鄭亞清 彭江華

(重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院， 重慶 401331)

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高校消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型研究

鄭亞清 彭江華

(重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院， 重慶 401331)

應(yīng)用層次分析法對(duì)消防設(shè)施安全管理狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型，分析了消防設(shè)施安全管理過程中消防檢查的規(guī)章制度、消防管理人員的管理力度、消防設(shè)施檢查人員的專業(yè)程度、消防設(shè)施檢查中的技術(shù)應(yīng)用對(duì)整個(gè)高校消防設(shè)施安全的影響。

消防設(shè)施； 安全評(píng)價(jià)； 層次分析法； BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 預(yù)測(cè)模型

消防安全是高校安全管理的重要內(nèi)容之一。高校為保障消防安全投入了大量的資金，在建筑物里面安裝了報(bào)警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等先進(jìn)的消防設(shè)施，但在消防設(shè)施的日常管理過程中，大部分高校仍采用傳統(tǒng)方式，即由負(fù)責(zé)消防安全的保衛(wèi)人員進(jìn)行周期性的檢查。目前高校負(fù)責(zé)消防安全檢查的人員大部分不是消防專業(yè)人才，在進(jìn)行消防安全檢查時(shí)，主要是檢查滅火器和消防栓的狀態(tài)。即便保證了消防設(shè)施的定期檢查與排查，但也僅僅是停留在消防安全檢查的表面，忽視了許多重要的環(huán)節(jié)，比如消防管道破損漏水及消防栓水壓是否正常等[1]。

本次研究主要分析了消防設(shè)施安全管理的影響因素，并建立了評(píng)價(jià)模型和預(yù)測(cè)模型。分析了各種因素對(duì)消防安全管理的影響程度，為消防設(shè)施安全管理提供技術(shù)保障。

1 影響因素分析

在實(shí)際的管理過程中，消防設(shè)施安全管理主要受4個(gè)方面的影響。

(1) 健全的消防安全管理規(guī)章制度。結(jié)合本校實(shí)際，建立健全的消防安全工作規(guī)章制度有利于降低消防安全管理中人為因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化[2]。消防安全管理的規(guī)章制度主要包括消防檢查落實(shí)強(qiáng)度和消防整改處理速(進(jìn))度2個(gè)方面。

(2) 管理人員的管理力度。消防安全工作的穩(wěn)定開展需要有關(guān)部門、有關(guān)人員執(zhí)行和落實(shí)。管理人員要根據(jù)情況定期召開會(huì)議，做到分工明確、加強(qiáng)交流，協(xié)調(diào)、指導(dǎo)消防安全工作的開展，切實(shí)落實(shí)消防安全管理的規(guī)章制度。

(3) 檢查人員的專業(yè)程度。消防安全管理工作的開展重點(diǎn)在人。當(dāng)檢查人員的專業(yè)水平越高，對(duì)消防設(shè)施設(shè)備的設(shè)計(jì)構(gòu)造、工作過程越了解，檢查結(jié)果越準(zhǔn)確。

(4) 消防設(shè)施安全信息技術(shù)的應(yīng)用。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，很多單位已將單位的基本情況、消防安全的重點(diǎn)部位、消防人員、建筑及消防設(shè)施等靜態(tài)數(shù)據(jù)錄入至信息化管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)管，最終達(dá)到前移火災(zāi)預(yù)防關(guān)口，提高預(yù)防火災(zāi)的能力[3-4]。

每個(gè)影響因素對(duì)整個(gè)消防安全的保障都具有不同程度的影響。在目前現(xiàn)有的情況下，如何評(píng)價(jià)消防安全管理水平，達(dá)到防患于未然的目的，是一個(gè)值得研究的問題。

2 評(píng)價(jià)模型和預(yù)測(cè)模型的建立

2.1 評(píng)價(jià)模型的建立

層次分析法是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。首先分析問題，再根據(jù)評(píng)估要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和要求，將實(shí)際問題細(xì)化為若干不同指標(biāo)；其次，根據(jù)專家對(duì)指標(biāo)的比較結(jié)果，運(yùn)用層次單排序法得出各因素的權(quán)重。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立應(yīng)遵循系統(tǒng)性、層次性、可操作性以及定量與定性指標(biāo)相結(jié)合的原則。根據(jù)該原則，對(duì)重慶某高校消防安全管理工作人員和管理人員進(jìn)行調(diào)查，并結(jié)合專家的建議，建立消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見圖1。

圖1 消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(1) 構(gòu)造判斷矩陣。根據(jù)以上指標(biāo)體系，將消防設(shè)施安全影響因素分為一級(jí)指標(biāo)(U1、U2、U3、U4)、二級(jí)指標(biāo)。首先通過對(duì)二級(jí)指標(biāo)因素的兩兩比較構(gòu)成判斷矩陣A[4]：

(1)

(2)

(3) 建立評(píng)判矩陣。針對(duì)高校消防設(shè)施安全狀況設(shè)計(jì)了5級(jí)評(píng)判級(jí)別V1、V2、V3、V4、V5，其分別代表好、較好、一般、較差、差。針對(duì)重慶某高校消防設(shè)施現(xiàn)狀，通過相關(guān)專家和消防管理人員現(xiàn)場(chǎng)打分(表1)，建立評(píng)判矩陣。

表1 二級(jí)指標(biāo)安全統(tǒng)計(jì)表

由表1得二級(jí)指標(biāo)評(píng)判矩陣：

則安全等級(jí)隸屬度向量：

(4) 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重分配同二級(jí)指標(biāo)，在n=2時(shí)，無需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；在n>2時(shí)，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。目的是檢驗(yàn)評(píng)價(jià)者對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)過程中思維邏輯的一致性，確保各評(píng)價(jià)協(xié)調(diào)一致。經(jīng)過計(jì)算得到安全等級(jí)隸屬度向量為：

(5) 本評(píng)價(jià)模型采用加權(quán)平均[5]原則，對(duì)安全等級(jí)賦值，賦值情況見表2。

表2 安全等級(jí)C分值判斷表

采用評(píng)價(jià)權(quán)重集E=(8,8,6,5,5)T，求得C=7.03。根據(jù)表2的安全等級(jí)分值可以確定消防設(shè)施安全的安全等級(jí)為較安全。

2.2 預(yù)測(cè)模型的建立

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通常采用3層結(jié)構(gòu)，包括輸入層、隱含層和輸出層。各神經(jīng)元與下一層所有神經(jīng)元連接，同層神經(jīng)元之間無連接，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，算法成熟。其基本原理是采用梯度下降法調(diào)整權(quán)值和閾值使得網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出值和期望輸出值的均方差值最小[6]。在進(jìn)行高校消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模設(shè)計(jì)時(shí)，從輸入層、隱含層、輸出層等方面進(jìn)行考慮。根據(jù)分析，以消防設(shè)施檢查人員的專業(yè)程度、消防設(shè)施檢查制度、消防管理人員的管理力度、消防設(shè)施檢查技術(shù)應(yīng)用等4個(gè)因素作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量；以消防設(shè)施安全狀況作為輸出變量，輸入層、輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)分別為n=4，m=1。對(duì)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言，能否實(shí)現(xiàn)精確尋優(yōu)，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇非常重要。目前對(duì)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱含層的層數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇無相關(guān)準(zhǔn)則。因此以式(3)計(jì)算的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)作為參考值，在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中不斷改變隱含節(jié)點(diǎn)數(shù)，從而選用最佳節(jié)點(diǎn)數(shù)。

(3)

式中：q—— 隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù),

α—— 為1～10的常數(shù)。

建立消防設(shè)施安全BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)

則有：

(1) 隱含層輸出zj：

i=1,2,…,n； j=1,2,…,q

(4)

(2) 輸出層輸出yk：

j=1,2,…,q； k=1,2,…,m

(5)

(3) 選擇一種非線性的S型函數(shù)作為傳遞函數(shù)，S型函數(shù)表達(dá)式為：

(6)

各式中：ωij—— 輸入層與隱含層神經(jīng)元間的連接權(quán)值；

aj—— 隱含層第j層的閾值；

bk—— 輸出層第k層的閾值；

u—— 各層輸出加權(quán)值之和。

3 模型訓(xùn)練及仿真實(shí)例

3.1 模型訓(xùn)練

模型訓(xùn)練就是利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模型訓(xùn)練未知的情況下，用已有的輸入輸出數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，用其自身調(diào)節(jié)權(quán)值的能力建立一個(gè)與實(shí)際模型相近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過程[7]。因此，選取部分經(jīng)安全評(píng)價(jià)后的消防設(shè)施安全實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為樣本參數(shù)建立預(yù)測(cè)模型，如表3所示。

采用MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，通過樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，選取最大訓(xùn)練次數(shù)2 000，期望誤差0.01，當(dāng)訓(xùn)練到438次的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到目標(biāo)值，如圖3所示。

表3 部分經(jīng)安全評(píng)價(jià)后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 性能指標(biāo)圖

使用sim函數(shù)，用樣本數(shù)據(jù)檢驗(yàn)建立的模型，并且比較網(wǎng)絡(luò)輸出和目標(biāo)輸出，結(jié)果如圖4所示。

圖4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)輸出

通過對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的自檢，做出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出與實(shí)際輸出的誤差曲線，如圖5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的消防設(shè)施安全預(yù)測(cè)模型的誤差保持在較小的范圍內(nèi)，正確地描述了輸入、輸出的映射規(guī)律，因此建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是可行的。

圖5 網(wǎng)絡(luò)誤差曲線

選取重慶某高校2005年與2015年2年的消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)樣本，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出數(shù)據(jù)

由表4可以看出，該預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差均在3%以內(nèi)，可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，說明建立的模型是有效的。

4 結(jié) 語

在高校消防設(shè)施安全影響因素分析的基礎(chǔ)之上，建立了高校消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。通過層次分析法對(duì)各影響因子進(jìn)行相關(guān)性分析和權(quán)重分配，對(duì)消防設(shè)施安全工作進(jìn)行了定量分析與評(píng)價(jià)；通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了消防設(shè)施安全評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型。但是由于該模型考慮因素較少且訓(xùn)練樣本較少，穩(wěn)定性較差。因此在消防設(shè)施安全影響因素方面還應(yīng)進(jìn)行更深入的研究，進(jìn)一步提高該模型的準(zhǔn)確度和精確度。

[1] 林嘯,童裕.高校消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理研究[J].浙江萬里學(xué)院學(xué)報(bào)，2013,26(4):111-116.

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[3] 龐鈞,廖曙江,韓曉寧,等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防安全戶籍化管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015(3):144.

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Research on Campus Evaluation and Prediction Model of Fire Safety

ZHENGYaqingPENGJianghua

(School of Safety Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

The safety management of traditional fire facilities is evaluated with AHP method, and then the prediction model based on BP neural network is proposed. This thesis also aims to analyze the influence of the fire inspection regulations in the process of fire safety management, fire management efforts, professional degree of fire facilities inspection personnel, and application of technology in the inspection of fire facilities on fire fighting facilities in colleges and universities.

fire facilities; safety evaluation; analytic hierarchy process; BP neural network; evaluation and prediction model

2016-07-10

重慶市科委科技平臺(tái)與基地建設(shè)項(xiàng)目“重慶市冶金性能檢測(cè)與裝備工程技術(shù)研究中心”(CSTC2011PT-GC70007)；重慶科技學(xué)院2015年研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的消防安全信息化管理系統(tǒng)的研究”(YKJCX2015032)

鄭亞清(1991 — )，女，重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院2014級(jí)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榘踩芾怼?/p>

X913;F224

A

1673-1980(2016)05-0127-04