（安全技术及工程专业论文）大型商场火灾风险评价的研究.pdf

沈阳航空工业学院硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，f i r em i s h a p so f t e no c c u ri nl a r g em a r k e t p l a c e s f i r er i s ka s s e s s m e n tf o r l a r g em a r k e t p l a c ec o u l dp r e v e n ta n d c o n t r o le f f i c i e n t l yt h ef i r e b a s e do nt h ea n a l y s i sa b o u t f i r ea s s e s s m e n tt e c h n i q u e so v e rt h ew o r l d ，f i r er i s ka s s e s s m e n tm o d e lo nl a r g em a r k e t p l a c e a r ee s t a b l i s h e d ，i nw h i c hf u z z ys y n t h e t i ca s s e s s m e n ta n df i r es i m u l a t i o ni n t e g r a t e s t h e a s s e s s m e n tm o d e lc o u l dr e s u l ti nn o to n l yf i r er i s kg r a d eo fl a r g em a r k e t f i l a c em o r e r e a s o n a b l yb u t a l s os m o k e f l o w i n go fk e yp o i n t si nc a s eo f f i r e a i m i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g em a r k e t p l a c ef i r e ，r e f e r e n c i n gr e l a t i v es t a n d a r d s , a n da p p l y i n gf t a , t h em u l t i p l e l e v e l si n d e xs y s t e mo fl a r g e m a r k e t p l a c ef i r e r i s k a s s e s s m e n ti se s t a b l i s h e d t h er e l a t i v ew e i g h to ft h ei n d e x e si sd e t e r m i n e du s i n gf u z z y a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ( f a h p ) f o rm o r es c i e n t i f i ca s s i g n m e n to fw e i g h t sa n ds h o w t h ei m p o r t a n c eo ff a c t o r st of i r er i s kw e l l t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ef e a s i b i l i t yo ft h ef u z z y s y n t h e t i ca s s e s s m e n to nr i s ko fl a r g em a r k e t p l a c e sf i r e ，a n ds u g g e s t st h a tt h ef u z z yp a t t e r n r e c o g n i t i o nt h e o r y ，i nw h i c ht h eb r o a ds e n s ed i s t a n c eo fw e i g h t si sm i n i m u m ，i su s e di n t o t h ef u z z ys y n t h e t i ca s s e s s m e n t ，a n de s t a b l i s h e dt h ef i 】函可s y n t h e t i ca s s e s s m e n tm o d e l t h i s m o d e lc a nc o n s t r u c tt h eo p t i m u ms u b o r d i n a t ed e g r e eo ff i l z z yi n f o r m a t i o nt 0m a k e a s s e s s m e n tr e s u l tm o r ea c c u r a t e i no r d e rt om a k ei n d e xe h a r a c t e r i s t i cm a t r i xm o r e s c i e n t i f i c , t h eq u a n t i f i c a t i o nc r i t e r i aa r ee s t a b l i s h e da c c o r d i n gt 0o u t p u to ff d s a n dk e y p o i n t sa r ec o n f i r m e db yr a c ，t h e ns e v e r a li m p o r t a n ti n d e x e sa r ee v a l u a t e db a s e d0 1 1 s i m u l a t i o nr e s u l to fk e y p o i n t si nl a r g em a r k e t p l a c e a n dt h em e t h o do fs y n t h e s i z i n gi n d e x v a l u eo fk e yp o i n t si sp u tf o r w a r d k e y w o r d s ：f i r er i s k ；f u z z ya n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ；f u z z yp a t t e r nr e c o g n i t i o n ；f u z z y s y n t h e t i ca s s e s s m e n t ；f i r es i m u l a t i o n i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完 成的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品或成果，也不包含本人为获得其他学位而使 用过的成果。对本文研究做出重要贡献的个人或集体均已在论文中进 行了说明并表示谢意。本声明的法律后果由本人承担。 论文作者签名：王j 明肛 夕司年2 月刀日 版权授权说明 本人授权学校“有权保留送交学位论文的原件，允许学位论文 被查阅和借阅，学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以影 印、缩印或其他复制手段保存学位论文”；愿意将本人学位论文电 子版提交给研究生部指定授权单位收录和使用。学校必须严格按照 授权对论文进行处理，不得超越授权对毕业论文进行任意处置。 授姚王列1 犷 秘，7 年2 月2 习日 沈阳航空工业学院硕士学位论文 1 1 课题的研究背景 第1 章绪论 1 1 1 大型商场的火灾形势 随着我国经济的迅速发展，人们群众的物质文化、生活水平的不断提高，许多城市 都新建或改建了一批装饰豪华、功能齐全的大型商场。这些商场大多设置在闹市中心和 繁华地段，经营范围广、商品种类多，吸引了成千上万的顾客，满足了人们全方位的消 费需要。但是这些商场的建设在改善城市形象，推动市场繁荣，方便顾客购物的同时， 往往也存在着重大的火灾隐患。近年来，由于一些商场在火灾风险管理方面的不足，导 致商场火灾不断发生。商场火灾不仅造成巨大经济损失，大量人员伤亡，还会造成不良 的社会影响。 以下是我国近十年里一些大型商场发生的火灾及其损失情况如表1 1 。 表i 1 大型商场火灾情况记录表1 1 1 由表中的数字和例子可以看出火灾对大型商场造成的巨大威胁。这些大型商场火灾 的发生是触目惊心的，究其原因，主要在于对火灾事故隐患的管理不系统、不深入，没 有认识到火灾事故后果的严重程度，对本身的消防安全状态没有清醒的认识，没有获取 到不安全的火灾因素动态活动规律。因此，进行对大型商场火灾风险评价方法的研究， 对加强商场的消防安全工作具有重要的意义。 1 2 大型商场的特点 在j g j 4 8 8 8 商店建筑设计规范中，商店建筑的规模，根掘其使用类别，建筑面 一1 一 沈阳航空t 业学院硕士学位论文 积分为大、中、小型，而对于大型规模的规定如表1 2 。 表1 2 商场建筑规模 本课题引用其规定的最大建筑面积范围，研究对象为建筑面积在1 5 0 0 0 平方米以上 的大型综合商场，以更好地考虑其空间大，结构特殊( 如中庭的设置等) 的特点。 大型商场属于大型公共建筑，具有以下特征： 1 位置特殊。大型商场一般设在城市商业街区等繁华闹市区，有的商场两侧有道路 与其它商业网点相隔，有的则与周围其他商业网点连成一片。 2 营业面积大，防火分隔困难。大型商场的建筑面积一般都比较大，每层营业面积， 小的几百平米，大的几千甚至上万平米。多层商场除了楼梯上下相通以外，有的还安装 了方便顾客的自动扶梯，更是使商场层层相通，防火分隔的问题显得尤为突出。近年来 火灾资料显示，很多大型商场火灾就是因为建筑采用了“共用空间”的设计方案，上下四 面环通，而没有采取有效的防火分隔，造成火烧连营，损失惨重。 3 可燃物多。商场的可燃物多，主要表现在三个方面：一是可燃商品集中。商场经 营的商品，不仅品种繁多，而且大部分是可燃物品，一些商品本身虽然是非燃烧材料制 成的，但其包装盒，包装箱都是可燃材料。一些商品，虽然数量较少，却属于易燃易爆 的化学危险品，如美发用的摩丝，汽油、酒精等有机溶剂，以及打火机用的丁烷气，赛 璐璐制品等。具有很大的火灾危险性。还有如服装、鞋帽等各种纺织品，需要充分利用 商场空间，悬挂展示，这就使可燃物的表面积大大增加，一旦起火，就会迅速猛烈燃烧 起来。商场为了使商品周转快，便于销售，往往是前店后库，前柜后库，上店下库，甚 至在过厅、走道上都堆集大批货物，商品过于集中，一旦发生火灾，经济损失严重。二 是陈列堆商品的货架、柜台有不少仍然是可燃材料制成的。柜台成组摆设，基本上连成 一片，一旦发生火灾，就会火烧连营，也不利于人员和物资疏散。三是一些老商场，建 筑装修采用大量的可燃材料，大大增加了火灾的危险性。上述三个方面的状况，使大型 商场的火灾荷载大大高于其他场所。 4 人员密集，流动量大。一些大型商场，每天接待的顾客人数平均达三四十万，每 逢节假日等高峰期，每平方米甚至高达1 0 余人。一旦失火，容易引起混乱，造成人员 一2 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 疏散困难甚至发生伤亡事故。 5 电器设备多。商场内的电器照明设备按使用功能不同，可分为下几个方面： ( 1 ) 安装在顶、柱、墙上的照明灯具，多采用带状或分组安装的荧光灯具，数量 较大，镇流器易发热起火。 ( 2 ) 安装在橱窗、柜台内的各种射灯，除了冷光源射灯以外，其他光源的射灯表 面温度都比较高，极易引燃可燃物。 ( 3 ) 橱窗内装有操纵各种活动广告的电动机和大量的广告霓虹灯，高压变压器的 电压一般都在1 2 0 0 0 伏以上，具有较大的火灾危险性。 ( 4 ) 经营各种照明器材和家用电器柜台，装有不少临时使用的电源插座。 ( 5 ) 节假日还要临时安装各种彩灯以增强节日气氛。以上这些照明用电设备，种 类数量之繁多，线路之复杂，用电负荷之大，大大超过其他公共场所，而且每天的用电 时间较长，一般都在1 2 小时以上，在设计、安装、使用过程中稍有不慎，就会留下火 灾隐患。 6 功能复杂。大型商场除了购物中心，精品屋等售货柜台、摊位外，有的还设有酒 吧、快餐厅、歌舞厅；有的商场营业层上部是办公室、附属加工厂；有的与旅馆混建一 幢。 我们可以从这些大型商场的特点看出，它们给城市面貌带来新的变化，但同时也给 防火工作带来了许多新的问题。 1 2 2 风险和风险评价 风险一般指某种事件发生和后果的不确定性 2 1 。由定义可以看出，对于风险要同时 考虑如下两个方面： ( 1 ) 受害程度或损失大小。风险大小在很大程度上决定于可能造成多大损失。 ( 2 ) 造成某种损失或损害的难易程度。发生的难易性一般是用某种损害发生的概 率大小来描述。 风险评价又称安全评价，是指以实现系统的安全为目的，按照科学的程序和方法， 对系统中的危险因素、发生事故的可能性与可能的人员伤亡和财产损失情况进行调查研 究和分析论证，从而为评价系统的总体安全性及制定有效的预防和防护措施提供科学的 一3 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 依据 2 1 。对各种事件发生的概率进行估计，对事故可能造成的人员伤亡和财产损失进行 分析和计算，据此判断系统的整体安全性能否接受。如果不能接受，则提出能有效降低 危险性的预防措施。风险评价的内容相当丰富，评价的目的和对象不同，具体的评价内 容和指标也不相同【3 】。 1 2 3 大型商场火灾风险评价研究的意义 火灾风险评价是火灾科学和消防安全工程中一个重要的分支。通过评价可以全面考 察某些对象的火灾风险状况，研究该对象的火灾风险如何随外界条件的改变而变化，给 出系统发生火灾的可能性及造成的后果的严重程度，以便为寻求最低火灾发生率或火灾 事故损失以及最优的消防安全投资提供可靠的理论依据，分析不同消防措施对控制火灾 的影响，并评价这些措施的经济性和有效性。另外，火灾风险评价还有助于制定、管理 和监督研究对象的火灾防治规划。火灾风险评价的主要任务是准确识别系统中存在的火 灾风险因素，并对这些火灾风险因素的影响程度做出恰当的评价，确定被评价对象的火 灾风险状况，为提出控制与处理事故的措施和方案奠定基础。 近年来，一些大型商场由于火灾风险管理不善，导致火灾事故不断发生。为控制大 型商场火灾，并为制定消防对策提供依据，从而减少人员伤亡和财产损失，如何合理地 评价大型商场火灾风险状况，是一个值得研究的课题。在研究火灾发生和发展规律的同 时，通过对大型商场的火灾风险状况进行评价，可以获取商场的火灾风险状态，明确火 灾风险的内涵，对于制定消防措施、进行火灾风险管理以及保险部门制定保险策略有重 要的价值，在降低大型商场的火灾风险，应对火灾灾害，减少人员伤亡和财产损失方面 有重要的社会和经济意义。 1 3 火灾风险评价的研究状况 2 0 世纪初期，人类开始用科学的思想和方法研究火灾的发生与控制规律。火灾风险 评价起源于美国的保险行业。保险公司为用户承担各种火灾损失的风险，要收取一定的 费用，费用是由所承担的火灾风险大小来决定的，由此也带来了一个如何衡量火灾风险 程度的问题。 为了预防和控制火灾事故的发生，减少火灾伤亡事故，世界各国对火灾风险评价的 方法和理论进行了广泛的研究和探索，主要的方法可以归为以下几类：对照规范评价法、 一正 沈阳航空工业学院硕十学位论文 逻辑分析、计算机模拟、指数法、以及综合评价方法等。 1 对照规范评价法 对照规范评价就是以现行“处方式”消防规范为依据，逐项检查消防设计方案是否 符合规范要求。我国消防监督管理部门在对建筑防火设计进行审查和对已有建筑防火设 施进行检查时基本采用这种方法【4 】。其优点是简便易行，对符合现行消防规范的一般建 筑尤为适用。但是随着社会经济的发展，建筑科技的进步，具有新的设计概念和结构形 式的公用建筑不断涌现。这些新型建筑按照现有规范很难设计，对照规范评价缺乏依据。 2 逻辑分析法 逻辑分析法的代表方法有故障树分析( 兀a ) 、事件树分析( e 1 a ) 和因果分析法。 这类方法对火灾的原因和结果进行逻辑分析，能够揭示导致火灾的各基本事件之间的逻 辑关系，并进行定性的描述，把系统的火灾事故与各子系统有机地联系在一起，并指出 预防火灾发生的途径及应采取的控制措施川。 3 火灾模化法 火灾模化法是在计算机技术的迅猛发展以及对火灾基础研究的不断深入的情况下 发展起来的。所谓火灾模化法进行火灾风险评价就是运用计算机建立模型来模拟火灾的 发生、发展过程。它可以对火灾过程中的很多方面，如火灾的发生和发展、烟气的产生 与扩散、消防设施的设置与工作情况以及人员的反应和行为等进行动态模拟，计算火场 的温度、压力、火灾气体浓度和烟密度等参数，考察各种有关因素的影响，从而对建筑 物的消防安全状况做出评价 4 , 6 1 。 4 指数法 指数法是用火灾爆炸指数作为衡量一个化工企业安全评价的标准1 2 1 。其代表方法有 美国道化学公司的火灾、爆炸指数法，英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法等。这 种方法是根据工厂所用原材料的一般化学性质，结合它们具有的特殊危险性，再加上进 行工艺处理时的一般和特殊危险性，以及量方面的因素，换算成火灾爆炸指数或评点数， 然后按指数或评点数分成危险等级，最后根据不同等级确定在建筑结构、消防设备、电 气防爆、检测仪表、控制方法等方面的安全要求。目前，指数法在石油、化工等领域应 用较多。 一5 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 5 综合评价法 综合评价其核心思想就是通过系统工程的方法，考察各系统组成要素的相互作用以 及对火灾发生发展的影响，做出对整个系统的消防安全性能评价。具体操作需要建立研 究对象发生火灾的影响因素集，并确定它们的影响程度等级和权重，实施计算。此方法 综合考虑了各种因素对火灾的影响以及影响的程度。 基本评价过程： ( 1 ) 确立系统元素的层次关系，建立评价指标体系模型； ( 2 ) 分析各层内系统元素之间的相互关系，确定每个评价指标的权系数； ( 3 ) 处理评价指标，根据评价结构求综合评价值； ( 4 ) 根据综合评价值做出评价结论。 随着消防工程学的发展，国外开发了很多火灾风险评价模型及相关评价软件。主要 有：澳大利亚的风险评价模型；美国的建筑防火评价方法和评价特定场所内所用产品火 灾风险的f r a m ew o r k s 方法；加拿大的f i r er i s ke v a l u a t i o na n dc o s ta s s e s s m e n tm o d l e 方法；瑞典的m a g n u s s o n 等在火灾模拟方面引入了随机性分析，提出了可靠性理论和定 量风险分析的方法( q r a ) 。2 0 世纪8 0 年代，美国火灾研究基金会组织实施了由美国 国家标准与技术研究院、n f p a 等参加的国家级火灾风险评价项目研发，用于建筑内部 的火灾风险综合评价方法。1 9 9 6 年，澳大利亚防火规范改革中心推出了防火工程指南 ( f i r ee n g i n e e r i n gg u i d e l i n e s ) ，在其三个等级的防火工程评价方法中，第三级就是系统 风险评价。 我国火灾风险评价的工作虽然起步较晚，但近年来也做了大量的研究工作。国内进 行该方面研究工作的单位目前有：天津、上海、沈阳和四川4 个消防科学研究所、中国 建筑科学研究院建筑防火研究所、中国科技大学火灾科学国家重点实验室、同济大学和 中国人民武装警察部队学院等，并取得了一定的研究成果。1 9 8 6 年，天津消防科研所开 始介绍国外火灾模拟的相关方法和进展，并在“九五”期间研发了针对地下商场人员疏 散的模型f e g r e s s 。1 9 8 9 年，中国科技大学成立了火灾科学国家重点实验室，并在建筑 火灾的计算机模拟方面率先提出了场区网复合模型，并被英国、日本等国的火灾科研 工作者所采用。范维澄先生领导的火灾科研组对国家9 7 3 项目火灾动力学演化与防 治基础进行了大量研究，在火灾风险评价中实现了简化模型和一般统计理论的结合。该 一6 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 项目的子课题6 主要包括以下内容： ( 1 ) 我国典型场所火灾环境下人群疏散规律。 ( 2 ) 疏导技术和疏导方式对疏散速率的影响。 ( 3 ) 小样本火灾事件的统计理论。 ( 4 ) 基于火灾动力学和小样本统计理论耦合的风险评价方法。 公安部消防局组织天津、上海、沈阳、四川消防科研所、中国建科院防火研究所及 中科大国家火灾重点实验室等单位对国家“九五”科技攻关项目“地下和大空间建筑火灾 特性研究”共同攻关，建成了实体试验设施和配套测试系统，建立了地下和大空间建筑 火灾的数学模型、计算机模型和相关数据库，为特殊建筑的火灾风险评价提供了可靠的 支持。国家1 一五”科技攻关项目计划中“重大工业事故与大城市火灾防范及应急技术研 究”课题包含了风险评价和性能化设计的内容。 近年来，国内多次召开或承办火灾科学与消防工程方面的学术会议：1 9 9 9 城市火灾 安全国际学术会议、2 0 0 3 火灾科学与消防工程国际学术会议、2 0 0 5 年9 月1 9 日由国际 火灾科学学会( i a f s s ) 主办、中国消防协会承办的以“火灾科学和消防工程”为主题的 第八届国际火灾科学大会、第一届建筑性能化防火设计方法与评估技术研讨会等，有力 地推动了火灾风险评价理论和方法的发展。 1 4 本文的主要研究内容 通过上面叙述，我们了解到火灾风险评价方法多种，每种方法都有其比较适合的研 究对象。对照规范评价简便易行，但不适用于结构复杂，用途复杂的新型建筑，并且， 规范也不能代表最新技术成果，很多实际工程并不能照搬规范；逻辑分析法建树复杂， 需要考虑因素多，数据收集工作量大，且大型故障树的最小割集多，定量分析困难；火 灾模化法着重于从火灾机理的角度，通过模拟计算火灾场景中的某个因素来对火灾危险 性进行评价，不能够从整体上给出研究对象的火灾危险性；指数法主要应用在石油、化 工等领域；综合评价方法可以整体上体现出研究对象的火灾风险等级，但从细节上不能 充分体现消防系统的状况，无法很科学地褥出其火灾发生时烟气流动情况等，面这又是 造成人员伤亡的关键因素。并且根据大型商场空问大，结构新的一些特点，一些评价指 标无法仅仅依照规范就得出科学客观的火灾风险特征值。 1 沈阳航空工业学院硕士学位论文 因此，本文拟采用火灾模化法融合到综合评价法的评价模型对大型商场火灾风险进 行评价，取长补短，不仅可以得出大型商场火灾的风险等级，还可以得出大型商场内一 些关键点火灾发生时烟气运移过程，这样既可以为保险公司制订大型商场火灾保险费率 提供科学依据，又为性能化设计及其商场的消防安全管理提供科学的参考。 本文主要工作内容包括： 1 在对模糊识别模式和模糊综合评价研究的基础上，建立了基于模糊识别模式的大 型商场火灾风险模糊综合评价模型。 2 从系统理论角度出发，运用故障树的分析方法，建立了大型商场火灾风险评价系 统的构成因素，在此基础上，建立风险评价指标体系。 3 运用模糊层次分析分析法确定评价指标的权重。 4 运用r a c 法设置火灾场景模拟的关键点，在分析f d s 输出结果的基础上给出某 些指标的风险状态分值。 一8 一 沈阳航空t 业学院硕士学位论文 第2 章大型商场火灾风险评价模型 2 1 模糊综合评价的选择依据 每一种火灾风险评价方法都有自己独特的适用范围。对于大型商场火灾风险的评 价，不仅需要考虑到不发生或少发生火灾，还要考虑到发生火灾后扑救、疏散和防止蔓 延的需要。因此，大型商场火灾风险的评价涉及多个影响因素，各因素的属性又分为不 同的类别和层次，且许多影响因素难以量化，因而具有一定的模糊性。对于这样因素众 多，具有不同层次的复杂系统，如果仅用简单的综合评价模型，往往很难比较系统中各 因素之间的优劣次序，从而得不出有意义的结果。根据“问题选择方法，不是方法选择 问题”的原则，考虑到大型商场火灾风险评价的特点，必须建立一套能从总体上反映评 价对象本质的指标体系，并能将各指标综合成一个能总体上衡量大型商场火灾风险的综 合指标，这样，选择综合评价方法作为大型商场火灾风险评价就会更加科学合理。 而且，指标体系中的许多指标都具有一定的模糊性。模糊性是指客观事物、概念处 于共维条件下的差异在中介过渡时所呈现的亦此亦彼性嗍。评价指标都具有一定的模糊 性，但并不完全一样，有的是指标本身的概念和其相对大型商场火灾风险等级均具有模 糊性，有的其本身并不具有模糊性，只是相对大型商场火灾风险等级这个共维条件下才 具有模糊性【9 l 。因此采用模糊综合评价模型对大型商场火灾风险进行综合评价是符合系 统的规律性的。 2 2 大型商场火灾风险模糊评价的理论和方法 2 2 1 模糊综合评价的基本原理 模糊综合评价是在考虑多种因素的影响下，运用模糊数学工具对某事物作出综合评 价。设u = 恤。，h ：，j 为刻划被评价对象的m 种因素，v = v l ，v ：，v n 为刻划每一因 素所处状态的 种决断。这里存在着两类模糊集，以主观赋权为例，一类是标志因素集 u 中诸元在人们心目中的重要程度的量，表现为因素集【厂上的模糊权重向量 丁- ( n ，a ：，a ) ；另一类是u x v 的模糊关系，表现为m 模糊矩阵胄，这两类模糊 一9 一 沈阳航空工业学院硕+ 学位论文 集都是人们价值观念或偏好结构的反映。再对这两类集旋加某种模糊运算，便得到y 上 的个模糊子集瓦= ( b l ，如，巩) 。因此，模糊综合评价是指寻找模糊权重向量 a ( a l , a ：，4 。) e f ) ，以及一个从u 到y 的模糊变换7 ，即对每一因素峨单独做出 一个判断7 ( u ，) 一( 。，：，e f ( v ) ，扛1 , 2 ，m ，据此构造模糊矩阵 r - k ，l e f ( u v ) ，其中蚝表示因素，具有评语的程度旧。进而求出模糊综合评价 瓦= ( 6 1 ，b , ) e f f v ) ，其中表示被评价对象具有评语 ，的程度，即 ，j 对模糊集的百 隶属度。 2 2 2 模糊综合评价模型的程序 模糊综合评价是通过构造等级模糊子集把反映被评价事物的模糊指标进行量化( 即 确定隶属度) ，然后利用模糊变换原理对各指标进行综合。其一般步骤如下： 1 确定评价对象的因素集 设第一层评价指标分别用x 。，x ：，x 。表示，构成第一层次评价因素集合为： x = 讧。，z ：，x ， ；设第二层次评价指标分别用x 口( f 一1 ，2 ，m ；，一1 ，2 ，n ) 表示，则 将因素集中的每一个因素置按其属性划分为若干个子因素集 合：z ；- 江。，x j 2 ，x 。l f = 1 ，2 ，肌；j = 1 , 2 ，押，对于下面的各级则逐级划分下去。 2 确定评价对象的评语集 y - h ，v ：，v ， 即等级集合，每一个等级可对应一个模糊子集。一般地，评价等级 p 取 3 ，7 】中的整数。若p 过大，则语言难以描述且不容易判断等级归属。若p 过小，则 不符合模糊综合评价的质量要求。p 取奇数的情况较多，因为这样可以有一个中间等级， 便于判断被评价的等级归属。 3 进行单元素评价，建立模糊关系矩阵r 构造了等级模糊子集后，就要逐个对被评价对象从每个因素x 。上进行量化，即确 定从单因素来看被评价对象对各等级子集的隶属度阑置j ，进而得到模糊关系矩阵： r = 豆i x 。 爱l z ： 五k l2 ，2 l 屹 lr , 2 ( 2 1 ) 一1 0 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 矩阵意中第i 行第，列元素表示被评价事物从因素墨来看对等级模糊子集的隶 属度。一个被评价对象在某个因素置方面的表现上通过模糊向量拉k ) 一( 。，：，) 来 刻划的，而在其他评价方法中多是由一个指标实际值来刻划的。因此，模糊综合评价要 求的信息更多。 4 确定评价因素的权重 评价因素集中的每个因素在评价目标中有不同的地位和作用，即各评价因素在综合 评价中的影响程度各不相同。因此，存在一个评价因素x 。对评级对象影响程度的模糊 权重集合互，记作： j = 鱼+ 堕+ + 堑( o s4 h 主1 ) “nh 1 2“蛔 ( 2 2 ) 其中a 。为x 。对彳的隶属度，即单因素在全体因素中重要程度的度量，通常称j 为因素 集u 的模糊权重向量。 5 一级模糊综合评判 当确定出因素置，的重要程度模糊子集互和因素x 。的总的模糊评价矩阵屈以后，对 每个因素集石。a - 1 2 ，埘；，- 1 ，2 ，厅) 中的n 个因素作模糊综合评判。 忍= a i 。r ，( 岛。，岛2 ，岛p ) ，i 一1 ，2 ，m 巨- ( a t l , 4 ，a “) 。 l2 r 2 l 屹 l，靠2 ( 2 3 ) k 一吼，吩，j 一协一，p i - 1 式中层为因素z ，的模糊评价向量。 垦称为评语集上y 的等级模糊子集，玩 一1 ，2 ，p ) 为等级对综合评判所得等级模 糊子集e 的隶属度。 6 二级模糊综合评判 设石= 置，x ：，x 。 的因素重要程度模糊子集为j ，j 佤，互，瓦 ，则x 的 总的模糊评价矩阵五为： 一1 1 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 r = 置 一 岛 吃 a 马 如。r 2 厶吃 ( 2 4 ) 则模糊综合评价模型为， 丑= 爿r - ( 6 1 ，b z ，b p ) 其中，b j 表示被评价事物从整体上看对”等级模糊子集的隶属程度。 上述模糊综合评判为二级模型，如果因素集u 的元素非常多时，可对它作多级划分， 并进行更高层次的综合评判。 7 对模糊综合评价结果向量进行分析 模糊综合评价的结果是被评对象对各等级模糊子集的隶属度，它构成一个模糊向 量，而不是一个点值，因而它能提供的信息比其他方法丰富。对模糊评价结果分析的常 用方法有最大隶属度原则。 设模糊综合评价结果向量为： b - ，b 2 ，b p ) ( 2 5 ) 若印。2 搿溉j ，则被评对象总体上来讲隶属于第r 等级，这就是最大隶属原则。 但是，在实际中最常用的方法在某些情况下使用时，损失信息较多，甚至得出不合理的 评价结果。最大隶属度原则的使用是有条件的。 2 2 3 单因素模糊评价的综合 当因素权重集合j 及单因素评判关系矩阵蠢确定后，便可以按照一定的模糊运算规 则进行模糊综合评判，以求得模糊综合评判集合画，即： b j - a lo 胄j ( 口儿a i 2 , a i n ) o r l ,2 ，2 l ，五 r ，d2 ( 2 6 ) “o ，为模糊合成算子，在模糊理论中它有多种形式，不同的形式构成不同的模糊评判模 型。在模糊综合评判中主要用到以下几种计算模型： 一1 2 沈阳航空工业学院硕士学位论文 1 m v ) 算子 在该模型中，“n ”与“v ”分别为取小和取大运算( 以下同) ，其表达式为： 以一三 ) 一m “例a x m i n 。，) 一1 ，2 ，p ) ( 2 7 ) 2 m ( ，v ) 算子 在该模型中，“，为普通乘法运算，其表达式为： 、 。二( 口， ) _ m 。，a x a ，, ，j ( k - 1 ，2 ，p ) ( 2 8 ， 3 m ( ，。) 算子 在该模型中，o 是有界和运算，即在有界限制下的普通加法运算。其表达式为： 巩- ( 口- 一r n ) 。( 4 ： k ) 。( n 。一k ) - 幽 蓦( 口，) ) - 1 , 2 ：- - , p ) ( 2 9 ) 4 m ( 。，o ) 算予 以一( 口- ，。c 4 z k ，。c n 。k ，_ m m 卜骞。， _ l 2 ，p ，c 2 ，。， 模糊合成算子m ( 苗，卸由两步运算组成，第一步运算苗用于4 j 对的修正，第二 步运算苗用于对修正后的综合。以上4 中模糊算予在体现权数作用、综合程度、利 用矩阵鬲的信息方面所起作用不同，详见表2 1 。 表2 1 四种模糊算子的比较 赢、芝三蛳，v ) 帅，v )脚，。)脚，。) 体现权数作用不明显明显不明显明显 综合程度弱弱强弱 利用矩阵r 的信息 不充分 不充分比较充分充分 类型士因素决定型主因素突出型不均衡平均犁加权平均型 一1 3 沈阳航空工业学院硕七学位论文 2 3 最大隶属度不适用情况下的多级模糊识别模型 1 基本概念 ( 1 ) 绝对隶属度和相对隶属度 设论域u 上的一个模糊概念彳，分别赋给彳处于共维差异的中介过渡段的左、右端 点( 称极点) 以o 与1 的数。在0 与1 的数轴上构成一个 0 ，1 闭区间数的连续统。 对于u 中的任意元素或e u ，都在该连续统上指定了一个数o j q ) ，称为u 对彳的绝 对隶属度，简称隶属度【1 0 1 ，其映射表示为： a o j ：u - - h 【o ，1 】o j ) 【o ，1 】 在绝对隶属度的连续 0 ，1 数轴上建立参考系，使其中的任意两个点定为参考坐 标上的两极，赋给参考系的左、右两极以0 与1 的数，并构成参考系 o ，1 数轴上的 参考连续统。对任意的“u ，都参考连续统上指定了一个数0 ) ，称u 为彳的相对隶 属度1 1 0 1 ，其映射表示为： a 。：u 斗【o ，1 】以 ) o ，l 】 ( 2 ) 相对状态特征值或级别特征值 状态变量h 以对应的满足归一化条件的相对隶属度为权重，其总和为 h ) - 荟 ) ( 2 1 1 ) 称为相对状态特征值或级别特征值。 ( 3 ) 最大隶属度不适用性 一般的，设在 0 ，1 闭区间的连续统或参考连续统的两个极点之间，取c 个状态 点( 含极点状态) ，在本文中，大型商场火灾风险等级设置5 个等级， y - 按全，比较安全，一般安全，比较危险，危险 因此，c 取值为5 。样本u 对各状态点的绝对或相对隶属度为 0 ) 或“ o ) ，h 2 1 ，2 ，c ，若“ 0 ) - m a x ( u ) ，“ 2q ) ，“ ) ， 球 ( “) 荟“ ( “) 一“ ) 一1 4 沈阳航空工业学院硕士学位论文 即“ ( h ) o 5 荟“ ( “) ( 2 1 2 ) 或 ) - m a x ( u , , m ) ， 2 ) ，耻 ) ) ，即“ ) 0 5 艺“ m ) ( 2 1 3 ) 则不能用最大隶属度原则判断样本u 的归属状态，这就是最大隶属度原则的不适用性。 2 4 基于模糊模式识别的模糊综合评价模型的建立 2 4 1 模式识别 模糊模式识别的一般思想：对于一个事物，它具有n 个特征，而每一个具体的对象， 对于这n 个特征有n 个隶属度l a l ，9 2 , z 。，这些特征在模式识别中所起的作用不同，权 数分配分别为4 1 ，口2 ，以，作和艺a i 1 i - a t z l + 4 2 心+ + 口z ：，事先规定一个限度m ， 若满足罗q z i 芏m 时，认为此事物符合于某种要求，可以根据m 值的不同进行归类f 1 1 j 。 笥 2 4 2 基于模糊模式识别的模糊综合评价模型的建立 模糊综合评判是目前应用最为广泛的模糊评价方法，但传统的模糊综合评价模型， 其结果易趋于均化，而且其中的单因素矩阵的确定操作比较复杂，以及模糊计算过程当 中模糊算子的选择均会影响最终评价结果的准确性 1 3 1 。为此，把权广义距离之和最小的 模糊模式识别模型用于模糊综合评判中，避免模糊算子的选择，而且采用安全状态级别 特征量来表征最终的评价等级能克服最大隶属度丢失信息过多的缺点，从而使得模糊综 合评判中的评价结果更加准确、合理。 1 建立样本集的指标特征矩阵x 设有需要对模糊概念或模糊子集进行识别的n 个样本组成的集合，有m 个指标( 或 目标) 特征值表示样本的整体特征，则有样本集的指标特征矩阵如式2 1 3 。 z - 置l五z x 2 1x 】1 1 2 毛。 屯。 ： 指样本j 指标i 特征值，i = 1 ，2 ，m ；j _ - 1 ，2 ，n 。 ( 2 1 3 ) 一1 5 沈阳航空工业学院硕士学位论文 2 建立标准特征值矩阵y 如果样本集依据m 个指标按照c 个状态或级别( 在本文中，把大型商场火灾风险 等级分为5 级，因此c 取5 ) 的已知标准特征值进行识别，则有指标标准特征值矩阵： l ，- m 1y t 2 y 2 1y 2 2 ) ，。1y 。2 ) ，1 ) ，2 ： y 。 ( 2 1 4 ) y 。指状态或级别h 指标i 的标准特征值，i = 1 ，2 ，m ；h = l ，2 ，c 3 求x 与y 的相对隶属度矩阵r ，s 根据安全评价的模糊性，用相对隶属度进行描述。设1 级为安全，c 级为非常危险。 它们对大型商场的火灾风险状态的隶属度分别为0 与l 。2 与0 1 级为非常危险与安全两 个极点之间的中介状态。指标特征值介于1 与c 级标准特征值之间对a 的相对隶属度 可以按照线性变化束确定，由此得到这类指标对a 的相对隶属度为： 对于递减型指标： f o ，嘞s 儿 l 白： 善孚， ) ，k ( 2 1 5 ) 。 i y n 一_ ) ，缸 。 | 1 ，之咒， f o ，y # 一y 。 i = 警，咒1 均 虼 ( 2 1 6 ) i ) ，n 一) ，缸 。 1 1 ，y * - 只1 对于递增型指标： = 0 ，嘞2 y k 些立l ，咒l ) ，k ( 2 1 7 ) y t l y k y n 1 ，sy n 1 6 一 沈阳航空工业学院硕士学位论文 f 0 , y g 一儿 i = 争警，y 1 1 ) ，# _ ) ，k ( 2 1 8 ) i ) ，j l 一) ，缸 。 l l - 式中：r i j 是样本j 指标i 特征值对a 的相对隶属度； 咒。，y 。是指标i 的l 级、c 级标准特征值； 是级别h 指标i 标准特征值对a 的相对隶属度； 是级别h 指标i 的标准特征值。 利用公式2 1 5 ，2 1 6 或2 1 7 ，2 1 8 计算指标与指标特征值的相对隶属度矩阵r ，s a 蕾 r t s - l2 r 2 l 屹 r 2 s l l s x 2 s 2 1s 2 2 ls m 2 ，h r 2 。 ： 。$ 2 s ： s m ( 2 1 9 ) 4 求指标综合权重矩阵 设大型商场火灾风险评价指标的权重向量一( m ，w z ，) ，其中善m - 1 o 建立n 个样本m 项指标的综合权重矩阵，如式2 2 1 。 w 1 0 0 w 2 ： oo 0 0 ： r n2 r 2 1 r 2 2 r 1r 2 将矩阵a 的元素按照列归一化处理，得n w m l m r 2 1 m r u 一w 2 r 2 ，删 一( w , r , j ) ( 2 2 1 ) 一1 7 亿 k m ： ； k 沈阳航空t 业学院硕士学位论文 w - w 1 1w 1 2 w 2 l 屹 m n 2 - ( w o ) 其中7 中的元素要满足以下条件：蓍m ，。，1 , v j 5 求样本集对模糊概念a 各级相对隶属矩阵u u 一 “1 lu 1 2 u 2 1 u r n l “m 2 口1 n 2 ： “m 一 m ) ( 2 2 4 ) 是样本j 对a 级别h 的相对隶属度，j = 1 ，2 ，n ；h = l ，2 ，c 。 首先，将样本j 的m 个指标相对隶属度h j ，r 2 j ，r m j 分别与矩阵s 的第1 ，第2 ， 第m 行的行向量：( s l l ，s 1 2 ，s l c ) ， ( s l l ，s 1 2 ，s t c ) ，( s 儿，s 1 2 ，s i c ) 逐一 进行比较，可以得到样本集j 的级别上限值b j 和级别下限值a j 。 由于样本j 在级别区间a i ，b j 范围内，故矩阵应满足归一化约束条件有 芝一l ( 2 2 5 ) 因样本集中每个样本的级别区间范围不同，一般从n 个样本、c 个级别的整体考虑， 矩阵u 应满足归一化约束条件。 薹”1 ( 2 2 6 ) 骺，建姐标函数幽卜卜弘2 ) 眨卯， 其中，d 。为加权广义权距离。 大型商场火灾风险评价指标的权重向量为w ，则 即叫一衄 ：| ；k ( m ) p ) i 旺勰， 一1 8 一 ； 沈阳航空工业学院硕士学位论文 不仅考虑了指标权重，而且记入以样本j 归属与级别h 的相对隶属度为权重。然 后根据目标函数与两个约束条件构造拉格朗日函数： b j l ( u h j , 以) = 2 自d 2 坷一彤( 一1 ) ( 2 2 9 ) 1 2 4 j 2 4 求解掣：0 ( 2 3 0 ) 咖h 最后得到模糊模式识别模型如下： ( = i j 1 圭 r o ，h 屯 l 躺 j 至k ( _ 一) pi ，q h 屯，奶= 0 ( 2 3 1 ) 6 判断得出评价结果 利用级别特征值公式2 3 2 ，得出最终评价结果。 日= ( 1 ，2 ，c ) 甜1 1村1 2 “h 2 2 ”2 2 2 h 4 c 1 甜c 2 “ 在本文中，大型商场火灾风险等级划分为5 个等级，因此c 取值为5 。 2 4 3 基于模糊模式识别的模糊综合评价模型的特点 ( 2 3 2 ) 基于模糊模式识别的模糊综合评价模型具有其它综合评价方法所有不具备的优点， 这主要表现为： 1 模糊综合评判方法的适用性较强，它既可用于主观因素的综