基于改進(jìn)ISM 的農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性影響因素研究*

趙平 劉姝 黃昱豪 朱怡帆 唐明華

（西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西西安 710055）

0 引言

農(nóng)村自建房作為自然災(zāi)害的重要承災(zāi)體，是防災(zāi)減災(zāi)中極為重要的一部分，使用現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。近年來(lái)，農(nóng)村自建房坍塌事故屢見(jiàn)不鮮，如2020 年8 月山西臨汾聚仙飯店坍塌事故，2022 年4 月長(zhǎng)沙自建房倒塌事故等，將自建房的質(zhì)量問(wèn)題暴露無(wú)遺。而我國(guó)是自然災(zāi)害較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，災(zāi)害種類多、分布廣、發(fā)生頻率高，加之近些年來(lái)自然災(zāi)害的突發(fā)性、異常性和復(fù)雜性表現(xiàn)顯著，各個(gè)影響因素間相互作用耦合，農(nóng)村自建房面臨的風(fēng)險(xiǎn)十分復(fù)雜。有研究表明，在自然災(zāi)害造成的人員傷亡中，90%以上是由房屋倒塌導(dǎo)致的。只有提高農(nóng)村自建房的安全性能，減輕房屋建筑在災(zāi)害中的損毀程度，才能有效地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失［1］。因此，分析影響農(nóng)村地區(qū)自建房安全的關(guān)鍵因素并構(gòu)建防災(zāi)韌性框架，對(duì)評(píng)估農(nóng)村房屋災(zāi)害損失、做好防災(zāi)減災(zāi)工作、全面提升我國(guó)農(nóng)村房屋減災(zāi)水平有著非常重要的意義。

鑒于此，本文通過(guò)實(shí)地調(diào)研和專家咨詢，從自建房可靠性和恢復(fù)力2 個(gè)維度確定相關(guān)影響因素，運(yùn)用決策實(shí)驗(yàn)室法（DEMATEL）對(duì)解釋結(jié)構(gòu)模型法（ISM）進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)用改進(jìn)的ISM 分析各因素間的內(nèi)在聯(lián)系和耦合關(guān)系，得出各因素間層次結(jié)構(gòu)，以期找出農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性的關(guān)鍵因素，為我國(guó)農(nóng)村地區(qū)自建房屋的安全評(píng)定和防災(zāi)減災(zāi)工作的開(kāi)展提供理論依據(jù)。

1 農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性

從災(zāi)害系統(tǒng)理論出發(fā)，農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性是指作為承災(zāi)體的自建房在孕災(zāi)環(huán)境下對(duì)自然災(zāi)害造成結(jié)果的抵抗、吸收以及從這種結(jié)果中快速恢復(fù)的能力［2］。面對(duì)自然災(zāi)害沖擊，災(zāi)害發(fā)生前后農(nóng)村自建房性能可由防災(zāi)韌性曲線表示，如圖1 所示。圖1 中BB1表示自建房受到災(zāi)害侵襲后的損壞程度，這主要取決于災(zāi)害種類及災(zāi)害程度；B1T1代表自建房的可靠性，主要取決于自建房質(zhì)量及使用程度；B1C代表自建房的恢復(fù)路徑，主要取決于社會(huì)資本和資源的可用性；CC1代表自建房恢復(fù)程度，一般要求達(dá)到日常所需水平；T1T2代表恢復(fù)時(shí)間。

圖1 農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性曲線

我國(guó)農(nóng)村自建房在建設(shè)過(guò)程沒(méi)有統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，使用過(guò)程中也缺乏嚴(yán)格的監(jiān)督與管理，使得自建房質(zhì)量離散性很大，房屋質(zhì)量遠(yuǎn)低于城市住宅。而自然災(zāi)害的突發(fā)性、急劇性和伴生性等特點(diǎn)，使得災(zāi)害發(fā)生時(shí)，較少有控制措施去減輕災(zāi)害后果。因此，對(duì)于自建房來(lái)說(shuō)，應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害最有效的方式是提高可靠性，并在災(zāi)害發(fā)生后及時(shí)恢復(fù)重建。同時(shí)，從災(zāi)害中吸取教訓(xùn)，提高自建房韌性。韌性主要取決于可靠性和恢復(fù)力，其中可靠性取決自建房本身的強(qiáng)度，恢復(fù)力則取決于災(zāi)后可獲得的資源與幫助。

2 農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性影響因素識(shí)別

為準(zhǔn)確識(shí)別影響自建房防災(zāi)韌性的關(guān)鍵因素及其作用機(jī)理，實(shí)地調(diào)研了西安市周邊具有代表性的村鎮(zhèn)，獲取西安市周邊農(nóng)村自建房的基本信息。提取可靠性因素10 個(gè)（自建房選址x1、樓屋面類型x2、地基基礎(chǔ)x3、建筑用途x4、結(jié)構(gòu)類型x5、建造年代x6、建造方式x7、建筑材料x(chóng)8、墻體類型/厚度x9、是否改擴(kuò)建x10）；結(jié)合我國(guó)《自然災(zāi)害救助應(yīng)急預(yù)案》、文獻(xiàn)查閱及專家經(jīng)驗(yàn)等，確定恢復(fù)力因素13 個(gè)（家庭收入s1、常住人口中成年人占比s2、戶主受教育水平s3、醫(yī)療衛(wèi)生可得性s4、房屋安全意識(shí)s5、資源的外部獲得力s6、應(yīng)急救濟(jì)s7、物資儲(chǔ)備s8、應(yīng)急避難場(chǎng)所s9、水電供應(yīng)s10、通信設(shè)施s11、住宅加固維修技術(shù)s12、災(zāi)后組織管理力量s13）。

3 自建房防災(zāi)韌性關(guān)鍵因素確認(rèn)

3.1 DEMATEL-ISM 分析方法

DEMATEL 模型通過(guò)分析各因素之間的邏輯關(guān)系，利用直接影響矩陣計(jì)算出因素間的原因度與中心度［3］。ISM 模型通過(guò)建立可達(dá)矩陣，可以將關(guān)系冗雜的自建房防災(zāi)韌性影響因素轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)潔清晰的層次化拓?fù)鋱D［4］，明確不同因素間的內(nèi)在關(guān)系與耦合效應(yīng)。

2種方法的結(jié)合具有一定優(yōu)勢(shì)。首先，DEMATEL可以簡(jiǎn)化ISM 的計(jì)算過(guò)程，2 種方法的分析結(jié)果可以互相佐證，其次，DEMATEL 可以豐富ISM 的研究結(jié)果，更深層次地分析因素間的影響程度［5］。2 種方法結(jié)合能夠使農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性各因素間的關(guān)系更加清晰直觀。

3.2 DEMATEL-ISM 模型構(gòu)建

（1）確定直接影響矩陣。若形成一個(gè)考慮所有因素的單一矩陣，該矩陣會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜，也不利于專家打分，可能導(dǎo)致結(jié)果或關(guān)系不準(zhǔn)確。為了克服這些復(fù)雜性，本文生成了2 個(gè)不同的矩陣：一個(gè)用于分析可靠性，另一個(gè)用于分析恢復(fù)力。分別邀請(qǐng)10 位從事土木工程安全施工管理領(lǐng)域和應(yīng)急管理領(lǐng)域的專家對(duì)因子間的作用強(qiáng)度，按沒(méi)有影響、較小影響、一般影響、較大影響和非常大影響5 個(gè)等級(jí)賦值為0、1、2、3 和4，表示兩因子間相互影響的程度，分別得到10 個(gè)可靠性和恢復(fù)力的初始直接影響矩陣。為了消除專家打分的主觀差異，綜合各位專家的意見(jiàn)，將專家打分取平均值得到初始直接矩陣，構(gòu)建農(nóng)村自建房防災(zāi)可靠性直接影響矩陣O1和恢復(fù)力直接影響矩陣O2（由于2 個(gè)矩陣計(jì)算過(guò)程完全一樣，故描述時(shí)統(tǒng)稱為O，下同）。

（2）計(jì)算各因素的影響度、被影響度、中心度和原因度。根據(jù)式（1）對(duì)初始直接矩陣O進(jìn)行規(guī)范化處理得到直接影響矩陣B。

由式（2）計(jì)算綜合影響矩陣T。綜合影響矩陣是指系統(tǒng)因素間直接和間接影響的綜合效應(yīng)。

式中，I為單位矩陣。

影響度指的是T矩陣各行之和，表示各行對(duì)應(yīng)元素對(duì)所有其他因素的綜合影響值，記為Di。

被影響度指T矩陣中各列之和，表示各列對(duì)應(yīng)要素對(duì)所有其他要素的綜合影響值，記為Ci。

中心度表示因素在評(píng)價(jià)體系中的位置及其所起作用的大小，要素i的影響度和被影響度相加即為該要素的中心度，記為Mi。原因度由要素i的影響度和被影響度相減得到，記為Ri，代表各影響因素之間的因果。

由式（1）—式（4）計(jì)算得出影響度、被影響度、中心度和原因度，繪制出農(nóng)村自建房韌性影響因子原因-結(jié)果，如圖2 所示。

圖2 中心度-原因度笛卡爾直角坐標(biāo)

（3）計(jì)算可達(dá)矩陣并確定層級(jí)結(jié)構(gòu)。將矩陣T轉(zhuǎn)化為鄰接矩陣A。為了建立更加簡(jiǎn)潔有效的層級(jí)關(guān)系，在最終確定初始影響矩陣之前進(jìn)行了一些修改。修改主要基于2 個(gè)原則：第一，刪除因素間的弱連接和間接連接；第二，刪去處于同一水平的因素［4］。xi對(duì)xj有直接影響的aij為1，反之a(chǎn)ij則為0，最終得到鄰接矩陣A。通過(guò)單位矩陣I與A矩陣相加來(lái)計(jì)算整體影響矩陣H。

由矩陣B通過(guò)連乘或者冪乘直到矩陣不再發(fā)生變化得到可達(dá)矩陣M。

進(jìn)而求出農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性影響因子的可達(dá)集P（xij）和先行集Q（xij）。

若P（xi）∩Q（xi）=P（xi），則xi為當(dāng)前的最高級(jí)要素。

分步找到每一層的最高級(jí)要素，這樣層層遞進(jìn)就可以將所有影響因素劃分層次。因此，可將農(nóng)村自建房韌性可靠性影響因素劃分為5 個(gè)層級(jí)，恢復(fù)力影響因素劃分為4 個(gè)層級(jí)。由于家庭收入會(huì)影響房屋結(jié)構(gòu)類型，因此將結(jié)構(gòu)類型（x5）和家庭收入（s1）聯(lián)系起來(lái)，把自建房可靠性和恢復(fù)力聯(lián)系起來(lái)形成完整的韌性系統(tǒng)，最終得到的自建房可靠性和恢復(fù)力因素影響層次結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性影響因素層次結(jié)構(gòu)

3.3 結(jié)果分析

由圖2 和圖3 可知，在自建房可靠性方面，建造年代（x6）和自建房選址（x1）中心度和原因度均較高，是影響農(nóng)村自建房防災(zāi)可靠性的關(guān)鍵因素，其中建造年代更是深層次影響因素（圖3）。而結(jié)構(gòu)類型（x5）、建造方式（x7）和墻體類型/厚度（x9）原因度均為負(fù)值，但中心度卻較高，因而屬于自建房防災(zāi)韌性中比較重要的影響因素。地基基礎(chǔ)（x3）、建筑材料（x8）、樓屋面類型（x2）和是否改擴(kuò)建（x10）原因度和中心度均較低，但這些因素一旦出現(xiàn)問(wèn)題，很可能成為影響自建房防災(zāi)韌性的直接因素，如圖3 所示。因此應(yīng)規(guī)范自建房建造過(guò)程，嚴(yán)格管控違規(guī)改擴(kuò)建行為。

在災(zāi)后恢復(fù)力方面，家庭收入（s1）、戶主受教育水平（s3）、常住人口中成年人占比（s2）和資源的外部獲得力（s6）中心度和原因度均較高，是農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性中恢復(fù)力維度的關(guān)鍵因素，并且對(duì)其他因素影響較大。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)與戶主受教育水平可以為災(zāi)后自建房恢復(fù)與重建提供更多的思路與選擇。而常住人口中成年人占比較低的家庭，在自然災(zāi)害發(fā)生后需要政府重點(diǎn)關(guān)注。通信設(shè)施（s11）和災(zāi)后組織管理力量（s13）中心度較高，但原因度較低，對(duì)自建房災(zāi)后恢復(fù)力具有較大影響。在自建房防災(zāi)過(guò)程中，可通過(guò)增強(qiáng)居民房屋安全意識(shí)和戶主受教育水平等其他因素實(shí)現(xiàn)對(duì)這類因素的間接影響。

4 結(jié)論

（1）從韌性角度分析農(nóng)村自建房應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的復(fù)雜性，得出農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性主要取決于房屋的可靠性和災(zāi)后恢復(fù)力。

（2）在自建房可靠性方面，結(jié)構(gòu)類型、建造年代和建造方式中心度較高，分別為1.649、1.414 和1.402；在恢復(fù)力方面，家庭收入和戶主受教育水平的中心度較高，為1.443 和1.435。表明這些是自建房防災(zāi)減災(zāi)過(guò)程中較為重要的因素，容易受到其他因素影響。

（3）在評(píng)估農(nóng)村自建房防災(zāi)韌性時(shí)應(yīng)對(duì)這些因素重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)應(yīng)針對(duì)不同類型的影響因素給出相應(yīng)的控制措施及建議，減輕災(zāi)害損失。