*基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目“基于霧化水幕帶的高層建筑火災(zāi)煙氣傳輸控制體研究與示范”（黔科合支撐〔2021〕一般519）。

摘要：當(dāng)前，我國(guó)高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究通常采用層次分析法，但該方法受主觀性影響較大，評(píng)價(jià)結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確?；诖?，采用熵權(quán)和層次分析法組合計(jì)算各指標(biāo)綜合權(quán)重，建立高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并以貴陽(yáng)某高層建筑為例進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果顯示，該模型具有一定的科學(xué)性和合理性。根據(jù)研究結(jié)果提出相應(yīng)建議，旨在提升高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

關(guān)鍵詞：熵權(quán)法；層次分析法；高層建筑；火災(zāi)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

0" 引言

隨著城市化進(jìn)程加快，城市人口快速增長(zhǎng)，城市土地占用面積不斷擴(kuò)大，城市生態(tài)空間和居住空間之間的矛盾日益突顯。隨著城市可利用土地面積越來(lái)越小，高層建筑的開(kāi)發(fā)建設(shè)成為趨勢(shì)。然而，與低層樓房相比，高層建筑存在消防困難、疏散困難、人員密集的特點(diǎn)，使其火災(zāi)危險(xiǎn)性大大增加［1］。因此，針對(duì)高層建筑進(jìn)行火災(zāi)評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。

近年來(lái)，在建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中存在多種典型的分析方法。例如：杜紅兵等［2］采用AHP法對(duì)高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到防火安全評(píng)價(jià)結(jié)果；田玉敏等［3］通過(guò)對(duì)高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)因子進(jìn)行綜合分析，提出了一種基于模糊綜合評(píng)判的評(píng)價(jià)方法，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證；孫寧［4］利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并驗(yàn)證了該方法的可行性；余磊等［5］運(yùn)用未確性測(cè)度法對(duì)某建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到該建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果。上述方法雖然具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性。例如：模糊綜合評(píng)判法在確定權(quán)重時(shí)主觀性太強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果往往具有較大偏差；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的準(zhǔn)確率依賴于樣品數(shù)量，所需數(shù)據(jù)量龐大且收斂速度較慢。此外，上述研究方法在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)存在一定缺陷，如主觀性太強(qiáng)、組合權(quán)重系數(shù)不合理等，影響了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

由此可見(jiàn)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的選取與評(píng)價(jià)體系的建立直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性與合理性［6］。例如：馮詩(shī)涵等［7］運(yùn)用AHP和灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對(duì)建筑火災(zāi)原因進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該方法可靠性較高，且與計(jì)算結(jié)果一致；王麗［8］利用層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，采用熵權(quán)法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重調(diào)整，得到綜合權(quán)重，并對(duì)某大廈火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，給出相應(yīng)的對(duì)策建議。

通過(guò)以上分析可知，高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相關(guān)文獻(xiàn)大多采用定性分析，較少采用定量研究。因此，本文提出基于熵權(quán)和層次分析法的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。該模型利用層次分析法對(duì)基本要素進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，利用熵權(quán)法提高指標(biāo)計(jì)算的客觀性，從而提升評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可為類似項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供參考。

1" 高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

1.1" 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

依據(jù)最新版的《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》［9］，通過(guò)專家問(wèn)卷調(diào)查和文獻(xiàn)調(diào)研，確定高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)初步選定的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸納整理，并進(jìn)行必要的補(bǔ)充和刪減，在此基礎(chǔ)上確定高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.2" 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)包括人員因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素四大類。人員因素包括人員流動(dòng)數(shù)量、人員用火意識(shí)、人員自救能力和人員消防意識(shí)4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；設(shè)備因素包括自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)、消防器材設(shè)備和應(yīng)急疏散設(shè)備5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；環(huán)境因素包括建筑耐火等級(jí)、火災(zāi)荷載密度、建筑防火間距和建筑樓層高度4個(gè)二級(jí)指標(biāo)；管理因素包括消防救援響應(yīng)、安全教育培訓(xùn)、安全監(jiān)督檢查和設(shè)備管理維護(hù)4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。由此構(gòu)建高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)，如圖1所示。

2" 高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1" 層次分析法

層次分析法（AHP）是由美國(guó)學(xué)者薩蒂［10-11］教授提出的一種對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)決策的方法。具體計(jì)算步驟如下：

（1）構(gòu)造判斷矩陣。邀請(qǐng)相關(guān)專家采用1～9標(biāo)度法（表1）對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化，并根據(jù)量化結(jié)果構(gòu)建矩陣A=（aij）m×n，其中，aij代表因子i和因子j的重要性比率。

（2）計(jì)算最大特征值。首先，將矩陣A的各列求和，使各單元規(guī)范化，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣；其次，將標(biāo)準(zhǔn)矩陣按行相加，獲得向量w；再次，對(duì)w進(jìn)行歸一化處理，得到矩陣W；最后，推導(dǎo)出判斷矩陣最大特征值λmax。公式如下

AW=λmaxW（1）

（3）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。公式如下

CI=λmax－nn－1（2）

當(dāng)nlt;3時(shí)，判斷矩陣具有完全一致性；當(dāng)n≥3時(shí)，一致性檢驗(yàn)公式如下

CR=CIRI（3）

當(dāng)CRlt;0.1時(shí)，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。RI值見(jiàn)表2。

（4）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。對(duì)判斷矩陣每行的各因素求幾何平均，公式如下

Wi=∏nj=1aij1n（i，j=1，2，…，n）（4）

（5）計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。公式如下

Wi=n∏nj=1aij（i，j=1，2，…，n）（5）

2.2" 熵權(quán)法

在信息理論［12-13］中，信息的熵和事件的不確定性之間存在密切關(guān)系。事件的不確定性越高，其熵越大。如果事件是一種必然事件，則其熵等于0，即用熵表示事件指數(shù)的有效性。

熵權(quán)法是一種能夠度量不確定性系統(tǒng)特征的方法。當(dāng)熵為狀態(tài)函數(shù)時(shí)，隨著熵的增大，系統(tǒng)的不確定性增大，其穩(wěn)定性越差；當(dāng)熵值變小時(shí)，其穩(wěn)定性越好。利用信息熵修正指標(biāo)的差異大小可以得到有效的評(píng)價(jià)結(jié)果。采用熵權(quán)法修正指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：

（1）建立矩陣。若評(píng)價(jià)對(duì)象有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和n個(gè)待評(píng)價(jià)方案，通過(guò)收集原始數(shù)據(jù)，形成指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣A=（Aij）m×n，其中，Ai表示某個(gè)指標(biāo)。Aij的差異越大，表明Ai在評(píng)價(jià)中的作用越大。若Aij的取值相等，表明指標(biāo)Ai對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果沒(méi)有影響。

（2）指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。在評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，各指標(biāo)的計(jì)量度并不一致，應(yīng)將指標(biāo)的絕對(duì)值轉(zhuǎn)化為相對(duì)值。此外，正、負(fù)兩個(gè)指標(biāo)所代表的意義不同（正向指數(shù)越高越好，負(fù)向指數(shù)越低越好），需要采用不同的算法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。正向指標(biāo)計(jì)算公式見(jiàn)式（6），負(fù)向指標(biāo)計(jì)算公式見(jiàn)式（7），如下

x′+ij=xij－minx1j，x2j，…，xnjmanx1j，x2j，…，xnj-minx1j，x2j，…，xnj（6）

x′-ij=maxx1j，x2j，…，xnj－xijmaxx1j，x2j，…，xnj－minx1j，x2j，…，xnj （7）

為了方便計(jì)算，將歸一化后的數(shù)據(jù)x′ij仍記為xij。

（3）計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下的第i個(gè)值與指數(shù)的比例。公式如下

pij=xij∑ni=1xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）（8）

（4）計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)熵值。公式如下

ej=－k∑ni=1pij×ln（pij）（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m（9）

式中，k=1/ln（n）＞0，且滿足ej≥0。

（5）計(jì)算信息熵冗余度。公式如下

dj=1－ej（j=1，2，…，m）（10）

（6）計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。公式如下

wj=dj∑mj=1dj（j=1，2，…，m）（11）

（7）計(jì)算各指標(biāo)綜合得分。公式如下

Si=∑mj=1Wj×Xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）（12）

式中，xij為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)。

（8）計(jì)算指標(biāo)綜合權(quán)重。雖然AHP能夠反映評(píng)價(jià)對(duì)象的主觀偏好，但不能充分反映評(píng)價(jià)的客觀結(jié)果。因此，將熵權(quán)法和AHP法相結(jié)合，利用線性加權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重。計(jì)算公式如下

wi=α×w′i+（1－α）×w″i（0≤α≤1）（13）

式中，α表示人為主觀偏好系數(shù)。為了平衡兩種方法評(píng)價(jià)結(jié)果，本文α取值0.5。

（9）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。公式如下

U=∑ni=1Ui×Wi（14）

式中，U表示指高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)系數(shù)；Ui表示第二類指標(biāo)平均估值；Wi表示二級(jí)指標(biāo)綜合權(quán)重值。

3" 實(shí)例分析

3.1" 項(xiàng)目概況

本文以貴陽(yáng)某高層建筑為例進(jìn)行分析。該建筑于2016年10月15日開(kāi)始施工建設(shè)，高度為275m，共有69層。該建筑位于中心商業(yè)圈，周邊有學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)、公園等場(chǎng)所，存在發(fā)生火災(zāi)的可能性和敏感性?；诖?，對(duì)該項(xiàng)目開(kāi)展火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.2" 計(jì)算判斷矩陣

采用主觀和客觀相結(jié)合的方式，邀請(qǐng)多名該領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的專家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行打分，并統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員和防火評(píng)價(jià)科研人員根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際狀況和各指標(biāo)之間的關(guān)系建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)分［14］。將收集到的資料進(jìn)行整理后，采用層次分析法構(gòu)建該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，并建立評(píng)價(jià)矩陣。具體步驟如下：

（1）建立一級(jí)指標(biāo)矩陣。根據(jù)4個(gè)準(zhǔn)則層的打分結(jié)果，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣，公式如下

W0=11/51/41/3512641/215361/51

得到該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣W0=（0.079，0.496 7，0.317 6，0.114 8），λmax=4.262 3，CR0=0.098 2＜0.1，滿足一致性要求。

（2）建立二級(jí)指標(biāo)矩陣。對(duì)4個(gè)準(zhǔn)則層下的17個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)矩陣。計(jì)算人員因素判斷矩陣，公式如下

W1=11/21/31/7211/41/63411/57651

得到人員因素判斷矩陣W1=（0.066 3，0.620 6，0.215 8，0.097 3），λmax=4.215 9，CR1=0.080 9＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

同理，計(jì)算設(shè)備因素判斷矩陣，公式如下

W2=11856117471/81/711/61/31/51/46151/61/7321

得到設(shè)備因素判斷矩陣W2=（0.036 0，0.364 7，0.381 8，0.154 7，0.062 8），λmax=5.399 6，CR2=0.089 2＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

計(jì)算環(huán)境因素判斷矩陣，公式如下

W3=1471/41/4141/61/71/411/94691

得到環(huán)境因素判斷矩陣W3=（0.589 7，0.259 5，0.108 6，0.042 2），λmax=4.255 4，CR3=0.095 7＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

計(jì)算管理因素判斷矩陣，公式如下

W4=1431/41/411/31/61/3311/44641

得到管理因素判斷矩陣W4=（0.243 9，0.064 5，0.135 9，0.555 7），λmax=4.214 1，CR4=0.080 2＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

3.3" 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)見(jiàn)表3。其安全性由1至9逐漸減小。采用式（6）～式（13）計(jì)算出各指標(biāo)信息熵和熵權(quán)以后進(jìn)行綜合加權(quán)［15］，二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)值見(jiàn)表4。根據(jù)式（14）計(jì)算出一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，見(jiàn)表5。

3.4" 結(jié)果分析與建議

采用線性加權(quán)計(jì)算該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，結(jié)果為2.500 4分。根據(jù)評(píng)估集分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)安全等級(jí)劃分區(qū)間（表6）可知，該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，說(shuō)明火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較小。其中，設(shè)備因素分?jǐn)?shù)最高，其次是環(huán)境因素。因此，需要加強(qiáng)對(duì)消防設(shè)備器材和設(shè)施的資金投入，定期維護(hù)救援設(shè)備和消防設(shè)施，定期開(kāi)展應(yīng)急救援消防演練和應(yīng)急疏散演練。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)人員的安全教育和管理，組織防火滅火技能培訓(xùn)，提高人員風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)。

4" 結(jié)語(yǔ)

本文基于熵權(quán)和層次分析法進(jìn)行高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并以貴陽(yáng)某高層建筑為例進(jìn)行驗(yàn)證。主要研究結(jié)論如下：

（1）通過(guò)對(duì)貴陽(yáng)某高層建筑的調(diào)研與分析，總結(jié)出該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)影響因素。采用層次分析法對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境、管理4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

（2）基于熵權(quán)法和層次分析法，采用定性和定量相結(jié)合的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到設(shè)備因素評(píng)價(jià)值（0.748 6）gt;環(huán)境因素評(píng)價(jià)值（0.658 9）gt;管理因素評(píng)價(jià)值（0.557 4）gt;人員因素評(píng)價(jià)值（0.535 5）。一方面，說(shuō)明對(duì)該項(xiàng)目資金投入不足，導(dǎo)致消防設(shè)施/設(shè)備不夠完善；另一方面，說(shuō)明該項(xiàng)目選址考慮不周，導(dǎo)致消防救援和人員疏散難度增大。

（3）通過(guò)專家評(píng)分和熵權(quán)計(jì)算后，得出該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為2.500 4，對(duì)應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，表明該項(xiàng)目火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較小。

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PMT

收稿日期：2023-10-26

作者簡(jiǎn)介：

韓文（1997—），男，研究方向：安全工程。

余照陽(yáng)（通信作者）（1974—），男，博士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：安全工程。

劉飛（1996—），男，研究方向：安全科學(xué)與工程。