基于贝叶斯网络的隧道火灾安全评估模型
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１ ． ２ 层 次 分 析法
足． 采 用 贝叶 斯 网络 和层 次分 析 法 相 结合 的 方 式 对 公路 隧道 火 灾
安 全进 行 建模 评 估 、结 果表 明 ， 基 于 贝 叶斯 网络 对公 路 隧道 火 灾
进 行 安 全评 估 是 可 行 的 和 实 用 的 ， 所形 成 的 案 例 库 也 有助 于丰 富
当 判 断 矩 阵 Ｐ， 的 ＣＲ ＜０ ． １时 或
有 满 意 的一 致 性 。
（ ４ ）
＝肌 ＣＩ ＝ ０时 ，
设 Ｎ 和 Ｅ为两个 随机变量 ， Ｎ＝ ｎ为 某 一 假 设 ， ‘ Ｄ＝ ｄ 为 一 组 数 据 。 在 不 考 虑 Ｄ— ｄ时 ， 对 事 件 Ｎ＝ Ｉ Ｉ ， 的 概 率 估
认 为 Ｐ， 具有 满 意 的 一致 性 ， 否 则 需调 整 Ｐ 中的 元素 使 其 具 ２ 基 于 贝叶 斯 网络 的 隧道 火 灾 安 全评 估 模 型
计 Ｐ （ Ｎ ＝ｎ ） 称 为 先 验 概 率 。在 考 虑 Ｄ＝ ｄ条 件 时 ， 对 事 件
Ｎ＝ｎ的 概 率 估 计 Ｐ（ Ｎ＝ｎ Ｉ Ｄ＝ ｄ ） 称 为 后 验 概 率 。 Ｂａ ｙ ｅ ｓ 定理 如 式 （ １ ） 所示。
（ ２ ） 构 造 两 两 比较 判 断 矩 阵 。 对 各 指 标 之 间 进行 两 两 对 比之 后 ， 按 ９分 位 比率 排 定 各 评 价 指 标 的 相 对 优 劣 顺
有据可依 ， 对各种 防火设施进行科 学合理的布设 ， 进 而 发
挥 其 最 大 的 作 用 。 公路 隧 道 具 有 纵 深 长 、 出 入 口数 量 少 、
式 如 式（ ３ ） 所示。
ＣＲ＝ＣＵＲ ｌ （ ３ ）
式中： ＣＲ、 ＣＩ 和 Ｒ １分 别 为 判 断 矩 阵 Ｐ， 的 随 机 一 致 性 比 率、 一 般 一致 性 指 标 和平 均 随机 一致 性指 标 。 Ｃ Ｉ 的 计 算 公式 如 式（ ４ ） 所示 。
Ｃ Ｉ ＝ （ 一 ｎ ） ／ （ ｎ — １ ）
１ ． １ 贝 叶斯 网 络
Ｐ － ８ 一 ｎ ｌ ａ ｘ ￣ ８
的权 重 。
２ ）
对 特 征 向量 进 行 归 一 化 处 理 ， 即可 获 得 各 评 价 因 素 （ ４ ） 一 致 性 检 验 。 以上 述 三 步 获 得 的 权 重 的 合理 性 有 待进 一 步 验 证 ， 需对 判 断 矩 阵 Ｐ， 进 行一 致 性检 验 。检 验 公
封闭性强等特 点 ， 这 些 特 点 导 致 隧 道 内一 旦 突 发火 灾 ， 火 势 发 展迅 速 ， 温度 升 高很 快 ， 且 烟雾 难 以及 时 排 出 ， 车 辆 及 人 员 疏 散 工 作 很 难 及 时 开展 。 因此 ， 对 隧道 火 灾安 全 进 行 综 合评 估 对 减 少和 控 制 隧道 火灾 有 重要 意 义 。 贝 叶 斯 网络 （ Ｂａ ｙ ｅ ｓ ｉ ａ ｎ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ， ＢＮ） 是 一种 将 概 率 统 计 运用于 复杂领域 、 进 行不确定推 理和数据分析 的工具 。 贝 叶 斯 网 络 可 以 在 数据 不 完全 的情 况 下进 行 研 究 ， 在 一 定 程 度 上弥 补 了事 故树 的 不足 。 提 出 了 一 个 基 于 贝 叶斯 网络 的火 灾安 全 评 估 模 型 ， 利 用 贝 叶 斯 网 络 推 理 并利 用 层 次 分 析 法 确 定 指 标 权 重 对 公 路 隧 道 的 火 灾 安 全状 况 进 行 评 估 ， 以便 采 取 相 应 措 施 改 善 和提 高其 火 灾 安全 预 控 的管 理 能 力 与服 务 效 率 。 １ 贝 叶 斯 网 络 及层 次 分 析 法 简 介
势在 于 它 将 有 向无 环 图与 概 率理 论有 机 结 合 ， 利 用 似 然度 （ 条 件概 率 ） 更 客 观地 对 各 个 网络 节 点 之 间 的条件 相 关 关 系 进 行表 达 ， 更适 合于在不完整 、 不 确 定 的信 息 条 件 下 进 行 学习和推理 ， 并 且 目前 已具 有 成 熟 的 开 发 软 件 ， 模 型 构 建 非常 便 捷 。
序， 依 次构 造 出评 价 指 标 的 判 断矩 阵 Ｐ ｆ ＝ （ ） 。式 中 ： Ｚ 为 因素 个 数 ， 表示 因素 。 对 因素 ， 的相对 重 要性 数值 ， 采用
数字 １ ～９及 其 倒 数 作为 标 度 。 （ ３ ） 进 行 权 重 分 配 。 求 解 判 断 矩 阵 的 最 大特 征 根 所 对 应 的特 征 向量 ， 如式 （ ２ ） 所示 。
层 次 分 析法 步 骤 如 下 ： （ １ ） 建 立 递 阶 层 次 结 构 。将 与 决 策 有 关 的 元 素 分 解 成
目标 、 准则、 方 案等 层 次 。
隧 道 防 火 安 全 等级 的研 究 是隧 道 火 灾 的预 防 关 键 ， 只 有 事 先 制 定 公 路 隧道 防 火 安全 等级 标 准 ， 设 计 时才 能 做 到
隧道 火 灾预 防知 识 ， 为 未 来隧 道 火 灾安 全发展 提 供 知 识保 障。
关键 词 ： 公路隧道； 火 灾安 全评 估 ； 贝叶斯 网络 ； 层 次 分析 法
中 图分 类号 ： Ｘ９ １ ３ ． ４， Ｕ４ ５ ９ ． ２ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ Ｏ ０ ９ 一Ｏ Ｏ ２ ９ （ ２ ０１ ７ ） １ ０ —１ ４ ６ １ －０ ４
消 防管 理 研 究
基 于 贝 叶 斯 网络 的隧 道 火 灾 安 全 评 估 模 型
刘 凯 ， 王 俊 峰 ，聂程 学 院 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘
要： 分 析 国 内外 公 路 隧 道 火 灾安 全 评 估 的研 究现 状 及 不
足． 采 用 贝叶 斯 网络 和层 次分 析 法 相 结合 的 方 式 对 公路 隧道 火 灾
安 全进 行 建模 评 估 、结 果表 明 ， 基 于 贝 叶斯 网络 对公 路 隧道 火 灾
进 行 安 全评 估 是 可 行 的 和 实 用 的 ， 所形 成 的 案 例 库 也 有助 于丰 富
当 判 断 矩 阵 Ｐ， 的 ＣＲ ＜０ ． １时 或
有 满 意 的一 致 性 。
（ ４ ）
＝肌 ＣＩ ＝ ０时 ，
设 Ｎ 和 Ｅ为两个 随机变量 ， Ｎ＝ ｎ为 某 一 假 设 ， ‘ Ｄ＝ ｄ 为 一 组 数 据 。 在 不 考 虑 Ｄ— ｄ时 ， 对 事 件 Ｎ＝ Ｉ Ｉ ， 的 概 率 估
认 为 Ｐ， 具有 满 意 的 一致 性 ， 否 则 需调 整 Ｐ 中的 元素 使 其 具 ２ 基 于 贝叶 斯 网络 的 隧道 火 灾 安 全评 估 模 型
计 Ｐ （ Ｎ ＝ｎ ） 称 为 先 验 概 率 。在 考 虑 Ｄ＝ ｄ条 件 时 ， 对 事 件
Ｎ＝ｎ的 概 率 估 计 Ｐ（ Ｎ＝ｎ Ｉ Ｄ＝ ｄ ） 称 为 后 验 概 率 。 Ｂａ ｙ ｅ ｓ 定理 如 式 （ １ ） 所示。
（ ２ ） 构 造 两 两 比较 判 断 矩 阵 。 对 各 指 标 之 间 进行 两 两 对 比之 后 ， 按 ９分 位 比率 排 定 各 评 价 指 标 的 相 对 优 劣 顺
有据可依 ， 对各种 防火设施进行科 学合理的布设 ， 进 而 发
挥 其 最 大 的 作 用 。 公路 隧 道 具 有 纵 深 长 、 出 入 口数 量 少 、
式 如 式（ ３ ） 所示。
ＣＲ＝ＣＵＲ ｌ （ ３ ）
式中： ＣＲ、 ＣＩ 和 Ｒ １分 别 为 判 断 矩 阵 Ｐ， 的 随 机 一 致 性 比 率、 一 般 一致 性 指 标 和平 均 随机 一致 性指 标 。 Ｃ Ｉ 的 计 算 公式 如 式（ ４ ） 所示 。
Ｃ Ｉ ＝ （ 一 ｎ ） ／ （ ｎ — １ ）
１ ． １ 贝 叶斯 网 络
Ｐ － ８ 一 ｎ ｌ ａ ｘ ￣ ８
的权 重 。
２ ）
对 特 征 向量 进 行 归 一 化 处 理 ， 即可 获 得 各 评 价 因 素 （ ４ ） 一 致 性 检 验 。 以上 述 三 步 获 得 的 权 重 的 合理 性 有 待进 一 步 验 证 ， 需对 判 断 矩 阵 Ｐ， 进 行一 致 性检 验 。检 验 公
封闭性强等特 点 ， 这 些 特 点 导 致 隧 道 内一 旦 突 发火 灾 ， 火 势 发 展迅 速 ， 温度 升 高很 快 ， 且 烟雾 难 以及 时 排 出 ， 车 辆 及 人 员 疏 散 工 作 很 难 及 时 开展 。 因此 ， 对 隧道 火 灾安 全 进 行 综 合评 估 对 减 少和 控 制 隧道 火灾 有 重要 意 义 。 贝 叶 斯 网络 （ Ｂａ ｙ ｅ ｓ ｉ ａ ｎ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ， ＢＮ） 是 一种 将 概 率 统 计 运用于 复杂领域 、 进 行不确定推 理和数据分析 的工具 。 贝 叶 斯 网 络 可 以 在 数据 不 完全 的情 况 下进 行 研 究 ， 在 一 定 程 度 上弥 补 了事 故树 的 不足 。 提 出 了 一 个 基 于 贝 叶斯 网络 的火 灾安 全 评 估 模 型 ， 利 用 贝 叶 斯 网 络 推 理 并利 用 层 次 分 析 法 确 定 指 标 权 重 对 公 路 隧 道 的 火 灾 安 全状 况 进 行 评 估 ， 以便 采 取 相 应 措 施 改 善 和提 高其 火 灾 安全 预 控 的管 理 能 力 与服 务 效 率 。 １ 贝 叶 斯 网 络 及层 次 分 析 法 简 介
势在 于 它 将 有 向无 环 图与 概 率理 论有 机 结 合 ， 利 用 似 然度 （ 条 件概 率 ） 更 客 观地 对 各 个 网络 节 点 之 间 的条件 相 关 关 系 进 行表 达 ， 更适 合于在不完整 、 不 确 定 的信 息 条 件 下 进 行 学习和推理 ， 并 且 目前 已具 有 成 熟 的 开 发 软 件 ， 模 型 构 建 非常 便 捷 。
序， 依 次构 造 出评 价 指 标 的 判 断矩 阵 Ｐ ｆ ＝ （ ） 。式 中 ： Ｚ 为 因素 个 数 ， 表示 因素 。 对 因素 ， 的相对 重 要性 数值 ， 采用
数字 １ ～９及 其 倒 数 作为 标 度 。 （ ３ ） 进 行 权 重 分 配 。 求 解 判 断 矩 阵 的 最 大特 征 根 所 对 应 的特 征 向量 ， 如式 （ ２ ） 所示 。
层 次 分 析法 步 骤 如 下 ： （ １ ） 建 立 递 阶 层 次 结 构 。将 与 决 策 有 关 的 元 素 分 解 成
目标 、 准则、 方 案等 层 次 。
隧 道 防 火 安 全 等级 的研 究 是隧 道 火 灾 的预 防 关 键 ， 只 有 事 先 制 定 公 路 隧道 防 火 安全 等级 标 准 ， 设 计 时才 能 做 到
隧道 火 灾预 防知 识 ， 为 未 来隧 道 火 灾安 全发展 提 供 知 识保 障。
关键 词 ： 公路隧道； 火 灾安 全评 估 ； 贝叶斯 网络 ； 层 次 分析 法
中 图分 类号 ： Ｘ９ １ ３ ． ４， Ｕ４ ５ ９ ． ２ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ Ｏ ０ ９ 一Ｏ Ｏ ２ ９ （ ２ ０１ ７ ） １ ０ —１ ４ ６ １ －０ ４
消 防管 理 研 究
基 于 贝 叶 斯 网络 的隧 道 火 灾 安 全 评 估 模 型
刘 凯 ， 王 俊 峰 ，聂程 学 院 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘
要： 分 析 国 内外 公 路 隧 道 火 灾安 全 评 估 的研 究现 状 及 不