模糊層次分析法模型在地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險評估中的應(yīng)用

●周文科

(邵陽市消防支隊，湖南邵陽 422000)

0 引言

伴隨著城市化進(jìn)程加快，世界各國的城市區(qū)域逐漸擴(kuò)大，城市人口逐漸上升，城市在就業(yè)、環(huán)境污染、住房和交通等問題上面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了緩解城市交通問題，我國一些大城市已經(jīng)或正在著手修建地鐵。地鐵因其安全、舒適、載客量大、快速、準(zhǔn)點、低耗能、少污染的特點，越來越受到人們的青睞。隨著地鐵的興起以及人們對于生活質(zhì)量要求的提高，地鐵運營期間的消防安全也越來越受到人們的重視，尤其是地鐵隧道，由于其絕大多數(shù)為建設(shè)在地下的狹長空間，一旦發(fā)生火災(zāi)，危害特別大，人們對于地鐵區(qū)間隧道內(nèi)的火災(zāi)危險性也越來越關(guān)注，因此迫切需要一種方法對地鐵區(qū)間隧道的火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行評估。

1 模糊一致性矩陣介紹

目前針對地鐵火災(zāi)風(fēng)險評估的研究相對較少，由Satty［1］提出的層次分析法是風(fēng)險評估最常見的一種方法，大多數(shù)從事火災(zāi)風(fēng)險評估的學(xué)者的研究都是圍繞著層次分析法展開的。但是在使用該方法時，存在著較多未解決的難題［2］，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:首先是目前普遍使用的判斷標(biāo)準(zhǔn)CR＜0．1缺乏科學(xué)依據(jù);其次是在具體計算過程中需要反復(fù)地進(jìn)行調(diào)整、檢驗;最重要的一點是判斷矩陣的一致性與人類思維的一致性有一定的差異。

國內(nèi)曾有學(xué)者針對模糊一致矩陣在決策中的運用進(jìn)行了大量的研究［3］，有部分學(xué)者針對模糊一致矩陣、模糊一致關(guān)系以及去模糊化進(jìn)行了研究［4］，此后有學(xué)者針對模糊一致矩陣在多層次、多因素決策方案優(yōu)選中的應(yīng)用進(jìn)行了研究［5］，并取得了一系列成果。故本文引入了模糊一致性矩陣，其中一致性矩陣滿足如下條件:

模糊一致性矩陣 R=(rij)n×n滿足:?i，j，k 有:

在模糊判斷矩陣中，矩陣R中的數(shù)值通過如下方式及準(zhǔn)則來確定［6］:(1)?i(i=1，2，…，n)，有 rii=0．5;(2)?i，j(i，j=1，2，…，n)，有 rij+rji=1;(3)從R中劃掉任意一行及其對應(yīng)的列所得的子矩陣仍然是模糊一致矩陣;(4)模糊互補(bǔ)矩陣R是模糊一致性矩陣的充要條件是任意兩行的對應(yīng)元素之差為常數(shù);(5)模糊互補(bǔ)矩陣R是模糊一致性矩陣的充要條件是任意指定行和其余各行對應(yīng)元素之差為某一常數(shù)。

遵照以上原則構(gòu)造層次分析法的判斷矩陣時，可以滿足層次分析法判斷矩陣一致性標(biāo)準(zhǔn)，確定權(quán)重之后無需進(jìn)行一致性檢驗。

根據(jù)文獻(xiàn)［7-8］可知在得到模糊一致性矩陣后，根據(jù)模糊一致判斷矩陣的元素與權(quán)重的關(guān)系式(2)、(3)得出各因素權(quán)重，達(dá)到去模糊化目的。

其中，a≥(n-1)/2。

2 地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險模型

通過對地鐵相關(guān)資料的大量調(diào)查，火災(zāi)的發(fā)生及損失情況主要受地鐵區(qū)間隧道的建筑特性、抗火、滅火能力，列車的抗火、滅火能力和地鐵運營公司的運營管理能力及消防隊的滅火能力等一系列因素的制約。

2．1 地鐵火災(zāi)層次結(jié)構(gòu)模型建立

通過對地鐵致災(zāi)機(jī)理、滅火過程及災(zāi)后救援的研究分析，構(gòu)建了地鐵火災(zāi)層次分析法結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 地鐵隧道火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)構(gòu)模型

2．2 基于專家評分的模糊一致性矩陣的建立

通過與專家評分過程相結(jié)合，由上至下，確定每層指標(biāo)的層次分析法判斷矩陣。如圖1所示四層層次結(jié)構(gòu)，分別有如下因素集:第一層地鐵區(qū)間隧道危險性為目標(biāo)層，第二層 {B1，B2，B3}為準(zhǔn)則層，{C1，C2}為 B1的子評價指標(biāo)集，{D1，D2，…，D7}為 C1的子評價指標(biāo)集。其中{D1，D2，…，D19，D20}為指標(biāo)層，其權(quán)重為(ω1，ω2，…，ω19，ω20)。通過專家評分及模糊矩陣的性質(zhì)，獲得模糊一致性矩陣。

對各個準(zhǔn)則層和指標(biāo)層進(jìn)行兩兩比較，形成層次分析法的判斷矩陣，其中專家評分標(biāo)度如表1所示［9］。

表1 專家評分標(biāo)度方法說明表

進(jìn)行兩兩比較可以得到模糊一致性矩陣的對比矩陣為:

準(zhǔn)則層模糊一致性判斷矩陣

地鐵隧道特性模糊一致性判斷矩陣

運行列車特性模糊一致性判斷矩陣

消防滅火設(shè)施模糊一致性判斷矩陣

消防隊滅火模糊一致性判斷矩陣

2．3 地鐵系統(tǒng)各子因素性能評價權(quán)重

對于模糊一致性矩陣R1～R5，根據(jù)模糊一致性矩陣及層次分析法的性質(zhì)，可以得出各個模糊矩陣的權(quán)重，R1的權(quán)重向量為:

同理，可以得出R2～R5的權(quán)重向量為:

通過對地鐵系統(tǒng)的模糊一致性矩陣處理及層次化分析，可以得出地鐵各子因素的性能權(quán)重向量為:ω = (0．017，0．035，0．023，0．029，0．023， 0．023，0．035，0．036，0．073，0．073，0．120，0．146，0．038，0．038，0．031，0．038，0．023，0．023，0．031， 0．053，0．053，0．039)

3 某地鐵火災(zāi)風(fēng)險量化評估

建立模糊判斷矩陣求得權(quán)重后，還不能對地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行判定，仍然需要借助風(fēng)險指數(shù)法進(jìn)行量化處理。結(jié)合火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)法，通過計算被評價對象的安全分，確定地鐵區(qū)間隧道的安全性，具體計算如下式所示:

其中，wi為權(quán)重系數(shù);Pi為各參數(shù)得分。

結(jié)合某地鐵具體情況、相關(guān)法律法規(guī)(如《地鐵設(shè)計規(guī)范》)和人員對于地鐵消防安全的預(yù)期，對每個指標(biāo)因素進(jìn)行等級劃分，每個等級體現(xiàn)該因素在所評價的對象中所處的安全狀態(tài)，并賦予相關(guān)分值。

本文將具體的評分劃分為優(yōu)、良、中、差四個等級［10］，具體見表2。

表2 指標(biāo)評價尺度和系統(tǒng)評價等級

以某地鐵隧道為例，該地鐵中設(shè)置了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，內(nèi)部配備了完善的滅火器、消火栓、氣體自動滅火裝置、應(yīng)急照明，通風(fēng)排煙系統(tǒng)能夠正常工作;列車的可靠性較高，列車內(nèi)的座椅、線纜等采用無毒不燃材料。隧道內(nèi)的疏散設(shè)施能滿足人員疏散;消防配備情況良好。此外，該隧道管理公司有較嚴(yán)格的消防安全管理制度。

通過對地鐵區(qū)間隧道消防系統(tǒng)各個因素的打分結(jié)果，進(jìn)行火災(zāi)安全風(fēng)險評價，計算出地鐵區(qū)間隧道的火災(zāi)風(fēng)險評估量化值為81．875分，與評價等級表對比可以看出，該隧道火災(zāi)風(fēng)險等級控制在良好的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文針對地鐵安全問題，通過對模糊一致性矩陣及層次分析法分析，建立了模糊層次分析法評估模型，確立了地鐵區(qū)間隧道評價指標(biāo)體系，建立了一種較合理的地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險評估模型;通過對地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)風(fēng)險評估，可以得出如下結(jié)論及建議:

4．1 利用模糊層次分析法模型，能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)的層次分析法的缺陷，為地鐵建設(shè)、運營的安全提供可靠的依據(jù);同時也能夠獲取地鐵區(qū)間隧道中火災(zāi)安全較重要的環(huán)節(jié)，便于地鐵運營時給予足夠的重視。

4．2 由評估結(jié)果可以看出，地鐵火災(zāi)中占據(jù)最大比重的還是地鐵消防方面的硬件設(shè)施，包括隧道自身特性和消防設(shè)施;故在隧道設(shè)計、施工期間應(yīng)做好地鐵隧道消防安全論證。

4．3 通過對地鐵區(qū)間隧道風(fēng)險評估，可以看出消防安全管理所占的權(quán)重值較高;故在地鐵正常運營中，不僅需要建立完善的安全管理制度，更要建立完善的巡查制度，保證安全管理制度的實施。

4．4 此模型仍然有較多的不足之處，首先是對于模糊函數(shù)去模糊化過程中有諸多不足，另外在地鐵區(qū)間隧道指標(biāo)體系建立過程中也存在不周到之處，需要進(jìn)一步完善。

［1］ SAATY T L．The Analytic Hierarchy Process［M］．New York：McGraw-Hill，1980．

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［6］蔣良奎．模糊一致矩陣在層次分析法中的應(yīng)用［J］．上海海運學(xué)院學(xué)報，1998，(2)：57-62．

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