基于AHP-FCE方法的高层住宅建筑火灾风险评估研究

陈 昕 陈大伟副教授

(首都经济贸易大学 管理工程学院，北京 100070)

0 引言

近些年，建筑火灾事故频发，相关领域的专家学者对火灾风险评估和预防措施的研究更加迫切，2015年陈骥等[1]、2013年王粟等[2]研究了高层建筑火灾风险，在综合考虑高层建筑空间火灾特点及发展过程的基础上，利用灰色关联度分析法构建了高层建筑火灾系统的灰色关联评价模型；2008年田玉敏等[3]基于安全系统工程的思想，建立了建筑火灾风险评价指标体系，通过专家打分和层次分析法，计算得出各评价指标的权重值；2015年张立宁等[4]运用事故致因分析及专家调查等方法，根据高层民用建筑火灾风险评价的特点，引入未确知C-均值聚类智能化方法，建立了基于未确知聚类的高层民用建筑火灾风险综合评估模型；2015年段美栋等[5]考虑到评估过程的不确定性及评估方法的低扩展性，建立了基于模糊网络分析法(FANP)与误差反向传播神经网络(BP网络)的高层建筑火灾风险评估模型；2002年杜红兵等[6]在建筑设计防火规范的基础上，参考专家意见，通过模糊综合评价法建立了高层建筑火灾风险评价模型；2008年张叶等[7]依据高层建筑火灾特点，建立基于灰色欧几里德关联理论的疏散安全二级评估模型。2014年Xiao-qian SUN等[8]提出进行高层建筑火灾风险评价时要从危险识别、场景设计火灾、定量风险分析、与可接受标准比较、风险管理程序5方面进行全方位的火灾风险评估。

风险评估过程中往往会被主观思想左右，如何提高风险评估方法的科学性及合理性，如何保证评估结果的准确性及有效性，是当前不断研究的课题。AHP-FCE是一种将定性评价转化成量化评价的一种科学、合理的方法。将其应用于高层住宅建筑火灾风险的评估中，将会有效控制评估过程中的主观性，使得评估结果具有参考价值。

1 AHP-FCE方法应用于高层住宅火灾风险评估的科学性分析

高层住宅建筑火灾风险评估利用AHP-FCE，是将传统的定性分析转换成了比较严谨、准确、科学的量化分析[9]。AHP部分将高层建筑火灾风险评估看作为一个系统的风险评估，考虑影响火灾风险大小的各个因素，并将所有因素按照自上而下的层次进行阶梯式的分级，构建火灾风险评估体系，将传统的专家对各因素打分转换成两两因素进行比较，通过对比值1-9来表示同等重要—绝对重要，根据层次分析法的数学计算原理，计算各因素的权重值[10]，AHP使得各因素权重值更加科学化。FCE部分通过确定权重向量、评价集、隶属度矩阵，运用模糊数学运算算子，进行模糊综合评价，计算目标层和准则层的风险隶属度向量，FCE使得风险评估结果更加科学。

高层住宅建筑火灾风险评估方法众多，评估核心思想大同小异，利用AHP-FCE评估高层住宅建筑火灾风险是使得原本单一的风险评估方法更加合理，避免由于主观思想造成最终评估结果的失真[11]。AHP采取两两因素比较，通过判断矩阵和特征向量，计算各因素的权重值，通过一致性检验判断权重值的合理性，相比较传统的专家对各因素打分，更加合理。利用Yaahp软件进行AHP计算各因素权重值，构建相关因素判断矩阵过程中，软件将会时刻检验判断矩阵的合理性，避免造成因素重要度混乱，相比较传统的、直接的因素重要度排序更加合理。多名专家对各因素两两比较的结果，采用判断矩阵集结的形式，进行群决策计算，得出各因素的权重值，相比较多名专家结果平均值计算，更加合理[12-13]。

2 基于AHP-FCE方法的高层住宅建筑火灾风险评估流程与体系

2.1 高层住宅建筑火灾风险评估流程

高层住宅建筑火灾风险评估流程由2部分组成——AHP部分和FCE部分。AHP部分主要是构建火灾风险评估体系和计算各因素权重值。FCE部分主要是确定权重向量、确定评价集、确定隶属度矩阵和模糊计算，如图1。

图1 高层住宅建筑火灾风险评估流程Fig.1 Fire risk assessment process for high-rise residential buildings

2.2 高层住宅建筑火灾风险评估体系

通过咨询相关领域的专家和查阅相关方面的参考文献[1-5]，结合《建筑设计防火规范》GB 50016-2014，构造出符合高层住宅建筑共性的火灾风险评估体系，如图2。

图2 高层住宅建筑火灾风险评估体系Fig.2 Fire risk assessment system for high-rise residential buildings

3 案例验证分析

为检验AHP-FCE在现实中评估高层住宅建筑火灾风险的实用性和可操作性，选取了某高层住宅建筑作为评估对象，根据上述高层建筑火灾风险评估流程和体系，评估某高层住宅建筑火灾风险等级，其中风险等级参照《建筑设计防火规范》《建设工程消防监督管理规定》等标准规范，结合实际情况和访谈情况，分为非常安全、安全、比较安全、比较危险、非常危险5个等级。

3.1 某高层住宅建筑概况

某高层住宅建筑2005年建成，共28层，单层2.9m，建筑总高度81.2m，每层公共区域配自动喷淋系统和自动报警系统，消防栓系统和灭火器大部分楼层齐全，配备2部电梯和2个疏散楼梯。

3.2 计算各评价指标权重

将高层住宅建筑火灾风险评估体系导入Yaahp软件，导出问卷邀请多位专家对各层次指标两两进行比较，计算出各层次评价指标权重值，见表1。

表1 某高层住宅建筑火灾风险评估指标权重值Tab.1 Weights of fire risk assessment indicators for a high-rise residential building

3.3 确定权重集

WA=(0.140 8,0.279 8,0.258 9,0.320 5)

WB1=(0.367 4，0.248 4，0.384 2)

WB2=(0.212 4，0.223 2，0.132 1，0.195 7，0.236 6)

WB3=(0.228 4，0.187 2，0.342 1，0.242 3)

WB4=(0.133 6，0.178 8，0.129 5，0.134 8，0.159 5，0.263 8)

3.4 确定评价集

采用5级5分制，把评价集划分为5个评价等级，V={V1，V2，V3，V4，V5}={非常安全，安全，比较安全，比较危险，非常危险}，见表2。专家将会根据评价集，对各评估指标进行打分，最后结合权重得出高层住宅建筑整体评价集。

表2 评价等级对应分数Tab.2 Evaluation level corresponding score

3.5 确定隶属度矩阵

根据多位专家的打分，评价指标所属某评价集的隶属度=选择某评价集的专家人数/专家总人数，算出准则层的隶属度矩阵。

3.6 模糊综合评价

(1)防火能力的风险隶属度向量。

B1=WB1°R1

=(0.367 4，0.248 4，0.384 2)

=(0，0.323 2，0.676 8，0，0)

(2)灭火能力的风险隶属度向量。

B2=WB2°R2

=(0.212 4，0.223 2，0.132 1，0.195 7，0.236 6)

=(0，0.078 3，0.420 4，0.501 3，0)

(3)安全疏散能力的风险隶属度向量。

B3=WB3°R3

=(0.228 4，0.187 2，0.342 1，0.242 3)

=(0，0.037 4，0.312 3，0.581 8，0)

(4)安全管理能力的风险隶属度向量。

B4=WB4°R4

=(0.133 6，0.178 8，0.129 5，0.134 8，0.159 5，0.263 8)

=(0，0.105 7，0.363 0，0.403 7，0.127 6)

(5)高层住宅建筑风险隶属度向量。

A=WA°B

=(0.140 8,0.279 8,0.258 9，0.320 5)

=(0，0.111 0，0.410 1，0.420 3，0.040 9)

3.7 评价结果及建议

(1) 通过各因素权重值可以看出，安全管理能力是高层住宅建筑火灾风险评估体系中最重要的部分，其中的消防知识宣传、管理人员消防业务水平、消防车道通道3个指标比重较大，但选取的研究对象的消防知识宣传不到位、未配备专职消防人员、消防通道被占情况非常严重，因此消防知识宣传、管理人员消防业务水平2个指标为比较危险，消防车道通畅指标为非常危险，综合来看，安全管理能力为比较危险。因此研究对象应该在重要的消防节日对居民们进行消防安全教育，定时一周或者两周在小区公告栏处进行消防知识的宣传，包括如何安全用电、安全用气、安全用火，消防设备设施如何使用，火灾隐患如何识别和处理等等。可以印发消防安全宣传单和宣传手册，发到每家每户，不断提升居民消防安全意识。聘用有经验、有资质的安全管理人员，设置消防安全管理机构，有专门的消防管理人员负责，不断的提高消防安全管理的科学性[14]。在日常的管理过程中，严防消防通道占用情况出现，通过教育、处罚等方式，杜绝该现象出现。

(2) 通过各因素权重值可以看出，灭火能力在风险评估体系中比重次之，灭火器、微型消防站、义务消防队3个指标在灭火能力中所占比重较大，但选取的研究对象灭火器数量不足、部分失效，微型消防站设置不合理，管理不规范，设备设施配备不齐全，义务消防队虽组建，但成员技能水平不一，缺少必要的技能培训，因此灭火器、微型消防站、义务消防队3个指标为比较危险，综合来看，灭火能力为比较危险。因此研究对象应该建立消防设备设施定期检查制度，建立日查、周查、月查情况簿，遇到数量不对、部件短缺，及时补全，并记录在案，向安全主管领导一周进行一次安全检查汇报[15]。建立定期维修制度，消防专业管理人员需定期对设施设备的性能进行检查，对有问题的进行维修，对失效的进行报废处理。建立消防设备设施管理档案，记录生产时期、巡检情况、维护情况，及时了解设备设施可靠度，及时维修或报废。加强微型消防站建设，配备必要的消防设备，有明确的管理制度。建立一支能力高、意识强的义务消防队，定期培训，加强演练。

(3) 通过各因素权重值可以看出，安全疏散能力在风险评估体系中比重排第三，疏散楼梯、应急照明设施也是其中重要的部分，选取的研究对象疏散楼梯间堆放杂物，楼道应急照明设备损坏或缺少，因此疏散楼梯和应急照明设施指标为比较危险，综合来看，疏散能力为比较危险。因此研究对象应配备专门的日常巡检人员，查看各楼梯间的使用情况，及时处理杂物堆放问题，定期检查应急照明设施的可靠度，及时维修或更换故障设施。

(4) 防火能力方面，本文只对电气防火、防火分区、火灾荷载进行分析，通过各因素权重值可以看出，其中最重要的是火灾荷载，选取的研究对象在电动车管理上比较严格，禁止在楼道停放与充电，对用电、用气的安全使用进行了宣传，因此在这3个方面专家评分都是比较安全的。

(5) 根据最大隶属度思想，选取的研究对象整体评估结果为比较危险，需要根据各指标评估结果进行相应的整改和制定安全管理措施。

4 结论

将层次分析法(AHP)与模糊综合评价法(FCE)结合，利用AHP构建火灾风险层次评价指标体系，邀请专家对各因素进行两两比较，采用判断矩阵集结形式，并经过一致性检验后确定各因素的权重值，有效避免传统打分的主观性，利用FCE将权重值与隶属度矩阵通过模糊算子计算，得出火灾风险评估结果。

(1)将AHP-FCE应用于高层住宅建筑火灾风险的评估中，选取某高层住宅建筑作为评价对象，使用AHP-FCE进行火灾风险评估，得出的风险评估等级为比较危险，符合现实情况，达到预期效果。

(2)AHP-FCE应用到高层住宅建筑火灾风险评估，科学合理，符合现实，可操作性强。