基于DEMATEL/ISM的地下商业街火灾风险影响因素研究

张轩语 万杰

(1.西安建筑科技大学资源工程学院 西安 710055； 2.西安建筑科技大学建筑学院 西安 710055)

0 引言

地下商业街是城市人员密集场所，由于其建筑位置的特殊性，一旦发生火灾也更加复杂和难以扑救，主要体现在以下几个方面：一是地下商业街通风不利，更易造成烟气聚集，引发更大的危险；二是商业街内所销售的物品有很多极易点燃并释放有毒气体，使人窒息死亡；三是地下建筑的建造结构较为复杂，疏散时易造成堵塞。

目前国内已有学者对地下建筑火灾进行了研究。马德仲等[1]根据地下建筑火灾场景建立贝叶斯网络模型，提出利用Visual Basic+MATLAB混合编程的方法开发了地下建筑火灾风险评估系统。而地下商业街结构具有特殊性，各影响因素间具有关联及耦合效果，已不能局限于进行单一风险因素对火灾的影响分析。为对地下商业街的火灾影响因素之间的耦合关系进行分析，本文引入DEMATEL/ISM方法构建了火灾风险因素指标体系，建立多层次递阶解释结构模型，为地下商业街的消防安全管理提供借鉴。

1 DEMATEL/ISM方法介绍

DEMATEL(决策试验与评价试验法)是从各要素的相关性出发，计算各要素对其他要素的影响度、被影响度、原因度以及中心度，最终确定每个因素在系统中的重要性。由于DEMATEL方法不能明确得出影响因素之间的耦合关系，因此本文引入ISM(解释结构模型)方法。ISM是在不损失系统功能的前提下给出层次化的拓扑图[2]。本文将运用ISM方法建立多层次递阶解释结构模型，进而对因素之间的耦合关系进行分析。

2 火灾风险影响因素体系构建与分析

2.1 地下商业街火灾风险影响因素指标的选取

复杂系统的事故致因包括部件失效、交互紊乱和外界环境扰动，当这3种致因因素缺乏约束或约束失效就可能导致事故发生[3]。本文以陕西省某地下商业街R为研究对象，该商业街以经营餐饮为主，人群易长时间聚集，疏散难度大。通过收集该地下商业街的消防制度、人员、消防设备、建筑结构等信息，以事故致因等理论为基础，分析文献和典型火灾事故案例，并与建筑消防专家及消防管理人员反复讨论后得出包括人员、设备、环境、管理4个方面的地下商业街火灾风险影响因素16项，并设指标集合为P，P={F1，F2，…，F15，F16}，如图1所示。

图1 地下商业街火灾风险影响因素指标集合

2.2 DEMATEL模型的确定

2.2.1 直接影响矩阵的建立

由于因素之间的影响程度具有模糊性，故不宜采用精确表达，通常用{无，弱，较强，强}表示。本文使用0、1、2、3的标度来反映不同因素之间的影响关系(各因素之间两两比较两次，即Fi对Fj的影响程度与Fj对Fi的影响程度，如“1”表示Fi对Fj的影响程度较弱)，“0”表示无影响，“1”表示影响较弱，“2”表示影响中等，“3”表示影响较强。笔者访问了2名一级注册消防工程师以及3名该地下商业街消防管理人员，使用德尔菲法得出地下商业街R火灾风险影响因素的直接影响矩阵C，如表1所示。

表1 直接影响矩阵C

续表1

2.2.2 计算综合影响矩阵

首先计算规范化直接影响矩阵为

(1)

利用MATALB软件输入规范化直接影响矩阵C′后，计算得出综合影响矩阵T。

2.2.3计算因素的影响度、被影响度、中心度、原因度

根据综合影响矩阵T计算各因素的影响度Di(见式(2))、被影响度Gi(见式(3))、原因度Mi(见式(4))、中心度Ni(见式(5))，结果如表2所示。其中，中心度表示该因素在系统中的重要程度；原因度大于0为原因因素，原因度小于0为结果因素。

(2)

(3)

Mi=Di-Gi(i=1,2,…,n)

(4)

Ni=Di+Gi(i=1,2,…,n)

(5)

表2 因素的影响度、被影响度、中心度、原因度

2.2.4 绘制火灾风险影响因素因果图

以中心度为横坐标，原因度为纵坐标，绘制原因-结果图，如图2所示。

图2 影响因素原因-结果图

2.3 构建ISM模型

2.3.1 计算整体影响矩阵与可达矩阵

根据综合影响矩阵T得出整体影响矩阵H(见式(6))。为计算可达矩阵U(见式(7))，需确定阈值λ，不同阈值得到的多层次ISM模型也不同，λ的确定方法有多种，较为常用的是专家讨论法，综合影响矩阵的均值或均值加标准差的值作为阈值[4]。通过对不同阈值的比较，经过与专家讨论以及多次取值分析，本文选取综合影响矩阵的均值λ=0.149作为阈值，从而得出可达矩阵。

H=I+T=hij(n×n)

(6)

式中，I为单位矩阵；T为综合影响矩阵。

(7)

式中，uij=1表示元素Fi对Fj有直接影响；反之，表示无直接影响。

2.3.2 建立多层次递阶ISM模型

根据式(8)、式(9)得出可达集合Ri与先行集合Si，利用式(10)对影响因素进行分层。如i=3、5、10、16满足式(10)，则集合{F3,F5,F10,F16}属于第一层级因素，此时划去此集合中因素的行与列。以此类推，可得出集合{F4,F11}、{F6,F7,F12,F14}、{F1,F2,F13,F15}、{F9}、{F8}分别属于第二、三、四、五、六层级因素。最后根据复杂网络理论及可达矩阵，得到多层次递阶的ISM模型，该模型中因素间连线表示两因素有直接影响，如图3所示。

Ri={Fj|Fj∈P,uij≠0}(i=1,2,…,n)

(8)

Si={Fj|Fj∈P,uji≠0}(i=1,2,…,n)

(9)

Ri=Ri∩Si(i=1,2,…,n)

(10)

2.4 结果分析

结合以上研究以及对图2、图3分析如下：

(1)影响因素分析。16项影响因素中的原因因素有F1、F2、F4、F8、F9、F12、F14、F15等8项，结果因素有F3、F5、F6、F7、F10、F11、F13、F16等8项。根据图2分析可得，在原因因素中，F2、F8的原因度较大，是影响火灾风险的关键因素；而在结果因素中，F3、F16是引发火灾的主要原因。

(2)中心度分析。影响因素的中心度表示各因素在火灾风险中的重要性。由表2可得，因素重要度由高至低为F13、F2、F16、F15、F12、F1、F14、F11、F3、F4、F8、F7、F5、F9、F6、F10。在重要度最高的4项中，有3项为管理方面的影响因素，1项为人员方面的因素，表明该地下商业街的管理因素对火灾风险的管控具有至关重要的作用。

(3)因素关系分析。由图3可得，地下商业街火灾风险因素包括本质致因、间接致因和直接致因，共分为6个层级，其中F3、F5、F10、F16等4项因素为造成火灾事故的直接致因，其他因素通过影响直接致因进而影响地下商业街的火灾风险，通过影响消防人员工作能力、机械排烟设备状态以及消防安全管理进而影响地下商业街的安全。其次，影响该地下商业街火灾风险的因素主要分布在第三、四层级，此类因素之间关系较为复杂，发生火灾后易导致风险互相传递，消防人员工作能力、消防资金投入量等因素为最大间接原因，应加强重点因素控制，避免火灾发生。最后，F2、F8、F13、F15等4项的节点数较多，其中F2、F13、F15中心度排序靠前，F2、F8的原因度较大，表明该地下商业街的消防人员工作能力、地下建筑结构的复杂度、消防资金的投入量和消防安全规程的执行这4项重要性更大，并能与更多的因素有直接关系，即与大部分因素都有密切因果关系，是影响火灾风险的关键因素，易形成火灾的深度演变，应予以重点改进。

图3 多层级ISM模型

3 地下商业街消防安全管理改进建议

将所得结果与调研的该地下商业街消防制度、消防设备等信息进行对比分析，并提出以下建议：

(1)影响因素中的顾客安全意识与消防巡查监控为重要结果因素，且经长期在该地下商业街调查得知，商业街目前消防安全制度执行力度和消防文化宣传力度很低，极少组织消防疏散演练，导致民众的火灾风险意识不强。因此建议地下商业街加强消防巡查，积极开展消防演习，提高群众的消防安全意识。

(2)该地下商业街在日常消防管理中，对中心度排序靠前以及节点数较多的因素应投入更多人力、物力来保证系统正常运转，对于其他因素也必须给予一定的资源进行管理，建议有梯度地分配资源从而保障消防安全。

4 结论

(1)本文对地下商业街的16个火灾风险影响因素进行研究后建立了DEMATEL模型，得出16个影响因素的重要度并绘制了因果图，通过构建ISM模型，得出了各因素之间的关联性以及重要度排序。

(2)分析结果表明，消防人员工作能力、消防资金投入量和消防安全规程执行力度的中心度排名较为靠前，地下建筑结构复杂度、消防人员工作能力的原因度较大，且这几项的ISM模型节点数均较多，是影响该地下商业街火灾风险的关键因素。