基于多级可拓评价法的地铁车站火灾风险评估

0 引言

多数地铁车站环境密闭、人流集中，一旦发生事故，可能带来重大的人身财产损失。相关统计资料显示，火灾事故在所有地铁安全事故中所占比例最大[1]。因此，客观合理地对地铁车站火灾风险进行评估，有利于及时发现和控制火灾隐患，为车站安全管理部门提供决策依据，具有重要的理论和现实意义。

针对地铁火灾的安全性问题，国内外学者均进行了一定的研究。其中，国外学者主要以空气流动、隧道通风、人员疏散等的数值模拟实验为主[2～4]。如Kurioka等[2]在对三种隧道模型进行风洞试验的基础上，得出了火焰倾斜度及高度、烟层最高温度及位置的经验公式，并通过对比实验证明了公式的适用性；Roh等[3]和Benkoussas等[4]利用流体动力学模型分别对地铁车站火灾情况下人员疏散及烟雾通风情况进行了评估和数值模拟。随着我国地铁行业的蓬勃发展，国内学者针对地铁火灾的安全评价问题也进行了一定程度的探讨[1,5～14]，主要以模糊综合评价为主流方法[1,5～7]。马一太等[5]在模糊数学理论的基础上，对地铁火灾的危险性进行了一阶和二阶模糊评价，是我国较早对地铁火灾使用模糊综合评价的研究者之一；陈曼英[1,6]运用模糊数学方法并结合故障树法对地铁车站发生火灾的概率进行研究，并给出了降低火灾风险的具体措施；米红甫等[7]将火灾发生的概率及火灾的危害性统筹考虑，结合概率论与模糊数学等相关理论建立概率模糊评价模型对地铁车站火灾风险进行研究。马剑等[8]通过函数对评价结果进行量化，在证据理论的基础上，提出了一种地铁火灾安全评价的新方法；李炎锋等[9]在地铁车站火灾评价体系的构建方面采用了按时序分阶段的方法；李江华[10]和王建波等[11]将神经网络运用到地铁车站火灾风险的评价模型中。自可拓学[12]被提出以来，基于可拓理论的评价方法开始逐渐应用于各领域[13～17]，包括评估地铁车站火灾风险的问题[13,14]。安永林等[13]将可拓评估与文献[5]的模糊综合评价所得结果进行对比分析，说明了该方法的可行性；阳富强等[14]在可拓理论的基础上结合熵权法，对地铁车站的火灾风险进行评估。对既有研究进行分析可知，模糊综合评价[1,5～7]容易出现丢失信息的问题；传统的层次分析法[5,13,15,16]在确定权重时构造的判断矩阵多数情况下不满足一致性检验；一些评价指标体系的构建[9～11,14]未充分考虑我国关于地铁设计规范的相关规定且带有一定的主观性。

鉴于此，本文在构建地铁车站火灾风险评价体系的基础上，开创性的以改进的层次分析法计算相关指标的权重并结合多级可拓评价法对地铁车站火灾风险进行评估，以期为管理者提供新的科学的评价思路，为地铁车站有效地预防火灾提供合理的建议。

1 地铁车站火灾风险评价体系

1.1 评价指标体系的建立

根据《地铁设计规范》（GB-2013）[18]中关于“火灾自动报警系统”、“运营控制中心”、“防灾”等方面的相关规定，结合国内外地铁火灾事故的特点，在既有研究成果[1,5,14]及实地考察地铁车站的基础上，采用事故分析和专家调查等方法，从管理水平、设备水平、消防设计水平、人员能力水平等四个方面建立地铁车站火灾风险评价指标体系，如图1所示。

1.2 改进的层次分析法确定评价指标权重

由于地铁车站火灾风险评价体系包含诸多指标，每个指标对待评目标的重要程度都不同。为了使评价结果比较客观准确，必须对其赋予不同的权重系数。

在确定权重时，层次分析法是一种实用性强且较为科学的方法。但构建的判断矩阵往往不满足一致性检验，必须对其重新进行调整。因此，本文在确定指标权重时将对层次分析法加以改进，使其无需进行一致性检验[7]，步骤如下：

1）将指标两两对比，通过1～9的重要性标度构造比较判断矩阵A=(aij)m×n。

2）通过下式将判断矩阵A=(aij)m×n转换为改进的判断矩阵B=(bij)m×n：

式中，k≥2且k为整数，β≥1，通常取β=1，此时判断矩阵B=(bij)m×n均满足一致性检验。

3）求各指标的权重。对B的各列进行归一化得到矩阵C，将C的各行加总求和即可得到特征向量W；对W进行归一化处理即可得到每个指标的权重。

2 多级可拓评价模型

2.1 可拓评价基本理论

设n为实数域上一点，为实数域上一区间，则n与N0之间的距离表示为同理，表示点n与N0和N组成的区间的位置关系。在此基础上，构建关联函数据此可得点和区间的关联程度；N0表示经典域，即评价指标相对于不同风险等级的区间范围；N表示节域，即评价指标相对于所有等级的区间范围，显然有

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