基于层次分析法的城市火灾风险评价体系

费广成

（盐城市消防技术服务事务所，江苏 盐城 224001）

城市火灾风险评价是运用科学手段对城市消防管理、部署消防设施建设、制定消防法规、促进经济社会协调发展的一项基础性工作[1].目前，在我国的城市火灾风险评价体系中，对可能引发火灾的各个因素难以进行定量评价，所以从发展火灾科学理论和实际工作的需要出发，急需建立一套科学的评价指标体系来评判城市火灾风险的高低，这对于减少火灾事故的发生具有非常重要的作用.本文引入层次分析法，通过分析影响城市火灾的因素，将定性与定量问题相结合，建立分析指标体系，抽组专家组打分、构造判断矩阵并得出各指标的权重，对城市火灾风险进行评估[2].由于计算工作量很大，笔者编制了Matrix程序，大幅度简化了计算过程.

1 层次分析法概述

层次分析法（AHP）是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂（T.L.Saaty）于20世纪70年代初为美国国防部研究“根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配”课题时，应用网络系统理论和多目标综合评价方法，提出的一种层次权重决策分析方法.该方法的原理是根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，从而最终使问题归结为最低层（供决策的方案、措施等）相对于最高层（总目标）的相对重要权值的确定或相对优劣次序的排定.

2 城市火灾风险评价指标的选取

根据公安部消防局公布的一项统计结果，近年来，中国城市火灾发生率呈上升趋势.21世纪前5年的年均火灾损失达15.5亿元，为20世纪90年代年均火灾损失的4.84倍.因此有必要建立一套完整的城市火灾风险评价指标体系，这对于减少火灾的危险性，预防火灾的发生具有积极的意义.在考虑到评价指标选取的科学性、全面性、可比性、可操作性原则的基础上进行城市火灾风险评价指标的选取.综合已有研究成果[3-4]，选择城市火灾危险指数、城市特征指数、社会管理水平指数和城市消防能力指数这四个影响城市火灾的因素作为评价指标体系的一级指标.

（1）城市火灾危险指数.包括危险品源存在程度、建筑物耐火等级、用电量消耗.

随着经济的发展，生产储存石油、液化气、化学品的工厂仓库，城市天燃气管道，装运易燃易爆化学品的车站、码头越来越多，这些危险品源的存在具有极大的安全隐患，是城市火灾的重要危险因素，必须加强安全生产管理.因此，选择危险品源存在程度为城市火灾危险指数的二级指标.

为了保证建筑物的安全，必须采取必要的防火措施，使之具有一定的耐火性，即使发生了火灾也不至于造成太大的损失，通常用耐火等级来表示建筑物所具有的耐火性.在遭遇火灾时，建筑物耐火等级越高，其主体结构能够支撑时间越长而不遭到破坏；建筑物耐火等级越低，在遭遇火灾时，其主体结构支撑时间短，容易倒塌.因此选择建筑物耐火等级指标作为城市火灾危险指数的另一个二级指标.

工业生产和居民用电量近几年来激增，有些地区电气设备过载，电线陈旧老化，导致火灾发生的随机因素大大增加，因此用电量消耗也是其中一个重要二级指标.

（2）城市特征指数.包括经济密度、人口密度、城市建筑密度、路网密度、气象条件.

经济密度（即人均国民生产总值）、人口密度与火灾的发生密切正相关.一般经济越发达，人口密度越大的地区，火灾的发生率越高.城市建筑密度路网密度高，建筑之间防火间距指标就很难控制，城市火灾危险性和危害性相应增强，如发生火灾，很容易造成火烧连营的局面.路网密度，即单位面积上的道路总长，路网密度越大，消防车就能在第一时间及时到达火灾现场展开施救，从而减少火灾引发的危险.火灾的发生有一个不可忽视的重要原因就是气象条件，降水量、相对湿度、风和气温等气象条件与火灾的发生关系密切，目前许多城市建立了火险气象指数预报服务系统.因此，选择经济密度、人口密度、城市建筑密度、路网密度、气象条件作为城市特征指数的二级指标.

（3）社会管理水平指数.社会管理水平指数体现城市火灾防控的能力，该指数包括公众消防素质、公众防火培训情况和城市临时避难所设置.

公众消防素质指社会成员遇到火灾时的自防自救能力及其对消防活动的支持和参与程度.消防素质的高低是公民消防安全意识和能力的体现.对公众进行消防安全演练和防火培训可以使相关人员掌握逃生技巧，遇到火情时不慌乱，应对自如，以最大限度降低火灾中人员伤亡指标.城市临时避难所也是城市防火能力的重要指标之一.当地震或战争等突发事件引发火灾时，为保护人民生命财产安全而设置临时避难所，在城市的防灾规划中显得很重要.

（4）城市消防能力指数.消防能力指数是城市防御火灾能力的重要体现.它包括了专业消防人员数量、消防车辆配备情况、市政消防供水能力、防火监督检查能力和119火警线和火警调度专用线达标率.

一个城市所配备的专业消防人员数量越多、消防车辆配备越先进，越可以在火灾发生时及时赶赴现场，全力施救，降低伤亡人员和财产损失.市政消防供水能力和城市消防供水平均流量、完好的市政消火栓个数有关，决定了能否保证消防队到达火场后有充足的供水来源，以保证火灾的顺利施救.通过对消防专业人员实施建筑防火审核、防火监督等专职业务的考核检查，可以消除大批火灾隐患，减少火灾发生的几率.119火警线和火警调度专用线达标率关系着发生火情时指控中心能否及时接到火情，瞬时反应，调动消防人员和设备赶赴现场.

3 采用层次分析法确定城市火灾风险评价指标的权重

通过分析影响城市火灾的因素，建立评价指标体系.采用层次分析法，抽组专家组打分、构造判断矩阵，计算得出各指标的权重，利用各影响因子的权重值对城市火灾风险进行评估并提出相应的整改措施，具体计算步骤如下.

3.1 建立层次结构模型

将城市火灾风险评价体系模型分解为目标层、准则层、指标层三个不同层次，并用框图形式说明不同层次的递阶结构和因素间的从属关系，其中上一层次的元素作为准则对下一层次有关因素起支配作用[5].如图1所示，根据城市火灾风险的评价指标建立评价层次分析模型，以城市火灾风险评价综合指数P为目标层，其次火灾危险指数U1、城市特征指数U2、社会管理水平指数 U3、城市消防能力指数U4为准则层；危险品源存在程度U11、建筑物耐火等级U12、……、119火警线和火警调度专用线达标率U45等16个二级指标为指标层.

图1 城市火灾风险评价体系模型

3.2 构造判断矩阵

构建层次结构模型之后，就相当于确定了上下层元素间的隶属关系.下面构造判断矩阵，判断矩阵是表示本层所有元素针对上一层某一个元素的相对重要性的比较，我们将同一层次任意2个元素对于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，得到判断矩阵.例如对于准则层U，其判断矩阵 A=(aij)n×n，aij为指标Ui和Uj相对目标P的重要性标度.

a.抽组专家组：为了使城市火灾风险评价体系更客观、公正，避免人为因素的主观影响，有必要以随机匿名方式抽组相关专业专家组成员，综合各位专家的意见并进行统计、分析及归纳，从而对城市火灾风险做出合理估算，科学分析并打分构造判断矩阵.

b.构造判断矩阵：根据专家组的调研结果、统计数据综合权衡后得出，由准则层各元素相对于目标层的相对权重构造出判断矩阵A；同理由指标层各元素相对于准则层的相对权重构造出判断矩阵B1、B2、B3，判断矩阵的数值是根据往年数据资料、抽组专家组意见综合分析后给出的.判断矩阵的元素aij用1～9标度方法给出，如表1所示.

3.3 层次单排序及一致性检验

层次单排序是根据判断矩阵计算对于上一层某因素而言，本层次与之有联系的因素的重要性次序的权值，它可以归结为计算判断矩阵的特征值和特征向量问题[6].

a.计算矩阵最大特征值和特征向量.由于计算工作量较大，笔者利用自编程序求解矩阵A的最大特征值和特征向量，软件界面如图2所示.输入矩阵维数N=4，输入矩阵的具体数值，计算得到准则层相对于目标层的判断矩阵A的最大特征值λmax=4.062，经归一化后得到该特征值所对应的特征向量W1=（0.482，0.221，0.074，0.223）.

b.矩阵的一致性检验.所谓一致性检验是指对A确定不一致的允许范围.由一致性指标公式计算得出引入平均一致性指标RI（见表2）.

表1 判断矩阵的标度和含义

表2 随机一致性指标RI

计算指标层中二级指标 U11，U12，U13相对于一级指标U1的权重，得到最大特征值λmax=4.062，标准化特征向量为（0.637，RI=0.58，CR=0.028＜0.1.通过一致性检验.同理，可得出其他二级指标相对于一级指标的权重.计算结果见表3.

3.4 层次总排序及一致性检验

上面得到的仅是一组元素对其上一层中某元素的权向量，下面计算各元素对于目标的排序总权重，从而进行城市火灾风险的综合评估.依据层次分析法的计算原理，利用总排序一致性比率公式进行一致性检验.分别计算出指标层相对于目标层的总排序，并检验其一致性.计算结果见表3，若CR＜0.1时，通过一致性检验，可按照总权重表示的结果进行决策；否则需要重新考虑建模或构造一致性比率较大的判断矩阵.

由以上计算分析可以看出各因素的权重从大到小排列依次为：危险品源存在程度、建筑物安全等级、专业消防人员数、建筑密度、气象因素、消防车辆配备、用电量消耗、人口密度、公众防火培训、公众消防素质、119火警线和火警调度专用线达标率、路网密度、市政消防供水能力、经济密度、防火监督检查能力、城市临时避难所.城市管理者如果按照层次分析法对城市火灾风险进行风险评估，按影响因子权重值由大到小的顺序对城市火灾风险进行评估并提出整改措施，将会做到有的放矢，更有针对性.

图2 矩阵特征值及特征向量的求解

4 结语

在我国的城市火灾风险评价体系中，对可能引发火灾的各个因素难以进行定量评价，本文利用层次分析法将定性分析与定量分析相结合，其评价结果能够较准确地反映城市火灾风险的各影响因素所占的比重.该方法与以前的分析方法相比克服了城市火灾风险评价因子难以量化的缺点，使不同的评价因子能够在同一水平下进行分析比较，保证了城市火灾评价的合理性和科学性，可以为城市管理者提供一定的决策依据.

表3 城市火灾风险评价体系层次总排序及一致性检验计算结果

[1]刘方，廖曙江.建筑防火性能化设计[M].重庆：重庆大学出版社，2007：223-230.

[2]易立新，吴立志.城市火灾风险评价的指标体系设计[J].灾害学，2000（8）：109-110.

[3]易立新.城市火灾风险评价的指标体系设计[J].灾害学，2000，15（4）：90-94.

[4]许飞琼，灾害统计指标体系及其框架设计[J].灾害学，1996，11（1）：11-14.

[5]侯遵泽，杨瑞.基于层次分析方法的城市火灾风险评估研究[J].火灾科学，2004，13（14）：203-207.

[6]唐飞，胡隆华，霍然，等.基于层次分析法的城中村区域火灾风险评估模型[J].消防科学与技术，2010，29（6）：533-537.