财产安全。消防车道及疏散通道A4、逃生照明和指示标志C3、逃生通道数和宽度C4在总排序中排名靠前，恰好说明建筑布局对于火灾防控的重要性。高层住宅建筑的安全出口数量与宽度、消防疏散通道等，必须经过有关部门审查验收并正式批准后，方能投入使用。

2.3.3 加强灭火能力

灭火能力主要体现在“人”和“物”两个方面，即：一方面，与建筑所在辖区内的消防队救援速度及业务水平有关；另一方面，与建筑物内部设置的灭火设备（如灭火器、自动喷淋系统、消防栓等）是否配备完善、能否正常使用有关。高层住宅建筑体积大、内部结构复杂、设备繁多，除了要及时更新楼层内的灭火系统等级，还要定期更换破损或无法正常使用的灭火设备，密切关注楼层动态。

2.3.4 提升安全疏散能力

当火灾发生时，能否保证人员安全迅速地撤离尤为重要。消防安全管理人员应定期检查安全疏散设施的运行情况，完善建筑内应急疏散系统。在日常的设备维护工作中，除了检查建筑内各应急设备以外，还应在疏散楼梯内安装应急照明灯，并确保应急照明的照度满足要求；同时，将疏散指示标志置于明显位置，保证疏散指示标志无损坏和指示标志错误的情况；此外，应定期查看疏散通道情况，发现有杂物堆放时及时进行处理。

3 结语

为了更好地预防高层住宅建筑火灾事故，本文提出基于鱼骨图-AHP法的安全风险评估方法，通过MATLAB 计算得到最大特征值和最大特征向量，经过一致性检验后求得所有评估指标权重值，可实现对各指标因素的重要度排序。在此基础上，通过实例应用，验证该方法的可行性。从排序可以看出，准则层中的安全管理能力权重值最大，其次是建筑整体布局；指标层中，防火教育培训与演习、消防队业务水平、消防车道及疏散通道重要度较高，对此提出相应建议及整改措施。在后期的研究中，可进一步与实践相结合，持续优化高层住宅建筑火灾风险评估体系，以提高风险评估的准确性，增强风险管理决策的科学性。

表4 建筑整体布局指标层判断矩阵

表5 灭火能力指标层判断矩阵

表6 安全疏散能力指标层判断矩阵

表7 安全管理能力指标层判断矩阵