浅析城市区域火灾风险评估模型的建立

陈蕾

摘要：城市区域火灾风险评估是对区域内火灾破坏能力和抗御能力进行综合评价，为制定灭火救援方案和科学布局消防站点提供依据，同时提出消防管理工作的具体措施建议，是分析城市消防安全状况、查找消防工作短板问题的有效手段，本文介绍了常用火灾风险评估方法并详细阐述了城市区域火灾风险评估模型的建立。

关键词：消防安全;火灾风险;评估模型

一、常用的火灾风险评估方法

目前，常用的火灾风险评估方法通常采用综合指标体系法，计算方法有定性法、定量法、半定量法。如表1所示。

定性法以安全检查打分法、专家打分法最为典型，主要以标准、规范和规章的有关规定为评判依据，确定风险特征，带有指示标准地消除火险隐患。[1]此方法主要适用于点型评估单元（如一个建筑物）。

定量法是在风险量化的基础上进行评估，通过数学方法将不确定的定性指标转化为量化值。主要用于确定火灾的实际风险，其通过假设、数据以及算法，得出量化结果并体现潜在的火灾危险的分布形态[2]，由于实现了评估指标的量化，因而能够比较准确的描述系统的风险。典型评估方法为概率分析法和事故后果分析法，其对评估对象的时间数据的积累、基础数据收集要求较高，执行难度较大。

半定量法是火灾风险分级法，主要用来确定火灾的相对风险，特点快捷简便、结构化强，应用广泛[3]。

根据国内外城市火灾风险评估的经验和做法，目前较为成熟的方法是通过划分评估单元，利用综合指标评估法，应用相对模糊算法建模，通过计算得出整体火灾风险的评估方法[4]。

二、城市区域火灾风险评估原则

（一） 风险分级

针对城市区域火灾风险评估，详细体现地块、区域火灾风险水平的分布特征，风险等级划分越细，越能体现区域风险水平的差异性，但考虑工作量、基础数据收集难度，指标量化难度，参考北京市火警应急响应划分标准，并保持其一致性，设置五个风险等级，风险等级评分标准划分具体如下表所示。二级指标采用下表分级，一级指标及目标层因叠加计算，采用自然断裂法划分五个风险等级。

（二） 指标量化原则

1、客观性原则。区域消防安全评估指标应该符合区域消防安全特点和安全的客观实际情况，能够充分反应区域安全的特点和影响因素。

2、全面性原则。指标体系要求覆盖面广，对于每一类要素， 应依据其内在结构，全面体现要素的构成， 全方位地体现出地区消防安全现状和水平。

3、层次性原则。消防安全评估指标体系是涉及诸多要素的系统，按照这些要素可以将其划分成许多的子系统[5]。对应于每个子系统，应在相应的一级指标体系下，按照客观性原则和全面性原则，具体设计相应的二级指标，从而形成指标层次体系。

4、可操作原则。评估指标体系要选择容易收集、易于进行比较的指标[6];对于一些当前难以收集数据的指标，也要考虑在适当调整或间接量化方式提高可获取性。

5、定性与定量结合原则。应尽量选取可以直接赋值的指标;对于直接量化和舍弃较困难的指标， 可应用主观打分方式赋值。本次评估采用上述定性与定量综合的方法[7]。

三、 指标体系框架

（一）城市火灾风险评估指标体系如表1所示。

（二）指标及各要素量化

由于一级指标、决策层根据二级指标运算结果和权重进行确定，因此仅需给出最末级指标即二级指标的量化原则。

根据二级指标的数据类型，可分为描述型和数值型，描述型如文保单位的数据为国家级、省级、市级;数值型如高层建筑的高度数据为0～19099.262之间的数值。针对描述型数据和规范有相关要求的指标采用经验判读分级，如数据充足或者规范分类完善，则分为四级或五级，否则分为三級，进而转换为百分制进行量化;针对数值型数据，采用自然断裂法，根据组间差异最大，组内差异最小的原则，进行分级，进而转换为百分制的量化结果。

①描述型数据和规范有相关要求的指标-经验判断分级

根据描述型数据种类，通常分为三级、四级和五级，根据越危险得分越低的原则进行量化。

② 数值型数据-自然断裂法

自然断裂分级法是将数据集中不连续的地方作为分级的依据对数据集合进行分级的方法[35]。原理是一个小聚类，聚类结束条件是组间方差最大、组内方差最小。类别基于数据中固有的自然分组。将对分类间隔加以识别，可对相似值进行最恰当分组，并可使各个类之间的差异最大化[36]。要素将被划分为多个类，对于这些类，会在数据值的差异相对较大的位置处设置其边界。

四、 指标权重确定

（一）权重确定方法

采用专家参与的层次分析法，确定消防安全评价指标权重。

层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多因素决策分析方法，并通过决策者的经验判断赋值。它是把一个问题划分为各种的因素，归属于为各层次，呈现出多层次结构，建立判断矩阵对每一层次内各因素两两进行比对，计算判断矩阵最大特征值和特征向量，得出该层因素的权重，在这个基础上计算出各层次因素对于总体目标的组合权重。

构造体系层次

（1）建立递阶层次结构模型，模型通常分为目标层、准则层和措施层。

（2）采用专家打分法进行因素指标的重要度排序处理，并采用表中的判断方法对专家期望进行汇总，汇总于构造的判断矩阵中进行权重系数的处理。

（3）构造判断矩阵。

对于二级指标较多的指标体系，运用层次分析法两两比较权重较为困难，因此采用德尔菲专家调查法，根据专家意见和系统分析人员经验来确定指标权重。针对一级指标及二级指标进行德尔菲专家咨询法。

（二）计算各指标的权重系数

由于构造的判断矩阵是正矩阵，故可求出最大特征根λmax所对应的特征向量W。根据方程ZW=λmaxW，求出特征向量W，经过归一化处理后得到各指标的权重系数。此处选用“和积法”进行计算，具体计算步骤如下：

a）对判断矩阵Z按列进行规范化

b）将每列经归一化处理后的判断矩阵按行相加

c）将按行相加得到的和向量进行正规化计算所得到的特征向量即为权重向量。

计算所得到的特征向量即为权重向量。

d）根据方程BW=maxW，计算矩阵最大特征根

为了判断构造的判断矩阵所求出的特征向量是否合理，还需对判断矩阵进行一致性检验，计算一致性比率公式如下：

式中：CR为一致性比率，m为判断矩阵的阶数，RI是平均随机一致性比率，其取值如表所示：

当CR<0.1时，表示构造的判断矩阵通过了一致性检验，则认为该判断矩阵具有满意的一致性，否则，就需调整判断矩阵，重新计算权重，直到取得满意的一致性为止。

（三）指标权重确定

将每列加权求和最终得到一级指标新权重。公式如下所示。

式中：—第j 个指标的新权重;

Ki——第i类专家的权重;Wij——第i 个一致性检验合格的专家对第j 个指标的权重。

本次参加打分的专家共20人，其中消防局专家5人，规划院专家5人，其它防火专家10人。针对一级指标及二级指标进行德尔菲专家咨询法。

按照專家期望值，列出判断矩阵，第一列以“体育馆”为比较基准1，其它二级指标对“体育馆”的两点距：

以此类推，列出判断矩阵。

（四） 权重计算结果

专家判断一级指标打分后得出权重如表3所示

本次评估指标权重经过一致性检验，最终各指标权重结果如表4所示：

参考文献：

[1] 潘京.我国城市消防安全存在的问题与对策研究[D]. 重庆：重庆大学.2005.

[2] 韩冰.基于重大危险源评估优化消防站布局研究[D]. 沈阳：沈阳建筑大学.2011.

[3] 胡传平.区域火灾风险评估与灭火救援力量布局优化研究[D].上海：同济大学，2006.

[4] 刘伟.江西省城市火灾发生风险评估[D]. 南昌：江西农业大学. 2016

[5] The Task Group to the Central Fire Brigades Advisory Councils.The Fire Cover Review[R]，Volume 1，October 2002.

[6] 28Michael S Wright Dwelling Risk Assessment Toolkit version 1.0，Entec UK Ltd.

[7] 何泽南，基于GIS的天津南港化工区火灾风险评估[D].天津：天津大学. 2014.