■ 趙相連 邵 偉

近年來，隨著一些新興的包含重大危險源的工業(yè)園區(qū)的不斷興建，一些規(guī)模較大破壞性較強的火災不斷出現(xiàn)，使得這種重大危險源區(qū)域的消防工作面臨的問題也越來越多，因此重大危險源區(qū)域消防規(guī)劃逐漸成為人們關注的焦點。本文應用系統(tǒng)安全工程理論以及相關的數(shù)學方法，對重大危險源區(qū)域火災風險進行評估，建立了進行區(qū)域火災風險評估的基本理論，給出了建立火災風險評估指標體系的原則，利用模糊理論開發(fā)了基于模糊均值的多指標綜合評估合成技術，為研究重大危險源區(qū)域火災風險提供了新的更加合適的方法。

在現(xiàn)代社會中，生產(chǎn)及生活電氣化、城市的立體化、人口和物資的高度集中和各類石油化工企業(yè)的迅速發(fā)展，使各個城市區(qū)域火災的危險性日益增加，不僅造成火災次數(shù)的遞增，而且控制和撲救的難度也在不斷增加。從我國情況來看，火災頻率與火災損失和社會的現(xiàn)代化程度成正比關系，因此為了更好地了解控制火災風險，對火災風險的評估已經(jīng)引起越來越多的重視。然而，在區(qū)域火災風險評估過程中，由于對火災風險致因理論缺乏足夠的認識，不能夠對火災控制與消防規(guī)劃起到一定的指導作用，更重要的是隨著社會的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型的復合型的區(qū)域，在這種區(qū)域內(nèi)包含了多種不同等級的危險源，這樣就給該地區(qū)的消防系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。本文主要是探討包含一些重大危險源火災風險特征的區(qū)域，建立其火災風險評估基本理論框架，為進行此類區(qū)域的消防規(guī)劃研究奠定基礎。

一、火災風險基本理論

（一）火災風險概念。

火災風險的核心內(nèi)容是“火災危害事件發(fā)生的可能性”。風險重要性在于其損失的嚴重性及事件發(fā)生的不確定性。不利事件的發(fā)生是造成風險的主要原因。而系統(tǒng)安全理論認為，系統(tǒng)中存在危險源是事故發(fā)生的根本原因。系統(tǒng)中不可避免地會存在著某種類型的危險源。系統(tǒng)安全的基本內(nèi)容就是辨識系統(tǒng)中的危險源，采取措施消除和控制系統(tǒng)中的危險源。

按照事故致因理論，風險能被定義為事故頻率和可能造成的后果。風險評估相應的能被劃分為兩個主要部分：引起事故發(fā)生的頻率預測和導致事故發(fā)生的結果估計。Hall 和 Swkizawa 用公式1概括了火災風險評估的基本框架。

g（s'）是在火災風險評估中權衡轉化函數(shù)。p（s=s'）是最大危險值s'發(fā)生的概率。為了使其上面的表達式更加明確，本文用下面的定義來表示。由于能量或危險物質(zhì)在事故致因中占有非常重要的位置，可以把g（s'）定義為危險品的聚集函數(shù)；把導致危險品的約束、限制措施失效或破壞的發(fā)生的概率表示為p（s=s'）。根據(jù)事故致因理論以及上面的定義，可以把火災危險源作為導致火災發(fā)生的潛在的不安全因素。于是，可以按照火災危險源在火災發(fā)生、發(fā)展過程中的作用來研究火災危險源，為此，將火災危險源分為兩部分。

第一部分是能量或危險品的過分聚集，如液化石油氣罐、原油儲罐等。第二部分是能量或危險品約束失效，把導致各種危險物質(zhì)和能量約束或限制措施破壞、失效的各種因素稱為安全失效誘因，安全失效誘因包括人、物、環(huán)境三個方面的問題。

火災事故的發(fā)生是上面兩部分共同起作用的結果。在兩類火災危險源中，危險品的過分聚集是火災發(fā)生的前提，是導致火災事故發(fā)生的能量主體，安全失效的出現(xiàn)是導致事故的必要條件。在火災的發(fā)生、發(fā)展過程中，能量聚集和安全失效是相互依存的，但起著不同的作用。能量聚集決定事故后果的嚴重程度；安全失效的概率決定事故發(fā)生可能性的大小。對火災進行風險評估及建立指標體系時，可以以此為基礎開展研究工作。

（二）火災風險分析及其必要性。

重大危險源就是能量和危險品的聚集比通常的要大，因此這些重大危險源一旦發(fā)生火災，勢必造成巨大的損失（包括經(jīng)濟破壞、人員傷亡、財產(chǎn)損失等）。而且包含重大危險源的區(qū)域火災具有突發(fā)、連鎖、復雜多樣、處置困難等特點。因此對于包含重大危險源的區(qū)域進行火災風險評估，也就是對這些重大危險源和周圍的環(huán)境進行評估分析。大量的資料分析表明，火災風險評估可以為有效地、合理地防治火災提供重要的決策依據(jù)，在火災防治方面己顯示出巨大的作用。它可以為有效的區(qū)域消防管理，消防規(guī)劃，部署消防設施建設提供十分有益的參考。

不少學者用科學、系統(tǒng)的觀點對火災風險評估的本質(zhì)可以作如下的描述：火災風險評估是運用系統(tǒng)科學的理論和方法，對系統(tǒng)的火災狀況進行預測和評估，并尋找最佳對策控制火災的發(fā)生和發(fā)展。在現(xiàn)代化各種城市區(qū)域中，對火災的控制不僅受消防系統(tǒng)本身的規(guī)劃、裝備和戰(zhàn)斗力等因素制約，而且受到區(qū)域通訊系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、整體規(guī)劃布局等多方面因素的影響和制約。要提高抗御火災的能力，就需要從外部輸入物質(zhì)、能量和信息，改進區(qū)域消防系統(tǒng)的結構，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定度和自組織能力。因此，要減輕火災危害必須根據(jù)自身的社會環(huán)境、自然環(huán)境特點，通過有效的管理規(guī)劃、消防措施，控制火災災害系統(tǒng)，增強防御火災的能力，從而減少可能的火災損失。一般認為，區(qū)域災害系統(tǒng)是由致災因子、孕災環(huán)境、承災體共同組成的系統(tǒng)，災情是這個系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)共同作用的產(chǎn)物。對于工業(yè)區(qū)等區(qū)域火災來說，它是危險品聚集和管理安全失效作用于受災對象而形成了火災。可見，區(qū)域火災的形成應該具備三個條件：危險源的聚集，危險源管理的失效以及受災對象，三者缺一則不能形成火災。關系如圖1所示。

圖1 區(qū)域火災及其消防系統(tǒng)之間的關系

圖1中的關系為：危險品的聚集管理措施失效后形成火災危險源，在控制區(qū)域火災發(fā)生時，區(qū)域減災系統(tǒng)會對危險品的聚集進行合理的規(guī)劃、對安全管理失效進行有效監(jiān)控，從而可以減輕火災發(fā)生后的損失；受災對象中存在危險品的聚集是其發(fā)生火災的根源，通過火災危險源辨識后，危險品的聚集又可以影響受災對象的布局。在發(fā)生火災時，危險品的聚集和其管理安全的失效是根源，而火災減輕是輸出，根據(jù)對火災的輸出以及消防現(xiàn)狀的評估，又可以調(diào)整消防措施，從而加強對形成火災條件的控制，組成閉環(huán)的系統(tǒng)。

（三）火災風險評估的基本方法。

為了預防和控制火災事故的發(fā)生，減少火災傷亡事故，國際上對火災風險評估的方法進行了廣泛的研究，具體歸納可以分為以下幾種形式：

1．主要以現(xiàn)行的消防規(guī)范為依據(jù)，逐項檢查消防設計方案是否符合規(guī)范要求屬于對照規(guī)范評定。目前我國消防監(jiān)督管理部門在對建筑防火設計進行審查和對已有建筑防火設施進行檢查時，基本采用這種方法。另外，城市規(guī)劃部門在按照《城市消防規(guī)劃建設管理規(guī)定》進行城市消防規(guī)劃設計時也屬于此類。但很多實際工程并不能照搬規(guī)范，缺乏評估依據(jù)。

2．通過事件樹分析（ETA）等邏輯分析法進行研究。這類方法運用運籌學原理等方法對火災的原因和結果進行邏輯分析，揭示了導致火災的各基本事件之間的邏輯關系，并進行定性的描述，通過把系統(tǒng)的火災事故與各子系統(tǒng)有機地聯(lián)系在一起，指出了預防火災應采取的控制措施。但邏輯分析法建樹復雜，需要考慮的因素較多，數(shù)據(jù)收集工作往往難以實現(xiàn)，而且有時一些數(shù)據(jù)是模糊的不可確定的，因此不能實現(xiàn)定量分析。

3．通過綜合評估方法進行分析。這是一種系統(tǒng)工程的方法，它考察各系統(tǒng)組成要素的相互作用以及對建筑物火災發(fā)生發(fā)展的影響，作出對整個建筑物的消防安全性能評估。但是這種方法在實際操作中存在過多地依賴專家意見，因此主觀性較強。

綜合以上內(nèi)容，圖2列出了火災風險評估的主要過程。其中，火災危險源的辨識是采用系統(tǒng)安全分析方法，從安全的角度對系統(tǒng)進行分析，通過揭示可能導致系統(tǒng)火災的因素及其相互關聯(lián)來查明系統(tǒng)中的火災危險源；火災危險源的辨識是火災風險評估的前提，而火災風險評估又為火災風險控制提供依據(jù)。

圖2 區(qū)域火災風險評估基本框架

本文根據(jù)火災風險的特征及危險品的聚集和安全管理失效兩方面特征，在充分辨識城市火災風險因素的基礎上，分析了重大危險源的火災特性，通過構造合理的指標體系，試圖量化一些包含重大危險源區(qū)域的火災風險評估方法。

二、量化火災風險評估分析

對于包含重大危險源區(qū)域的復雜系統(tǒng)，為了對其火災風險狀態(tài)進行客觀的評估，最簡單、最實用的方法是首先將系統(tǒng)合理地劃分成以重大危險源為中心的若干個評估單元，并根據(jù)每個各單元中指標之間的關系構造各評估單元的評估指標體系。試圖將區(qū)域火災風險評估指標進行了量化處理，并在重大危險源的指標的基礎上對評估單元內(nèi)的評估指標再進行綜合分析，在完成對各個評估單元的狀態(tài)評估之后，再將各個評估單元狀態(tài)合并累積，最終達到對系統(tǒng)狀態(tài)進行評估的目的。

目前，在火災風險評估方面已經(jīng)開發(fā)了一些方法，模糊數(shù)學作為處理這種不確定性因素組合的工具在風險評估方面得到了廣泛的應用。因此在模糊綜合評估理論的基礎上，本文提出了一種綜合評估方法——多目標模糊評估方法，并將其應用于區(qū)域火災風險評估之中。為了處理火災風險評估指標的權重問題，本文采用了基于模糊隸屬函數(shù)的層級分析法，最后對區(qū)域火災風險評估指標進行無量綱的處理。

（一）評估指標及其權值的確定。

在區(qū)域火災評估指標體系中，不同的評估指標對系統(tǒng)的貢獻不同，所以評估指標的權值問題是進行系統(tǒng)風險評估所涉及的重要問題之一，它直接影響評估結果的合理性。指標的權值為指標在系統(tǒng)中相對重要程度的主觀和客觀反映的綜合度量，它表示該指標在指標體系中的相對重要程度，即在其它指標不變的情況下該指標的變化對結果的影響。

近幾年來，層次分析法 AHP（Analytic Hierachy Process） 獲得了廣泛的應用，該法將人的判斷用數(shù)量形式表示出來，是一種定性與定量相結合的系統(tǒng)分析方法，它改變了長期以來人們對復雜的社會系統(tǒng)主要靠主觀判斷、缺乏邏輯思維方式進行決策的狀況。該方法對于量化評估指標，選擇最優(yōu)方案提供了依據(jù)。然而，AHP 存在著一些缺陷：如檢驗判斷矩陣是否一致非常困難，且檢驗判斷矩陣是否具有一致性的標準 CR < 0.1缺乏科學依據(jù)；判斷矩陣的一致性與人類思維的一致性有顯著差異。

針對上述缺陷，本文采用模糊層次分析法 FAHP（Fuzzy—AHP）對包含重大危險源的火災風險評估指標體系的多項權重進行了處理。

若模糊矩陣B=（bij）mn滿足bij+bji=1，i=1，2，…，k，…，m；j=1，2，…，k，…，n；則稱模糊矩陣 B 為模糊互補矩陣。若B進一步滿足：bij=bikbjk+0.5 , 則稱模糊矩陣B為模糊一致矩陣。

模糊一致矩陣B表示針對上一層某元素，本層次與之有關元素之間相對重要性的比較，假定上一層元素T同下一層次元素a1，a2…an有關系，則模糊一致矩陣可表示為：

bij的實際意義是：ai元素aj和元素 相對于元素T進行比較時，ai和aj具有模糊關系“…比…重要的得多”的隸屬度。從而可以得到如下的模糊一致矩陣：

設元素a1，a2…an進行之間重要性比較后得到模糊一致矩陣:B=（bij）mn，其權重值r1，r2…rn有如下關系成立：bij=0.5+a（ri-rj），i，j=1，2，…，n，其中0 < a ≤0.5，且a是人們所感知對象的差異程度的一種標準，同評估對象個數(shù)的差異程度有關，當評估的個數(shù)或差異程度較大時，a可以取較大值；另外，決策者還可以通過調(diào)整a的大小，求出若干個不同的權值向量，再從中選擇一個比較滿意的權值向量。

對區(qū)域的火災風險進行評估，首先要對各指標進行量化處理。具體地說，就是把影響火災風險的主要因素歸納總結成一系列概念明確、邊界清晰、便于把握的指標，并把這些指標按照其內(nèi)在的聯(lián)系及隸屬關系組織起來。對于定量指標，如五分鐘消防相應時間達標率、專業(yè)消防人員數(shù)量等，可以采用統(tǒng)計的方法確定具體的數(shù)值；對于建筑物的火災風險等級則利用主成分方法進行確定。構造出評價的指標體系是否科學合理，直接關系到評價的作用和功能是否能正常發(fā)揮，進而影響是否達到消防安全水平的目的。

針對包含重大危險源區(qū)域的經(jīng)濟特點，在廣泛收集和分析國內(nèi)外資料的基礎上，通過火災統(tǒng)計分析確定了影響區(qū)域火災風險主要因素及其相互關系，并利用模糊層次分析法給出了各個指標的權重系數(shù)。

系統(tǒng)風險指標，其特征值一般具有具有很強的模糊性，因此，設某一單元系統(tǒng)，其評估指標有 m 個，它所構成的集合R=（r1，r2，…，rm），參與確定指標特征值的有關負責人有 q 個，其集合為P=（p1，p2，…，pq）。對于指標r1，負責人pj依據(jù)起評估標準和對該指標有關情況的了解給出一個特征區(qū)間（aij，bij），由此構成一集值統(tǒng)計序列。則評估指標ri的特征值可以用公式2計算：

（二）基于模糊均值的評價模型。

一般來說，為了對火災風險狀況加以評估，需要用一個指標來衡量評估的火災所造成的后果，同時還要給出依據(jù)該指標進行風險等級劃分的標準，兩者缺一不可。然而，評估方法不同，系統(tǒng)風險評估的最終指標，即系統(tǒng)風險等級也不相同，那么評估標準自然就存在差異。

在火災風險評估體系中，對于定性指標最簡單的方法是將相關的指標與有關的標準或消防規(guī)范對比，以判斷城市火災的危險程度，也可以根據(jù)同類系統(tǒng)或類似系統(tǒng)以往的事故經(jīng)驗指定風險分類等級。定量危險性指標常被分為概率危險性評估和相對危險性評估。

表1 火災風險指標參數(shù)

由于系統(tǒng)的安全狀態(tài)是具有模糊性的，因此在描述區(qū)域火災風險時，應該充分考慮其模糊性，其等級劃分可以采用習慣上的等級制，可將系統(tǒng)風險劃分為奇數(shù)個等級。這主要是從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，考慮到安全與風險具有互補性，即系統(tǒng)的安全性用危險性來表達與危險性用安全性來描述是等價的。

假定風險分成 m 個等級，則系統(tǒng)風險狀況的為評估空間為V=（v1，v2，…，vm），其相關的因素集為E=（e1，e2，…，em）。它們之間具有一定的模糊關系，vk通常是ek上的模糊子集。設描述系統(tǒng)風險等級的模糊集合為?則有如下映射：

該映射即為空間 E 中元素 e 對模糊集?的隸屬函數(shù)。

從上面的分析可知，影響區(qū)域火災風險狀態(tài)的因素繁多，但各因素之間存在著相互關聯(lián)性，這種關聯(lián)特征影響著整個評估系統(tǒng)的風險狀況。因此，要揭示評估系統(tǒng)組成因素之間的關聯(lián)特征除了應該掌握因素之間的相互制約狀況，更重要的是掌握其關聯(lián)狀況對整個評估系統(tǒng)所呈現(xiàn)狀態(tài)的影響程度。為了解決這個問題，本文借助于模糊理論中的模糊測度，基于多目標概念，結合模糊積分方法將邏輯加權發(fā)展成為了一種積分合成方法一多目標模糊均值法。本方法即考慮了重大危險源單元內(nèi)評估系統(tǒng)各因素狀態(tài)特征的重要程度，而且強調(diào)因素之間相互關聯(lián)、相互制約對整個評估結果的影響，同時借鑒了模糊均值的概念，突出了火災評估過程中所關心因素的權重，并且簡化了其數(shù)學模型。

在區(qū)域火災風險評估中，多目標模糊均值的基本思想是，設區(qū)域火災風險的各重大危險源單元的評估值η，評估指標的集合為X=（x1，x2，…，xn），xi為第i個評估指標，用A（xi）表示區(qū)間各個單元指標的隸屬函數(shù)，且A（xi）∈[0,1]，B（xi）表示指標xi的權度系數(shù)。則各單元的評估值可以用公式3計算：

三、結論

本文提出了利用模糊均值的方法對包含重大危險源區(qū)域的風險評估進行分析研究，以確定整個消防規(guī)劃系統(tǒng)開展的可參考依據(jù)，而且能夠通過合理的布局調(diào)整，再結合量化后的評估方案來降低區(qū)域各功能區(qū)塊發(fā)生火災的概率，同時還可以降低整個消防系統(tǒng)設施的投入。