彭 磊1 徐學(xué)軍2 楊 磊

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043；2.廣西公安消防總隊(duì)，南寧 530000；3.南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,南寧 530029)

1 引言

地鐵是目前世界上能夠解決大中型城市人們出行較為便捷、經(jīng)濟(jì)、高效的交通工具之一，是城市交通系統(tǒng)的骨干，城市的生命線。作為現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)，地鐵對(duì)促進(jìn)城市繁榮、實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。但由于地鐵深埋地下，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、出入口少、疏散路線長(zhǎng)、通風(fēng)照明條件差、電氣設(shè)備種類多、人員高度集中等原因，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救任務(wù)將非常艱巨，往往會(huì)造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?？v觀國(guó)內(nèi)外，地鐵車站一直是恐怖襲擊和破壞事件的高發(fā)地，也是安全防范的高風(fēng)險(xiǎn)地。近年來(lái)，世界上一些國(guó)家、地區(qū)地鐵相繼發(fā)生火災(zāi)，造成了群死群傷的嚴(yán)重傷害[1-5]。2003年2月，韓國(guó)大邱地鐵一號(hào)線人為縱火，死亡140人、傷289人、失蹤318人。2004年，俄羅斯莫斯科一列地鐵列車發(fā)生爆炸，造成40人死亡。2016年1月26日，日本東京地鐵站內(nèi)失火，煙霧彌漫整個(gè)車站， 100多名乘客因呼吸系統(tǒng)受傷被送進(jìn)醫(yī)院。不難發(fā)現(xiàn)在所有地鐵站事故中，人為因素?zé)o疑是很重要的因素，科學(xué)建立評(píng)估地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和評(píng)估指標(biāo)對(duì)地鐵的安全運(yùn)營(yíng)具有十分重要的意義[6-9]。

為了分析這種多目標(biāo)決策問(wèn)題，美國(guó)學(xué)者T.L.Saaty[10]和查德教授[11]分別提出了層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論。這兩種方法被組合成模糊層次綜合分析法處理一些難以量化的事物或現(xiàn)象的模糊評(píng)價(jià)上。因其具有簡(jiǎn)便性、合理性等優(yōu)點(diǎn)，模糊綜合評(píng)價(jià)法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在生活、經(jīng)濟(jì)和土木等領(lǐng)域中[12-14]。本文針對(duì)廣西南寧地鐵危險(xiǎn)源和隱患的辨識(shí)，對(duì)發(fā)生概率較大的火災(zāi)事故危險(xiǎn)源進(jìn)行分析和控制，采用模糊層次分析理論建立能夠評(píng)估地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)，保證及早地排查出地鐵火災(zāi)的危險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)隱患，為發(fā)生火災(zāi)后有效疏散旅客提供必要的理論依據(jù)。

2 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合層次評(píng)判模型

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

圖1 地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)遞階層次評(píng)判體系

考慮到模糊綜合層次評(píng)判指標(biāo)的可操作性、層次性以及系統(tǒng)性的原則，根據(jù)地鐵的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，地鐵火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和程度可由層次分析法建立的階層次指標(biāo)體系預(yù)估。在閱讀已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[5-16]，綜合考慮各方面影響因素，假定有教育、技術(shù)以及管理三個(gè)3個(gè)一級(jí)指標(biāo)因素。根據(jù)這3個(gè)一級(jí)指標(biāo)因素代表的不同內(nèi)容，可以分成許多二級(jí)指標(biāo)。其中，B1對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)因素為：C1政府安全教育、C2地鐵營(yíng)運(yùn)部門對(duì)乘客的安全教育、C3學(xué)校和家庭的教育；B2的二級(jí)指標(biāo)為：C4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、C5地鐵列車設(shè)計(jì)、C6電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、C7消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)、C8附屬設(shè)施的安全化處理、C9火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)；B3的二級(jí)指標(biāo)為：C10健全火災(zāi)防治立法、C11建立突發(fā)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、C12營(yíng)造安定的社會(huì)環(huán)境、C13成立指揮機(jī)構(gòu)、C14加強(qiáng)地鐵系統(tǒng)安全管理?；馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)遞階層次指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2.2 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判斷矩陣

模糊綜合層次評(píng)價(jià)法中把隸屬于同一個(gè)一級(jí)指標(biāo)的所有二級(jí)指標(biāo)因子之間的相對(duì)優(yōu)越程度用判斷矩陣來(lái)表示。假定有n個(gè)二級(jí)指標(biāo)因子，用1-9的比例標(biāo)度來(lái)反應(yīng)他們相對(duì)于上一級(jí)級(jí)別即其所屬一級(jí)指標(biāo)因子的重要程度(標(biāo)度含義見(jiàn)表1)，依據(jù)所得結(jié)果可建立判斷矩陣D=(dij)n×n，矩陣中的dij表示相對(duì)于上一級(jí)別的指標(biāo)因子，比較Di與Dj后，因子Di的相對(duì)重要程度。

整理地鐵有關(guān)資料以及評(píng)價(jià)表，請(qǐng)各位專家以及相關(guān)分析人員依據(jù)相關(guān)資料結(jié)合表1對(duì)圖1中各級(jí)指標(biāo)的相對(duì)重要程度打分。對(duì)專家所給意見(jiàn)進(jìn)行處理，可得到以下4個(gè)判斷矩陣：表2為B中的一級(jí)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層A所構(gòu)成的判斷矩陣，表3為C中的二級(jí)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)與B中所屬一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣。

表1 標(biāo)度值與指標(biāo)重要性等級(jí)

標(biāo)度值重要性等級(jí)1Di與Dj相比,Di與Dj同等重要3Di與Dj相比,Di與Dj稍微重要5Di與Dj相比,Di與Dj明顯重要7Di與Dj相比,Di與Dj強(qiáng)烈重要9Di與Dj相比,Di與Dj極端重要 注:1.判斷矩陣應(yīng)滿足:dij>0; dii=1; dij=1/dji;2.dij=(2, 4, 6, 8)是表中相鄰判斷的中值。

表2 一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣值

AB1B2B3B11.001.141.58B20.791.001.26B32.050.751.00

表3 二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣值

B1C1C2C3———C11.002.584.22———C20.181.001.67———C31.260.441.00———B2C4C5C6C7C8C9C41.000.570.951.050.146.18C51.431.000.680.930.241.04C62.652.061.000.790.860.95C73.251.590.981.003.070.71C81.850.731.251.131.000.18C93.233.254.221.564.441.00B3C10C11C12C13C14—C101.000.760.220.134.28—C111.311.000.290.175.33—C124.543.431.000.354.56—C137.865.822.841.003.10—C141.221.340.571.831.00—

2.3 單一準(zhǔn)則下因子相對(duì)權(quán)重

依據(jù)模糊綜合層次評(píng)判法，需要依據(jù)判斷矩陣的合成權(quán)重向量來(lái)評(píng)價(jià)。針對(duì)判斷矩陣D，具體計(jì)算步驟為：首先計(jì)算最大特征值λmax； 然后，計(jì)算特征向量W，也就是說(shuō)DW=λmaxW，最后，對(duì)W進(jìn)行歸一化處理，使得∑Wi=1成立，那么，所得到的Wi就是這些因子的權(quán)重。

一般來(lái)說(shuō)，主要采用根法計(jì)算λmax和W，具體流程如下：

(1)求出判斷矩陣Di中各行的所有要素的幾何平均值：

(1)

(2)求出權(quán)重向量Wi：

(2)

(3)求出最大特征值λmax：

(3)

(4)判斷矩陣的一致性：

如果所考慮因素過(guò)多，可能會(huì)使所得判斷矩陣難以符合一致性，為了避免這種情況就會(huì)采用一致性檢驗(yàn)：

CR=CI/RI

隨著人們對(duì)畜產(chǎn)品質(zhì)量要求和需求量的日漸提高，畜牧養(yǎng)殖業(yè)從業(yè)者開(kāi)始提高對(duì)動(dòng)物疫病監(jiān)測(cè)工作的重視程度，并且監(jiān)測(cè)質(zhì)量在逐漸提高。進(jìn)行動(dòng)物疫病監(jiān)測(cè)在動(dòng)物疫病防治控制中的作用的全面探索，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物疫病監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展的科學(xué)性的有效提升，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)動(dòng)物疫病防治工作的順利開(kāi)展，使我國(guó)的畜牧養(yǎng)殖業(yè)的整體發(fā)展獲得更加廣闊的發(fā)展空間和更加理想的發(fā)展前景。

(4)

式中，CI為一致性指標(biāo)，按式(4)計(jì)算，RI是平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可依據(jù)表5-3查得。

CI=(λmax-n)/(n-1)

(5)

如果判斷一致，就會(huì)有CR=0。一般情況下，只要求CR<0.1。

由以上資料，可計(jì)算出南寧地鐵車站的模糊綜合層次分析法中的各因子權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，所得結(jié)果見(jiàn)表5。表中所得判斷矩陣都符合CR<0.1，符合一致性檢驗(yàn)的要求。

表4 平均一致性指標(biāo)

矩陣階數(shù)RI30.5240.8951.1261.2671.36

表5 相對(duì)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

矩陣WiλimaxCRA(0.179, 0.225, 0.596)3.7570.0332B1(0.1777, 0.3391, 0.4832)2.2500.0105B2(0.384, 0.106, 0.110, 0117, 0.0 48, 0.235)2.8960.0173B3(0.136, 0.027, 0.136, 0.210, 0.609)3.5410.1023

2.4 抉擇評(píng)判集

根據(jù)地鐵車站的現(xiàn)實(shí)條件以及資料整理情況，可將依據(jù)模糊綜合層次分析法考慮的地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的所有因子界定為5個(gè)等級(jí)，設(shè)立抉擇評(píng)判集V={V1，V2，V3，V4，V5}={Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ， Ⅴ}，并對(duì)其進(jìn)行量化處理，即可得到量化的評(píng)價(jià)等級(jí)，見(jiàn)表3所示：

表6 評(píng)價(jià)等級(jí)量化表

等級(jí)ⅠⅡⅢⅣⅤ描述輕微較輕微中度較危險(xiǎn)危險(xiǎn)量化值54321

2.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)(度)的確定

各個(gè)因子和各對(duì)象之間的關(guān)系由隸屬函數(shù)(度)fij展現(xiàn)。依據(jù)各因子所去隸屬函數(shù)的不同，可分為二次下降拋物形，尖形分布等等，如圖2所示。

圖2 隸屬度函數(shù)分布曲線

其中，

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.6 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)模糊層次綜合評(píng)判

本文依據(jù)模糊綜合評(píng)判法建立了有關(guān)地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估的二級(jí)評(píng)判模型，具體評(píng)判流程如下：

(11)

其中，i=1， 2， 3， 4； 與i相對(duì)應(yīng)，n分別取5， 3， 4， 4。

(2)再確定權(quán)重向量WBi，進(jìn)行一級(jí)模糊綜合評(píng)判：

Bi=WBiRi=(b1,b2,b3,b4,b5)

(12)

表7 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化表

車站指 標(biāo)C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C1413.74.13.63.43.72.93.43.82.42.93.24.64.33.7

式中，i=1， 2， 3， 4； 為盡可能考慮全部因素的影響，選定模糊算子為M(·，+)。

(3)組合所得單因子綜合評(píng)判結(jié)果Bi，得到二級(jí)評(píng)判矩陣R：

R=(B1,B2,B3,B4)T

(13)

(4)通過(guò)加權(quán)平均型模糊運(yùn)算處理所得二級(jí)評(píng)判矩陣R以及權(quán)重向量WA：

A=WAR=(a1,a2,a3,a4,a5)

(14)

(5)集化處理所得二級(jí)綜合模糊評(píng)估向量A可得綜合評(píng)估值A(chǔ)*:

(15)

式中，VT為抉擇評(píng)價(jià)集評(píng)分向量V={5， 4， 3， 2， 1}的轉(zhuǎn)置矩陣。

3 算例分析

3.1 背景介紹

南寧軌道交通1號(hào)線于2016年12月正式運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)開(kāi)通時(shí)間短，尤其是朝陽(yáng)廣場(chǎng)站等人流集中、地面交通狀況差，站內(nèi)設(shè)有物業(yè)層，且站內(nèi)的實(shí)施設(shè)備較多。地下站臺(tái)與展廳僅靠2個(gè)樓梯和一個(gè)扶梯。根據(jù)廣西市政府規(guī)劃，到2020年，南寧市區(qū)軌道交通占公共交通的比例將達(dá)30%； 為確保地鐵火災(zāi)疏散及救援，可根據(jù)本文所提車站火災(zāi)等級(jí)評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行火災(zāi)預(yù)測(cè)研究，讓車站消防和主管消防部門建立各車站火災(zāi)疏散及救援差異化處置預(yù)案。

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

表8 地鐵車站一級(jí)模糊綜合評(píng)判結(jié)果向量

一級(jí)評(píng)估向量車 站B1(0.269, 0.658, 0.474, 0.177, 0.236)B2(0.486, 0.835, 0.461, 0.186, 0.128)B4(0.535, 0.859, 0.365, 0.139, 0.0139)

4 結(jié)論

本文是對(duì)廣西地鐵車站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)建立的采用模糊層次綜合模型進(jìn)行評(píng)估并對(duì)層次分析法和模糊評(píng)判法在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析討論，得到結(jié)論如下：

(1)通過(guò)層次分析法以及模糊綜合評(píng)價(jià)法建立的評(píng)價(jià)體系能夠?qū)囌緷撛诘幕馂?zāi)危險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估并盡可能考慮所有因子對(duì)車站火災(zāi)的影響。

(2)各因子和其所屬對(duì)象的關(guān)系，可通過(guò)隸屬函數(shù)來(lái)刻畫。這種方法科學(xué)、合理，并且極可能較少評(píng)判中主觀因素的影響，因此所得評(píng)價(jià)結(jié)果具備較高的可信度。

(3)模糊層次綜合評(píng)判法有固定的計(jì)算步驟，易程序化實(shí)現(xiàn)?？蔀榈罔F車站消防和主管消防部門建立各車站火災(zāi)疏散及救援差異化處置預(yù)案、提高地鐵車站的運(yùn)營(yíng)管理水平、科學(xué)進(jìn)行火災(zāi)疏散及救援研究具有一定指導(dǎo)意義。