基于灰色模糊理论的高层学生公寓火灾危险性评价

李卢燕

【摘要】本文针对高层学生公寓的防火安全问题，建立了高层学生公寓火灾风险的多层次评价指标体系，用层次分析法计算各指标的权重，运用灰色模糊理论建立了高层学生公寓的火灾危險性评价模型。然后将这一模型应用到实例，完成了被调查对象的评价工作，用参数评判法和灰色理论确定其安全等级和一级指标对系统的影响程度大小。研究说明灰色模糊综合评判对此类问题的可行性，所建立的评价模型对高层学生公寓的性能化防火设计和施工以及保证学校的安全稳定有着重大的现实意义。

【关键字】高层学生公寓；火灾危险；评价指标体系；层次分析法；灰色模糊综合评判

1引言

随着我国经济的蓬勃发展和高等教育事业的蒸蒸日上，在校大学生人数剧增。与此同时，各类校园突发事件频频上演，尤其是高层学生公寓的失火事件屡见报端。高层学生公寓的建筑形式多为内廊式，平面几何尺寸长，每层房间布置密集，加上高层建筑本身体积大、层数多、空间复杂[1]，烟囱效应（1min烟气传播200m[2]）显著，一旦起火，火势蔓延速率快且难以控制。高层学生公寓居住学生相对集中，人员和物质流动相对集中，可燃物品和各类电器相对集中，用电负荷大及线路交错连接相对集中，造成火灾发生概率大及火灾载荷大。学生自身对火灾发生时的扑救措施和逃生手段又知之甚少，一旦发生火灾将造成惨重的人员伤亡和不可估量的经济损失，严重影响学生的生命财产安全和学校的科教文化建设，甚至带来恶劣的社会负面影响。

高层学生公寓火灾风险评价涉及多个难以量化的影响因素，简单的线性叠加已对评价工作失效，而运用模糊综合评价对火灾风险进行量化分析更具科学性。为了降低高层学生公寓火灾时给师生带来的伤害，提高学生公寓的安全性能和校园的安全稳定性，论文对高层学生公寓火灾风险的各系统因素进行模糊层次分析，运用灰色模糊理论建立了高层学生公寓的火灾危险性评价模型[3]，旨在为高校制定应急疏散预案和相关建筑的疏散避灾策略、性能化防火设计以及校方的消防管理工作提供可靠的依据。

2灰色模糊综合评价的理论概述

2.1评价指标的选取

将系统目标层U按照某种属性划分为n个一级指标，记为 ，集合 则构成第一层次评价指标集；一级指标可细化为若干二级指标集合，二级指标用 （表示第i个一级指标下的第j个二级指标）表示，则第二层次评价指标集记为 ；若有细分，以此类推。整个指标体系中不可划分的指标称为单因素[4]。

2.2评价集的建立

评价集系指评价者判断的评价指标所属的所有评价结果组成的集合，直接反映了评价对象的优劣程度。评价集一般分为5个等级，在应用中，可根据实际情况增减某个级别。就建筑物风险安全评价而言，可将评价集取为 ={很安全，较安全，一般安全，较危险，很危险}。本文中，“很安全”指高层学生公寓能满足防火安全要求并有较大程度的裕量；“较安全”指能满足防火安全要求并有一定程度的裕量；“一般安全”指基本能满足防火安全要求；“较危险”指不能完全满足防火安全要求；“很危险”指存在严重的防火安全缺陷，需立即采取措施补救。

2.3指标权重的计算

指标权重系数表示同层次上各指标对于上层某指标的相对重要程度。层次分析法（AHP法）将定性和定量方法有机地结合起来，是一种应用极为广泛的确定权重的方法。

AHP法将大量模糊、不确定的因素通过定量的方式表现出来，以建立递阶层次结构模型为基础，采用9级标度法将专家对同级各指标的两两相对重要性加以数字量化，构造上层某指标对下层相关指标的判断矩阵，此矩阵的特征向量的各分量即为各指标的权重[5]。最后，需用指标 、 、 和 对判断矩阵进行一致性检验。设一级指标权重集表示为 ，二级指标权重集记为 。

2.4单因素隶属度的确定

隶属度为单因素指标对于某一评价等级的数字量化后经归一化处理的结果。本文采用模糊统计法确定隶属度：首先需要制作专家打分表，各位专家依据自身经验和调查分析结果对每项单因素指标所归属的等级进行认定，并在打分表上相应位置处做标记；然后进行多张打分表的数据汇总。以具有2个层次的指标体系为例，单因素的隶属度就是单因素指标Uij在等级Vj上的打分专家人数与被聘请专家总人数之比的归一化处理结果。隶属度的规律集合即单因素评判矩阵，设为Ri，可表示为

2.5模糊综合评价

采用加权平均法进行模糊综合评判[6]。设系统目标层具有二级评价指标，则需要对系统进行二级模糊综合评判。

2.5.1一级模糊综合评判

3应用实例

为了对高层学生公寓火灾危险性进行定量分析和评估，现选取某高校一高层学生公寓作为实例，以公寓详尽的设计资料和消防专家参与的调查资料为依据建立高层学生公寓评价指标体系，借以评估其火灾风险。

3.1 系统评价指标集的建立

高层学生公寓火灾风险评价指标集是一个多层次、多指标评价体系。综合考虑与高层学生公寓消防安全有关的各种因素及其相互作用，建立火灾危险性评价指标体系，如表1所示。表1给出了高层学生公寓火灾安全的3个一级评价指标，分别为主动防火系统、被动防火系统和消防安全管理。其中主动防火系统划分为2个二级指标和5个三级指标，被动防火系统划分为4个二级指标和20个三级指标，消防安全管理划分为2个二级指标和7个三级指标。

3.2各指标权重的计算

现以确定主动防火系统中的5个三级指标的权重为例，建立判断矩阵如下：

同理，其他同层次上各指标的权重见表1。

3.3用模糊统计试验求单因素指标的隶属度

现分别聘请规划、消防、设计、管理等多领域的专家组成专家调查组，结合实际和经验，对系统中各单因素进行等级认定，打分汇总后的隶属度数值如表1所示。

3.4运用加权平均法和模糊矩阵的合成运算得到评判结果

由于A=（0.4，0.4，0.2），则系统目标层对于各评价等级的隶属度即目标层的模糊评判结果为B=A·R=（0.381，0.252，0.254，0.085，0.028）。从结果看，系统属于“很安全”等级的隶属度最大，故系统安全。

至此，没有运用目标层隶属度带给我们的全部信息，故常采用等级参数评价法对此进行补充。这种方法往往赋予各等级评价参数作为标准，然后用加权平均计算出系统的量化指标以确定其安全等级。高层学生公寓火灾风险等级参数向量为V={95，80，60，40，20}，见表2。

由此计算出高层学生公寓最终的评判结果，即该高层学生公寓安全等级为Ⅱ级，处于较安全状态。

3.5用灰色关联分析计算关联度

由此可见， ，说明建筑物中被动防火系统对于学生公寓防火安全至关重要，故在公寓设计、施工以及后期装修中一定要保证被动防火系统规范、合理，以从根源减少火灾隐患、防止火灾事故的发生。高层学生公寓层层构造相同，防火与防烟结构以及疏散功能可能不尽如人意，加上学生用电负荷大，公寓内配电系统不完善，都会导致火灾的发生。主动防火系统设置欠佳是学生公寓火灾发生的次要原因，消防安全管理在一定程度上也影响着学生公寓防火安全。故加强学生的消防安全意识、定期组织消防培训和演练对消除公寓内火灾隐患也十分重要。

4结论

本文以某高校高层学生公寓为例，运用层次分析法、模糊数学和灰色关联理论建立了高层学生公寓火灾危险性评价模型，证明了灰色模糊综合评价法对于建筑物火灾风险评价的可行性。灰色模糊评价法是研究建筑物火灾危险领域的理论基础，科学地完成高层学生公寓火灾危险性综合评价，对学生公寓的性能化防火设计和施工以及保证学校的安全稳定有着重大的现实意义，同时对高校制定应急疏散预案和高层建筑的疏散避灾策略提供参考依据。

参考文献：

[1]陈亮.高层公寓建筑防火设计探讨[J].武警学院学报，2008，24（6）：30-32.

[2]杜晋浩. 高层建筑火灾特点和扑救对策初探[J].减灾技术与方法，2011（5）：15-19.

[3]范维澄，孙金华，陆守香.火灾风险评估方法学[M].北京：科学出版社，2004.

[4]段秉乾，司春林.基于模糊层次分析法的产品创新风险评估模型[J].同济大学学报（自然科学版），2008，36（7）：1002-1005.

[5]贾水库.层次分析法在高层学生公寓火災危险性评价中的应用[J].中国安全科学学报，2009，19（5）：114-118.

[6]陈贞玉.模糊综合评价法在城市火灾风险评估中的应用[J].中国科技信息，2010（21）：306-308.

[7]刘思峰，党耀国等.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2010.