基于模糊层次分析法的风景区雷电灾害风险分析

规章制度以及周围环境等多因素影响的系统，其中许多因素都是难以量化表示的，因此本文基于对景区雷击的孕灾环境和致灾因子影响要素的认识，以河池市巴马长寿岛景区为例运用模糊层次分析法（FAHP）构建一个基于三角模糊数的雷击风险安全评价模型，虽然目前少见将模糊层次分析法应用在景区雷击风险评价中，但其在地铁、建筑施工安全评价都有成功应用的案例，因此认为模糊层次分析法在景区雷击风险安全评价方面具有一定的可行性和适用性。

1 模糊层次分析法原理

层次分析法（AHP）是对一些较复杂、较模糊的问题做出决策的简易方法，先将复杂问题分解为若干层次和若干因素，再在两两因素之间进行简单的比较和计算得到各元素的权重。模糊层次分析法是层次分析法在模糊条件下的扩展，核心是用三角模糊数表示各变量两两比较的重要性程度。

1.1 三角模糊数定义

三角模糊数是指论域上的模糊数，其隶属函数：→[0，1]表示为µM（x）=（x-l）/（m-l），x∈[l，m]；µM（x）=（x-u）/（m-u），x∈[m，u]；µM（x）=0，其他。

1.2 构造模糊判断矩阵

由相关专家按照“1～9标度法”，依据三角模糊数的定义对各个指标进行两两比较评判，形成模糊判断矩阵表示为：。

1.3 去模糊化

去模糊化的目的是将模糊判断矩阵转化为非模糊判断矩阵，从而在非模糊环境下直接运用AHP方法，本文选用参考文献[4]中提出的去模糊化方法。

1.4 一致性检验

本文通过提取各层因素两两比较判断信息的最可能估计值（中值）得到的判断矩阵作为参照，如果参照矩阵满足一致性要求，则近似认为三角模糊判断矩阵也满足一致性检验。

2 个例研究模糊层次分析法在风景区雷击风险安全评价的应用

2.1 个例概况及危险性分析

广西河池市巴马县被誉为“天然氧吧”、“世界长寿之乡”，具有丰富而独特的旅游资源，其中的长寿岛景区位于赐福湖景区坡贵湖段的中心（24.166N，107.297E），全岛面积约三万平方米，最高海拔231.35m，是一个集旅游观光、养生娱乐为一体的综合性景区。

晚上的赐福湖畔还会上演大型的山水实景歌舞《梦巴马》，可为1700多位观众演绎瑶乡情韵、欢乐山乡和长寿山乡三幕精彩视觉盛宴。

通过对巴马县闪电数据分析可知：长寿岛处在闪电密度与强度大值区附近，3.5km范围内闪电密度最大值为4.8次·a-1·km-2，平均值为1.59次·a-1·km-2，雷电流强度平均值为40.42kA（图1，说明：红色十字为项目所处位置，红色圆圈内为项目3.5km范围区域）。

对景区防雷装置检测与评估，得到防雷安全状况如下：景区大都是木质结构建筑物，未安装防直击雷措施；实景歌舞舞台的灯光等设备均未进行直击雷防护，舞台金属架子已做接地连接，实测接地电阻值为12.5Ω；景区配电及信号传输线路未安装电涌保护器（SPD）；景区未制定完善的防雷安全规章制度。

2.2 建立评价的层次结构模型

景区雷击风险评价指标体系划分结果见附表。

2.3 模糊判断矩阵的构造

本文以Al～A3构造模糊判断矩阵为例计算，确定其模糊判断矩阵见表1。

计算模糊综合程度值：

=÷=（0.12，0.34，0.78）（i=1，2，3，j=1，2，3）

=÷=（0.22，0.54，1.30）（i=1，2，3，j=1，2，3）

=÷=（0.08，0.12，0.32）（i=1，2，3，j=1，2，3）

進行去模糊化计算：

∨（S1≥S1）=1，∨（S1≥S2）=0.74，∨（S1≥S3）=1

∨（S2≥S1）=1，∨（S2≥S2）=1，∨（S2≥S3）=1

∨（S3≥S1）=0.48，∨（S3≥S2）=0.19，∨（S3≥S3）=1

d/（S1）=min（1，0.74，1）=0.74，d/（S2）=min（1，1，1）=1，d/（S3）=min（0.48，0.19，1）=0.19

将以上权重值标准化，得到各指标的最终权重：权重=（0.38，0.52，0.1）

参照以上计算过程，可求出其他层次指标相对于上一层次的权重值（见附表）。

2.4 三角模糊判断矩阵一致性检验

对准则层、指标层的模糊判断矩阵进行一致性检验，所得的一致性指标（C.R.）值均小于0.1，因此矩阵的各元素重要度之间满足协调性。

2.5 权重结果及分析

将指标层（B）与准则层（A）权重相乘求得因素层变量相对于目标层的最终权重（排序）（见附表），结果可知，地闪密度（B6）、地闪强度（B7）以及雷电预警和响应系统（B5）对该景区雷电灾害风险影响尤其显著。

2.6 景区评价结果及分析

将景区雷电灾害风险评价分为4个等级，分别赋分得，高（F>85）；较高（85>F>75）；中（75>F>65）；低（65>F）。

（1）定量指标分析。 ①采用2008～2016年河池市闪电定位数据，对地闪密度、强度进行区间值化处理，对应4个评价等级，方法是：将地闪密度（强度）做格点（0.01°×0.01°，约为1km2）分析，统计得到不为零值的格点32991个，将格点值从小到大排列，按每组10997个记录的方法分为3组，计算第i组（i=1，2，3）的平均值作为第i级的最大值和第i+1级的最小值，结果如表2。将长寿岛景区的地闪密度、强度依照区间位置确定评价指标的得分。

②根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》要求，电气设备（弱电设备）接地电阻值≤4.0Ω，防雷电感应接地电阻值≤10.0Ω，建筑物防雷接地电阻值≤10.0Ω（一类、二类防雷建筑物），建筑物防雷接地电阻值要求≤30.0Ω（三类防雷建筑物），当不同的功能接地共用接地装置时，应按最小的接地电阻值要求。因此，对长寿岛景区的接地电阻值进行如下区间值处理（表3）。

（2）定性指标分析。根据GB50057-2010中建筑物年预计雷击次数校正系数的取值情况，景区的地理环境为湖边的建筑物，因此该指标的评估等级为中，其他定性指标采用专家评估的方法确定评价等级。

综合上述分析可以得长寿岛景区的雷击风险安全评价指标得分结果（见附表）。长寿岛景区的雷击风险安全评价指标得分为81.17，因此可确定景区雷电灾害风险较高。

（3）整改措施。基于上述分析可知，除了地闪密度、地闪强度两个自然因素对长寿岛景区防雷安全的影响最大，雷电预警和响应系统、直击雷防护装置、防雷接地电阻值对景区防雷安全的影响也很大，为了提高防雷安全等级，建议采取以下措施：①景区木质结构建筑物、舞台灯光设备以及具有接闪功能的金屬构件必须完善直击雷防护措施并有合格的防雷接地。②景区建立雷电预警和响应系统。设置防雷预警提示与告知标牌，当接收到当地气象部门的雷电预警短信时，及时对游客进行提醒、疏导。景区应建立防雷应急预案，有专人负责防雷档案管理和配备相关救助人员。③对景区的电源、信号线路安装电涌保护器（SPD）进行设备防雷电波入侵防护。

3 结束语

本文利用模糊层次分析法建立风景区多层次雷电灾害评估模型，得到各因子对雷电灾害风险的影响程度，以巴马长寿岛景区为例，依据评估模型计算得该风景区雷电灾害风险等级，并给出相应整改建议。

参考文献

[1] 任达盛，吴爱萍，杨胜海，等.梵净山新金顶景区防雷措施探讨[J].贵州气象，2013，37（3）：56-58.

[2] 段振中，朱传林，刘国臻.武当山景区雷电环境及古建筑防雷[J].山地学报，2013，31（1）：77-82.

[3] 冯鹤，李小龙，张彦勇.白石山风景区雷电灾害风险评估研究[J].气象与环境科学，2014，37（1）：114-118.

[4] 魏丹.基于三角模糊数层次分析法的地铁施工风险评价指标体系研究[J].建筑安全，2017，（2）：17-19.

作者简介

吴量（1983-），女，广西宜州人；毕业院校：南京信息工程大学，学历：硕士，现就职单位：河池市气象局，研究方向：从事雷电防护技术服务研究。