鄭天芳，曲 娜，張 帥，冮 震

(沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 安全工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110136)

由于高層建筑人員眾多，用電量大，電氣系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，使得高層建筑電氣火災(zāi)的發(fā)生率逐年遞增，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅[1-2]。因此，深入研究高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。目前，已有不少學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行研究。郭天成等[3]通過(guò)分析我國(guó)建筑電氣火災(zāi)近況，找出電氣火災(zāi)發(fā)生的主要原因，提出合理設(shè)計(jì)電氣設(shè)備系統(tǒng)和強(qiáng)化用電安全教育等解決方法。李峰[4]通過(guò)全面分析電氣火災(zāi)發(fā)生原因，從預(yù)防控制、安全使用以及條文約束等方面闡述了如何預(yù)防建筑電氣火災(zāi)發(fā)生。陳平樂(lè)[5]探究建筑電氣火災(zāi)的特點(diǎn)和原因，提出提高電氣設(shè)計(jì)和電氣驗(yàn)收的質(zhì)量。耿曉帥[6]揭示建筑電氣火災(zāi)事故發(fā)生的原因和規(guī)律，并建立了事故預(yù)防系統(tǒng)。吳濤[7]分析高層建筑消防設(shè)計(jì)問(wèn)題，提出從消防配電、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)這3方面提高高層綜合建筑電氣消防設(shè)計(jì)的可靠性。王建榮[8]通過(guò)分析高層民用建筑電氣火災(zāi)發(fā)生原因，提出了一系列的預(yù)防措施。季建平等[9]分析了超高層建筑施工期存在的電氣火災(zāi)隱患，指出引發(fā)施工期電氣火災(zāi)最重要的因素是裝修階段的電氣線路故障。

通過(guò)以上分析可知，對(duì)于高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的研究較少，且大多采用定性分析，很少采用定量研究。因此，本文提出了基于AHP-熵權(quán)法和模糊理論的高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，可以利用該模型對(duì)高層建筑電氣火災(zāi)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取不但關(guān)系到整個(gè)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的合理性，更關(guān)系到最終評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性[10]。高層建筑電氣火災(zāi)事故的發(fā)生主要是由潛在隱患受外界刺激轉(zhuǎn)化導(dǎo)致[11]。高層建筑自生電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致電氣火災(zāi)事故原因的多元化。借鑒彭雙紅[12]、陳圍良等[13]對(duì)火災(zāi)要素的劃分方法并結(jié)合德?tīng)柗品ǎ瑢?0位多年從事電氣及火災(zāi)安全工作、具有豐富電氣知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)專家的調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行整理分析，得出目前造成高層建筑電氣火災(zāi)的主要原因有：接地故障、電氣設(shè)備和電線等老化、配電設(shè)備設(shè)計(jì)不當(dāng)、違規(guī)用電、過(guò)負(fù)荷用電、消防設(shè)施不齊全、疏散通道不暢通、管理疏松、消防安全知識(shí)欠缺等。將其與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)知識(shí)相結(jié)合，遵循“人-機(jī)-環(huán)”安全系統(tǒng)工程學(xué)原理，建立了高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 權(quán)重確定

2.1 AHP求權(quán)重

AHP是一種通過(guò)專家打分來(lái)量化信息、通過(guò)對(duì)比作出決策的分析方法，用以解決復(fù)雜的決策問(wèn)題，目前已廣泛用于企業(yè)管理、能源分配、軍事指揮和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域[14]。采用AHP確定權(quán)重的主要步驟如下：

(1)構(gòu)造判斷矩陣

邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)同級(jí)指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩對(duì)比，運(yùn)用1到9量化標(biāo)準(zhǔn)(如表2所示)進(jìn)行量化，根據(jù)量化結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣A=(aij)m×n，其中aij表示因素i與因素j的重要性之比。

表2 1-9標(biāo)度法含義

(2)計(jì)算最大特征值

(3)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

計(jì)算一致性指標(biāo)CI，見(jiàn)式(1)

(1)

CI的值越大，則矩陣越偏離完全一致性；CI的值越趨近于0，則矩陣越接近完全一致性。

計(jì)算一致性比例CR見(jiàn)式(2)

(2)

規(guī)定CR<0.1時(shí)，則矩陣的一致性可接受；反之，則表明加權(quán)系數(shù)分配不當(dāng)，需進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，如表3所示。

表3 RI值

(4)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

2.2 熵權(quán)法求權(quán)重

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，具有客觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。系統(tǒng)熵值隨著外部環(huán)境的變化而變化，當(dāng)熵值為狀態(tài)函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的不確定性隨熵值的增大而增大；反之，熵值越小，系統(tǒng)越趨于穩(wěn)定[15]。應(yīng)用熵權(quán)法確定權(quán)重的具體步驟如下：

(2)計(jì)算各評(píng)估指標(biāo)的信息熵，第j個(gè)指標(biāo)的信息熵見(jiàn)式(3)

(3)

其中k=1/lnn,且可知0≤Ej≤1。

(3)計(jì)算各評(píng)估指標(biāo)的熵權(quán)，第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)見(jiàn)式(4)

(4)

2.3 指標(biāo)綜合權(quán)重

單一求權(quán)重的方法易存在偏差，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，本文根據(jù)所求指標(biāo)的特性，將AHP和熵權(quán)法所求權(quán)重采用集成的方法加以組合，提高指標(biāo)權(quán)重的客觀性，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重見(jiàn)式(5)

(5)

3 高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊評(píng)價(jià)法依據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以較好地解決模糊的、難以量化的問(wèn)題，適用于各種非確定性問(wèn)題的解決[16]。模糊評(píng)價(jià)步驟如下：

(1)構(gòu)建評(píng)價(jià)因素集

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)立評(píng)判因素集U。U={U1,U2,U3},U1={U11,U12,…，U19}，U2={U21,U22,…，U26},U3={U31,U32,U33，U34}，其中U表示高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，為一級(jí)指標(biāo)，其他均為二級(jí)指標(biāo)。

(2)構(gòu)建評(píng)價(jià)集

高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用的是定性和定量相結(jié)合的方法，評(píng)價(jià)的結(jié)果存在一定的模糊性，將高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)級(jí)別，以10分為評(píng)分范圍，得分越高，表明電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)越小，如表4所示。

(3)確定權(quán)重集

利用AHP法和熵權(quán)法分別求出AHP權(quán)重和熵權(quán)，通過(guò)式(5)求出綜合權(quán)重，最終構(gòu)造指標(biāo)綜合權(quán)重向量Wj(j=0,1,2,3)，W0為一級(jí)指標(biāo)綜合權(quán)重向量，W1,W2,W3為二級(jí)指標(biāo)綜合權(quán)重向量。

(4)構(gòu)建模糊隸屬度矩陣

由于高層建筑電氣火災(zāi)指標(biāo)具有一定的模糊性和不連續(xù)性，無(wú)法用確切的數(shù)據(jù)表示，所以邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)的專家人士根據(jù)具體情況打分，專家組對(duì)評(píng)價(jià)因素集中的每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，隸屬度公式見(jiàn)式(6)

(6)

其中vi={v1,v2,v3,v4,v5}={危險(xiǎn)，較危險(xiǎn)，一般安全，較安全，安全},計(jì)算各指標(biāo)隸屬度，通過(guò)隸屬度可以得到一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣Ri=(i=1,2,3),通過(guò)計(jì)算可得到綜合模糊評(píng)價(jià)矩陣R0，即R0={B1,B2,B3}T。

(5)建立評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)模型見(jiàn)式(7)

Bi=WjRi

(7)

Bi=(i=1,2,3)為模糊評(píng)價(jià)向量，其中B0為一級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)向量。

(6)指標(biāo)量化與結(jié)果分析

量化模型見(jiàn)式(8)

Pi=BjC

(8)

Pi(i=1,2,3)為高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)值，其中P0為高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)總值，P1,P2,P3為一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)值，C為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)值，根據(jù)構(gòu)建的評(píng)價(jià)集和專家建議，令

C={c1=3,c2=6.5,c3=7.5,c4=8.5,c5=9.5}。

4 實(shí)例應(yīng)用

選取沈陽(yáng)市某高層建筑為例，對(duì)其電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 權(quán)重確定

首先，邀請(qǐng)多位資深用電管理人員、消防人員、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估師和該建筑工作人員對(duì)評(píng)價(jià)體系中的一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)根據(jù)表2進(jìn)行兩兩比較打分，通過(guò)打分結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣。由于AHP計(jì)算權(quán)重過(guò)程復(fù)雜，容易出錯(cuò)，故在AHP求權(quán)重時(shí)借助層次分析軟件yaahp進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，該軟件能夠高效準(zhǔn)確計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果如表5～8所示。其次，將判斷矩陣歸一化，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣，并依照式(3)計(jì)算得到信息熵，將信息熵依照式(4)計(jì)算得到各指標(biāo)的熵權(quán)。最后，將AHP法得到的權(quán)重與熵權(quán)法得到的權(quán)重依照式(5)計(jì)算得到綜合權(quán)重，如表9所示。

表5 U1～U3判斷矩陣及權(quán)重

表6 U11～U19表判斷矩陣及權(quán)重

表7 U21～U26判斷矩陣及權(quán)重

表8 U11～U34判斷矩陣及權(quán)重

表9 權(quán)重表

4.2 確定模糊評(píng)價(jià)矩陣

上述人員對(duì)18個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行vi屬性打分，并通過(guò)式(6)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)指標(biāo)的隸屬度，即得到電氣系統(tǒng)因素模糊評(píng)價(jià)矩陣R1，環(huán)境因素模糊評(píng)價(jià)矩陣R2，人為因素模糊評(píng)價(jià)矩陣R3。

模糊評(píng)價(jià)矩陣結(jié)合表9中的綜合權(quán)重，運(yùn)用式(7)計(jì)算得到各級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)向量

B1=(0.121,0.160 9,0.250 6,0.182,0.285 4)

B2=(0,0,0.049 9,0.305 3,0.640 4)

B3=(0,0.070 2,0.511 6,0.198 4,0.219 8)

B0=(0.056 6,0.108 5,0.362 3,0.197 0,0.260 0)

4.3 指標(biāo)量化與結(jié)果分析

模糊評(píng)價(jià)向量結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)值，運(yùn)用式(8)計(jì)算得到該高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值，如表10所示。

表10 電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值

對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)集表4可知，沈陽(yáng)該高層建筑的電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，處于一般安全水平，需采取適當(dāng)措施，降低電氣火災(zāi)危險(xiǎn)，使其達(dá)到可接受水平。從表10可以看出，該小區(qū)的電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值中，電氣系統(tǒng)因素得分最低，環(huán)境因素和人為因素得分較高，隱患相對(duì)較小，在很大程度上保證了該小區(qū)的電氣火災(zāi)安全水平。因此，針對(duì)分析結(jié)果，需要在電氣系統(tǒng)因素方面進(jìn)一步加強(qiáng)。

結(jié)合指標(biāo)綜合權(quán)重和專家意見(jiàn)，可得到短路、漏電、過(guò)負(fù)荷和絕緣破損是影響該高層建筑電氣系統(tǒng)因素得分低的主要因素，尤其是漏電和過(guò)負(fù)荷。故需從這幾方面進(jìn)行電氣檢查、維修和監(jiān)管，提高電氣系統(tǒng)安全性，以使該高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處于較安全或安全水平。

5 結(jié)論

針對(duì)高層建筑電氣火災(zāi)頻繁且損失嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了基于層次分析(AHP)-熵權(quán)法的高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，主要結(jié)論如下：

(1)通過(guò)查閱資料以及專家調(diào)查問(wèn)卷，得出高層建筑電氣火災(zāi)發(fā)生的主要原因，遵循“人-機(jī)-環(huán)”安全系統(tǒng)工程原理，從電氣系統(tǒng)因素、環(huán)境因素和人為因素3方面建立高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；

(2)由于權(quán)重是評(píng)價(jià)模型的主要影響因素，文章結(jié)合AHP法和熵權(quán)法求得的綜合權(quán)重更加客觀有效，建立了高層建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)模型；

(3)對(duì)沈陽(yáng)某高層建筑的電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示該建筑的電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，處于一般安全水平，評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合該建筑電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)狀況，主要需在電氣系統(tǒng)因素方面采取適當(dāng)措施加以改進(jìn)。