城市高層建筑應急能力評估體系研究與應用

許冬濤，陳振宇，李新貴，田 馨，王華彬

(國家能源集團寧夏煤業(yè)集團，寧夏 銀川 750001)

城市的發(fā)展狀況直接關(guān)系著一個國家或者地區(qū)的經(jīng)濟活力，目前，中國正處于城市化進程加快發(fā)展階段，高層建筑作為現(xiàn)代化城市的象征，其規(guī)模在不斷擴大的同時，帶來的安全問題也日益突出[1]，高層建筑的安全問題已成為影響高層建筑發(fā)展的首要問題。

本文在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,運用事故樹分析并構(gòu)建高層建筑應急能力評估指標體系，再結(jié)合模糊綜合評價法對高層建筑的應急能力進行評估。通過實施有效的應急能力評估，識別出高層建筑應急管理水平，建立健全高層建筑預警體系和應急機制，不斷提高政府部門預防和處置高層建筑各類安全事故的能力，這對于保障人身安全和城市的穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 高層建筑應急能力評估指標體系構(gòu)建

高層建筑突發(fā)事件應急是一項復雜的系統(tǒng)工程，影響高層建筑應急能力的因素涉及建筑自身、設(shè)備設(shè)施、人員、管理、環(huán)境等多個方面。因此在指標體系建立的過程中要合理安排系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，遵循從發(fā)散到收斂、“由粗到細再到精”的漸進過程[4-5]。

通過事故樹對可能導致高層建筑應急能力不足的各種因素進行充分識別，尋求指標層中各類重要因素，使得構(gòu)建的指標體系更加全面、準確，從而提高應急評估的準確性和有效性[6]。

本文以“高層建筑應急能力不足”為頂端事件，導致應急能力不足的各種因素為次頂事件，依次深入找到各事件發(fā)生的基本事件。建立的事故樹如圖1所示，圖中X所代表的即為基本事件，一共可以歸結(jié)于82個基本事件，其符號所代表的含義已轉(zhuǎn)化為三級指標。

2 高層建筑應急能力評估模型的構(gòu)建

2.1 評估方法的選擇

高層建筑的應急能力是一個模糊復雜的概念，其影響因素眾多，層次復雜，在“安全”與“危險”之間沒有明確的界限[7]。對于這種復雜且指標具有一定模糊性的系統(tǒng)，選用模糊綜合評價法(FCE)進行綜合評估會取得更好的實際效果。模糊綜合評價是以模糊數(shù)學為基礎(chǔ)，應用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清的、不易定量的因素定量化，從多個因素對被評價事物隸屬等級狀況進行綜合評價的一種方法[8]。

2.2 評估步驟[9-11]

2.2.1 建立因素集U

(1)

(2)

2.2.2 確定因素權(quán)重集W

因素U中的各個元素在評價中具有不同的重要程度，因此必須對各個元素按照各自的重要程度給出不同的權(quán)重值，由各權(quán)重值組成的集合即為權(quán)重集W：

(3)

根據(jù)各子因素的影響大小，確定子因素的權(quán)重集wi：

(4)

其中wij表示因素Uij在子因素Ui中的權(quán)重，m表示子因素Ui二級指標的個數(shù)。

2.2.3 評價集的確定

評價集也叫評判集，是指描述各層次指標的集合，可表示為：

(5)

針對高層建筑應急能力的特點，本模型采用李克特5級量表(five-point Likert scale)測量評估指標級別，區(qū)分高層建筑的應急能力水平，即V=(V1，V2，V3，V4，V5)。其中V1為優(yōu)秀， V2為良好，V3為中等，V4為較差，V5為很差，其分值的判斷見表2。

圖1 高層建筑應急能力事故樹分析

2.2.4 建立評估矩陣

評估矩陣Ri由因素Ui中每一個子因素對評價集V中每一個語言變量的隸屬度構(gòu)成：

(6)

式中：rgk是指單獨考慮第i個因素中的第j個子因素對第k個評價級的隸屬度。

2.2.5 模糊綜合評價計算

模糊綜合評價向量B為:Bi=WiοRi=(bil,Bi2,...,bin

(7)

式中“ο”為模糊矩陣合成算子。常用的算子有四種：主因素決定型算子M(∧，∨) ，主因素突出型算子M(ο，∨)與 M(∧，?)。加權(quán)平均型算子 。加權(quán)平均型算法常用于因素集很多的情形，它不僅考慮了所有因素的影響，且保留了單因素評判的全部信息，可以避免信息的丟失。所以本文采用加權(quán)平均型算子進行評估。

適當選擇權(quán)值對評價集的各變量加權(quán)，即評估權(quán)重集

(8)

經(jīng)過加權(quán)處理后得到應急能力的等級數(shù)值：

(9)

3 應用實例

本文對某高層建筑進行應急能力評估。該高層建筑建于2002年，各項設(shè)施基本完善，樓內(nèi)人員從事工作危險性較小，評估過程如下：

(1)建立評估因素集：U={U1(建筑因素)，U2(人員因素)，U3(風險管理能力)，U4(監(jiān)測與預警能力)，U5(應急準備能力)，U6(安全疏散能力)，U7(應急處置能力)，U8(應急保障能力)，U9(應急恢復能力)}。

(2)邀請20位應急管理行業(yè)專家和高層建筑防災減災方面的專家，通過評判和Borda法確定各級指標的權(quán)重和二級指標的評估矩陣，再根據(jù)公式(7)對每一子因素集分別進行一級綜合評判：

B1(建筑因素)=A1×R1=(0.185,0.287,0.298,0.17,0.06)

同理B2=(0.34,0.34,0.27,0.03,0.02),B3=(0.05,0.22,0.33,0.22,0.18),B4=(0.21,0.305,0.24,0.145,0.05),B5=(0.18,0.255,0.32,0.2,0.045),B6=(0.255,0.255,0.325,0.12,0.045)，B7=(0.24,0.285,0.3,0.115,0.06),B8=(0.17,0.27,0.29,0.2,0.07),B9=(0.14,0.16,0.305,0.15,0.065)。

(3)應急能力的模糊綜合評價：

由上述計算結(jié)果得評估矩陣R=(B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9)T

則B=A×R=(0.08,0.05,0.07,0.1,0.06,0.18,0.23,0.11,0.12)×R=(0.20,0.26,0.30,0.31,0.06)

選取評估重集F=(90,80,70,60,50),q=1

根據(jù)公式(9)可得C=(0.20×90+0.26×80+0.30×70+0.31×60+0.06×50)/1.13=72.04

依據(jù)表2判斷該高層建筑應急能力為中等，基本滿足應急工作的需要，與該高層建筑實際的應急能力水平相符，表明運用該模型進行高層建筑的應急能力評估是可行的。

4 結(jié)論和展望

本文通過對高層建筑的應急能力進行評估，發(fā)現(xiàn)高層建筑防災減災、應急管理過程中的不足，根據(jù)評估結(jié)果采取相應的措施來完善高層建筑的應急系統(tǒng)，對保障人身安全和城市的穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

運用事故樹對高層建筑的應急能力不足進行分析，構(gòu)建高層建筑應急能力評估指標體系，不同于以往的分析法，將指標體系構(gòu)建的分析過程展現(xiàn)，使得構(gòu)建的指標體系更加全面、準確，具有相對的合理性和完善性。高層建筑應急能力的影響因素多而復雜，將事故樹和模糊綜合評價法結(jié)合起來，構(gòu)建基于“事故樹-模糊綜合評價法”的高層建筑應急能力評估體系，實例證明該體系方法簡單、可操作性強，具有良好的應用價值。

高層建筑應急能力是一個綜合的概念,其評估指標體系和評估方法的研究是一個不斷完善的過程,在今后的科研工作中可以在權(quán)重的確定和評估方法上進一步完善，以便為城市高層建筑應急管理工作提供更為科學、客觀的決策依據(jù),避免工作的盲目性和隨意性。