基于G1-改進熵權法的老舊社區消防韌性研究

楊甜甜 萬杰 李峰

（1.西安建筑科技大學資源工程學院，陜西西安 710055；2.西安建筑科技大學建筑學院，陜西西安 710055；3.陜西省建筑科學研究院有限公司，陜西西安 710003）

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，城市老舊社區的數量也越來越多。老舊社區由于其建造年代較早及建筑結構、建筑材料的特殊性，其發生火災的概率更高。國內外學者針對老舊社區火災風險評估研究取得了一定成果。李睿［1］通過對我國城市老舊社區的實際調研分析發現，目前老舊社區的消防情況大都較為消極，建筑老舊且消防設備設施落后。周利敏等［2］認為韌性是一種動態的過程，強調“韌性”的概念可以應用于各個社會科學，主張管理部門需要將創新與實際應用相結合，從而實現真正的韌性理念。陳利等［3］認為基于“韌性”可以從不同的切入點和規劃視角去建設城市，通過學習和了解韌性城市的規劃要求，解釋了韌性城市下的工作機制及相應的評估方法，為規劃韌性城市提供了策略。鑒于城市老舊社區的消防安全韌性影響因素眾多，本文查閱消防安全及韌性的相關概念，采用5M理論等方法構建城市老舊社區消防韌性指標體系。

本文以老舊社區消防韌性的基本建設為要求，建立老舊社區消防韌性指標體系，運用G1 法和改進熵權法計算各指標組合權重，結合DEMATEL 模型進一步找出影響老舊社區消防韌性的關鍵因素，為建設消防韌性較高的老舊社區以及老舊社區的評估提供理論支撐。

1 老舊社區消防韌性相關理論

1.1 消防韌性的作用機理

老舊社區消防韌性系統的特點是在承受一定程度外部作用力下仍能保持功能完好，具有應對破壞與恢復能力，并能建立災害事故承受與恢復能力提升的機制。老舊社區的消防韌性體現在火災的災前維持穩定、災中抵御及災后恢復適應的全過程，其作用機理如圖1 所示。

圖1 消防韌性作用機理

1.2 老舊社區消防安全問題

老舊社區消防設備設施較其他區域落后，尤其在消防給水系統、滅火系統和設施、火災自動報警系統等方面給社區消防安全帶來極大隱患；老舊社區的建筑由于建造時間長，建筑物年久失修，整體來說比較復雜且混亂，社區內建筑的耐火等級情況也相對較差；老舊社區人口數量與需求不斷增加，空間被加建設施侵占，導致社區內建筑連接成片，使得社區內建筑密度越來越大，傳統社區內空間的尺度愈來愈小，對于火情的控制與隔離效果越來越差；老舊社區內的人員因素，例如社區內小區建筑內部可燃物的堆積，社區居民明火使用情況，燃氣的使用和存放情況；另外，經常出現私拉電線等不安全行為，社區內部的電氣線路問題是社區引發火災的重要因素。老舊社區消防安全管理部分缺乏日常的消防安全教育宣傳工作，制定滅火和應急疏散預案，進行定期的消防疏散演練和開展經常性的消防安全宣傳教育。

2 社區消防韌性指標體系

2.1 指標選取原則及方法

（1）指標選取原則。老舊社區有建造年代久、消防器材及設施不完善等特點，建立老舊社區的指標體系中構成的因素或指標眾多，各個因素及韌性指標之間密切聯系。依據正確的指標選取原則建立指標體系，根據所建立的指標體系進行韌性評估，能夠給老舊社區消防管理提供依據，從而可以提高老舊社區的整體消防韌性水平。在確定評價指標時，需要遵循以下5 個原則：得到預期目的性原則、保證評價體系層次完整性原則、所制訂方案應具有可操作性原則、各個指標之間相對獨立性原則以及整個指標體系全面系統性原則。

（2）指標體系建立方法。通過5M 理論從人的因素、建筑物狀態、基礎設施、外部環境、管理因素這5個方面對評價系統加以分析，選擇各級指標并建立指標體系。把目標問題分成準則、方案及目標之后，再進行定性和定量分析。壓力層指標通常用來表示人自身的日?；顒踊蛘咄饨绛h境對整個系統造成的影響，狀態層的指標通常用來形容整個系統在受到外界影響時自身的反應，而響應層指標則強調事后的應急反應能力。本文的研究對象為老舊社區，影響其消防韌性的因素較多，本文運用G1 法及改進熵權法計算指標權重。

2.2 社區消防韌性指標體系構建

老舊社區的影響因素有很多，各個因素的影響程度也會有所不同。參考我國現行的建筑類相關規范和實際情況構建了三層指標體系，一級指標（目標層）為老舊社區消防韌性，屬性層為壓力層、狀態層、響應層共3 個，二級指標共5 個，三級指標共26 個，表1 為老舊社區消防韌性指標體系。

表1 老舊社區消防安全韌性指標體系

3 權重確定及DEMATEL 模型構建

3.1 G1 法確定權重

G1 法也稱序關系分析法，是一種主觀賦值分析法，其在層次分析法的基礎上改進，避免了層次分析法中需要將所有指標的重要程度進行兩兩比較并構造判斷矩陣這一步驟，G1 法的主要思路是對各層指標建立序關系，即按照重要性進行排序，然后按照此序關系將相鄰指標進行比較，分析指標間的重要性大小關系以及內在聯系，進而對各層指標的重要程度進行對比。

（1）建立層次結構。用A 表示目標層，B1、B2、…、Bn表示決策層，B11、B12、…、Bnm（n為決策層數量，m為該決策層的指標數量）表示指標層。

（2）確定各層指標序關系。

（3）確定相鄰指標之間的相對重要性比值：

（4）確定單個指標權重：

（5）確定其他指標權重：

3.2 改進熵權法確定權重

熵權法主要用于評價指標的客觀賦權，具有很強的客觀性和精準度，與原始熵權法相比，本文通過引入變異系數來衡量消防韌性影響因素指標的變異性，挖掘消防韌性影響因素潛在信息和不同系統目標指標間的差異性，能在一定程度上提高指標權重結果的合理性及準確性。

（1）構建初始矩陣A：

其中，i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，m。Aij為第i個評價指標下的第j個被評價對象的值。

（2）采用Z-score 方法對初始矩陣A中的各指標值進行標準化處理；分別計算第i個指標的均值和標準差，得到標準化矩陣A*=（a*ij）m×n，經過無量綱處理后，a*ij∈［0，1］。

（3）計算指標的變異系數：

（4）指標歸一化：

（5）計算各指標的熵值：

（6）計算各項指標的冗余度：

（7）計算各個指標的權重：

3.3 組合權重

本文在計算各指標權重結果時，將G1 法和改進熵權法進行組合，避免結果過于主觀或客觀，使權重結果更具有說服力。組合方式采用線性加權，最終權重向量計算公式為：

3.4 DEMATEL 模型構建

決策試驗與評價實驗法是美國學者于20 世紀70 年代初在科學與人類事務計劃中提出來的，它將矩陣和圖論2 種工具結合起來，用可視化的方法分析和解決復雜系統問題，是一種用來研究分析各因素之間相互影響程度與作用關系的計算方法。DEMATEL 模型實施步驟如下：

（1）建立直接影響矩陣A=（aij）n×n：

（2）將直接影響矩陣經標準化處理，得到的標準化矩陣為B：

（3）建立綜合影響矩陣T：

（4）計算各指標的影響度和被影響度，中心度和原因度。

（5）繪制因果關系圖。

4 實例分析

4.1 西安某社區概況

經實地調研可知，該老舊社區位于西安北二環的繁華地帶，該社區內建筑全部為西安某小區組成，該小區于1998 年建成，建筑面積42 萬m2，分為東西兩區，此社區為東區共有50 棟樓，建筑類型為多層板樓，無電梯。目前小區內老年人較多，另外還有部分租戶居住。

4.2 確定各韌性指標權重

經計算所得各個韌性指標G1 法主觀權重、改進熵權法客觀權重、組合權重及各個權重值排序情況見表2。

表2 社區消防韌性各指標權重

4.3 DEMATEL 模型分析

由3.4 節中建立的模型，進一步歸一化直接影響矩陣，利用Matalb軟件確定綜合影響矩陣，進而利用3.4 節中的式（15）—式（18）計算得到影響度、被影響度、中心度和原因度，結果見表3。

表3 各指標中心度、原因度、影響度、被影響度結果

為了更加直觀地觀察各指標在韌性系統中的地位及因果關系，找出核心影響因素，分別以中心度和影響度為橫坐標，以原因度和被影響度為縱坐標，繪制消防安全韌性影響因素原因度-中心度關系圖和消防安全韌性影響因素影響度-被影響度關系圖，具體見圖2—圖3。

圖3 影響度-被影響度關系

4.4 結果分析

綜合以上主客觀組合法權重計算、消防安全韌性DEMATEL模型分析及影響因素綜合重要度分析可得，應急處置與救援、火災煙氣自動報警系統、消防設施及電氣設備定期維護、疏散通道寬度及暢通性等影響因素在幾種分析模型中的重要度均較為靠前，是影響社區消防安全韌性的核心因素。

5 結論

（1）對于老舊社區來說，由于其建筑及消防設備設施老舊，所以消防工作尤為重要。本文首先通過實際調研、文獻分析及專家詢問等方法甄選消防韌性影響因素，進而建立老舊社區消防韌性影響因素指標體系。

（2）計算各指標權重，引入G1 主觀賦權法及改進熵權法來計算組合權重，使權重結果更合理且具有說服力，對各指標組合權重進行排序，明確各指標處于韌性系統中的地位。

（3）結合DEMATEL模型，對社區的韌性影響因素進行分析，得出應急處置與救援、火災煙氣自動報警系統、消防設施及電氣設備定期維護、疏散通道寬度及暢通性是關鍵性因素，應重點關注。