基于改进AHP-FCE的地铁车站火灾风险评价

文/王淇

为更加科学合理地对地铁车站的火灾风险等级进行评估，降低采用传统的层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）确定评价指标权重时主观因素的影响，基于三角模糊数理论和三点估计法对传统评价方法进行了改进，在确定各评价指标的基础上结合模糊综合评价法（Fuzzy Com prehensive Evaluation,FCE）对地铁车站的火灾风险等级进行实例研究。研究结果表明，该评价模型具有可行性和合理性。

0.引言

随着城镇人口的不断增加，为满足日益增长的交通需求，越来越多的城市选择修建地铁，乘坐地铁的安全性也成为了人们越来越关注的问题。经过分析以往地铁安全事故，发现地铁火灾是高发事故。因此对地铁车站火灾风险进行科学、可靠的评估是非常必要的。YuK[1]根据影响火灾发生的因素，采用AHP与FCE相结合的方法进行火灾风险评估。为消除传统的AHP法和FCE法使用时主观因素的影响，许多学者对此方法进行了改进。朱文敏[2]选择三角模糊数作为隶属函数，确定各风险评价指标的权重与模糊评价矩阵，按照最大隶属度原则得到该站地铁火灾风险模糊综合评价结果为危险等级。曹馨匀[3]通过对不同的专家评价结果进行赋权，来降低主观因素的影响。李风梅[4]结合集对分析理论对层次分析法进行了改进。赵京玉[5]采用模糊层次分析法和Petri网结合的方法对火灾风险进行静态与动态的分析与模拟。倪鹏,唐志波[6]将结构重要度作为赋值依据，构建模糊层次分析法的模糊矩阵。

1.地铁车站火灾风险影响因素分析及评估指标体系的构建

1.1 地铁车站火灾风险影响因素分析

（1）人员因素分析。地铁车站的人员构成主要包括：乘客、负责运营的工作人员、设备维护人员（2）设备因素分析。地铁站内的设备主要包括机电设备系统、火灾检测报警系统、环境监控与设备监控系统以及其他消防设施。（3）环境因素分析。主要包括站内环境与站外环境。

1.2 地铁车站火灾风险评估指标体系的构建

在分析地铁火灾特点和地铁火灾影响因素的基础上，通过向当地消防部门的工作人员、地铁运营公司的管理人员、在一线负责运营工作的人员、维修作业的人员等人员发放调查问卷的形式，构建评价指标体系，经过对评价指标的整合优化后确定了3个一级评估指标，13个二级评价指标，具体评估指标体系如下表所示：

表1.1铁车站火灾风险评估指标表Tab.1.1 Fire risk assessm ent index table of subw ay station

2.地铁车站火灾风险评估指标权重的确定

2.1 改进层次分析法的基本原理

由于层次分析法在评价的过程中涉及的评价指标的数量较多，专家在对指标进行两两比较打分的时候很难给出一个精确的值，也因此产生了判断矩阵的不一致性。为了解决这一问题，本文结合了三角模糊数的方法，对层次分析法进行了改进：

（1）在构造判断矩阵A=（aij）n×n时，改变以往以单一准确数值来表示两个指标重要度的方法，用三角模糊数的方法给出一个重要度区间，记为aij=[aij，mij，bij]，其中a代表两指标相比较而言重要度的最小值，m 代表两指标相比较而言的最可能值，b代表两指标相比较而言重要度的最大值[7]。

（2）再利用公式（2.1），将区间形式的重要度转化成具体的精确数值，得到具有一致性的判断矩阵，且不需进行一致性检验[8]。

对于公式（2.1），华罗庚教授曾对类似公式做过说明：aij取最小值a与取最大值b的可能性较小，其概率基本符合正态分布的规律，所以假设aij取最可能的值m的可能性是取最小值a和最大值b的可能性的二倍，用加权平均数的算法得到以下结果：

2.2 改进层次分析法的具体步骤

（1）确定评价基准或评判标度

向地铁运营单位和相关消防部门的专家发放判断矩阵打分表，让他们根据上述层次分析法判断标度表，对指标进行两两比较，对其重要度进行打分，对各个专家的打分情况进行汇总，建立三角模糊数形式的判断矩阵。

2.3 指标权重的确定

经搜集专家的意见和查阅相关资料，认为人员、设备、环境这三个一级指标对评估结果具有相同重要度的影响，所以这三个指标的权重均为0.333，在确定二级评估指标的权重时，则采取向20名地铁火灾风险评估方面的专家和相关消防部门的专家发放调查问卷形式，邀请他们对二级指标进行打分，并根据“少数服从多数”的原则对20名专家打出的分数进行分析汇总，用改进后的层次分析法对各指标进行赋权，具体数值如下表所示：

表2.1指标体系权重值Tab.2.1Index system w eight value

基于FCE的济南地铁1号线地铁站实例研究

3.地铁车站火灾风险的模糊综合评价

（1）确定评价指标集合U，U={Ui}，（i=1，2，…，n）；Ui表示地铁车站火灾风险评价表中的每一层次的指标因素。

（2）确定评价指标的权重W，Wi=（W1，W2，…，Wn）T

（3）确定评价基准及相应的价值量E

E={E1，E2，E3，E4，E5}={安全，较安全，一般安全，较危险，危险}即：评价等级分为5级。在研究过程中，邀请20名专家通过发放济南地铁1号线火灾风险评估调查表对济南地铁1号线的各单项指标进行评价。通过对调查表的回收、整理统计并对结果进行归一化，得到模糊综合评判矩阵R，R=（rij）。

（4）对模糊综合评价矩阵进行加权，得出模糊综合评价结果：Si=WiR （3.1）

3.2 评价结果分析

遵循隶属度最大原则，一级指标人员因素、设备因素方面的评价结果向量中最大数值分别为0.3167和0.4009，对应的等级为一级，则评价结果为“安全”，环境因素方面评价结果向量的最大值为0.3180，对应的评价结果为“较安全”。同理，目标层的评价结果向量中的最大值为0.3128，对应评价结果为“安全”。

结语

（1）基于三角模糊数和三点估计法对传统的层次分析法进行了改进，使专家在对指标的重要度进行打分时不用拘泥于给出一个精确的数值，只需给出一个得分区间即可，降低了主观因素对评价结果的影响，保证了判断矩阵的一致性。在确定各个评价指标权重的基础上运用模糊综合评价法对地铁车站的火灾风险等级进行判定。（2）结合济南地铁1号线地铁车站的实际情况，对济南地铁1号线的地铁车站进行了火灾风险综合评估，根据评价结果进行评价等级分析，得出济南地铁1号线的火灾风险评估等级为“安全”。（3）建立的地铁车站火灾风险的评估指标仍需要朝着更加科学，更加合理、适用性更强的方向改进，使评价结果更加合理可靠。C

引用出处

[1]Yu K.Fuzzy comprehensive evaluation of fire safcty risk of historic buildingsbased on fuzzy ma thematics[J].International Journal of Applied Mathematics&Statistics,2013,50(20):396-405.

[2]朱文敏.基于模糊事故树的地铁运营火灾风险评估[D].北京交通大学,2018.

[3]曹馨匀.基于三角模糊层次分析法的重庆地区建筑低碳化评价指标体系研究[D].重庆:重庆大学,2014.

[4]李风梅.城市地铁火灾风险评价研究[D].兰州:兰州交通大学,2017.

[5]赵京玉.基于FPN模型和FAHP的地铁火灾风险评价研究[D].青岛理工大学,2018.

[6]倪鹏,唐志波.基于FTA和FAHP方法的地铁火灾事故分析[J].科技通报,2021,37(09):109-112.DOI:10.13774/j.cnki.kjtb.2021.09.020.

[7]樊为刚,侯丽红.层次分析法的改进[D].科技情报开发与经济,2005.

[8]《现代城市轨道交通》编辑部.济南市轨道交通1号线正式商业运营[J].现代城市轨道交通.2019,(04):98