改进层次分析法在高职院校图书馆火灾风险分析中的应用

侯周福 孙美华 刘芳 陈诗雨

摘要：指出了高职院校图书馆火灾风险具有危害性大、潜伏期长、隐蔽性高等特点，为了分析风险，常需采用事故树，层次分析法等相关评价方法。而由于事故树中各基本事件的结构重要度与层次分析法中指标层中各因素对于目标层的权重含义相同，基于结构重要度和權重的一致性，结合两种评价法的优点提出了一种改进的层次分析法。运用该法进行分析的结果表明：管理缺失是造成高职院校图书馆火灾事故的最大因素，如果管理得当，则事故会大大减少。通过改进后的方法可为预防高职院校图书馆火灾事故提供理论指导。

关键词：事故树;层次分析法;结构重要度;高职院校图书馆火灾;风险

中图分类号：X45

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）4-0081-04

1 引言

高职院校图书馆作为高职院校的重要组成部分，是学校学科发展的象征。随着高等职业教育事业的蓬勃发展，高职院校图书馆不断扩建，规模越来越大，火灾的潜在危险也随之增加。高职院校图书馆储存有大量图书、期刊和文献等易燃物品，加之人员流动量大，一旦发生火灾，后果将不堪设想。1991年2月13日，福建省建筑专科学校图书馆因人为纵火，建筑物过火面积达1000 m²，烧毁大量书架和图书资料，直接经济损失约36万元[1～3]。

高职院校图书馆的防火工作不仅关系到图书资料的安全，更关系到全校师生的生命安全。因此，对高职院校图书馆的消防安全进行评估很有必要，有助于重大火灾隐患的确定和消除。而火灾危险性本身就是一个模糊概念，即危险程度本身不存在数量界限。与此同时，图书馆的火灾危险性涉及多个影响因素，且许多影响因素难以量化，因而具有一定的不确定性[4-7]。因此，对高职院校图书馆火灾事故风险分析进行改进，进而提高对高职院校图书馆火灾危险源重视程度具有紧迫性。本文运用改进层次分析评价方法对高校图书馆火灾风险进行评估，以便高职院校图书馆在制定防火措施时参考。

2 建立高职院校图书馆火灾事故分析模型

本文在参考了事故树一层次分析法分析理论研究的基础上[8-9]，采用该分析方法分析高职院校图书馆火灾事故。即从高职院校图书馆火灾事故开始，自上而下、一层一层地寻找顶事件的基本事件，并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来。这种演绎分析方法，既能给人直观的感受，又能运用数理逻辑的方法找出基本原因事件，为更好的指出改进措施提供了帮助。同时将结构重要度引入到层次分析法的权值计算，从而改进其定量分析，以便直观地分析影响高职院校图书馆火灾事故的主要因素及排序，并且有效地预防和控制该类事故的发生。

2.1 改进层次分析法

根据文献[10～12]，改进的层次分析法流程如图1所示。

2.2 编制事故树

高职院校图书馆收藏的各类图书、期刊等文献，属于可燃物品，一旦火灾发生，将导致损失难以估算，甚至会危及工作人员与读者的生命安全。所以，做好高职院校图书馆的安全防火措施对保障高职院校财产，保护师生人身安全，促进文化、科学教育事业的发展都具有重要意义。因此采用事故树分析法，确定顶事件为高职院校图书馆火灾事故，分别对每种情况发生的原因进行层层分析，运用逻辑推理，逐步找出引起顶上事故发生的所有基本事件，编制出事故树。文献[13]基于安全系统工程学原理，从人、物、环境与管理3个方面来分析高职院校图书馆火灾事故的原因，所建立事故树全面、合理，因此直接引用。

2.3 构建层次分析模型

将高职院校图书馆火灾事故作为层次分析模型的目标层，对其14个基本事件进行原因分析，按照人的不安全行为、物的不安全状态和管理与环境3个方面进行归类，作为层次分析模型的准则层，各基本事件归类到3个准则层因素中作为指标层，从而构建了层次分析结构模型，见表1。

3 基于改进层次分析法的高职院校图书馆火灾事故风险分析

3.1 分析事故树割集与径集

3.1.1 最小割集

割集[14]是指事故树某些基本事件的集合，且当集合中的事件都发生时，顶事件必然发生。最小割集指的是如果在某个割集中任意去掉一个基本事件就不再是割集。最小割集在事故树分析中起着非常重要的作用，归纳起来有以下4个方面：①表示系统的危险性;②表示顶事件发生的原因组合;③为降低系统的危险性提出控制方向和预防措施;④利用最小割集可以判定事故树中基本事件的结构重要度和方便地计算顶事件发生的概率。

根据布尔代数展开得到36组最小割集，不再赘述。

3.1.2 最小径集

径集[14]是指事故树某些基本事件的集合，当这些基本事件都不发生时，顶事件必不发生。最小径集指的是如果在某个径集中任意去掉一个基本事件，它就不再是径集。最小径集在事故树中的地位和最小割集相当，主要体现在以下3个方面。

①表示系统的安全性;②通过最小径集来得出能确保系统安全的最佳方案;③通过最小径集来判断基本事件在事故树中的结构重要度并且可计算出事件发生的概率。

利用两者之间的对偶性，本文主要针对最小径集进行了说明，并通过计算得到以下3组。

2.2 分析事故树结构重要度

结构重要度[14]的定义是在不考虑各基本事件的发生概率或者说假定各基本事件的发生概率都相等的情况下，从事故树结构上分析各基本事件的重要程度，从而分析各基本事件的发生对顶事件发生所产生的影响程度。基本事件结构重要度越大，它对顶事件的影响程度就越大;反之亦然。则基本事件的结构重要度可表示为：

式（1）中，k为最小径集数目;m为包含基本事件X_i的最小径集数;R_j，为基本事件X_i所属的第j个最小径集中基本事件的数目。

通过以上公式可以计算出各基本事件的结构重要度，事件Xl、X2、X3、X4、X5和X6的结构重要度相等，为0.015992;事件X7和X14的结构重要度相等，为0.007874;事件X8、X9、X10、Xll、X12和X13的结构重要度相等，为0.000244。

从分析结果可知，如果仅从结构上判断，Xl、X2、X3、X4、X5和X6对顶上事件的影响程度是一样的，高于X，和X14对顶上事件的影响程度，高于X8、X9、X10、X ll、X12和X13对顶上事件的影响程度。但是缺少基本事件的故障率，无法计算出各基本事件的概率重要度和关键重要度来进行下一步排序，导致无法定位高校图书馆火灾事故防范的重点和拟选取安全措施的优先顺序。所以采用合适的方法来确定各基本事件的影响度从而有效的控制事故就显得尤为重要。

2.3 构建层次分析判断矩阵并计算权重

式（2）中，m、n分别为准则层各因素中对应的指标层中所含有的因素;i、j分别为准则层判断矩阵的第i行和第j列。

准则层中的各因素都包含了一定量的指标层因素，依据各基本事件的结构重要度进行两两比较，得出了准则层与指标层之间的判断矩阵b_ij由下式表示：式（3）中，i、j分别为指标层判断矩阵的第i行、第j列。

判断矩阵建立后，根据传统层次分析法计算出各因素关于目标层的权重。依据指标层中各因素的结构重要度，求和可得出准则层各因素的结构重要度I_φ（B1）～I_φ（B3）分别为7/18，5/36，17/36。计算并一致性检验准则层判断矩阵的权重，可得出表3。各基本事件即各因素对目标层的权重结果显示为Wl =W2=W3>W6> W4>W7>W12>W13>W5>W8 =W9 =Wl0 =Wll=W14

4 结论

（1）改进层次分析法直接引入事故树分析中的基本事件结构重要度的大小比值来构建判断矩阵，可以解决事故树方法由于基本事件故障率缺失而无法进行进一步分析的缺陷。对比事故树分析法，它更好的区分各基本事件对顶上事件的影响程度，以便有效地预防和控制事故的发生;对比层次分析法，又在一定程度上减少人为主观因素的影响，提高分析结果的准确性。

（2）改进层次分析法与事故树分析结果表明，改进层次分析法得到的各基本事件对顶上事件影响度为8种不同水平，明显优于事故树分析（仅为3种不同水平），具有更好的区分度，对顶上事故预防措施的制定（如预防重点，及其预防措施的优先顺序）具有更强的指导性，且能提高事故预防措施的针对性与效果。

（3）对比实际发现改进的层次分析法分析结果更加符合实际情况，事故防范重点明确，拟采取的安全措施优先顺序合理，有利于指导制定科学合理的防范高职院校图书馆火灾事故的安全措施。

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