基于AHP-CRITIC 法的高架仓库火灾风险评价*

2024-03-13文波赵玉霞

工业安全与环保 2024年3期

文波赵玉霞

（1.西安建筑科技大学，陕西西安 710055；2.西部绿色建筑国家重点实验室，陕西西安 710055）

0 引言

在我国经济技术水平的提升和人民生活方式的改变下，网络购物业和现代物流业飞速发展，仓储体系需求越来越大，对物资储存、调节存取、加工流通和配送等功能的要求越来越高，一般仓库已经不足以满足如今物流业的发展，仓库的类型也逐渐从一般仓库向高架仓库变化。高架仓库，又称自动化立体仓库，是指货架高度超过7 m 且采用机械化操作或自动化控制的货架仓库［1］，其存储区向高空发展，通过高层货架进行货物的存取，可以大幅度减少库存占地面积、提高仓库空间利用率、降低出入库错误率，符合现代化发展要求。庄葛巍等［2］对仓库存储空间三维布局进行设计，提高了建筑行业的工作效率和经济效益。IRRGANG R［3］提到高架立体库在糖果和冷冻食品仓储中、锻造的车轮和润滑材料的存储中占有重要地位。

随着高架仓库越来越广泛的应用，其安全性受到极大的关注。由于高架仓库内可燃物多且排布密集、氧气含量充足和潜在火源较多的特性等使得发生火灾的可能性大大增加。且其在发生火灾后，阴燃时间长、初期不易被发现，导致持续燃烧产生大量的有毒、有害烟气，甚至由于温度升高货架结构变形，导致整体结构坍塌。目前，众多学者［4-5］对高架仓库的研究主要在消防设计、火灾蔓延和烟气迁移方面，他们针对高架仓库的类型和特点，对它的消防设计进行了研究和建议，并对其自动喷水灭火系统和火灾探测器系统做出了改进。一些学者［6-8］通过建立高架仓库几何模型，研究其火灾过程中着火特性、烟气特性及反应物质的分布特性等，在火灾预警及扑救方面有重要意义。在火灾风险评价方面也只是基于传统仓库，高层建筑和大型活动场所等设施的研究，对高架仓库的火灾风险进行识别与评价的研究较少且不全面。

综上所述，现有研究中针对高架仓库火灾风险展开的评价研究较少，现有火灾风险评价指标的全面性和适用性有待改进。因此在对高架仓库火灾事故和火灾隐患统计分析的基础上，结合相关标准规范，建立了高架仓库火灾风险评价指标体系，运用AHP 和CRITIC 确定指标权重，引入模糊综合评价法分析火灾风险等级，并应用于真实案例，通过案例验证模型的可操作性和适用性，以丰富高架仓库火灾风险的研究体系。

1 高架仓库火灾风险评价指标体系

1.1 高架仓库致灾因素分析

根据文献查阅分析近年来国内外发生的高架仓库火灾事故［9-11］（表1），基于“4M”理论对火灾原因和火灾特点进行分析，高架仓库火灾事故主要由“设施设备因素”“人的因素”“管理因素”“环境因素”4 类原因造成。基于此，将常见的火灾隐患进行了分类统计，见表2。

表2 高架仓库火灾隐患分类

高架仓库货架高大密集，巷道狭窄，货物存储集中、机械化程度高、电气设备较多，且存储物大部分为易燃品，载荷大且点火源较多，是较容易发生火灾且不易被发现的区域之一。一旦发生火灾，火灾初期产生的烟气被迅速稀释，货架间的间隙很小、相互遮挡，探测器也难以达到理想的探测效果，容易在短时间内形成立体火灾，同时，环境温度迅速升高，救援难度大。而在高温下，钢材一般只能支撑15 min［12］。因此，高架仓库在火灾发展过程中容易发生倒塌。

1.2 评估指标体系的构建

高架仓库的安全不仅与荷载情况密切相系，而且受设备、人员、管理和环境等影响，因此，高架仓库安全评估是一项复杂、全面和系统的工作。仓库火灾事故的发生因素涉及多个方面，如设计不合理、管理不到位、知识不普及和设备维修保养落后等。为构建一个系统、合理和全面的高架仓库火灾安全评估指标体系，本文依据相关规范，通过实地调研和向高架仓库、消防领域专家询问的方式来进行筛选，确保指标选择的合理性。

基于PSR（压力-状态-响应）模型及“4M”理论，以压力、状态、响应3 个维度为二级指标，在此基础上，从“4M”理论中的人员、设备设施、环境、管理4 种火灾响应主体切入，对高架仓库火灾安全性进行分析。其中，压力、状态有4 种火灾响应主体，但在响应方面，因为响应韧性是系统恢复平衡时期，已经受到损害的系统需人为进行复原和优化，所以只有人员和管理层面的作用。基于以上研究，共筛选出17个压力影响因素、15 个状态影响因素和6 个响应影响因素，见表3。

表3 高架仓库火灾风险评估指标体系

2 高架仓库火灾风险评价模型

2.1 指标权重确定

（1）AHP 法。层次分析法（AHP）是一种层次权重决策分析方法，将复杂的决策系统分解为不同的组成因素，并将因素按不同的层次组合，用数量形式表达和处理的方法来代替人的主观判断因素造成的臆断，使评价结果更加客观可行。

（2）CRITIC 法。CRITIC 法是熵权法的一种改进方法，通过指标数据的标准差和相关系数来衡量指标自身差异程度和多个指标之间的相互影响和内在联系，能够综合衡量指标间的情况，确定各指标对应包含的信息量，从而确定其权重。

2.2 主客观权重相关性分析

对计算出的主客观权重进行相关性分析，即判断AHP 法得到的主观权重与CRITIC 法得到的客观权重，通过显著性检验得到的P值是否大于0.05，若P＞0.05，则说明两者显著性不相关，即这2 种赋权法所反映的内容相互独立，不具有重复性。

2.3 确定综合权重

根据以上2 种方法对指标的赋权结果计算组合权重。利用拉格朗日乘数法求解AHP赋权和CRITIC法赋权的最优组合权重，得到综合赋权权重：

2.4 模糊综合评价模型

（1）确定因素集。模糊综合评价法可以对与多种因素有关的对象做出一个具体的评价。对于需要评价的项目，需要确定被评价对象的所有评价指标，并建立评价因素论域U。设U=（U1，U2，U3，…，Un）为高架仓库火灾风险评价指标体系中各指标的集合，Ui为评价因素。

（2）确定评语集。结合高架仓库建设规范，将评价标准设置为安全、较安全、较危险和危险4 个等级，即V=（安全，较安全，较危险，危险）。

（3）建立评判矩阵。对指标因素隶属于各个评语的程度进行评价，本研究将定量定性指标分别采取隶属度函数和评委打分的方法进行各指标隶属度的确定。即对U上每一个指标Ui进行隶属度计算，可求得各指标的隶属度矩阵为：

（4）确定评判结果。计算各层级对高架仓库各评价标准的隶属度：

得到W关于权重分配的模糊综合评价结果向量B，即：

得出评价结果为B'：

根据以上计算过程对高架仓库火灾评价指标体系中各层均进行模糊综合评价，得出模糊综合评价结果为G：

再经过归一化处理：

最后根据最大隶属度原则确定评价等级，并得出高架仓库火灾评价结果。

3 实例分析

为了检验基于AHP-CRITIC的高架仓库火灾风险评价模型在真实情况中的准确性、实用性和可靠性，本文选取了某市高架仓库作为评价对象，结合实际情况，根据上述建立的火灾风险评价指标体系对其火灾风险等级进行了评价。

3.1 工程概况

某市高架仓库长50 m，宽38 m，占地1 900 m2，釆用先进密集式仓储自动备货系统，由入库、仓储、备货和空托盘回收系统组成。共有17 排货架，按照2 种高度存储，主要实现产品的托盘入库和出库、整托盘存储和整箱拣选。

3.2 模型应用

3.2.1 评估指标主观权重的计算

邀请10 位专家作为打分者，10 位专家中包含高架仓库从业人员、建筑领域研究人员、消防科学领域从业者及研究人员等，并将该高架仓库的概况、防灾减灾设计、消防设计等信息提供给各位专家。将收集到的10 份赋权数据进行整理，构造比较矩阵，计算各项评价指标的权重。以其中1 位专家对目标层的赋值为例，如表4 所示，其中max=3.000 0，CR=0.000 0，判断矩阵的一致性比率CR=0.000 0＜0.1，一致性检验通过，同样的方法计算二级指标、三级指标和四级指标的权重，验证各判断矩阵均满足CR=CI/RI＜0.1，通过一致性检验，将10 位专家的赋权结果取平均值，得到各指标权重的计算结果见表5。

表4 高架仓库火灾风险评价A 权重计算结果

表5 高架仓库火灾风险评价指标主观权重

3.2.2 评估指标客观权重的计算

基于以上方法理论，对高架仓库火灾风险评价指标的客观权重进行计算。高架仓库火灾风险指标中，一部分指标较为抽象，无法用数值描述，所以用韧性定义进行描述，按照指标对韧性的影响程度分解，按照重要、比较重要、一般重要、比较不重要、不重要分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5 个等级，采用百分制法，即U=［90，100］、［80，90）、［70，80）、［60，70）、［0，60），邀请本研究领域10 位专家，使用百分制法对38 个评价指标进行等级评定。

（1）对收集到的数据计算各指标的客观权重，计算结果见表6。

表6 高架仓库火灾风险指标客观权重

（2）判断相关性，对上述AHP 法得到的权重和CRITIC法得到的权重运用SPSS软件进行相关性分析得到2 种权重的相关系数为0.026，且显著性检验的P值为0.877（＞0.05），说明两者不相关，即这2种赋权法反映的内容相互独立，不具有重复性。

（3）确定综合权重。通过式（1），确定AHP-CRITIC 综合权重j。

将38 个指标的3 个权重计算结果以点线图的形式进行对比，如图1 所示。

点线图清晰地反映了3 种指标权重的分布，通过观察可知，AHP 法和CRITIC 法得到的高架仓库火灾风险指标权重部分差异较大，根据式（1）计算所得的权重曲线介于权重1 和权重2 曲线之间，能够达到中和目的。

3.2.3 综合评价

基于AHP-CRITIC 得到的指标综合权重，运用于模糊综合评价模型中，对高架仓库火灾风险进行评价，将高架仓库火灾风险评价等级集V定义为：安全、较安全、较危险、危险4 个等级，区间分别为：［0，0.25），［0.25，0.50），［0.50，0.75），［0.75，1］。向30 位专家发放问卷，共收回28 份，对调查结果进行整理汇总，并进行归一化处理，得到高架仓库火灾评价指标矩阵，见表7。