基于层次分析法的城中村区域火灾风险评估模型

；肖防　管理研究　基于层次分析法的城中村区域火灾风险评估模型　唐飞，胡隆华，霍　然，徐　勇，祝　实，姚斌　（中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽合肥２３００２７）　摘要：基于层次分析法从火灾的危险程度、居住区的基　本特征、火灾控制能力三个方面对城中村区域火灾影响因素进　行研究，获得典型风险参数数值和典型风险参数权重大小，建　立城中村区域火灾风险的分析评价模型。用Ｍａｔｌａｂ软件编制　城中村区域火灾风险的分析评价程序，并应用该软件对某典型　城中村进行火灾风险分析。　关键词：城中村；火灾；风险评估；层次分析法　中图分类号：Ｘ９２。ＴＵ９９８．１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—００２９（２０１０）０６—０５３３—０５　随着经济的快速发展，城区规模急剧扩大，一些原属　郊区的村社被“圈”进了城里，形成了“城市里的村庄”、　“村子里的城市”，即城中村。城中村从原来的村社逐步　变成了集居住、经营、娱乐为一体的综合小区，外来人员　和出租屋数量的急剧增加造成了十分严重的消防安全隐　患，如城中村消防车道、防火间距不符合规范、消防水源　严重不足、用火用电管理混乱等。同时，城中村普遍存在　着建筑容积率高、人员密度大、布局缺乏合理分区规划、　建筑耐火性能差、缺乏消防设施、人员自救能力差等诸多　问题，其火灾事故频率高，一旦发生火灾，施救困难，会造　成巨大的人员伤亡和财产损失，影响经济和社会的稳定。　为了准确认识城中村火灾危险性，为预防火灾、控制火灾　和扑灭火灾提供依据和建议，需要对城中村进行区域火　灾风险评估。　火灾风险评估方法学的研究开始于２Ｏ世纪７Ｏ年　代，根据研究方法的不同，火灾风险评估方法可以分为定　性分析方法、半定量分析方法和定量分析方法；根据研究　对象的不同，火灾风险评估可以分为以单体建筑物为研　究对象的评价方法，以某个企业为研究对象的评价方法　和某一区域为研究对象的评价方法。国内外学者对城市　区域火灾风险评估做了一定研究，如美国保险管理处的　“城市火灾分级方法”、美国消防组织资质认定委员会制　定的“消防应急救援自我评估方法”等。我国一些学者也　对区域火灾风险方法进行了研究。李杰等通过对实际火　灾案例的统计分析，建议以建筑面积作为平均火灾发生　率的主导统计参数，并确定以泊松过程来描述火灾的发　生，在此基础上，提出了一种城市火灾危险性分析方法。　张一先等采用指数法对苏州古城区的火灾危险性进行分　级。李华军等提出了城市火灾危险性评价指标体系，该　体系中城市火灾危险性评价由危害度、危险度和安全度　消防科学与技术２０１０年６月第２９卷第６期　三个指标组成。吴立志等从分析城市区域内单体对象自　身的致灾因数及其制约灭火抢险救援力量发挥的环节人　手，基于指数法和层次分析法建立了单体对象火灾风险　评价指标体系，基于线性加权模型构建了新的区域火灾　风险评价计算模型。另外，董法军等还提出了城市区域　火灾风险评价辅助的设计思想，采用Ｄｅｌｐｈｉ语言编写了　火灾风险评价程序。　目前，对于城市区域火灾风险评估的研究很多，但对　于城中村，国内只有陈硕等人对昆明典型城中村进行了　火灾风险分析，对建立城中村火灾风险评估体系进行了　初步尝试，基于Ｇｕｓｔａｖ法对城中村单体建筑的火灾风险　评价进行了研究。由于各个城市的城中村在建筑布局、　人员类别和素质、可燃物及火灾隐患等方面有不同特点，　迄今为止，国内尚无专门针对城中村区域的火灾风险评　估模型。笔者基于城中村的特点，运用层次分析法，建立　了城中村区域火灾风险评估模型，并以某典型城中村为　例进行了初步应用。　１层次分析法　层次分析法（Ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｔｉｃ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，简称　“ＡＨＰ方法”）已经广泛被国内外学者应用于风险评估，　并且取得良好效果，方法较为成熟，笔者将层次分析法应　用于城中村区域火灾风险评估。　运用层次分析法进行对权重确定的计算步骤如下：　（１）在建立多层次的分析结构模型后，构造判断矩阵　群，从第二层开始，针对上一层某个元素，对下一层与之　相关的元素，即层问有连线的元素，进行两两对比，并按　其重要程度评定等级。记ａ　为ｉ元素比　元素的重要性　等级，表１列出了９个重要性等级及其赋值。　表１　元素两两对比时的重要性等级及其赋值　序号　重要性等级　ａ　赋值　１　ｉ，Ｊ两元素同样重要　１　２　ｉ元素比Ｊ元素稍重要　３　３　ｉ元素比Ｊ元素明显重要　５　４　ｉ元素比Ｊ元素强烈重要　７　５　ｉ元素比　元素极端重要　９　６　ｉ元素比Ｊ元素稍不重要　１／３　７　ｉ元素比Ｊ元素明显不重要　１／５　８　ｉ元素比Ｊ元素强烈不重要　１／７　９　元素比Ｊ元素极端不重要　１／９　两两比较结果构成的矩阵为判断矩阵，见式（１）。　５３３　ｌ１　调整判断矩阵，直到满意为止。　２城中村区域火灾风险评价模型　Ａ—　２．１指标体系的建立　区域消防安全涉及到很多方面，既有自然性指标又　有社会性指标，既有动态指标又有静态指标，既有定性指　Ｌａ　１　显然，ｎ　＞０，ａ　一１且ａ　一１／ａ　即Ａ是正互反矩　阵。　标又有定量指标，消防安全评价指标体系必须反映这些　特点及其相互关系。围绕城中村区域火灾风险评估问　（２）计算判断矩阵的特征向量Ｗ和最大特征值　…，　即通过式（２）求解。　Ａ∞一　Ｗ　（２）　具体解法为，对Ａ每行诸元求和，见式（３）。　训　＝∑口　（　１，２，…，ｎ）　（３）　再规范化，得权重向量，见式（４）。　∑ｎ　Ｗｉ一　｝（　一１，２，…，　）　（４）　∑∑ａ　接着用式（５）求　：　一塞　㈤　式中：（Ａ叫）　表示Ａｗ的第ｉ个分量。　（３）判断矩阵的一致性检验。判断矩阵Ａ具有完全　一致性时，　＝　，但这在一般情况下是不可能的。为检　验判断矩阵的一致性，需计算一致性指标，见式（６）。　ＣＩ－－Ａｍａｘ—Ｔ／　（６）　＿式（６）中，当ＣＩ－－０时，判断矩阵具有完全一致性；ＣＩ　愈大，就表示判断矩阵的一致性越差。　为了检验判断矩阵是否具有令人满意的一致性，需　要将ＣＩ与平均随机一致性指标ＲＩ（见表２）进行比较。　表２平均随机一致性指标　阶数　ＲＩ　１　ｏ．ｏｏ　２　Ｏ．０Ｏ　３　ｏ．５８　４　ｏ．９０　５　１．１２　６　１．２４　７　１．３２　８　１．４１　９　１．４５　ｌＯ　１．４９　一般而言，１或２阶的判断矩阵总是具有完全一致性　的。对于２阶以上的判断矩阵，将其一致性指标ＣＩ与同　阶的平均随机一致性指标ＲＩ之比，称为判断矩阵的随机　一致性比例，记为ＣＲ。一般地，当ＣＲＹ０．１０时，就认为　判断矩阵具有令人满意的一致性；当ＣＲ＞０．１０时，需要　５３４　题，笔者运用层次分析法进行研究，这个评估方法一般要　考虑以下三个方面：（１）火灾的危险程度（包括主要致灾　原因）；（２）居住区的基本特征（容积率、人口密度等）；（３）　火灾控制能力（建筑消防设施、外部消防力量等）。笔者　在参考董法军提出的方法的基础上，结合城中村的实际　特点，构建了城中村火灾危险评估体系，见表３。　２．２评价指标权重的确定　基于上述的指标体系，通过各准则层因素的两两比　较，对其相对重要性做出判断，构造判断矩阵。由表３可　知，一级因素层评价指标包括区域建筑特征Ｂ、人口因素　Ｐ、消防给水ｗ、移动消防力量Ｆ和其他因素Ｔ。其判断　矩阵Ａ见式（７）。　１　３　２　２；１　Ａ　Ｂ　，●●●●●●●●　，ｌ　ｆ‘●●●邝ｌ　●，●●●●０　●Ｌ　Ａ—　１／３　３　１　１／２　３　Ｌ　（７）　ｊｌ　　１１／２３　３　１　２　１　／　１３　１／　３３　１　ｊＪＩ　０根据层次分析法计算步骤，计算出各项指标的权重　１　１　１　１／３　向量为叫一（０．３５１　０．０８９　０．２０６　０．２６５　０．Ｏ８９）。　３　３　ｕ　３　ｌ　５　类似的，有Ｂ、Ｐ、ｗ、Ｆ各自的二级因素层评价指标　对应的判断矩阵，见式（８）～式（１１）。　（８）　（９）　１／３　１　Ａ　１／２　１　ＡＦ＝｛１　１｝　Ｄ　Ｂ、Ｐ、Ｗ、Ｆ各自的二级因素层评价指标的权重分别　为：ＷＢ一（０．１６５　０．１６５　０．１６５　０．０６３　０．４４２）；叫Ｐ：　（Ｏ．８７５　０．１２５）；Ｗｗ一（０．１８４　０．３６８　０．１６３　０．２８５）；　ＷＦ＝（０．５００　０．５０Ｏ）。　１７表３一城中村区域火灾风险谭估体系　级　二级　三级　词　价因素及分值　民用建筑Ｂ１１　建筑容积率Ｂ１　４．０以上　１Ｏ　３．０～４．０　２．０～３．０　８　６　１．０～２．０　４　１．０以下　２　工业建筑Ｂ１　ｚ　１．０以上　１Ｏ　０．５～１．０　６　０．５以下　２　房中房材料Ｂ２１　可燃物　１Ｏ　不燃或难燃物　６　元房中房　２　建筑物内状况Ｂ２　建筑消防设施完好率Ｂｚｚ／　电线老化情况Ｂ　ｓ　６０以下　１０　６０～７５　８　７５～８５　６　８５～９５　４　９５以上　２　严重　１Ｏ　一般　６　良好　２　消防车道达标率Ｂ。１／　７０以下　１Ｏ　７Ｏ～８Ｏ　８　８Ｏ～９Ｏ　６　９０～９５　４　９５以上　２　区域建筑　特征Ｂ　建筑物间状况Ｂ。　“三线”铺设状况Ｂ。ｚ　燃气使用率Ｂ　／　混乱，私拉私接　１Ｏ　铺设尚可　６　布局良好有序　２　６０以上　１０　５Ｏ～６Ｏ　８　４０～５０　６　３０～４０　４　３０以下　２　燃气使用Ｂｄ　管道老化情况Ｂ４　２　严重　１Ｏ　一般　６　良好　２　易燃、易爆的厂房Ｂ５ｌ　２Ｏ以上　１０　２０～１５　８　１５～１０　６　１０～５　４　５以下　２　高风险建筑比例Ｂ　／　商场、小市场等易燃点Ｂ　ｓｚ　２０以上　１０　２Ｏ～１５　８　１５～１０　６　１Ｏ～５　４　５以下　２　舞厅、卡拉ＯＫ厅等娱乐场所Ｂ５３　１Ｏ以上　１０　１０～７　８　７～４　６　４～１　４　１以下　２　人口密度Ｐｌ　２００以上　１０　２００～１４０　８　１４０～１２０　６　１２０～１ＯＯ　４　１Ｏ０以下　２　人口因素尸　人员安全意识Ｐ２　差　ｌ０　一般　６　良好　２　消肪水源数量Ｗ　１及以下　１Ｏ　．　２　６　３以上　２　水量、水压满足率ｗｚ／　消防给水ｗ　７０以下　１０　７０～８０　８　８Ｏ～９０　６　一９０～９５　４　９５以上　２　消火栓覆盖达标率差　ｗ３／　１Ｏ　般　６　良好　２　消防设施完好率ｗ　／％　７Ｏ以下　ｌ０　７０～８０　８　８０～９０　６　９Ｏ～９５　４　９５以上　２　７以下　５．５～７　６　５．５以下　２　拟保护面积Ｆ　１／ｋｍ。　响应到达至开始　灭火时问Ｆ１２／ｒａｉｎ　１Ｏ　２５以上　１Ｏ　差　２Ｏ～２５　８　１５～２０　６　一般　６　ｌＯ～１５　４　ｌ０以下　２　优秀　２　专（兼）职消防分队　（社区工作站）Ｆ１　消防装备质量Ｆ　。　１Ｏ　移动消防　力量Ｆ　差　消防站人员总体业务能力Ｆ　１Ｏ　一般　６　优秀　２　５　０００以上　５　０００～３　Ｏ００　３００～２　５００　２　５０ｏ～２　０００Ｉ　２　０００以下　平均每个消防员保护人数Ｆ　ｓ　１０　逊于专（兼）　职消防队　１Ｏ　８　６　等同于专（兼）　职消防队　６　４　ｌ　２　明显好于专（兼）　职消防队　２　消防中队响应到达时间　严重　一般　６　良好　２　其他Ｔ　雷击、纵火、燃放爆竹等因素　１Ｏ　消防科学与技术２０１ｏ年６月第２９卷第６期　５３５　灾风险评价模型进行分析。该城中村总占地面积１．２万　ｒｎ。，建筑物１９７栋，其中工业建筑９栋，民用建筑１８８栋，　‰一｛　‰　ｃ　，　１　建筑层数最高为８层，最低１层，平均５层，社区内共有　居民２　８２０户，人口约５　７４０人。道路周边的建筑底层大　部分为小商铺，村内建筑排布密集，宅间小路被挤占，“三　线六乱”问题比较严重，无室外消火栓，消防车道情况很　差，很难满足消防安全要求。根据评价模型的需要，对该　１　ｌ　‰一　１　｝　㈣　城中村的建筑类型、消防能力、功能分区等实际情况进行　邝　了实地调研和统计，采取专家打分的方法，评分值见表４。　一　１　｝　ＡＢ５　妊　（１６）　１／３　１　１１ＡＦｌ　（１７）　１　２　３　其各自对应的权重分别为：　一（０．５００　０．５００）；　ＷＢ２＝（０．１０６　０．６３３　０．２６０）；叫Ｂ。　（０．６６７　０．３３３）；　叫Ｂ４一（Ｏ．７５０　０．２５０）；ＷＢ５一（０．３３３　０．３３３　０．３３３）；　硼Ｆｌ一（Ｏ．１１８　０．２５９　０．３１７　０．２０３　０．１０２）。　对于上述１１个判断矩阵，运用一致性检验，算得ＣＲ　都小于０．１，所以不需要修改判断矩阵的参数。　２．３底层因数合成权重系数　令ｆ　坞、　分别为一层准则层权重、二层准则层权　重、三层准则层权重，底层因数的合成权重　的计算见　式（１８），如果没有第三层准则层，则只计算两层。　ｃｉｊｋ　ＣｉＣｊＣ　ｋ　（１８）　这样就可以得知底层各因数对整体系统目标的合成　权重。对底层因数根据待评价城中村的实际情况进行打　分，并和该底层因数的合成权重系数相乘，最后将每项求　和，计算得区域火灾风险值Ｒ，其中Ｒ＜３为极低风险，３　≤Ｒ＜５为较低风险，５≤Ｒ＜７为中等风险，７≤Ｒ＜９为　较高风险，Ｒ≥９为极高风险。　３城中村区域火灾风险评价模型的应用　为简化矩阵运算，使操作方便，用Ｍａｔｌａｂ软件编制　了城中村区域火灾风险分析评价程序，首先对判断矩阵　进行一致性检验，直至满足条件，图１给出了对一级因素　层评价指标构造判断性矩阵并进行一致性检验的过程。　待判断矩阵通过一致性检验后，若要对某个城中村　进行区域火灾风险评价，可以根据其实际情况对准则层　元素进行赋值，然后得出最后的火灾风险评估值。　以下就以某城中村为例，应用建立的城中村区域火　５３６　（ｂ）　（Ｃ）　图１构造判断矩阵及一致性检验　表４某城中村火灾风险影响参数评分值　参数　评分值　参数　评分值　民用建筑　８　人员安全意识　６　工业建筑　６　消防水源数量　１０　房中房材料　６　水量、水压满足率　８　建筑消防设施完好率　１０　消火栓覆盖达标率　１０　电线老化情况　６　消防设施完好率　８　消防车道达标率　８　拟保护面积　１Ｏ　“三线”铺设状况　６　响应到达至开始灭火时间　６　燃气使用率　４　消防装备质量　１０　管道老化情况　６　消防站人员总体业务能力　２　易燃、易爆的厂房　６　平均每个消防员保护人数　６　商场、小市场等易燃点　８　消防中队响应到达时间　２　舞厅、卡拉ＯＫ　６　厅等娱乐场所　雷击、纵火、燃放　２　人爆竹等因素　口密度　６　利用所建立的城中村区域火灾风险评估模型对该村　进行初步分析评价研究，软件分析过程见图２所示。从研　究分析的结果来看，该村的火灾危险性Ｒ值约为６．３２，　Ｍａｔｌａｂ软件编制了城中村区域火灾风险的分析评价程　为中等风险，火灾危险性概率较大。宜结合上述的区域　火灾风险评估结果，主要在建筑使用功能、消防给水、消　防装备、安全疏散及高风险建筑场所等方面对该村的消　防能力进一步整治，以达到降低其火灾风险的目标，更大　程度上保障居民及财产安全。　…　序，简化了大量矩阵运算过程，使操作更加简便。基于已　建立的城中村区域火灾风险的分析评价模型，选择某典　型城中村，实现了分析评价方法在城中村的初步应用。　参考文献　［１］范维澄，孙金华，陆守香，等．火灾风险评估方法学［Ｍ］．北京：科　学出版社，２００４．　ｉ　…　｝…一　：　［２］霍然，袁宏永．性能化建筑防火分析与设计［Ｍ］．合肥：安徽科学　技术出版社，２００３．　ｒ－４３李杰，宋建学．城市火灾危险性分析厂Ｊ］．自然灾害学报，１９９５（２）：　一　９９—１Ｏ３．　ｊｌ　［５］张一先，卞志浩．苏州古城区火灾危险性分级初探［ｊ］．消防技术　与产品信息，２００３（２）：１０—１２．　（ａ　［６］李华军，梅宁，程晓舫．城市火灾危险性模糊综合评价［Ｊ］．火灾科　学，１９９５（１）：４４—５０．　［７］吴立志，董法军．城市区域火灾风险评价软件开发及应用口］．安　全与环境学报，２００５（３）：９８　１０２．　［８］董法军，何宁，杨国宏．基于单体对象的城市区域火灾风险评价方　法研究［Ｊ］．安全与环境学报，２００６（２）：１２０　１２３．　［９］陈硕．城中村区域火灾风险评估模型及其应用研究［Ｄ］．合肥：中　（ｂ）　国科学技术大学，２００７．　［１Ｏ］许树柏．层次分析法原理［Ｍ］．天津：天津大学出版社，１９８８．　Ｕｒｂａｎ　ｖｉｌｌａｇｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｆｉｒｅ　ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＨＰ　ＴＡＮＧ　Ｆｅｉ，ＨＵ　Ｌｏｎｇ—ｈｕａ，ＨＵＯ　Ｒａｎ，　（Ｃ）　ＸＵ　Ｙｏｎｇ，ＺＨＵ　Ｓｈｉ，ＹＡＯ　Ｂｉｎ　（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｆｉｒｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉ　ｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ａｎｈｕｉ　Ｈｅｆｅｉ　２３００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｎａｌｙｔｉｃ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ），ａ　ｒｅ　ｇｉｏｎａｌ　ｆｉｒｅ　ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｆｏｒ　ｕｒｂａｎ　ｖｉｌｌａｇｅｓ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｒｅ　ｄａｎｇｅｒ　ｄｅｇｒｅｅ，ｂａｓｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉ—　ｄｅｎｔｉａｌ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｆｉｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｖａｌ　（ｄ）　ｕｅｓ　ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｒｉｓｋ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｉｎｄｅｘ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｕｓｉｎｇ　Ｍａｔｌａｂ，ｔＯ　ｐｅｒｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ．　Ｔｈｅ　ｍｏｄｅ１　ｉｓ　ｔｈｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｆｉｒｅ　ｒｉｓｋ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｕｒｂａｎ　ｖｉｌｌａｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ　ｖｉｌｌａｇｅ；ｆｉｒｅ；ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ＡＨＰ　（ｅ）　作者简介：唐　飞（１９８３一），男，安徽芜湖人，中国　科学技术大学火灾科学国家重点实验室硕士研究生，　主要从事高层建筑外壁面开口火溢流燃烧特性及火灾　风险评估方面的研究，安徽省合肥市中国科大西区，　２３００２７。　图２某城中村的火灾危险性评估　４总结与展望　笔者运用层次分析法对城中村区域火灾影响因数进　行研究，获得了典型风险参数数值和典型风险参数权重　大小，建立了城中村区域火灾风险的分析评价模型，并用　消防科学与技术２０１０年６月第２９卷第６期　收稿日期：２０１０—０２—２６　５３７