基于熵值法的高層建筑火災風險評價研究

殷大鵬 殷曉曉 閆靜靜

摘要：高層建筑火災頻發，損失慘重，為了探索高層建筑火災的眾多影響因素，降低城市火災的風險等級，針對高層建筑火災影響因素相互關聯及因素信息不確定的問題，本文通過調查研究，采用定性描述和定量計算相結合的方法，選取建筑防火能力、消防滅火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、應急反應能力、法規維護能力等7個指標，提出了基于熵值法的高層建筑火災風險評價方法，并按照評價的風險值，將風險分為安全、較安全、一般、較危險、危險五個等級，并針對安全疏散能力和安全管理能力等薄弱環節提出了相應對策。

關鍵詞：高層建筑;火災;熵值法;風險分析

引言

我國城市高層建筑隨著城市中土地資源的節約和空間的充分利用而日益劇增。高層建筑本身結構設計復雜、樓內流動人口多、電器設備繁雜，又使用了大量新型材料，因此極易出現火災風險。《中國消防年鑒》顯示，2018年國內建筑類火災占全部類型火災的80%以上，導致人員生命安全受到嚴重侵害及社會財產受到巨大損失，威脅人類安全和社會穩定。因此，需要使用合理的風險評價方法來避免、減少高層建筑火災風險問題。為了有效識別和管理危險源，減少事故隱患，降低高層建筑火災風險，國內外學者對建筑火災風險分析方法做了大量研究。國外學者Hasofer[1]利用CESARE-Risk 模型對公寓建筑火災風險進行了模擬分析。國內學者杜紅兵等[2]基于建立的高層建筑評價體系第一次用模糊綜合評價法定量分析了高層建筑火災風險，并找到了所建立體系中的薄弱環節;黃怡浪等[3]基于事故樹分析建筑火災影響因素重要度，確定了事故的主要影響因素。本文采用主要采用熵值法進行研究。

一、風險評價指標的選取

建立合理的高層建筑火災評價指標體系可以減少評價過程中的誤差，提高評價結果的可靠度，找到主要和薄弱的影響因素，采取有效的防控方法，避免火災事故的發生[4]。本文從高層建筑外部危險源辨認和識別等火災發生角度進行風險研究，結合國內建筑設計方面標準，查閱、參考國內外相關研究成果，完善高層建筑火災評價標體系，并根據主導性、可操作性和獨立性等評價指標建立原則，最終從建筑防火能力、消防滅火能力、消防施救能力、安全疏散能力和安全管理能力、應急反應能力、法規維護能力7個方面建立高層建筑火災風險評價指標體系。

二、風險評價指標標準化

由于指標體系中各指標代表的涵義不同，數量間的差異很大，數據需標準化，即通過數學變換消除各原始指標的量綱，使各指標之間具有可比性。標準化公式如下：

式中： 表示某區域的指標值，表示所有區域指標的最大值，表示所有區域指標的最小值。歸一化后部分數據截圖如圖1。

三、風險評價體系的構建

數據調查時，獲取了24個高層建筑的火災風險情況。

（一）運用獲取的n個評價指標的m組數據建立二維決策矩陣

本文中，共有7個評價指標，24組數據，故m=24，n=7。

（二）計算離散分布概率

針對每個評價指標，依據其m個歸一值，計算離散分布概率。

（三）計算信息熵

根據離散分布概率，計算第j個評價指標的信息熵。建筑防火能力、消防滅火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、應急反應能力、法規維護能力7個評價指標的信息熵依次為：0.592，0.932，0.842，0.832，0.970，0.967，0.906。

（四）計算信息偏差度

根據第j個評價指標的信息熵，計算該指標相應的信息偏差度。建筑防火能力、消防滅火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、應急反應能力、法規維護能力7個評價指標的信息偏差度依次為：0.408，0.068，0.158，0.168，0.030，0.033，0.094。

（五）計算指標權重;

根據各評價指標的信息偏差度，計算指標權重。建筑防火能力、消防滅火能力、消防施救能力、安全疏散能力、安全管理能力、應急反應能力、法規維護能力7個評價指標基于信息熵的指標權重依次為：0.43，0.07，0.16，0.18，0.03，0.03，0.10。

因此火災風險評價模型如下：

式中，Y為火災風險評價值;X1為建筑防火能力;X2消防滅火能力;X3消防施救能力;X4安全疏散能力;X5安全管理能力;X6應急反應能力;X7法規維護能力。

計算24個高層建筑的火災風險評價值依次為：2.82，9.30，27.07，57.27，3.27，4.47，119.01，33.49，10.44，142.98，118.29，19.48，16.19，9.87，124.46，22.84，13.61，62.46，48.18，28.09，50.06，31.78，23.06，20.12。

按照評價值，將其分為五類，分別為安全、較安全、一般、較危險、危險，建筑物的數量分別為14個、6個、0個、2個、2個，如表1所示，評價結果與實際相符。

因此得到火災風險的最終評價標準，按照評價值由小到大分為以下五個等級，如表2所示。

四、結論

本文通過選取7個評價指標，運用熵值法構建了高層建筑火災風險評價體系，并根據實際情況進行驗證，證明評價結果真實、可靠。

參考文獻：

[1]HASOFER A M. Modern sensitivity analysis of the CESARE-Risk computer fire model[J].Fire Safety Journal，2009，44（ 3）：330-338.

[2]DU Hongbing，ZHOU Xinquan，ZHANG Jingzong，Fuzzy synthetic evaluation for fire safety of high-rise buildings[J].Journal of China University of Mining & Technology，2002，31（3）：242-245.

[3]HUANG Yilang，YAN Xiaoli，HE Chao，et al. Construction and importance degree analysis of fault tree on fire accidents for high-rise buildings[J].Journal of Shanghai University of Engineering Science，2014，28（1）：82-86.

[4]論黃曉榮.民用建筑結構設計的問題及解決措施[J].城市建設理論研究（電子版）.2018（30）.