基于层次分析法的某高校实验楼火灾风险评估研究

摘要：本文针对高等学校实验楼的特点，确定实验楼消防安全目标，应用层次分析法建立高等学校实验楼火灾风险评估体系。对评估体系中的风险因子通过判断矩阵进行排序和一致性检验，得到每个风险因子的权重，根据实际情况对每个风险因子的危险性进行评分，得到风险值。根据风险值的大小，得到实验楼的火灾风险等级，并提出相应对策和措施。本文在计算上采用了层次分析辅助软件yaahp进行辅助计算，并对某高校实验楼进行了具体评估，证明了这种评估方法行之有效。

关键词：消防安全；实验楼；层次分析法；火灾风险评估

0 引言

近年来，随着我国高等教育的快速发展，国家对高校实验室的投入也不断加大，实验室的使用率也大幅提高，为我国科学技术的发展提供了保障。不过，随之也带来了安全隐患，近年来，高校实验室火灾也时有发生，致使一些珍贵的科研数据毁灭，带来了不可估量的损失。如2011年10月10日，中南大学化工学院实验楼四楼发生火灾，虽没有造成人员伤亡，但大量科学仪器、科研数据毁于其中。为了减少类似悲剧的发生，对实验楼火灾风险进行分析和评估是十分必要的。本文结合层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP法）针对实验楼的火灾风险进行了安全评估研究。

1 研究方法

1.1 层次分析法

层次分析法是美国运筹学家Saaty教授于20世纪80年代提出的一种实用的多方案或多目标的决策方法。[1]其基本思路是首先将所要解决的问题层次化，根据问题所要达到的总目标，把问题分成不同的组成因素，将这些因素按支配关系分组，建立递阶层次结构，通过两两比较的方法确定同层次中各因素的相对重要性，最终归结为最低层指标相对于最高层指标重要程度的权值。运用层次分析法对实验楼进行火灾风险评估时，通常应按照以下步骤：[2]

1.1.1 建立实验楼火灾风险评估指标体系

在实验楼火灾风险评估指标体系中，其目标为对实验楼火灾风险进行评估。根据层次分析法的基本思路，首先将该目标分解成几个组成部分，得到一级指标，一级指标包括实验楼火灾危险源、实验楼防火性能、消防保卫力量；然后将这些一级指标再分解成对应的二级指标，二级指标包括电气火灾、易燃易爆危险品、实验操作不慎、吸烟不慎、火灾荷载、建筑楼龄、疏散通道、灭火器材配置、自动报警与自动灭火系统、消防中队、到场时间、消防装备和消防战士。从而得到实验楼火灾风险评估模型，如图1所示。

1.1.2 构造判断矩阵

若同一级指标中有n个指标，则由这n个指标构成的判断矩阵A为

（1）

式中的aij表示i元素相对于j元素的重要性，其取值依据Saaty提出的1-9标度值来确定，表1列出了 1-9 标度的含义。

本文中aij是根据多名专家对两元素的相对重要性打分确定的，将各专家的打分应用数学统计学方法中的众值原理[3]进行分析，得到最后的值aij，式（2）为众值的计算方法。

（2）

1.1.3 计算某一标准下各指标的权重

计算判断矩阵的特征向量和最大特征值，根据判断矩阵A，则各指标权重向量Wi的计算公式为：

（3）

最大特征值λmax的计算公式为：

（4）

式中：（Aw）i表示AW的第i个分量。

1.1.4 判断矩阵的一致性检验

判断矩阵一致性检验指标为：

（5）

当满足（5）式时，即认为判断矩阵的不一致程度在允许范围内， 可用其特征向量作为权向量； 否则要重新进行成对比较， 对矩阵加以调整。其中CI为一致性指标，即

（6）

RI为随机一致性指标， 是多次（>500次）重复进行随机判断矩阵特征值的计算后取算术平均值而得，一般取值见表2。

1.2 yaahp软件简介

yaahp是一款层次分析法辅助软件，为使用层次分析法的决策过程提供模型构造、计算和分析等方面的帮助。其依据的原理就是2.1中介绍的层次分析法原理。使用者能在yaahp软件中直接绘制层次模型。确定层次模型后，软件将据此进行解析并生成判断矩阵，使用者只需输入判断矩阵数据，软件能根据数据变化实时显示判断矩阵的一致性比例，方便使用者掌握情况做出调整。判断矩阵输入完成并通过一致性检验后，无论是备选方案对总目标的排序权重，还是备选方案对层次结构中其他非方案层要素的排序权重，都可以快速地计算完成。并且能够查看详细的判断矩阵数据、中间计算数据以及最终计算结果。

2 某高校实验楼火灾风险评估

2.1 确定指标权重值

根据15名专家的打分情况，该实验楼火灾危险源B对于防火性能C的重要性Abc的数据统计表见表3。

由表3可知，打4分的为5人，打5分的为5人，打6分为3人，其余分值的数量较小。4-6之间的分值为13个，占专家总数的，86. 7%，表明大多数专家的意见一致，根据众值的确定原则，认为专家的打分众值在4-6之间，那么该实验楼火灾危险源相对于防火性能的重要性Abc应为：

同理可得：Abd=6.80，Acd=1.68。因此，得到总目标的判断矩阵如表4所示。

采用同样的方法，可以分别得到三个子目标层实验楼火灾危险源B、实验楼防火性能C和消防保卫力量D的判断矩阵。

采用yaahp软件绘制如图1所示实验楼火灾风险评估模型，自动生成各目标的判断矩阵，将所得的矩阵数据输入后，软件自动进行一致性检验，各矩阵的一致性都满足要求，因此各矩阵的特征向量就是各项目的权重。在层次分析法中，层次总排序权值计算过程由最高层到最低层逐层进行。最高层下面的第一层，该层次因素总排序权值等于该层次各因素单排序权值，即B、C、D分目标层的总排序权值就等于其单排序权值，子目标各项目的总排序权值等于其单排序权值与其上一层目标的单排序权值的乘积。yaahp软件具有计算得出的总目标层和子目标层的中各项目的权重功能，并能计算出子目标层总排序权值，计算结果如表5所示。

2.2 实验楼火灾危险性分析

应用建立的火灾风险评估模型对实验楼消防安全进行评价分析，对表中的每一个子目标层中的项目以百分制进行打分，再乘以各自的权重值，最后相加得到最后的量化得分。如表6所示。

根据最后的总分可以确定实验楼所处的风险等级，等级的划分依据如表7所示。

由表7可知，该实验楼的火灾风险等级属于中危险等级。又由表6可知，该实验楼在由电气设备、易燃易爆危险品、实验操作不慎引起火灾的可能性比较大，建筑楼龄比较大，自动报警和自动灭火系统存在一定问题。

2.3 建议对策

为降低该实验楼火灾风险，针对以上存在的问题，提出以下几点建议：（1）对实验楼内的电气设备进行全面检查维护，及时更换老化的电气设备；（2）加强实验楼内易燃易爆危险品的管理，严格按照要求使用；（3）实验人员在操作前要熟练掌握操作方法，对可能发生的危险要格外重视；（4）对建筑进行检查翻新，必要时进行加固。（5）对自动报警和自动灭火系统进行全面检测，确保能够正常使用。

3 结束语

本文应用层次分析法对某高校实验楼进行了火灾风险评估，得到以下主要结论： （1）基于层次分析法原理，并使用yaahp软件辅助，建立实验楼火灾风险评估体系，较好的解决了每个分目标层和子目标层的权重问题，并对其进行了一致性检验，结果都满足层次分析法的一致性要求；（2）应用得到的分目标层和子目标层的权重，建立实验楼火灾

风险打分表，根据实验楼的实际情况进行分项打分，最终评定该村的火灾风险等级为中风险等级，为降低该实验楼火灾风险提供了依据。

参考文献：

[1] 杜兰萍. 火灾风险评估方法与应用案例[M]. 北京：中国人民大学出版社，2011.36-37.

[2] 李会荣. 基于层次分析法的桂西北古村寨火灾风险评估研究[J]. 武警学院学报，2011，27（4） ：41-43.

[3] 杨国良. 统计学原理[M]. 重庆：重庆大学出版社，2006.26-38.

作者简介： 张雨（1989-），男，四川巴中人，硕士研究生，中国人民武装警察部队学院，安全工程专业，主要从事火灾预防与监控方向研究。