基于G1-改进熵权法的老旧社区消防韧性研究

杨甜甜 万杰 李峰

（1.西安建筑科技大学资源工程学院，陕西西安 710055；2.西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安 710055；3.陕西省建筑科学研究院有限公司，陕西西安 710003）

0 引言

随着社会经济的快速发展，城市老旧社区的数量也越来越多。老旧社区由于其建造年代较早及建筑结构、建筑材料的特殊性，其发生火灾的概率更高。国内外学者针对老旧社区火灾风险评估研究取得了一定成果。李睿［1］通过对我国城市老旧社区的实际调研分析发现，目前老旧社区的消防情况大都较为消极，建筑老旧且消防设备设施落后。周利敏等［2］认为韧性是一种动态的过程，强调“韧性”的概念可以应用于各个社会科学，主张管理部门需要将创新与实际应用相结合，从而实现真正的韧性理念。陈利等［3］认为基于“韧性”可以从不同的切入点和规划视角去建设城市，通过学习和了解韧性城市的规划要求，解释了韧性城市下的工作机制及相应的评估方法，为规划韧性城市提供了策略。鉴于城市老旧社区的消防安全韧性影响因素众多，本文查阅消防安全及韧性的相关概念，采用5M理论等方法构建城市老旧社区消防韧性指标体系。

本文以老旧社区消防韧性的基本建设为要求，建立老旧社区消防韧性指标体系，运用G1 法和改进熵权法计算各指标组合权重，结合DEMATEL 模型进一步找出影响老旧社区消防韧性的关键因素，为建设消防韧性较高的老旧社区以及老旧社区的评估提供理论支撑。

1 老旧社区消防韧性相关理论

1.1 消防韧性的作用机理

老旧社区消防韧性系统的特点是在承受一定程度外部作用力下仍能保持功能完好，具有应对破坏与恢复能力，并能建立灾害事故承受与恢复能力提升的机制。老旧社区的消防韧性体现在火灾的灾前维持稳定、灾中抵御及灾后恢复适应的全过程，其作用机理如图1 所示。

图1 消防韧性作用机理

1.2 老旧社区消防安全问题

老旧社区消防设备设施较其他区域落后，尤其在消防给水系统、灭火系统和设施、火灾自动报警系统等方面给社区消防安全带来极大隐患；老旧社区的建筑由于建造时间长，建筑物年久失修，整体来说比较复杂且混乱，社区内建筑的耐火等级情况也相对较差；老旧社区人口数量与需求不断增加，空间被加建设施侵占，导致社区内建筑连接成片，使得社区内建筑密度越来越大，传统社区内空间的尺度愈来愈小，对于火情的控制与隔离效果越来越差；老旧社区内的人员因素，例如社区内小区建筑内部可燃物的堆积，社区居民明火使用情况，燃气的使用和存放情况；另外，经常出现私拉电线等不安全行为，社区内部的电气线路问题是社区引发火灾的重要因素。老旧社区消防安全管理部分缺乏日常的消防安全教育宣传工作，制定灭火和应急疏散预案，进行定期的消防疏散演练和开展经常性的消防安全宣传教育。

2 社区消防韧性指标体系

2.1 指标选取原则及方法

（1）指标选取原则。老旧社区有建造年代久、消防器材及设施不完善等特点，建立老旧社区的指标体系中构成的因素或指标众多，各个因素及韧性指标之间密切联系。依据正确的指标选取原则建立指标体系，根据所建立的指标体系进行韧性评估，能够给老旧社区消防管理提供依据，从而可以提高老旧社区的整体消防韧性水平。在确定评价指标时，需要遵循以下5 个原则：得到预期目的性原则、保证评价体系层次完整性原则、所制订方案应具有可操作性原则、各个指标之间相对独立性原则以及整个指标体系全面系统性原则。

（2）指标体系建立方法。通过5M 理论从人的因素、建筑物状态、基础设施、外部环境、管理因素这5个方面对评价系统加以分析，选择各级指标并建立指标体系。把目标问题分成准则、方案及目标之后，再进行定性和定量分析。压力层指标通常用来表示人自身的日常活动或者外界环境对整个系统造成的影响，状态层的指标通常用来形容整个系统在受到外界影响时自身的反应，而响应层指标则强调事后的应急反应能力。本文的研究对象为老旧社区，影响其消防韧性的因素较多，本文运用G1 法及改进熵权法计算指标权重。

2.2 社区消防韧性指标体系构建

老旧社区的影响因素有很多，各个因素的影响程度也会有所不同。参考我国现行的建筑类相关规范和实际情况构建了三层指标体系，一级指标（目标层）为老旧社区消防韧性，属性层为压力层、状态层、响应层共3 个，二级指标共5 个，三级指标共26 个，表1 为老旧社区消防韧性指标体系。

表1 老旧社区消防安全韧性指标体系

3 权重确定及DEMATEL 模型构建

3.1 G1 法确定权重

G1 法也称序关系分析法，是一种主观赋值分析法，其在层次分析法的基础上改进，避免了层次分析法中需要将所有指标的重要程度进行两两比较并构造判断矩阵这一步骤，G1 法的主要思路是对各层指标建立序关系，即按照重要性进行排序，然后按照此序关系将相邻指标进行比较，分析指标间的重要性大小关系以及内在联系，进而对各层指标的重要程度进行对比。

（1）建立层次结构。用A 表示目标层，B1、B2、…、Bn表示决策层，B11、B12、…、Bnm（n为决策层数量，m为该决策层的指标数量）表示指标层。

（2）确定各层指标序关系。

（3）确定相邻指标之间的相对重要性比值：

（4）确定单个指标权重：

（5）确定其他指标权重：

3.2 改进熵权法确定权重

熵权法主要用于评价指标的客观赋权，具有很强的客观性和精准度，与原始熵权法相比，本文通过引入变异系数来衡量消防韧性影响因素指标的变异性，挖掘消防韧性影响因素潜在信息和不同系统目标指标间的差异性，能在一定程度上提高指标权重结果的合理性及准确性。

（1）构建初始矩阵A：

其中，i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m。Aij为第i个评价指标下的第j个被评价对象的值。

（2）采用Z-score 方法对初始矩阵A中的各指标值进行标准化处理；分别计算第i个指标的均值和标准差，得到标准化矩阵A*=（a*ij）m×n，经过无量纲处理后，a*ij∈［0，1］。

（3）计算指标的变异系数：

（4）指标归一化：

（5）计算各指标的熵值：

（6）计算各项指标的冗余度：

（7）计算各个指标的权重：

3.3 组合权重

本文在计算各指标权重结果时，将G1 法和改进熵权法进行组合，避免结果过于主观或客观，使权重结果更具有说服力。组合方式采用线性加权，最终权重向量计算公式为：

3.4 DEMATEL 模型构建

决策试验与评价实验法是美国学者于20 世纪70 年代初在科学与人类事务计划中提出来的，它将矩阵和图论2 种工具结合起来，用可视化的方法分析和解决复杂系统问题，是一种用来研究分析各因素之间相互影响程度与作用关系的计算方法。DEMATEL 模型实施步骤如下：

（1）建立直接影响矩阵A=（aij）n×n：

（2）将直接影响矩阵经标准化处理，得到的标准化矩阵为B：

（3）建立综合影响矩阵T：

（4）计算各指标的影响度和被影响度，中心度和原因度。

（5）绘制因果关系图。

4 实例分析

4.1 西安某社区概况

经实地调研可知，该老旧社区位于西安北二环的繁华地带，该社区内建筑全部为西安某小区组成，该小区于1998 年建成，建筑面积42 万m2，分为东西两区，此社区为东区共有50 栋楼，建筑类型为多层板楼，无电梯。目前小区内老年人较多，另外还有部分租户居住。

4.2 确定各韧性指标权重

经计算所得各个韧性指标G1 法主观权重、改进熵权法客观权重、组合权重及各个权重值排序情况见表2。

表2 社区消防韧性各指标权重

4.3 DEMATEL 模型分析

由3.4 节中建立的模型，进一步归一化直接影响矩阵，利用Matalb软件确定综合影响矩阵，进而利用3.4 节中的式（15）—式（18）计算得到影响度、被影响度、中心度和原因度，结果见表3。

表3 各指标中心度、原因度、影响度、被影响度结果

为了更加直观地观察各指标在韧性系统中的地位及因果关系，找出核心影响因素，分别以中心度和影响度为横坐标，以原因度和被影响度为纵坐标，绘制消防安全韧性影响因素原因度-中心度关系图和消防安全韧性影响因素影响度-被影响度关系图，具体见图2—图3。

图3 影响度-被影响度关系

4.4 结果分析

综合以上主客观组合法权重计算、消防安全韧性DEMATEL模型分析及影响因素综合重要度分析可得，应急处置与救援、火灾烟气自动报警系统、消防设施及电气设备定期维护、疏散通道宽度及畅通性等影响因素在几种分析模型中的重要度均较为靠前，是影响社区消防安全韧性的核心因素。

5 结论

（1）对于老旧社区来说，由于其建筑及消防设备设施老旧，所以消防工作尤为重要。本文首先通过实际调研、文献分析及专家询问等方法甄选消防韧性影响因素，进而建立老旧社区消防韧性影响因素指标体系。

（2）计算各指标权重，引入G1 主观赋权法及改进熵权法来计算组合权重，使权重结果更合理且具有说服力，对各指标组合权重进行排序，明确各指标处于韧性系统中的地位。

（3）结合DEMATEL模型，对社区的韧性影响因素进行分析，得出应急处置与救援、火灾烟气自动报警系统、消防设施及电气设备定期维护、疏散通道宽度及畅通性是关键性因素，应重点关注。