典型建筑火灾风险评估体系及其软件开发
发布时间：2021-02-05
【摘要】为提升建筑单体火灾风险评估的科学性及实用性，将聚类分析与层次分析(AHP)相结合运用到建筑火灾风险评估体系。根据建筑使用特性，采用兼具定性和半定量方法优点的AHP法建立5类典型建筑火灾风险评估体系，结合问卷调查和聚类分析确定评估体系中的指标权重值;然后通过指标因子打分，最终确定建筑物的火灾风险等级。采用VisualBasic.NET编程语言开发建筑消防安全等级评估软件，用此软件评估武汉某大型商场火灾风险。结果表明，该商场的安全等级为Ⅱ级，低度火险，此结果与其实际消防安全情况一致。
【关键词】火灾风险评估;层次分析法(AHP);聚类分析;指标权重;软件开发
0引言
随着我国城市建设的高速发展，建筑火灾频发。据《中国消防年鉴》载[1]，2012年我国火灾约15.2万起，经济损失近21.8亿元，伤亡人数约1500人，其中建筑火灾起数占97%。且我国发生一次性死亡30人以上的火灾几乎都是建筑火灾[2]。
多位学者在研究建筑火灾风险评估指标体系方面开展研究并取得一定成果，但同时也存在一些不足。如美国消防工程师协会[3](societyoffireprotectionengineers，SFPE)在对建筑火灾风险进行等级划分时，未区别建筑类别，而是直接根据火灾风险设计的内容判定建筑安全等级。李引擎等[4]将我国建筑划分为4大类12子类，却共用一套火灾风险评估体系;田玉敏等[5]提出的火灾评价体系虽然根据建筑物的占用性质对建筑进行划分，但权重的计算比较粗糙。同时，关于火灾风险评估的计算机软件开发较少。鉴于此，笔者将基于层次分析法(analytichierarchyprocess，AHP)建立5类典型建筑火灾风险评估体系，并从2个方面进行改进:①评估体系根据建筑类型单独建立，以提高问卷调查判断矩阵填写时的准确性。②在传统AHP法权重确定过程中引入聚类分析，增加指标权重计算的科学性。最后基于以上改进开发建筑消防安全等级计算软件。
1建筑火灾风险评估体系的建立
根据建筑使用功能及消防安全重点单位的界定[6]，选取5类建筑建立火灾风险评估体系，包括工矿企业、公共娱乐场所、宾馆饭店、商场市场、学校幼儿园。
1.1基于AHP法的建筑火灾风险评估指标体系的建立
AHP法包括2部分内容，一是层次递阶结构的建立，即模型的建立;二是指标权重的计算，具体过程如图1所示。
根据AHP法，首先筛选出相应建筑的指标因子，然后按照指标属性进行分层。由于指标因子较多，彼此相互关联，故基于AHP法的递阶层次结构，将建筑火灾风险评估系统分为4层，即目标层、准则层、子准则层和指标层。这样既可穷尽主要相关火灾风险影响因素，同时也让一个较为复杂的评价体系层次分明。根据上述构建原则，建立5类建筑火灾评估体系模型，以商场市场类建筑为例，参考已建立的商业建筑火灾风险评估体系[7-8]，将所有指标进行分层归类，然后将由此建立的评估体系经过几轮专家会议讨论形成最终模型(图2)。其他4类建筑火灾风险评估模型与此相似，部分指标由于建筑的使用特性不同稍有差异，此处不一一列出。
1.2建筑火灾风险评估体系指标权重的确定
根据已建立的建筑火灾风险评估体系，计算指标权重的大小，计算过程主要分为5个步骤(图3)，下文将进行详细说明。
1)问卷调查。根据不同建筑火灾风险评估模型设计相应的专家调查打分问卷(分设5种，让专家在对比指标间重要程度时，判断更加准确)，邀请湖北省境内该领域有丰富经验和知识的专家进行现场打分。专家包括从事消防竣工验收工作的武警消防部队的技术干部、5类建筑单位从事消防工程检测与管理的技术人员，以及长期从事消防性能化设计的专业技术人员。依据Saaty[9]提出的1—9标度法，对评估体系判断矩阵中的各指标因子进行重要程度的比较，完成问卷填写。
2)专家个体排序向量。一份问卷就是一个专家个体排序向量。由于问卷数量大，每一类建筑评估体系中的判断矩阵多，且大多为多指标判断矩阵，常导致判断矩阵无法通过一致性检验，若人工计算，则工作量大，且易出错。因此，借助AHP法软件yaahp来进行判断矩阵一致性的调整与计算。
3)聚类分析。聚类分析是根据事物本身的特性来研究个体与个体之间分类的方法。聚类原则是将具有较大相似性的个体归到同一类中，且尽量保证不同类别之间存在较大差异。由于每位专家个人的经历、经验、文化背景迥异，对评判矩阵了解程度不同，以及专家自身的偏好等因素，对于同一个问题的评判很有可能存在较大的不一致，因此，专家个体排序向量会有所不同。在此以专家个体排序向量为样本，借助SPSS统计分析软件[10]，采用分层聚类法对专家进行分类。
4)专家权重系数确定。每位专家的个体排序向量对综合排序向量(即最终指标权重值)的影响大小，称为专家的自身权重。专家权重系数确定原则:某一类容量相对其他类较大，表明该类中的个体排序向量符合较多专家评价意见，所对应的专家权重系数就较大，反之则较小。根据以上聚类分析结果，参考郭文明等[11]提出的群组AHP权重系数确定方法计算各位专家的自身权重。
5)指标权重确定。结合上述步骤求出的专家个体排序向量和专家权重系数，对群组判断矩阵进行合并，采用综合排序向量法，对各个判断矩阵作加权算术平均，便可求得最终的指标权重。
2建筑火灾风险等级的确定
2.1评分手册的制定
为确保评分标准制定的科学性，依据各防火规范[12-13]及相关消防验收标准[14]、消防管理细则[15]等，分别汇总编订了5类典型建筑打分手册。同时，为保证评分标准的合理性、可接受性和可操作性，制定过程中参考消防部门、建筑单位、消防评估公司及保险公司等意见，未来将在实际运用中不断进行调整完善。
2.2火灾风险评估体系综合风险值的确定
对待评估建筑采用专业人士打分法，对评估体系最底层的指标进行打分，分值的确定参考5类典型建筑的打分手册。评估体系中的每一指标的满分定为10分，根据式(1)计算建筑火灾风险总得分。
综上所述，对于某一被评估建筑，首先对照评分手册进行打分，计算其火灾风险总分值S，然后查阅表1，便可得到该建筑对应的火灾风险等级。
3建筑火灾风险评估软件的开发
基于以上5类典型建筑物火灾风险评估体系，利用微软NET.Framework上面向对象的编程语言VisualBasic.NET开发建筑消防安全等级计算软件。图4为欢迎界面。
相关期刊推荐：《中国安全科学学报》(月刊)创刊于1991年，由中国科学技术协会主管，中国职业安全健康协会(原中国劳动保护科学技术学会)主办。设有：安全科学基础理论及学科建设、安全科学技术原理及其应用、安全工程、卫生工程、工业安全与安全产业、安全管理工程、交通安全、消防安全等栏目。
该评估软件的总体流程如图4所示。其中，被评估建筑的基本情况、建筑种类的选取，及所有指标风险得分值的输入均在前台人工操作完成;而指标权重的赋值在后台已默认，无需人工操作。软件具体操作过程主要包括以下4个步骤。
1)录入评估对象的基本信息，包括建筑物名称、地址、投入使用时间等。
2)选择建筑类别。指标打分之前应根据建筑使用性质选取相应的风险评估体系，包括工矿企业、商场市场、公共娱乐场所、宾馆饭店和学校幼儿园。
3)指标打分。对每个指标进行打分，只能录入0～10的阿拉伯数字，当用户输入非阿拉伯数字、数值超出分值范围或遗漏某指标分值时，软件都会提示用户更改。软件已预先设置好每类建筑风险评估体系各指标的权重值，直接输入指标得分值即可。
4)报告生成。输入得分之后，直接点击“分析报告”便可生成分析报告，其中包含建筑物的基本信息、每一准则层得分及得分比重、每一准则层得分最低的3项指标、总得分及建筑消防安全等级。根据该报告可识别被评估建筑主要存在的消防问题，便于消防监管单位和建筑单位提高消防整改的针对性。然后点击“保存评估结果”，最终可生成txt文档格式的分析报告。
4实例分析
武汉某商场建筑面积32万m2，占地面积3.1万m2，建筑高度为51.45m。其中，地下1F—3F为车库，地上1F—6F经营各类服饰，7F—9F为餐饮、休闲娱乐等。根据建筑消防安全等级计算软件操作过程，对武汉某商场进行风险评估，分析结果如图5所示。
由分析报告(图5)可知，该商场的总得分为8.53，消防安全等级为良，火灾风险等级为Ⅱ级，此结果与消防部门对此单位的判定一致。
现场调查中，发现该商场主要存在以下消防安全问题:
1)为方便广场内部货运及人员通行，商场内有多处常闭式防火门打开(图6a)，少量防火卷帘下方位置被占用(图6b)。一旦发生火灾，会导致烟气蔓延至相邻防火分区和疏散楼道内，不利于火灾的控制和人员的疏散。
2)该商场部分区域疏散指示标识间距大于20m，且部分安装位置过高，不便于疏散人员辨识。
3)商场部分区域正在施工，有多处安全出口被锁。
4)该商场缺少必要的消防演练，且只有15名专职消防员，没有相应的义务消防员。
以上存在的消防安全问题与分析报告中得分低的指标项一致，据之可为建筑单位的消防整改提出明确建议，故该评估体系能被有效地运用于实际工程。
5结论
1)在指标权重计算过程中，将传统AHP法与聚类分析相结合，引入专家自身权重系数，提高了权重值的合理性和科学性。
2)基于评估理论基础，设计和开发了建筑火灾风险评估软件系统，实现了其操作运行功能。
3)将建筑消防安全等级软件系统运用于实际工程，给出了较合适的火灾风险评估结果，可供相关火灾保险核保人员、中介火灾风险评估机构及消防部门使用。——论文作者：陈娟娟1方正1教授谢涛2高级工程师袁建平1副教授罗可
