王歡 楊萬英 王冬雷 沙俊斌 夏世羽 李昊

(1.沈陽航空航天大學安全工程學院 沈陽 110136； 2.航空工業(yè)沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司 沈陽 110034； 3.羅甸縣自然資源局 貴州黔南 550100)

0 引言

近年來，隨著現(xiàn)代化城市建設的發(fā)展，集購物、餐飲、娛樂等功能于一體的地下商場得以不斷興建。由于其結構與功能的特殊性，在滿足人們生活需要的同時，也給消防安全帶來了極大的挑戰(zhàn)?；馂娘L險評估是對目標對象在可能面臨的火災危險、保護對象的脆弱性、控制風險措施的有效性、風險后果的嚴重性等因素作用下的消防安全性能進行評估的過程[1]。對地下商場進行火災風險評估是解決此類建筑火災問題的有效途徑之一，已成為地下商場火災安全管理的重要內容。目前，已有多位學者針對地下商場火災的風險評估方法展開了研究。馬德仲等[2]將貝葉斯網絡方法引入火災風險定量評估過程，并對方法進行了修正。陳華[3]針對地下商場發(fā)生火災的原因及火災后的控制措施，從地下商場火災脆弱性與能力兩方面進行了評價。包光宏等[4]選用模糊綜合評價法建立了相應的模糊綜合評價模型，并通過實際應用對該模型進行了驗證。以上研究從定性到定量，從單個到耦合，豐富了火災風險評估方法。然而地下商場結構復雜、火災隱患大，需要對評估方法不斷進行優(yōu)化，才能使其具有更高的準確性與適用性[5]。尤其是火災行為的隨機性大，在評估過程中會遇到各種不確定因素，而現(xiàn)有的地下商場火災風險評估方法將這些不確定因素采用單個確定值進行量化處理，主觀性強，容易造成評價結果偏差較大，難以準確評估火災風險的程度。為此，本文提出將三角模糊結構元理論引入到地下商場火災風險評估研究中，利用其幾何特征弱化隸屬度評價中的主觀判斷，并從發(fā)生火災的可能性與嚴重度兩個維度構建地下商場火災風險評價體系，最后基于JavaScript、JSP和Web前端開發(fā)技術實現(xiàn)對評價體系的可視化操作，以期為地下商場類建筑火災風險評估工作提供更為完善、便捷的方法與思路。

1 地下商場火災風險評價體系

1.1 火災風險評價指標體系的建立

從火災風險評價定義出發(fā)，確定由火災發(fā)生可能性與嚴重性兩個子目標構成評價體系的一級指標。即因素集U={U1,U2}={火災可能性,火災嚴重性}。應用火災風險識別與事故致因理論，結合沈陽市消防專家的建議，對影響地下商場火災可能性、嚴重性的主要因素進行歸納。其中，火源、商場內部防火相關設計、消防安全管理直接影響火災的發(fā)生與否，因此有U1={U11,U12,U13}={火源,防火設計,消防安全管理}；而滅火技術、疏散與救援關系到火災發(fā)展的程度與危害度，則有U2={U21,U22,U23}={滅火技術,安全疏散能力,外部救援}，綜上6個因素構成評價體系的二級指標。以同樣思路考慮得到三級指標，具體如表1所示，最終建立了適用于地下商場火災風險評價的指標體系。

1.2 地下商場火災風險等級的確定

結合火災風險評估相關研究[5-6]與地下商場火災風險的實際情況，將火災風險等級分為5個級別，即評語集V={V1,V2,V3,V4,V5}={低風險，較低風險，中等風險，較高風險，高風險}。

1.3 火災風險評價指標權重

本文采用層次分析法的1～9標度原則，參考現(xiàn)場專家意見，確定綜合評價體系中每一層指標對其上一層的權重。關于層次分析法計算權重的具體步驟，相關研究[7-8]已給出，這里不再贅述。經過一致性檢驗和歸一化處理，得到各指標的權重結果，如表1所示。其中三級指標權重集：W11=[0.29,0.552,0.107,0.05]，W12=[0.052,0.538,0.125,0.258]，W13=[0.5,0.25,0.25]，W21=[0.406,0.214,0.203,0.103,0.046,0.028]，W22=[0.428,0.382,0.076,0.114]，W23=[0.105,0.637,0.258]。

表1 地下商場火災風險評價體系指標及權重

1.4 火災風險分級評價實例

針對本文建立的三級指標體系進行火災風險分級評價，通過二級指標的影響因素權重與隸屬度先對二級指標進行風險評判，得到的二級指標評語集作為其上層指標的隸屬度矩陣，逐層向上進行風險評判，最終依據(jù)模糊數(shù)的結構元加權序判斷得出目標層地下商場火災風險的評價結果。

以沈陽市沈河區(qū)某地下商業(yè)街為評價對象，按照上述步驟進行分級指標評價。該商場總建筑面積為19 420 m2，共有地下2層，負一層分為18個區(qū)，設有13個出入口；負二層分為14個區(qū)，設有13個出入口；兩層之間有5個扶梯相連。每層均以商業(yè)街形式布局，在橫向區(qū)域中間設有中島，主要經營服裝、鞋帽、小百貨、針織等商品。

1.4.1二級指標評判

專家調查小組依據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)、《人民防空工程防火設計規(guī)范》(GB 50098—2009)等相關規(guī)范與技術標準，對該地下商場進行實地調查，結合現(xiàn)場實際情況，以三角模糊數(shù)的形式(a,b,c)給出各指標對于評語集各等級的隸屬度。如以二級指標“火源”為例，專家給出的“火源”指標下的三級指標評價結果如表2所示，根據(jù)表2建立“火源”指標的隸屬度矩陣R11，結合上文得到的“火源”指標權重W11,可以直接計算得到“火源”指標的模糊評判矩陣B11[9]。

表2 沈陽某地下商場“火源”指標評判矩陣

B11=W11·R11=(W111,W112,W113,W114)T·

通過矩陣乘法運算，得到“火源”指標的三角模糊評判矩陣：

B11=[(0.32,0.41,0.50),(0.58,0.69,0.81),(0.45,0.54,0.65),(0.37,0.52,0.58),(0.17,0.25,0.32)]

同理，得到其他二級指標的評判矩陣:

B12=[(0.18,0.29,0.34),(0.33,0.50,0.58),(0.36,0.51,0.58),(0.25,0.33,0.41),(0.22,0.35,0.40)]

B13=[(0.35,0.51,0.60),(0.45,0.57,0.66),(0.29,0.39,0.43),(0.12,0.19,0.26),(0.12,0.22,0.29)]

B21=[(0.22,0.31,0.36),(0.45,0.56,0.60),(0.45,0.57,0.67),(0.46,0.55,0.60),(0.20,0.24,0.33)]

B22=[(0.25,0.35,0.39),(0.16,0.22,0.30),(0.43,0.55,0.61),(0.43,0.59,0.66),(0.19,0.28,0.40)]

B23=[(0.20,0.32,0.40),(0.41,0.49,0.56),(0.50,0.67,0.70),(0.47,0.63,0.68),(0.10,0.17,0.26)]

1.4.2 一級指標評判

將二級指標評判結果作為一級指標隸屬度矩陣，按照1.4.1節(jié)中的步驟，對一級指標進行評判，分別得到火災可能性與嚴重度的模糊評判矩陣：

B1=[(0.33,0.47,0.55),(0.47,0.59,0.69),(0.33,0.44,0.49),(0.19,0.28,0.35),(0.14,0.24,0.31)]

B2=[(0.22,0.31,0.36),(0.38,0.48,0.53),(0.45,0.58,0.66),(0.46,0.57,0.62),(0.19,0.24,0.34)]

1.4.3 綜合評判

將一級指標評判結果代入綜合評判矩陣中得到：

(c1,c2,c3,c4,c5)

最終得到ci的結構元形式為：

根據(jù)模糊數(shù)的結構元加權序定義，對模糊數(shù)排序，計算有：

同理可得，F(xiàn)(c2,c3)=0.159，F(xiàn)(c3,c4)=0.089，F(xiàn)(c4,c5)=0.159，F(xiàn)(c4,c1)=0.355，得到排序結果c2>c1>c4>c5>c3，可知該地下商場火災風險評價結果為較低風險，這與消防部門對此單位的判定一致。

2 地下商場火災風險評估軟件的開發(fā)

由于三角模糊數(shù)的代入在評估過程中造成評價體系計算量大，為便于火災風險評價人員進行以上操作，基于JavaScript、JSP和Web前端語言，對地下商場火災風險評價系統(tǒng)進行可視化設計。按照評價系統(tǒng)的算法編制程序，進行指標的分級評判，最終確定該地下商場的火災風險等級。

利用該系統(tǒng)重新對沈陽市某地下商場火災風險現(xiàn)狀進行評價，其火災風險分級評價結果如圖1～圖3所示，評價系統(tǒng)顯示,該商場的火災可能性風險等級排序：低風險>較低風險>中風險>較高風險>高風險；火災嚴重性風險等級排序：中風險>較高風險>較低風險>低風險>高風險；綜合火災風險等級排序：較低風險>低風險>較高風險>高風險>中風險。評價結果說明,該地下商場火災安全管理水平較高，火災隱患少，發(fā)生火災可能性小，但火災嚴重性風險等級處于中風險，相對較高。火災綜合評價結果為較低風險，與該商場實際消防安全情況相符。

圖1 三級指標評判結果界面

圖2 二級指標評判結果界面

圖3 綜合評判結果界面

3 結論

(1)根據(jù)地下商場火災特征，應用事故致因理論，從火災發(fā)生可能性與嚴重性兩方面構建了包含24個三級指標的地下商場火災風險評價體系。在此研究成果的基礎上，設計和開發(fā)了地下商場火災風險評價系統(tǒng)軟件，將評價中的數(shù)學算法編入程序，簡化了評價工作中的計算過程，并實現(xiàn)其綜合評價功能，整套體系具有一定的操作性。

(2)將傳統(tǒng)的層次分析法與模糊結構元相結合，針對沈陽市某地下商場利用三角模糊結構元方法確定各級指標隸屬度，有效避免了單值賦值引入的誤差，通過一系列分級模糊綜合評價，分別得到該地下商場火災可能性等級為低風險，火災嚴重性等級為中風險，綜合風險等級為較低風險。通過掌握該評價系統(tǒng)火災發(fā)生可能性與火災發(fā)生后的嚴重程度，可更全面地了解地下商場的火災風險現(xiàn)狀，以此為地下商場提出更具針對性的整改建議，增強了評價系統(tǒng)的實用性。