AHP-模糊綜合評價法在人員密集公共建筑重要性分級評價中的運用

王永煒

(中國建筑西南設計研究院有限公司,四川 成都 610081)

人員密集公共建筑作為突發公共事件的載體,具有復雜性和環境的多變性,影響人員密集公共建筑安全的因素包括直接因素、間接因素和其他隱含的連鎖影響因素等,僅用簡單的數值就對其重要性做出評價是不可能的。因此,人員密集公共建筑重要性分級評價具有多層次、多指標、模糊性等特點。本文將探索如何運用AHP-模糊綜合評價法對人員密集公共建筑重要性進行分級評價研究,以達到減少其判斷的隨意性,提高其評價結果可靠性的目的。

1 模糊綜合評價法簡介

(1)模糊綜合評價就是以模糊數學為基礎,應用模糊關系合成的原理,將一些邊界不清,不易定量的因素定量化,從而對實際的綜合評價問題進行評價的一種方法。模糊數學以模糊集理論為基本內容,是由美國加利福尼亞大學的控制論專家扎德(Zadeh·L· A)教授創立的。模糊數學發展迅速,應用廣泛。

模糊綜合評價通過構造等級模糊子集,把反映評價對象的模糊指標進行量化(即確定隸屬度),然后利用模糊變換原理對各指標進行綜合判斷。

(2)層次分析法是 20世紀 70年代由美國運籌學家沙泰(T.L.shaaty)教授提出的一種定性和定量相結合的多因素決策系統分析方法,該方法為量化評價指標和選擇最優方案提供了依據,在系統安全評價中得到了廣泛的應用。

圖1 AHP—模糊綜合評價方法結構圖

(3)運用AHP進行系統分析,首先要把評價目標體系層次化,根據影響因素的性質和所要達到的總目標,將問題分解為不同的組成要素,并按照要素間的相互影響和隸屬關系,將因子按不同層次組合,形成一個多層次的分析結構模型,最終將系統分析歸結為最低層次相對于最高層次的相對權重的確定或優劣次序的排序問題。AHP法的關鍵環節是建立判斷矩陣,判斷矩陣是否科學、合理直接影響到 AHP的效果。

2 模糊綜合評價法運用

進行AHP—模糊綜合評價主要分為六個步驟:建立評價等級集合,建立評價對象的指標集合,確定評價指標的權重,進行單指標評價并建立單指標模糊關系矩陣,選用合適的合成算子得到評價對象的評價向量,確定評價等級(圖 1)。

2.1 建立評價等級集合V

要對公共建筑的重要性進行分級評價,首先要確定評判的標準,即評價等級數。一般情況下,評價等級數n取[3,7]中的整數。如果n過大,那么語言難以描述且不易判斷等級歸屬;如果n太小,又不符合模糊綜合評價的質量要求。n取奇數的情況較多,因為這樣可以有一個中間等級,便于判斷評價對象的等級歸屬。具體等級可以依據評價內容用適當的語言描述[4]。

2.2 建立評價對象的指標集合

一套科學的指標體系首先應根據評價目的反映有關評價對象的各方面狀況,如果指標體系不全面,就無法對評價對象做出整體判斷;其次,指標間不能重疊過多,過多的重疊會導致評價結果失真,即使對重疊進行適當的修正,也會增加計算的難度和工作量;最后,計算指標所需要的數據應是容易采集的,指標容易計算或估計,否則指標體系就無法應用。

因此,建立指標體系應遵循評價指標盡可能全面完備、獨立不重疊并同時兼顧可行性與通用性的原則:

(1)完備性原則:評價指標體系要盡可能覆蓋整個評價系統的內容,盡可能全面地反映評價對象,不僅包括物態因素,還要包括人、環境和社會方面的因素。如果評價指標體系的選取有遺漏,反映評價對象的某一部分信息就會丟失,評價結果就會出現偏差。

(2)獨立性原則:在同一層次上的評價指標要相互獨立,沒有交叉。一般說來,評價指標體系由多個層次(3至 4個)構成,要求在同一層上的指標A與指標B不能存在重疊或因果關系。

(3)可行性原則:評價指標的選取要充分考慮它的可操作性,不具有操作性的指標在實際評價過程中是無法應用的,對評價工作毫無意義。因此,評價指標要便于直接觀測和測量。

(4)通用性原則:評價指標從內容到形式,要能夠適合于所有的評價對象,有足夠的代表性,不能僅僅適用或反映個別的評價對象。

一個具體的評價指標體系可按目標層、準則層、要素層、因子層分解。

2.3 建立評價指標的權重

AHP—模糊綜合評價方法運用層次分析法(AHP)來確定評價指標的權重。在建立遞階層次結構體系后,根據上下層次之間的隸屬關系,構造判斷矩陣。以上一層次某因素為準則,它對下一層次諸指標有支配關系,通過兩兩比較下一層次諸指標對上一層次某因素的相對重要性,并賦予一定的分值Ck,建立比較判斷矩陣。

在人員密集公共建筑重要性分級評價研究中對評價指標的單一賦值可使用專家直接評分法。制作《人員密集公共建筑重要性評價因素權重調查表》,分別征求專家個人意見,在專家各自單獨對評價指標的相對重要性 Ck打分的基礎上,運用層次分析法的統計方法對數據進行統計處理,以確定各評價指標的的權重。

此步驟所建立并確定權重的評價指標體系適用于與本研究相關的所有人員密集公共建筑。其關鍵環節包括:評價指標的選取,專家對評價指標打分,依據AHP方法對專家打分進行統計計算得到評價指標權重。

基于以上的方法,可以得出分為三個層次評價因素:1個目標層(A),4個二層因子(B1～B4),13個三層因子(C1～C13)。通過專家直接評分法得出各因子權重(表 1)。

2.4 進行單指標評價并建立單指標模糊關系矩陣

確定評價指標的權重后,根據評價指標體系及具體人員密集公共建筑的實際情況構建判斷人員密集公共建筑重要性的評價指標體單因素體系模型(調查表),并請多位專家針對具體公共建筑對其各個單項評價指標以不同評價等級的隸屬度給出估計值。然后綜合這些估計值,并建立單指標模糊關系矩陣,來最終確定各個指標對不同評價等級模糊子集的隸屬度。

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此步驟是對評價指標體系的具體運用,針對具體的人員密集公共建筑。根據專家對具體公共建筑的判斷,對此公共建筑中影響其重要性的評價指標的飽有程度進行判斷,得到單指標評價結果,再根據模糊綜合評價的統計計算方法建立單指標模糊關系矩陣。

2.5 選用合適的合成算子得到評價對象的評價向量

選用合適的合成算子是保證模糊綜合評價評價結果質量的重要步驟。根據對常用合成算子的比較(表 2),對建筑重要性評價而言,較為合適。它依據權重大小對所有因素均衡兼顧,同時保留了單因素的評判信息,所以在實際應用中經常被采用[6]。

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2.6 確定評價等級

選取適當合成算子并經過統計計算后得到的是評價對象對各級模糊子集的隸屬度,它構成一個模糊向量 A,而不是一個點值,這對于評價對象的最終定級還是不夠的,需要對它進行進一步的綜合處理。在綜合運用最大隸屬度原則,加權平均原則,最大接近度原則三種方法后,可以得出針對評價對象的有效、可信的評價結果。

層次分析法突出了研究的系統性,是建立評價模型的根本理論基礎,保證了評價模型的完善性、科學性。模糊綜合評價方法在建筑評價體系中的運用充分發揮其模糊數學的理論基礎,將不宜直接量化的抽象概念轉換成了直觀明確的數值表格,為建筑安全設計的針對性、準確性提供了保證。因此,AHP-模糊綜合評價方法不但是人員密集公共建筑重要性量化研究最重要的理論基礎及使用方法,同時也可以有效運用于其他無法直觀量化的建筑評價的研究工作中。

[1]葉文虎,欒勝基.環境質量評價學[M].北京:高等教育出版社,1994

[2]馬俊峰.評價活動論[M].北京:中國人民大學出版社,1994

[3]唐景山,叢慧珠,崔國璋.建筑安全技術[M].北京:化學工業出版社,1993

[4]藎壚.實用模糊數學[M].北京:科學技術文獻出版社,1989

[5]錢學森.論系統工程[M].長沙:湖南科學技術出版社,1982

[6]李志憲.建筑火災風險評價技術初探[J].中國安全科學學報,2002(2):30-34