1、基于灰色关联度的集对分析方法对高层建筑火灾风险评估摘 要：影响高层建筑的火灾安全因素复杂多变，充满了确定性与不确定性，是一个灰色系统。文中采用层次分析法确定了高层建筑火灾危险性因素的权重，运用集对分析的方法，考虑各个火灾影响因素的权重，确定高层建筑火灾危险性与各个安全等级的等级联系度式，结合灰色系统理论灰色关联度的概念，分析计算差异度与同一度、差异度与对立度的灰色关联度值，选取其中关联度大的值作为差异度系数的取值，进而可以对关联度值进行具体量化，确定高层建筑的火灾危险等级，为高层建筑火灾的危险性评价提供了一种新的方法。 关键词：高层建筑 火灾危险性 集对分析 灰色关联度 0引言 改革开放以来,
2、中国的经济飞速发展,高层建筑如雨后春笋般出现在全国各地,从个别的单体建筑发展为现代化城市中林立的高层建筑群，其中一些高层建筑已成为中国新兴城市的标志1。据公安部不完全统计，截止至2013年底，我国高层建筑超过24万栋，百米以上的高层建筑有2400多栋。由于现代高层建筑体积巨大、功能复杂、电器设备多、人员集中且可燃物多，发生火灾的可能性很大。并且一旦发生火灾，火灾蔓延快，扑救难度大，人员疏散困难，极易会造成人员伤亡和财产损失。例如：2007年12月，浙江省温州市温富大厦发生特大火灾，致21人死亡，2人重伤；2009年2月，在建的央视新台址园区文化中心发生特大火灾，导致一名消防队员牺牲，造成直接经
3、济损失1.64亿元；2009年，2010年11月，上海市静安区教师公寓发生火灾，58人遇难，71人受伤，直接经济损失1.58亿元。因此，对高层建筑进行火灾风险评估，分析可能导致火灾发生的重要因素，对高层建筑火灾的预防和控制，减少人员伤亡和财产损失具有重要意义2。 高层建筑火灾因素评价系统是一个多因素的，多层次的灰色系统，即系统是一个确定不确定系统，并且在这个确定不确定系统中，确定性与不确定性可以相互影响，相互制约，并且在一定条件下有可能相互转化3，这符合集对分析方法的思想。本文利用灰色系统理论中绝对关联度的概念计算集对分析方法中的差异度系数值，并应用到高层建筑火灾危险性评估中，为高层建筑火灾危
4、险性评估提供了新方法。 1 集对分析法理论 1.1集对分析的基本原理 1989年，我国学者赵克勤创建了处理不确定问题的新的系统理论集对分析理论4。其核心思想是将系统内的确定性与不确定性予以辩证分析与数学处理，可以描述和处理由随机性、模糊性、不完整性等不确定因素引起的确定不确定系统5,6。不确定的本质是不确定，但是，不确定性又相对于确定性而存在，并且，能在一定的条件下加以适当的确定7。 集对分析是将在一定背景条件下具有一定联系的两个集合组成的集对进行特性分析。主要对这两个集合组成的集对从同一度、差异度、对立度三个方面来进行研究和分析，并作出三者之间的定量刻画，得到这两个集合的联系度表达式8，从而
5、了解系统内部之间的联系和变化趋势，将不确定的因素辩证转化为具体的数学运算。 1.2联系度 在问题背景下，给定集合和,这两个集合组成集对，然后对集合进行特性分析，总共得到个特性，其中集合和集合共有的特性有个；集合和集合相互对立的特性有个；在其余的个特性上既不对立，也不同一，则称比值：为这两个集合在问题下的统一度，简记为； 为这两个集合在问题下的差异度，简记为； 为这两个集合在问题下的对立度，简记为。在不考虑各特性权重的联系度时，集对的联系度为： （1） 式（1）中，为差异度的符号或这是相应的系数，其取值区间为-1,1，当差异度中的特性越接近所属评价的等级时越接近于1，当差异度中的特性越偏离所属评
6、价的等级时，月接近于-1,；为对立度标记符号或系数，规定其取值为-1。根据定义可知，满足。 如果考虑各个特性的权重，则联系度为： （2） 式中.，为各个特性指标的权重，一般其权重由层次分析法或专家打分法确定。 2 灰色关联度 2.1 灰色系统理论 灰色系统理论是由邓聚龙教授与1982年提出的一门新兴学科，而灰色关联度是灰色系统理论的最成熟、应用最广泛、最具活力的部分9。灰色系统理论主要用于解决样本容量小、信息不完全、不确定的系统，其基本原理是通过统计绘制各因素数列曲线形状的接近程度，从而来辨别系统中多种因素之间的关联程度，如果序列曲线的几何形状越接近，则关联程度越大，反之越小10。 2.2 值
7、的计算方法 集对分析方法中，主要利用联系度来定量处理确定不确定问题，差异度I值的确定成为了联系度确定的关键11。差异度系数I的取值应能恰当的反应集对之间的真实关系。如果集对之间的关系趋于同一，则I的值趋近与1,；如果集对之间的关系趋于对立，则I的值趋近于-1。根据I的值受到、值的约束作用的结果，采用绝对关联度的概念，将、分为和两组，根据灰色关联度的计算方法计算出两组数据的绝对关联度，并将绝对关联度大的值作为I的取值。与统计方法相比，次方法能解决因样本容量小且线性关系不明显而难以分析的问题11,12。 2.3 灰色关联度的计算 做关联度分析先要制定参考的数据列，一般设参考序列为，比较数列为，记参
8、考数列与比较数列的关联系数为,其计算公式为: （3） 式中，是第组数列比较曲线与参考曲线的相对差值，这种形式的差值称为对在第组数列时的关联系数。为分辨系数，0,1,引入是为了减少极值对计算的影响，一般取=0.5。 表示与的最小绝对差值，即： （4） 表示与的最大绝对差值，即： （5） 当考虑到各个指标在综合评价中对评价结果的重要度的影响不同，可对绝对关联度采取加权平均值的算法，即： （6） 将计算得到的个比较数列对同一参考序列的关联度值按照从小到大进行排序，关联度越大，表明该因子对参考序越重要，影响力越大11。 2.4确定差异度系数 选定在问题背景下的一个集对，运用集对分析的方法，按照同一度、
9、差异度、对立度的定义对集对进行特性分析，根据（1）式，得到的量化值。 采用灰色关联度的计算方法，将差异度作为参考序列，将分成与，与两组，根据（2）（7）式，进行同一度和对立度对参考序列差异度的绝对关联度计算，计算得到绝对关联度和的值，其中表示同一度对差异度的绝对关联度，表示对立度对差异度的绝对关联度。 根据绝对关联度的隶属度原则，选取和绝对关联度大的值最为差异度系数的取值，即： （7） 然后将所计算得到的差异度系数的值带入（1）式，得到联系度的值。值越大，表明两个集对之间联系程度越密切，同一度越高。 若采用专家打分法，根据专家的不同权重可以计算综合关联度，如下式： （8） 表示不同专家的权重值
10、，表示不同专家评价到得的联系度值。 3 基于灰色关联度的集对分析法在高层建筑火灾风险评估中的应用 3.1应用层次分析法确定高层建筑火灾危险性指标评价体系权重 构建高层建筑火灾风险评价指标体系，是对高层建筑进行火灾危险性评价的基础。根据现代事故致因理论基础，物的不安全状态和人的不安全行为是导致事故发生的直接原因，其基本原因是由于管理上的缺陷13。根据高层建筑的火灾动态发展过程，本文从主动防火措施、被动防火措施、人员的安全疏散和消防安全管理四个方面，制定了高层建筑火灾危险性评价指标体系。并运用层次分析法，将火灾风险分为四个准则层因素，17个指标层因子，通过两两比较计算，得出各个指标的权重如表1所示
11、： 表1 高层建筑火灾风险指标体系权重计算汇总 目标层 准则层指标评价体系 权重 指标层评价指标 权重 累计权重 高层建筑火灾风险 防火措施 0.5036 防火门(C1) 0.0819 0.0412 防烟分区（C2） 0.0505 0.0254 防火分区（C3) 0.2748 0.1384 火灾载荷(C4) 0.4225 0.2128 防排烟系统（C5） 0.0536 0.0270 防火涂料（C6） 0.1167 0.0588 灭火措施 0.2071 火灾自动报警系统（C7) 0.4672 0.0968 自动喷灭火系统（C8） 0.2773 0.0574 消火栓灭火系统（C9） 0.0953
12、0.0197 消防队救援能力(C10) 0.1602 0.0332 安全疏散系统 0.1210 出口数目及宽度(C11) 0.4555 0.0551 疏散标志(C12) 0.1410 0.0171 疏散距离(C13) 0.2625 0.0317 应急照明系统（C14) 0.1410 0.0171 消防管理 0.1683 消防制度落实情况(C15） 0.5815 0.0979 消防设备维护情况(C16) 0.1095 0.0184 转值班情况(C17) 0.3090 0.0520 3.2建筑物火灾危险性评价 以某大学1号教学楼为例，进行高层建筑火灾危险性评价。根据市消防部门的今年7月份的消防备案
13、，该教学楼的火灾危险性为三级，即一般安全，有待整改该。该大楼建于2002年建成，总共15层，高度约为46.7M，总建筑面积约15600M2。根据高层建筑火灾风险评价的实际情况，将各个指标体系分为安全、较安全、一般安、较危险、危险五级，分别记作A、B、C、D、E，其中A代表安全，B代表较安全，C代表一般安全，D代表较危险，E代表危险。聘请三位专家（）进行现场评价打分，确定各个指标所属的安全等级，见表2。根据专家在消防领域的影响力，应用层次分析法确定专家的权重为W=（0.581,0.309,0.110）。 根据表2的结果，将各指标等级与安全等级分别建立集对，考虑到各个指标的权重对综合评价的影响，采
14、用（2）、（3）、（4）、（5）式进行计算，其中同一度为与所属评价等级相同的特性，差异度为与所属评价等级相同特性的相邻的变化趋势的特性，对立度的特性为：，绝对关联度计算结果如表3所示。 表2 建筑物火灾危险性评价专家现场打分表 专家 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 B C C D C C B C B D B A B D C C D B B C D D C A B B D C B A C C C E C B D D C B A C B C B A A D B D D 表3 绝对关联度计算结果表 评分与安全等级
15、联系式 与A 0.0171 0.2445 0.7384 0.0171 0.2445 0.7384 0.2274 0.4939 0.6065 0.5171 与B 0.2445 0.4404 0.3151 0.2445 0.4404 0.3151 0.1959 0.1253 0.6476 0.9933 与C 0.4233 0.5596 0.0171 0.4233 0.5596 0.0171 0.1363 0.5425 0.7430 0.4864 与D 0.3151 0.4233 0.2616 0.3151 0.4233 0.2616 0.1082 0.1617 0.7985 0.9105 与E 0
16、 0.3151 0.6849 0 0.3151 0.6849 0.3151 0.3698 0.5153 0.6166 与A 0.1285 0.1608 0.7107 0.1285 0.1608 0.7107 0.0323 0.5499 1 0.4820 与B 0.1608 0.5142 0.3250 0.1608 0.5142 0.3250 0.3534 0.1892 0.4836 0.8565 与C 0.3857 0.4338 0.1805 0.3857 0.4338 0.1805 0.0481 0.2533 0.9501 0.7526 与D 0.2730 0.4377 0.2893 0.2
17、730 0.4377 0.2893 0.1647 0.1484 0.6943 0.9391 与E 0.0520 0.2730 0.6750 0.0520 0.2730 0.6750 0.2210 0.4020 0.6144 0.5873 与A 0.1456 0.2569 0.5975 0.1456 0.2569 0.5975 0.1113 0.3406 0.7919 0.6459 与B 0.2569 0.3044 0.4387 0.2569 0.3044 0.4387 0.0475 0.1343 0.9519 0.9714 与C 0.1588 0.6956 0.1456 0.1588 0.69
18、56 0.1456 0.5368 0.5500 0.3734 0.4819 与D 0.4387 0.1588 0.4025 0.4387 0.1588 0.4025 0.2799 0.2437 0.5484 0.7665 与E 0 0.4387 0.5613 0 0.4387 0.5613 0.4387 0.1226 0.4253 1 表4 专家评分值与安全等级的联系度 安全等级 专家 专家 专家 综合联系度 安全 -0.8969 -0.6977 -0.6364 -0.8067 较安全 -0.3869 -0.5334 -0.4004 -0.4337 一般安全 0.0044 -0.1063 -0
19、.4863 -0.0838 较危险 -0.2498 -0.3306 -0.0778 -0.2558 危险 -0.9112 -0.8190 -0.8763 -0.8789 根据式（7）计算加权后的绝对关联度=0.6840，=0.7181，,说明与的关联程度比与的关联程度要高。根据（7）式，取= 0.7181作为差异度系数的值带入表3所示的各联系式中，得到各专家评分与安全等级的联系度，然后根据各个专家的不同权重，根据（8）式，计算得出累积连续度，具体结果如表4所示。 在表4中，综合联系度从大到小排序依次为：一般安全较危险较安全安全危险，根据最大隶属度原则可知，此高层建筑建筑教学楼的火灾危险等级为第
20、三级，即为一般安全状态，同时排在第二位的较危险的综合联系度大于排在第三位较安全的综合联系度，说明此高层建筑楼的火灾危险性等级从一般安全等级转变为较危险等级的趋势大于转变为较安全等级的趋势，有关消防安全管理人员和学校安全部门应该给予重视，定期和不定期检查消防设施设备，对存在的问题及时整改，消除火灾隐患，建立完善的火灾应急体系，加强消防安全管理。 3结论 1）采用集对分析方法的思想，结合运灰色理论中灰色关联度的概念，将差异度和同一度、差异度和对立度的中两者绝对关联度较大的值，最为差异度系数的值，代入联系度式中，将联系度进行量化计算，得出此高层建筑的火灾危险性为三级，即一般安全，并且有向较危险等级发
21、展的趋势，评价结果与实际相符。 2）集对分析方法现已经广泛应用于各学科中，但对于差异度系数的值的确定一直没有统一的方法，本文通过灰色系统的思想，运用绝对关联度来确定差异度系数的值，为联系度的确定计算提供了一种新方法。 参考文献 1司戈.中国高层建筑火灾J.消防科学与技术，2010，29（10）：863-870. 2王栗.基于灰色关联度分析的高层建筑火灾风险评估J.中国安全生产科学技术，2013,9（8）：83-89. 3李凡修，陆晓华，梅平.煤矿安全预评价的集对分析模型及应用J.安全与环境学报，2005,5（1）：118-120. 4赵克勤.集对分析及其初步应用J.大自然探索，1994,13（
22、47）：67-72. 5郑欣，许开立，周家红.基于集对分析的尾矿库安全评价研究J.安全与环境学报，2008，8（1）：160-162. 6郑欣，许开立，周家红.基于模糊数学和集对分析方法的尾矿库安全评价研究J.工业安 全与环保，2008,34（5）：4-6. 7宫博，许开立，李顺德.基于集对分析法的建筑物火灾危险性评价J.中国安全生产科学技术，2011,7（9):102-106. 8蒋云良，徐从富.集对分析理论及其应用进展研究J.计算机科学,2006,33(1):205-209. 9邓聚龙.灰色理论基础M.武汉：华中科技大学出版社，2002 10姚伟，伍爱友.灰色关联度分析方法在建筑物火灾控制因素分析中的应用J.火灾科学，2010,1（18）：59-69. 11罗勇，周春梅，吴艳玲.尾矿库安全评价的灰色关联度与集对分析研究J.武汉工程大学学报，2012,34(1):26-30 12李陶，付强，丁红.基于灰色关联度的集对分析差异系数研究J.黑龙江水专学报，2010,37（1）：97-99 13隋鹏程，陈宝智.安全原理与事故预测M.北京：冶金工业出版社，1998:20-27.
全部分类
免费下载资料库
10000份+资源包
千万vip文档畅享下载
下载文档文件编辑即用
网站精选百万好案
百万工程地产工作者都在用
微信扫一扫登录
