基于改進(jìn)AHP-FCE的地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

文/王淇

為更加科學(xué)合理地對地鐵車站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行評估，降低采用傳統(tǒng)的層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重時(shí)主觀因素的影響，基于三角模糊數(shù)理論和三點(diǎn)估計(jì)法對傳統(tǒng)評價(jià)方法進(jìn)行了改進(jìn)，在確定各評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊綜合評價(jià)法（Fuzzy Com prehensive Evaluation,FCE）對地鐵車站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行實(shí)例研究。研究結(jié)果表明，該評價(jià)模型具有可行性和合理性。

0.引言

隨著城鎮(zhèn)人口的不斷增加，為滿足日益增長的交通需求，越來越多的城市選擇修建地鐵，乘坐地鐵的安全性也成為了人們越來越關(guān)注的問題。經(jīng)過分析以往地鐵安全事故，發(fā)現(xiàn)地鐵火災(zāi)是高發(fā)事故。因此對地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)、可靠的評估是非常必要的。YuK[1]根據(jù)影響火災(zāi)發(fā)生的因素，采用AHP與FCE相結(jié)合的方法進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。為消除傳統(tǒng)的AHP法和FCE法使用時(shí)主觀因素的影響，許多學(xué)者對此方法進(jìn)行了改進(jìn)。朱文敏[2]選擇三角模糊數(shù)作為隸屬函數(shù)，確定各風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與模糊評價(jià)矩陣，按照最大隸屬度原則得到該站地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評價(jià)結(jié)果為危險(xiǎn)等級。曹馨勻[3]通過對不同的專家評價(jià)結(jié)果進(jìn)行賦權(quán)，來降低主觀因素的影響。李風(fēng)梅[4]結(jié)合集對分析理論對層次分析法進(jìn)行了改進(jìn)。趙京玉[5]采用模糊層次分析法和Petri網(wǎng)結(jié)合的方法對火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的分析與模擬。倪鵬,唐志波[6]將結(jié)構(gòu)重要度作為賦值依據(jù)，構(gòu)建模糊層次分析法的模糊矩陣。

1.地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析及評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1 地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析

（1）人員因素分析。地鐵車站的人員構(gòu)成主要包括：乘客、負(fù)責(zé)運(yùn)營的工作人員、設(shè)備維護(hù)人員（2）設(shè)備因素分析。地鐵站內(nèi)的設(shè)備主要包括機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以及其他消防設(shè)施。（3）環(huán)境因素分析。主要包括站內(nèi)環(huán)境與站外環(huán)境。

1.2 地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

在分析地鐵火災(zāi)特點(diǎn)和地鐵火災(zāi)影響因素的基礎(chǔ)上，通過向當(dāng)?shù)叵啦块T的工作人員、地鐵運(yùn)營公司的管理人員、在一線負(fù)責(zé)運(yùn)營工作的人員、維修作業(yè)的人員等人員發(fā)放調(diào)查問卷的形式，構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，經(jīng)過對評價(jià)指標(biāo)的整合優(yōu)化后確定了3個(gè)一級評估指標(biāo)，13個(gè)二級評價(jià)指標(biāo)，具體評估指標(biāo)體系如下表所示：

表1.1鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)表Tab.1.1 Fire risk assessm ent index table of subw ay station

2.地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重的確定

2.1 改進(jìn)層次分析法的基本原理

由于層次分析法在評價(jià)的過程中涉及的評價(jià)指標(biāo)的數(shù)量較多，專家在對指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較打分的時(shí)候很難給出一個(gè)精確的值，也因此產(chǎn)生了判斷矩陣的不一致性。為了解決這一問題，本文結(jié)合了三角模糊數(shù)的方法，對層次分析法進(jìn)行了改進(jìn)：

（1）在構(gòu)造判斷矩陣A=（aij）n×n時(shí)，改變以往以單一準(zhǔn)確數(shù)值來表示兩個(gè)指標(biāo)重要度的方法，用三角模糊數(shù)的方法給出一個(gè)重要度區(qū)間，記為aij=[aij，mij，bij]，其中a代表兩指標(biāo)相比較而言重要度的最小值，m 代表兩指標(biāo)相比較而言的最可能值，b代表兩指標(biāo)相比較而言重要度的最大值[7]。

（2）再利用公式（2.1），將區(qū)間形式的重要度轉(zhuǎn)化成具體的精確數(shù)值，得到具有一致性的判斷矩陣，且不需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[8]。

對于公式（2.1），華羅庚教授曾對類似公式做過說明：aij取最小值a與取最大值b的可能性較小，其概率基本符合正態(tài)分布的規(guī)律，所以假設(shè)aij取最可能的值m的可能性是取最小值a和最大值b的可能性的二倍，用加權(quán)平均數(shù)的算法得到以下結(jié)果：

2.2 改進(jìn)層次分析法的具體步驟

（1）確定評價(jià)基準(zhǔn)或評判標(biāo)度

向地鐵運(yùn)營單位和相關(guān)消防部門的專家發(fā)放判斷矩陣打分表，讓他們根據(jù)上述層次分析法判斷標(biāo)度表，對指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，對其重要度進(jìn)行打分，對各個(gè)專家的打分情況進(jìn)行匯總，建立三角模糊數(shù)形式的判斷矩陣。

2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

經(jīng)搜集專家的意見和查閱相關(guān)資料，認(rèn)為人員、設(shè)備、環(huán)境這三個(gè)一級指標(biāo)對評估結(jié)果具有相同重要度的影響，所以這三個(gè)指標(biāo)的權(quán)重均為0.333，在確定二級評估指標(biāo)的權(quán)重時(shí)，則采取向20名地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方面的專家和相關(guān)消防部門的專家發(fā)放調(diào)查問卷形式，邀請他們對二級指標(biāo)進(jìn)行打分，并根據(jù)“少數(shù)服從多數(shù)”的原則對20名專家打出的分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析匯總，用改進(jìn)后的層次分析法對各指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，具體數(shù)值如下表所示：

表2.1指標(biāo)體系權(quán)重值Tab.2.1Index system w eight value

基于FCE的濟(jì)南地鐵1號線地鐵站實(shí)例研究

3.地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評價(jià)

（1）確定評價(jià)指標(biāo)集合U，U={Ui}，（i=1，2，…，n）；Ui表示地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)表中的每一層次的指標(biāo)因素。

（2）確定評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重W，Wi=（W1，W2，…，Wn）T

（3）確定評價(jià)基準(zhǔn)及相應(yīng)的價(jià)值量E

E={E1，E2，E3，E4，E5}={安全，較安全，一般安全，較危險(xiǎn)，危險(xiǎn)}即：評價(jià)等級分為5級。在研究過程中，邀請20名專家通過發(fā)放濟(jì)南地鐵1號線火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估調(diào)查表對濟(jì)南地鐵1號線的各單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。通過對調(diào)查表的回收、整理統(tǒng)計(jì)并對結(jié)果進(jìn)行歸一化，得到模糊綜合評判矩陣R，R=（rij）。

（4）對模糊綜合評價(jià)矩陣進(jìn)行加權(quán)，得出模糊綜合評價(jià)結(jié)果：Si=WiR （3.1）

3.2 評價(jià)結(jié)果分析

遵循隸屬度最大原則，一級指標(biāo)人員因素、設(shè)備因素方面的評價(jià)結(jié)果向量中最大數(shù)值分別為0.3167和0.4009，對應(yīng)的等級為一級，則評價(jià)結(jié)果為“安全”，環(huán)境因素方面評價(jià)結(jié)果向量的最大值為0.3180，對應(yīng)的評價(jià)結(jié)果為“較安全”。同理，目標(biāo)層的評價(jià)結(jié)果向量中的最大值為0.3128，對應(yīng)評價(jià)結(jié)果為“安全”。

結(jié)語

（1）基于三角模糊數(shù)和三點(diǎn)估計(jì)法對傳統(tǒng)的層次分析法進(jìn)行了改進(jìn)，使專家在對指標(biāo)的重要度進(jìn)行打分時(shí)不用拘泥于給出一個(gè)精確的數(shù)值，只需給出一個(gè)得分區(qū)間即可，降低了主觀因素對評價(jià)結(jié)果的影響，保證了判斷矩陣的一致性。在確定各個(gè)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法對地鐵車站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行判定。（2）結(jié)合濟(jì)南地鐵1號線地鐵車站的實(shí)際情況，對濟(jì)南地鐵1號線的地鐵車站進(jìn)行了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估，根據(jù)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)等級分析，得出濟(jì)南地鐵1號線的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估等級為“安全”。（3）建立的地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評估指標(biāo)仍需要朝著更加科學(xué)，更加合理、適用性更強(qiáng)的方向改進(jìn)，使評價(jià)結(jié)果更加合理可靠。C

引用出處

[1]Yu K.Fuzzy comprehensive evaluation of fire safcty risk of historic buildingsbased on fuzzy ma thematics[J].International Journal of Applied Mathematics&Statistics,2013,50(20):396-405.

[2]朱文敏.基于模糊事故樹的地鐵運(yùn)營火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估[D].北京交通大學(xué),2018.

[3]曹馨勻.基于三角模糊層次分析法的重慶地區(qū)建筑低碳化評價(jià)指標(biāo)體系研究[D].重慶:重慶大學(xué),2014.

[4]李風(fēng)梅.城市地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究[D].蘭州:蘭州交通大學(xué),2017.

[5]趙京玉.基于FPN模型和FAHP的地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究[D].青島理工大學(xué),2018.

[6]倪鵬,唐志波.基于FTA和FAHP方法的地鐵火災(zāi)事故分析[J].科技通報(bào),2021,37(09):109-112.DOI:10.13774/j.cnki.kjtb.2021.09.020.

[7]樊為剛,侯麗紅.層次分析法的改進(jìn)[D].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005.

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