徐堅強，劉小勇

(1.清華大學合肥公共安全研究院，安徽 合肥 230601；2.安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601)

據(jù)初步統(tǒng)計，2018年全國共接報火災(zāi)事故23.7萬起，其中死亡人數(shù)達1 407人、受傷人數(shù)達798人，直接財產(chǎn)損失達36.75億元[1]。由于建筑火災(zāi)影響因素復(fù)雜多變，火災(zāi)風險評估工作涉及面廣、工作量大，因此構(gòu)建科學、合理的火災(zāi)風險評估指標體系對建筑火災(zāi)風險評估工作顯得尤為重要[2]。美國消防工程師協(xié)會[3]以及李引擎等[4-5]在研究建筑火災(zāi)風險評估指標體系方面取得了一定成果，但對于火災(zāi)發(fā)展過程的描述較少，且評估指標多采用“靜態(tài)”指標(在建筑使用周期內(nèi)一般不發(fā)生變化，如建筑面積、防火分區(qū)等)，評估對象多具有穩(wěn)定性，不能準確地反映建筑火災(zāi)的風險變化。為此，筆者將火災(zāi)事故發(fā)展階段與層次分析法相結(jié)合，注重“動態(tài)”指標(在建筑使用周期內(nèi)會發(fā)生變化，如防火門關(guān)閉情況、消防管理人員巡查頻次等)設(shè)計，創(chuàng)新性地建立了一種以火災(zāi)事故發(fā)展為主線的建筑火災(zāi)風險評估指標體系[6]。

1 火災(zāi)風險評估指標體系的建立方法及選定

1.1 火災(zāi)風險評估指標體系的建立方法選定

建立全面、準確的火災(zāi)風險評估體系，是進行火災(zāi)風險評估工作的關(guān)鍵。風險評估方法按照其評估方法的特點可分為定性、定量及半定量3類評估方法[7-8]。由于定性評估方法需依賴評估者的知識和經(jīng)驗對系統(tǒng)的風險狀況作出判斷，因此評估結(jié)果通常帶有評估者自身的主觀性；定量評估方法因需要較多火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)且計算過程復(fù)雜，故在國內(nèi)也較少使用。針對上述問題，筆者將定性與定量的評估方法相結(jié)合，得到半定量的評估方法。半定量的評估方法對數(shù)據(jù)要求相對不高，計算過程簡便，因此使用較為廣泛，筆者將運用較典型的層次分析法[9]構(gòu)建建筑火災(zāi)風險評估指標體系。

1.2 層次分析法

層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)[10]是由美國著名數(shù)學家斯塔于20世紀70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的綜合性系統(tǒng)分析方法，用以解決權(quán)系數(shù)確定問題的多目標、多準則的決策方法。通過各要素在火災(zāi)風險中的重要程度大小及所產(chǎn)生后果和影響因子的因果關(guān)聯(lián)進行劃分，構(gòu)建指標體系層。首先，基于以往火災(zāi)案例、火災(zāi)專家及研究者相關(guān)知識積累和工作經(jīng)驗，根據(jù)指標體系中每層因子對上層風險因素影響的重要程度兩兩比較進行打分，由此構(gòu)建判斷矩陣；其次，利用層次分析法的計算原理，通過特征值與特征向量的計算得出各層風險因素之間的相對權(quán)重；最后，得出最底層評價指標對于總目標的累計權(quán)重[11-12]。層次分析法的主要流程如圖1所示。

圖1 層次分析法主要流程圖

2 火災(zāi)風險評估指標體系的建立

2.1 火災(zāi)階段劃分

根據(jù)建筑火災(zāi)事故發(fā)展的可能性階段，將建筑火災(zāi)劃分為火災(zāi)發(fā)生階段、火災(zāi)增長階段、火災(zāi)全面發(fā)展階段、人員疏散階段、火災(zāi)蔓延階段5個階段，具體如表1所示。

表1 建筑火災(zāi)事故發(fā)展階段

2.2 風險因素劃分

在充分梳理火災(zāi)發(fā)展各階段關(guān)鍵風險因素的基礎(chǔ)上，將風險因素劃分為點火源、建筑基本特征、滅火設(shè)施、防排煙設(shè)施、疏散設(shè)施、消防管理情況及外部條件7類，各風險因素基本評估參數(shù)如表2所示。

表2 風險評估參數(shù)表

2.3 各階段風險因素分析

2.3.1 火災(zāi)發(fā)生階段

通過分析可知，引起建筑起火的因素主要與燃燒三要素有關(guān)，在本階段需注意對火源點的監(jiān)控與管理、重點關(guān)注火源及減少室內(nèi)可燃物數(shù)量、注意季節(jié)變化等。導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的因素主要有：①可燃物，主要考慮火災(zāi)荷載(可燃物性質(zhì)、可燃物數(shù)目、空間分布)、建筑面積等。②點火源，點火源包括化學點火源、高溫點火源、電氣點火源，主要考慮因素有是否存在易燃易爆化學品、不安全作業(yè)(明火、高溫、熱輻射)、電線電纜故障(電弧電火花、電氣線路高溫)等。③濕度，主要考慮南北氣候差異、季節(jié)變化、降雨情況等。

2.3.2 火災(zāi)增長階段

建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢增長迅速，能否及時有效地抑制火勢增長取決于消防設(shè)施滅火響應(yīng)的有效性、人員滅火能力、周邊消防站設(shè)置等能否滿足及時滅火的要求。影響火災(zāi)增長的因素主要包括：①消防設(shè)施響應(yīng)有效性，包括火災(zāi)探測聯(lián)動可靠性、消防水源可靠性(天然水源水位、消防水池水位、高位水箱水位)、給水系統(tǒng)可靠性(消防泵啟停情況、閥門關(guān)閉情況、管網(wǎng)壓力、管網(wǎng)流量)等。②管理人員響應(yīng)有效性，包括安全制度落實情況(巡查人員在崗情況、定期巡查檢查情況)、管理人員業(yè)務(wù)水平(消防知識與技能掌握情況、消防設(shè)施熟練程度)等。③消防人員響應(yīng)有效性，包括消防隊業(yè)務(wù)能力、消防站距離、道路擁堵情況及消防車道占用情況等。

2.3.3 火災(zāi)全面發(fā)展階段

隨著火災(zāi)進一步發(fā)展，建筑物內(nèi)溫度不斷升高并伴隨產(chǎn)生大量有毒有害煙氣，火災(zāi)突破防火分區(qū)開始向整棟建筑物蔓延，同時煙氣達到一定濃度。為避免造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，在此階段需考慮防火卷簾、防火門等防火分隔設(shè)施的完好情況，加強設(shè)備監(jiān)管與巡查檢查頻次。影響火災(zāi)全面發(fā)展的因素主要包括：①建筑基本特征，包括建筑結(jié)構(gòu)、耐火等級、豎向貫通通道(數(shù)量、防火封堵情況)、防火分區(qū)(水平防火分區(qū)、豎向防火分區(qū))等。②防排煙系統(tǒng)可靠性，包括防火卷簾完好情況、防火門關(guān)閉情況、風機正常啟停情況等。

2.3.4 人員疏散階段

火災(zāi)發(fā)生初期，應(yīng)迅速展開人員疏散、避難救援工作。隨著火災(zāi)的全面發(fā)展，消防設(shè)施滅火失敗，火災(zāi)迅速擴展，本階段需確保疏散通道暢通、疏散指示和應(yīng)急照明等設(shè)備消防供電連續(xù)可靠。影響人員疏散的因素主要包括：①建筑基本特征，主要考慮建筑高度這一因素。②疏散設(shè)施可靠性，包括疏散通道(數(shù)量、占用情況)、安全出口(數(shù)量、占用情況)、疏散指示、應(yīng)急照明、消防廣播及消防電源工作情況等。③疏散人員可靠性，主要考慮人員密度、消防安全培訓情況、年齡特征等人員特征方面的因素。

2.3.5 火災(zāi)蔓延階段

為了防止火災(zāi)向鄰近建筑蔓延，本階段需注意建筑周邊防火管理、消除鄰近建筑間可燃燒物、加強建筑外部生產(chǎn)及生活用火管理等。影響火災(zāi)蔓延至鄰近建筑的因素主要包括：①建筑基本特征，包括防火間距、鄰近建筑耐火等級等。②外部條件，包括環(huán)境因素如環(huán)境風速、風向等。③其他因素，包括飛火、熱輻射等。

結(jié)合以上各火災(zāi)階段風險因素分析，建立建筑火災(zāi)風險評估指標體系層次分析模型，如圖2所示。

2.4 指標體系的建立

根據(jù)上述各階段層次分析模型，可得到該建筑在發(fā)生火災(zāi)后影響各階段的風險因素。依據(jù)建筑物本身的防火能力、滅火能力、安全管理水平及發(fā)生火災(zāi)后的安全疏散能力，在充分梳理火災(zāi)發(fā)展各階段關(guān)鍵風險因素的基礎(chǔ)上進一步細化，由此建立風險評估指標體系，如表3所示。

該指標體系主要包括“靜態(tài)指標”和“動態(tài)指標”兩種。其中靜態(tài)指標需根據(jù)建筑基本情況進行采集，在整個建筑使用周期內(nèi)一般不發(fā)生變化，如建筑面積、建筑高度、建筑層數(shù)、防火分區(qū)、疏散通道數(shù)量、建筑耐火等級、消防站距離、防火間距等；而動態(tài)指標會發(fā)生一系列的變化，需要通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測手段進行在線監(jiān)測，如防火門關(guān)閉情況、消防管理人員巡查頻次、人員流動性、給水管網(wǎng)水壓、流量等[13-14]。

利用該指標體系進行風險評估的前提是對各狀態(tài)指標進行實時監(jiān)測：如防火門關(guān)閉情況可通過啟閉裝置在線實時獲取；對于消防管理人員巡查頻次、人員流動性可通過視頻采集獲?。粚τ诮o水管網(wǎng)水壓、流量可通過監(jiān)測設(shè)備得到。在已獲取動態(tài)指標監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取數(shù)據(jù)狀態(tài)所處區(qū)域，經(jīng)計算得到建筑火災(zāi)風險評估結(jié)果，以此反映建筑火災(zāi)風險變化情況。

圖2 建筑火災(zāi)風險評估指標體系層次分析模型

2.5 權(quán)重的計算

2.5.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

以建筑起火階段為例，利用層次分析法原理，將建筑起火階段影響因素劃分為：目標層、準則層、方案層、措施層等。根據(jù)各層級之間隸屬關(guān)系，建立起火階段層次分析模型(見圖2)。

2.5.2 構(gòu)造判斷矩陣

構(gòu)造判斷矩陣是層次分析法的關(guān)鍵，判斷矩陣元素的值反映了人們對各因素相對重要性的認識，一般采用1～9的標度方法確定，具體如表4所示。

基于以往火災(zāi)案例、火災(zāi)專家及研究者相關(guān)知識積累和工作經(jīng)驗，采用專家打分的方式，根據(jù)指標體系中每層因子對上層風險因素影響的重要程度兩兩比較，由B層級各因素對A層級的相對于權(quán)重構(gòu)造出A-B判斷矩陣A。

表3 建筑火災(zāi)風險評估指標體系

續(xù)表3

表4 層次分析法1～9標度法

2.5.3 計算權(quán)重系數(shù)

指標權(quán)重體現(xiàn)了指標體系中各風險因素對火災(zāi)風險水平影響的重要程度大小，對于權(quán)重的計算包括方根法、和法等多種求解方法。筆者采用方根法，計算結(jié)果如表5所示。

表5 方根法各系數(shù)取值

其中，mi表示判斷矩陣每一行元素乘積；wi表示mi的方根；Wi表示wi歸一化后的值；λmax表示判斷矩陣的最大特征值。

2.5.4 一致性檢驗

為避免因經(jīng)驗判斷導(dǎo)致評價結(jié)果失真，需通過一致性檢驗來評判所構(gòu)造的判斷矩陣是否可以被接受。

CR=CI/RI

(1)

CI=(λmax-n)/(n-1)

(2)

式中：CR為一致性比率；CI為一致性指標；n為成對比較因子個數(shù)；RI為隨機一致性指標，具體數(shù)值如表6所示。

表6 隨機一致性指標RI值

一般認為，當CR<0.1時，則該判斷矩陣滿足一致性，否則需調(diào)整判斷矩陣。經(jīng)計算可得矩陣A的一致性比率CR值為0,小于0.1，滿足一致性檢驗。同理，按照上述步驟，經(jīng)計算可得判斷矩陣B1、B2、C1、C3、C4、C5均滿足一致性檢驗。由此可得建筑起火階段各風險評估指標的權(quán)重，依照以上構(gòu)造判斷矩陣及求權(quán)重的方法，可得出其他各階段指標權(quán)重，計算結(jié)果見表3。

3 實例分析

以合肥市某辦公樓為例，根據(jù)建筑日常使用情況及消防安全管理情況，對其進行火災(zāi)風險評價。在建筑火災(zāi)風險評估中，由于火災(zāi)風險與安全之間無法明確劃分出界限，加之火災(zāi)發(fā)展過程影響因素眾多，且各項指標衡量方式，給各項指標的統(tǒng)一度量和對整個系統(tǒng)的綜合評價造成困難。基于模糊理論的方法，通過邀請多位專家根據(jù)自己的經(jīng)驗將系統(tǒng)風險設(shè)定為5個等級，各等級所對應(yīng)的量化關(guān)系如表7所示。

表7 指標量化準則

根據(jù)上述各指標量化準則，通過專家打分的形式對評估體系最底層的各項指標進行打分，具體分值的確定可參各防火規(guī)范及相關(guān)消防驗收標準、消防管理細則等，評估體系中每一項指標的滿分定為100分。由此，對該辦公樓進行風險評價，按式(3)計算火災(zāi)風險指數(shù)R：

R=∑xiwi

(3)

式中：xi為各指標評分；wi為指標組合權(quán)重。

最終得出該辦公樓的火災(zāi)風險綜合指數(shù)為R=71.914 8，即該辦公樓火災(zāi)風險等級為一般安全，不夠安全，比較容易發(fā)生火災(zāi)。同時，針對各火災(zāi)發(fā)展階段評估得分，可得到各階段火災(zāi)風險指數(shù)，如表8所示。

表8 各階段火災(zāi)風險指數(shù)

由表8可知，①在火災(zāi)發(fā)生階段，該辦公樓評分比較危險，易發(fā)于生火災(zāi)，應(yīng)加強建筑物內(nèi)、外火源控制，減少易燃易爆等可燃物品數(shù)量，注意季節(jié)性天氣變化；②在火災(zāi)增長階段，該辦公樓評分一般安全，火勢相對易于增長，應(yīng)加強消防安全管理、建筑物內(nèi)既有消防設(shè)施檢查，確保消防設(shè)施可靠性、人員響應(yīng)有效性；③在火災(zāi)全面發(fā)展階段，該辦公樓評分比較安全，火災(zāi)不易蔓延，防排煙性能良好；④在火災(zāi)蔓延迫使人員疏散階段，該辦公樓評分比較安全，疏散設(shè)施可靠性較好，能夠滿足人員疏散的需求，但仍應(yīng)加強人員培訓，提高相應(yīng)的防火檢查、巡查頻次，以保證消防安全管理情況；⑤在人員疏散階段，該辦公樓評分一般安全，外部環(huán)境因素較差，火災(zāi)相對易于蔓延至臨近建筑，應(yīng)注重天氣變化，消除鄰近建筑間可燃物，加強高溫、大風等天氣防火檢查。

4 結(jié)論

(1)創(chuàng)新性地建立了以“火災(zāi)事故發(fā)展”為主線的建筑火災(zāi)風險評估指標體系。注重考慮“動態(tài)”因素對建筑火災(zāi)風險變化的影響，從“靜態(tài)”“動態(tài)”兩個角度進行考慮，建立了一種簡明、全面的建筑火災(zāi)風險評估指標體系，能夠較好地反映風險因素變化對建筑火災(zāi)風險的影響情況。

(2)通過實例分析可知，根據(jù)一次性輸入的靜態(tài)指標和物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測手段實時獲取的動態(tài)指標，可輸出建筑火災(zāi)發(fā)展各階段對應(yīng)的火災(zāi)風險分項指數(shù)以及該建筑的火災(zāi)風險綜合指數(shù)。同時，根據(jù)評估結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的問題，能夠針對性地提出整改建議，以降低建筑火災(zāi)風險綜合指數(shù)。

(3)建筑火災(zāi)是一個極其復(fù)雜的過程。目前，針對該指標體系仍需進一步優(yōu)化，特別是“動態(tài)指標”部分，如何進行指標狀態(tài)值劃分，通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測閾值及分級設(shè)定，利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測手段進行指標評分的獲取，將是筆者未來研究的重點。