高校火灾风险评估指标权重分析_张晔.pdf

175建筑科技2023 年 第 3 期研究与探讨Research and Discussion高校火灾风险评估指标权重分析Weighting Analysis of the Fire Risk Assessment Index in Colleges and Universities张晔（上海理工大学,上海 200093）摘要：目前针对校园的火灾风险评估研究,在构建评价指标体系和确定指标权重时,大多未考虑火灾风险因素间相互作用对系统局部或整体所产生的动态影响。因此,考虑火灾过程发展变化的动态特性,运用“耦合程度-结构熵权法”组合赋权的方法来确定高校火灾风险评估指标的权重。该种方法充分考虑了指标间耦合所引起的局部或整体风险变化,有利于实现校园火灾风险的动态评估。关键词：校园火灾;指标权重;风险耦合;结构熵权法中图分类号：X9 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0175-040引言根据2022年全国教育事业发展基本情况,教育事业统计数据显示,全国共有高等学校3 013所,各种形式的高等教育在学总规模4 655万人,比上年增加225万人。校园火灾具有区域人员密集、建筑功能多样性、人员疏散困难等特点1。一旦发生火灾,可能对校园和学生人身安全造成较大影响。因此,预防校园火灾风险作为学校安全工作的重点之一,近年来逐渐受到研究人员的关注。1高校校园火灾风险评估指标体系的构建本文基于3类危险源理论2进行了高校校园火灾风险源的辨识,并找出主要影响因素,构建了包含4个一级指标、34个二级指标的高校校园火灾风险评估指标体系,具体如表1所示。表1高校校园火灾风险评估指标体系目标层一级指标二级指标高校校园火灾风险评估人为因素C1C11人员密度C12管理人员人数/学生人数比例C13人员消防意识C14人员自防自救能力C15消防设施使用熟练程度C16消防安全组织能力C17安全疏散引导能力C18消防安全责任心C19安全规定和操作规程执行情况设备因素C2C21电气故障C22自动探测报警系统C23自动灭火系统C24灭火器等消防器材配备C25消防栓C26消防给水系统C27应急疏散标志与应急照明等引导设备176建筑科技2023 年 第 3 期研究与探讨Research and Discussion目标层一级指标二级指标高校校园火灾风险评估环境因素C3C31建筑物楼龄C32建筑耐火等级C33建筑火灾荷载密度C34建筑装修材料燃烧性能C35防火分区C36防火间距C37临近建筑物火灾危险性C38消防安全通道通畅性C39消防救援设施C310安全疏散与避难逃生设施管理因素C4C41消防工作安全责任制度C42管理人员消防安全教育与培训C43应急预案制定与演练C44消防安全监控设施C45消防设施检查C46消防设施维护与保养C47日常消防检查C48火灾隐患整改2基于“耦合程度-结构熵权法”的各级指标权重确定火灾的发生通常是由人员、管理、环境、设备等因素相互耦合、作用、叠加及放大后导致的3。本文从这4个方面出发,构建校园火灾风险评估指标体系,并按照风险因素的耦合来源,将火灾风险耦合分为单因素耦合（人-人,设-设,环-环,管-管）、双因素耦合（人-设,人-环,人-管,设-环,设-管,环-管）以及多因素耦合（人-设-环,人-设-管,人-环-管,设-环-管,人、设-环-管）3类。2.1风险耦合程度计算在上述风险耦合分类的基础上,利用N-K模型计算各个因素的交互信息T,以此来判断其风险耦合程度,定量测度耦合风险的大小。若风险耦合类型的T值越大,则表明引发风险的可能性越大,火灾事故发生的可能性越高。高校校园火灾系统中,多因素耦合,即由人为因素(a)、设备因素(b)、环境因素(c)和管理因素(d)4个不同属性的风险因素或任意3个不同属性的风险因素发生耦合,共5种风险耦合形式。交互信息T的计算公式如式（1）（5）所示：式（1）式（2）式（3）式（4）式（5）其中,ph,i,j,k表示人为因素在第h种状态、设备因素在第i种状态、环境因素在第j种状态、以及管理因素在第k种状态下耦合发生的概率。双因素耦合,即由人为因素(a)、设备因素(b)、环境因素(c)和管理因素(d)中的任意2个不同属性的风险因素发生耦合,共6种风险耦合形式,交互信息T的计算公式如式（6）式（11）所示：式（6）式（7）式（8）式（9）式（10）式（11）单因素耦合,即由人为因素(a)、设备因素(b)、环境因素(c)和管理因素(d)中的任意1种属性的2个风险因素之间的耦合,其交互信息T可参照上述公式进行计算。收集100起校园火灾典型案例,统计分析每起校园火灾事故中风险耦合发生的次数及概率,利用公式（1）（11）计算出双因素、多因素风险耦合引起火灾事故的T值。T值的计算结果如下：T4(a,b,c,d)=0.131 17T31(a,b,c)=0.035 19T32(a,b,d)=0.042 43T33(a,c,d)=0.018 43 T34(b,c,d)=0.024 92T21(a,b)=0.000 48T22(a,c)=0.00 173T23(a,d)=0.003 90T24(b,c)=0.002 25T25(b,d)=0.003 63T26(c,d)=0.004 452.2基于风险耦合的一级指标权重计算对影响高校校园火灾的每一类风险因素的T值进行求表1（续）177建筑科技2023 年 第 3 期研究与探讨Research and Discussion和,再对4类因素的总体T值进行归一化处理,从而得到各一级指标的权重。（1）基于耦合度的各因素综合T值计算：Ta=T4(a,b,c,d)+T31(a,b,c)+T32(a,b,d)+T33(a,c,d)+T21(a,b)+T22(a,c)+T23(a,d)=0.214 9Tb=T4(a,b,c,d)+T31(a,b,c)+T32(a,b,d)+T34(b,c,d)+T21(a,b)+T24(b,c)+T25(b,d)=0.240 07Tc=T4(a,b,c,d)+T31(a,b,c)+T33(a,c,d)+T34(b,c,d)+T22(a,c)+T24(b,c)+T26(c,d)=0.218 14Td=T4(a,b,c,d)+T32(a,b,d)+T33(a,c,d)+T34(b,c,d)+T23(a,d)+T25(b,d)+T26(c,d)=0.228 93（2）一级指标权重计算：2.3基于结构熵权法的二级指标权重计算选用结构熵权法（SEWM）来确定高校校园火灾风险评价二级指标的权重4。结构熵权法的使用步骤如下。（1）专家意见收集与排序矩阵的形成。邀请专家填写高校校园火灾风险评估指标重要性调查表,如表2所示。将各项指标按照重要性进行高低排列,“1”代表“最重要”,“2”代表“很重要”,“3”代表“重要”以此类推。表 2高校校园火灾风险评估指标重要性调查表指标C1指标C2指标C3指标Ci专家1专家2专家假设邀请专家数量为k个,那么,从k个问卷表格中可以得到指标排序矩阵,记为A,如式（12）所示。式（12）矩阵中,每一行表示同一专家对该层指标的重要性排序,每一列表示不同专家对同一指标的重要性给分。其中,aki代表第k个专家对第i个指标的重要性评价。（2）指标盲度分析。为了消除专家在排序打分和数据传输过程中,可能产生的潜在偏差和不确定性,需要进行盲度分析。首先,确定隶属度与隶属度矩阵。通过隶属度函数,将定性排序结果转换为定量结果,隶属度函数如式（13）所示。式（13）其中,将它们带入公式（13）可得式（14）。式（14）等式两边同除以(m-I/m-1),并假设,那么可得式（15）。式（15）其中,I指由专家评估的某个指标的重要性排序数值。例如,一位专家通过评估得出了C1,C2,C3,C4,C55个指标的重要性排序为 5、2、3、4、1,则对应的I,分别取5、2、3、4、1。m指转换参数,将其定义为m=j+2,j是指标的个数。例如,指标数为5个,则m=5+2=7。将矩阵A中各I=aki的定性排序数值带入公式（15）,令bki=(aki),可得到bki的定量转换值,即I的隶属度矩阵B=(bki)k*i。其次,计算平均认知度与认知盲度分析。k个专家对指标Ci评价的“一致看法”,称为平均认知度,记作bi,计算公式如式（16）。式（16）认知盲度,被定义为各个专家对评估集中各指标的认识所隐含的不确定性,记作i,可得公式如式（17）。式（17）最后,进行总体认知度与归一化处理。总体认知度xi,指k个专家对各指标Ci的总体评价程度,计算公式如式（18）。式（18）这样可以得到k个专家对指标Ci的评价向量,可表示为X=(X1,X2 Xk)。之后,对式（18）评价向量进行归一化处理,即得到各指标的权重向量wi,计算公式如式（19）。式（19）2.4各级指标权重汇总经过上述计算,确定了高校校园火灾风险评估体系中各178建筑科技2023 年 第 3 期研究与探讨Research and Discussion级指标的权重,具体汇总结果如表3所示。表 3各级指标权重计算结果汇总一级指标二级指标全局权重名称权重名称权重C1人为因素0.238C11人员密度0.1370.032 6 C12管理人员人数/学生人数比例0.1170.027 8 C13人员消防意识0.0610.014 5 C14人员自防自救能力0.1270.030 2 C15消防设施使用熟练程度0.0970.023 1 C16消防安全组织能力0.1440.034 3C17安全疏散引导能力0.0820.019 5 C18消防安全责任心0.1260.030 0 C19安全规定和操作规程执行情况0.1080.025 7 C2设备因素0.266C21电气故障0.1360.036 2 C22自动探测报警系统0.1640.043 6 C23自动灭火系统0.1540.041 0 C24灭火器等消防器材配备0.0870.023 1 C25消防栓0.1680.044 7 C26消防给水系统0.180.047 9 C27应急疏散标志与应急照明等引导设备0.1110.029 5 C3环境因素0.242C31建筑物楼龄0.1100.026 6 C32建筑耐火等级0.0860.020 8 C33建筑火灾荷载密度0.1160.028 1 C34建筑装修材料燃烧性能0.1030.024 9 C35防火分区0.1050.025 4 C36防火间距0.0950.023 0 C37临近建筑物火灾危险性0.1210.029 3 C38消防安全通道通畅性0.0770.018 6 C39消防救援设施0.1230.029 8 C310安全疏散与避难逃生设施0.0650.015 7 C4管理因素0.254C41消防工作安全责任制度0.1670.042 4 C42管理人员消防安全教育与培训0.1540.039 1 C43应急预案制定与演练0.1350.034 3 C44消防安全监控设施0.1340.034 0 C45消防设施检查0.0920.023 4 C46消防设施维护与保养0.1470.037 3 C47日常消防检查0.1010.025 7 C48火灾隐患整改0.0700.017 8 3结语本文构建了高校校园火灾风险评估二级指标体系,采用“耦合程度-结构熵权法”组合赋权的方式确定各级指标的综合权重。首先,对一级指标间的耦合关系进行分析、分类,并定量计算了其风险耦合程度,将计算结果用于确定一级指标的权重。其次,运用结构熵权法,计算确定二级指标的权重。这种方法可以体现指标间叠加作用对火灾风险的影响,减少主观人为因素的影响,更好地反映指标对决策的影响程度。由于案例样本数量的有限性,评分细则尚未完善,计算结果还有待进一步优化。加大对案例数据的收集、科学分析,以及提高专家评价的客观性是今后研究的重点方向。参考文献：1 杜城显.基于结构熵权法的高校火灾风险评估研究D.重庆：重庆大学,2016.2 王莉.基于三类危险源划分的煤矿瓦斯爆炸事故机理与预警研究D.西安：西安科技大学,