基于FAHP與聚類分析的商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

摘要：針對商業(yè)綜合體建筑空間大、業(yè)態(tài)多、人員密集、風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，需要采用科學(xué)、系統(tǒng)、專業(yè)的方法對該類建筑可能存在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的分析評估。采用系統(tǒng)安全工程及消防工程學(xué)的理論方法構(gòu)建商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，并驗(yàn)證其合理性。運(yùn)用FAHP法構(gòu)建模糊一致判斷矩陣，迭代出指標(biāo)精確排序向量，引入聚類分析與相似系數(shù)理論確定專家賦值權(quán)重，得到風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的綜合權(quán)重，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)管控理論建立商業(yè)綜合體火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估模型，綜合確定建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級，以提供相應(yīng)管理決策，具有一定的積極意義。

關(guān)鍵詞：商業(yè)綜合體建筑；FAHP；聚類分析；火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）01-0007-04

近年來，商業(yè)綜合體建筑的發(fā)展規(guī)模越來越大，這在促進(jìn)市場經(jīng)濟(jì)消費(fèi)、豐富群眾業(yè)余生活的同時(shí)，也帶來了相應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。商業(yè)綜合體建筑通常體量較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部集購物、餐飲、娛樂等多業(yè)態(tài)于一體，火災(zāi)危險(xiǎn)性較高。因此，進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評估，可以幫助管理者認(rèn)識(shí)商業(yè)綜合體火災(zāi)的危險(xiǎn)程度及可能造成的損失，實(shí)現(xiàn)有針對性的消防安全管理，為合理、有效地預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生提供參考。

本文采用的評估方法融合了模糊層次分析法（FAHP）和聚類分析法的優(yōu)勢，克服了層次分析法（AHP）的局限性以及人類思維的主觀性，彌補(bǔ)了其在建立判斷矩陣時(shí)不考慮人類思維判斷的反復(fù)性及搖擺性、在一致性驗(yàn)證時(shí)過于復(fù)雜、實(shí)用程度不高的缺點(diǎn)。同時(shí)，使用聚類分析法對專家進(jìn)行聚類，運(yùn)用相似系數(shù)理論及CA公式確定專家賦值權(quán)重，既達(dá)到了正確聚類的目的，又盡可能削弱分配專家權(quán)重的主觀性，讓每一位專家的個(gè)體排序向量結(jié)果能夠充分參與綜合排序的計(jì)算。可以說，將模糊層次分析與聚類分析法有機(jī)融合，應(yīng)用到商業(yè)綜合體建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估，具有積極的意義。

1 研究方法特點(diǎn)

1.1" 模糊層次分析法

與層次分析法相比，模糊層次分析法具有以下優(yōu)勢：

第一，判斷矩陣的構(gòu)建方式不同。AHP通過指標(biāo)的兩兩比較建立判斷矩陣，采用1～9標(biāo)度法；而FAHP[1]融合模糊數(shù)學(xué)理論，建立模糊判斷矩陣，采用0.1～0.9標(biāo)度法。相比之下，能夠更加科學(xué)地反映人類判斷的模糊性，見表1。

第二，檢驗(yàn)判斷矩陣一致性的方式不同。AHP在構(gòu)造完判斷矩陣后要對矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以驗(yàn)證其合理性，再進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。而FAHP在計(jì)算指標(biāo)權(quán)重前，已經(jīng)構(gòu)建出模糊一致判斷矩陣，無需再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

第三，指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法不同。FAHP中通過構(gòu)造模糊一致判斷矩陣[2]，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)算法，計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重向量。

1.2" 聚類分析

聚類分析法是一種分類研究領(lǐng)域的多元統(tǒng)計(jì)方法，它將各位專家給出的個(gè)體評價(jià)排序向量看作待識(shí)別樣本，應(yīng)用系統(tǒng)聚類法將相似的排序向量合并成類，即將全部個(gè)體樣本各自視為一類，隨后逐級聚類，在此過程中，通常應(yīng)用夾角余弦法作為2個(gè)排序向量的相似性度量方法。在得到每個(gè)個(gè)體排序向量間的相似系數(shù)矩陣后，合并相似系數(shù)最大的2類組成新類，計(jì)算剩余類與新類的相似系數(shù)，并重復(fù)聚類操作，直到全部相似系數(shù)均大于分類臨界閾值時(shí)，完成聚類。運(yùn)用聚類公式計(jì)算出專家權(quán)重系數(shù)，加權(quán)得到最終的指標(biāo)綜合權(quán)重。

2 建立商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估模型

2.1" 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1.1" 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

商業(yè)綜合體的消防安全是一個(gè)綜合性體系，本文從系統(tǒng)安全工程學(xué)及消防工程學(xué)的角度出發(fā)，遵守系統(tǒng)性、科學(xué)性、綜合性、可行性、可操作性和相對獨(dú)立性六大原則來建立其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估體系。

2.1.2" 指標(biāo)體系的建立

經(jīng)過專家反復(fù)論證與完善，本文將評估體系按照遞階層次結(jié)構(gòu)分為一個(gè)目標(biāo)層、五個(gè)準(zhǔn)則層以及準(zhǔn)則層下的具體指標(biāo)層。最終確立以建筑滅火能力、建筑防火能力、建筑疏散設(shè)計(jì)、消防安全管理、人員行為特性五方面為準(zhǔn)則層的商業(yè)綜合體建筑風(fēng)險(xiǎn)評估體系，見表2。

2.2" 指標(biāo)權(quán)重的確定

2.2.1" 構(gòu)建模糊判斷矩陣

通常在FAHP的應(yīng)用中，對于優(yōu)先關(guān)系矩陣的獲取大多采用專家打分的方式。為了盡可能得到準(zhǔn)確客觀的判斷矩陣，本文邀請五位專家，應(yīng)用德爾菲法進(jìn)行打分，得到對應(yīng)的模糊判斷矩陣，因篇幅有限，本文只列出準(zhǔn)則層對于目標(biāo)層的模糊判斷矩陣，如下：

2.2.2" 構(gòu)建模糊一致判斷矩陣

本文引入模糊數(shù)學(xué)的概念，在得到優(yōu)先模糊判斷矩陣后，構(gòu)建出模糊一致矩陣，無需再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過公式（1）對上述判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整：

式中：bij——指標(biāo)間的相對重要程度；

di——優(yōu)先關(guān)系矩陣（aij）n*n按行求和的結(jié)果。

則矩陣B=（bij）n*n為模糊一致矩陣。通過MAT1AB編程計(jì)算，得到模糊一致矩陣如下：

2.2.3" 確定各專家關(guān)于各層的指標(biāo)權(quán)重

本文在計(jì)算各層級指標(biāo)權(quán)重時(shí)為解決更高的精度和收斂問題，在得到模糊一致矩陣后，應(yīng)用方根法算出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量作為初始排序向量，再運(yùn)用迭代法得到精確度更高的排序向量，這一過程要求選擇合適的初始向量并進(jìn)行大量的運(yùn)算。

通過計(jì)算，得到5位專家關(guān)于準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的權(quán)重向量，如下：

WA1=（0.1878，0.2447，0.2041，0.1960，0.1674）

WA2=（0.2000，0.2324，0.2121，0.1838，0.1717）

WA3=（0.2041，0.2323，0.2000，0.1960，0.1676）

WA4=（0.2122，0.2325，0.2122，0.1878，0.1553）

WA5=（0.1920，0.2160，0.1960，0.1880，0.2080）

由于篇幅有限，5位專家關(guān)于指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的各個(gè)指標(biāo)向量在此省略，待得到各個(gè)專家的賦值權(quán)重后，加權(quán)計(jì)算出各層指標(biāo)的最終權(quán)值時(shí)一并給出。

2.2.4" 聚類分析確定專家權(quán)重

本文使用SPSS[3]對多位專家給出的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行分析計(jì)算，利用文獻(xiàn)中介紹的公式（2）計(jì)算得出專家賦值權(quán)重。下面對5位專家關(guān)于準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的權(quán)重向量進(jìn)行聚類分析。

假設(shè)類別p包含個(gè)體排序向量np個(gè)，t為分析所得類數(shù)，則每位專家的權(quán)重為：

本文規(guī)定距離（閾值）介于2.5～3.5之間，通過聚類分析，5個(gè)專家最終歸并為3類：專家1為一類，專家2、專家3和專家4為一類，專家5為一類。

利用公式計(jì)算出各專家的權(quán)重為：

=（0.10，0.27，0.27，0.27，0.09）

2.2.5" 確定指標(biāo)綜合權(quán)重

將得到的專家賦值權(quán)重加權(quán)到5位專家關(guān)于準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的權(quán)重向量，可得到準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層的綜合權(quán)重，如下：

WA=（0.2025，0.2321，0.2066，0.1898，0.1690）

同理，可得到指標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的綜合權(quán)重，如下：

WB1=（0.1669，0.1564，0.1641，0.1657，0.1662，0.1807）

WB2=（0.1801，0.1666，0.1695，0.1637，0.1654，0.1547）

WB3=（0.2113，0.2149，0.1886，0.1905，0.1947）

WB4=（0.1765，0.1679，0.1610，0.1614，0.1546，0.1786）

WB5=（0.3129，0.3479，0.3392）

根據(jù)上面得出的兩部分權(quán)重向量，可以計(jì)算出指標(biāo)層相對于目標(biāo)層的各個(gè)權(quán)重[4]Wij，分別為：

W11～16 =（0.0338，0.0317，0.0332，0.0335，0.0336，0.0366）

W21～26 =（0.0418，0.0387，0.0393，0.0381，0.0385，0.0359）

W31～35 =（0.0436，0.0445，0.0390，0.0393，0.0402）

W41～46 =（0.0335，0.0319，0.0305，0.0306，0.0293，0.0339）

W51～53 =（0.0529，0.0588，0.0573）

針對以上結(jié)果，從準(zhǔn)則層的角度來看，建筑防火能力、建筑疏散設(shè)計(jì)、建筑滅火能力對商業(yè)綜合體建筑消防安全狀況的影響相對重要一些，同時(shí)，從指標(biāo)層因素相對于目標(biāo)層的權(quán)重可以看出，場所內(nèi)人員密度與人員安全意識(shí)也是重要影響因素。此外，應(yīng)在日常消防管理中把人和物的影響同樣重視起來，使二者緊密結(jié)合，減少火災(zāi)所造成的危害。

3 某商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管控能力評估

3.1" 建立火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分級標(biāo)準(zhǔn)

本文將商業(yè)綜合體建筑存在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)劃分為五個(gè)等級[5]，具體評估分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

3.2" 對風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行打分

組織5名專家參照本文建立的評估模型以及火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分級標(biāo)準(zhǔn)對各級指標(biāo)進(jìn)行評判打分，方法采用滿分百分制，以5分為一個(gè)梯度，對應(yīng)的每項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的潛在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)越小，打的分值就越高，相反分值就越低，最終每項(xiàng)指標(biāo)的得分為5位專家打分的平均值Dij。

3.3" 計(jì)算商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估分值

3.3.1" 計(jì)算指標(biāo)層的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估分值

根據(jù)得到的每個(gè)底層指標(biāo)的打分分值Dij，結(jié)合相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重Wij，加權(quán)得出指標(biāo)層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)相對于準(zhǔn)則層的風(fēng)險(xiǎn)評估分值，用Rij表示，即：

3.3.2" 計(jì)算準(zhǔn)則層的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估分值

將準(zhǔn)則層中每一個(gè)主因素下的指標(biāo)分值Rij聚合得到此主因素的風(fēng)險(xiǎn)評估分值，用Ri表示，即：

3.3.3" 計(jì)算建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估分值

將準(zhǔn)則層中每個(gè)主因素的風(fēng)險(xiǎn)評估分值與相應(yīng)的主因素權(quán)重Wi加權(quán)，得到該風(fēng)險(xiǎn)因素在目標(biāo)層中的風(fēng)險(xiǎn)評估值，將其聚合得到商業(yè)綜合體建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估值，用R表示，即：

至此，通過專家評判分值以及得出的各指標(biāo)權(quán)重，確定了某商業(yè)綜合體建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估值[6]，直觀地反映了該建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級及其管控火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的能力，具體的風(fēng)險(xiǎn)評估分值如下：

目標(biāo)層（商業(yè)綜合體建筑消防安全水平Z的風(fēng)險(xiǎn)評估分值為80.4分）。

準(zhǔn)則層（建筑滅火能力A1的風(fēng)險(xiǎn)評估分值為83.1分；建筑防火能力A2為80.2分；建筑疏散設(shè)計(jì)A3為83.9分；消防安全管理A4為79.6分；人員行為特性A5為73.8分）。

指標(biāo)層（火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)B11的風(fēng)險(xiǎn)評估分值為88分；室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)B12為79分；自動(dòng)滅火系統(tǒng)B13為82分；排煙通風(fēng)系統(tǒng)B14為81分；消防通信與聯(lián)動(dòng)設(shè)施B15為85分；消防控制室B16為83分；火災(zāi)荷載B21為72分；防火分隔B22為79分；防火與防煙分區(qū)B23為83分；防火間距B24為83分；內(nèi)部裝修材料B25為73分；消防車通道B26為82分；安全出口B31為84分；疏散距離B32為81分；疏散指示標(biāo)志B33為86分；應(yīng)急照明B34為84分；應(yīng)急廣播B35為85分；消防安全制度B41為76分；滅火疏散預(yù)案B42為80分；消防演練B43為80分；宣傳教育培訓(xùn)B44為77分；防火檢查巡查B45為83分；設(shè)施保養(yǎng)維護(hù)B46為82分；人員流量B51為70分；人員消防意識(shí)B52為75分；人員行為能力B53為76分）。

由此可以得出結(jié)論，該商業(yè)綜合體建筑的消防安全綜合評估值為80.4分，按照上述風(fēng)險(xiǎn)分級標(biāo)準(zhǔn)，略高于80分，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級處于“較低風(fēng)險(xiǎn)”水平，即發(fā)生火災(zāi)后造成的生命財(cái)產(chǎn)損失基本處于可控狀態(tài)，這得益于建筑完善的消防設(shè)施體系和應(yīng)急響應(yīng)能力，但同時(shí)也可以看出，在消防安全管理、人員安全特性等方面分值略低，基本反映出單位在消防制度的落實(shí)和器材的維護(hù)保養(yǎng)上仍然存有諸多不足，消防知識(shí)的宣傳教育和普及亟須加強(qiáng)，這樣才有利于最大限度地降低建筑存在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提升商業(yè)綜合體建筑的消防安全水平。

4 結(jié)束語

本文建立的商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)結(jié)合了FAHP和聚類分析兩種方法，通過定性與定量的有機(jī)結(jié)合、優(yōu)勢互補(bǔ)，顯著提升了所得結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，具有一定的科學(xué)性和可行性，對商業(yè)綜合體建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評估和管控具有一定程度的參考意義。

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