楊 洪，翁小又

（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610072）

0 前 言

兩河口移民代建總承包項(xiàng)目位于四川省甘孜州境內(nèi)，處于高山峽谷的原始森林范圍內(nèi)，為國家Ⅰ級森林防火區(qū)域。此地區(qū)屬青藏高原氣候，每年11月初至次年5月底日照充足、氣候干燥、降雨量稀少、空氣濕度低、草木干枯極易發(fā)生森林火災(zāi)。為保證建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，工程包含的特大橋必須連續(xù)作業(yè)，如何避免特大橋動(dòng)火作業(yè)致發(fā)火災(zāi)至關(guān)重要。文章將影響火災(zāi)發(fā)生概率的林木郁閉度、灌草覆蓋度、人類活動(dòng)程度、風(fēng)速、載物量的模糊度等5個(gè)因素通過數(shù)學(xué)映射建立聯(lián)系，對動(dòng)火作業(yè)區(qū)的火災(zāi)發(fā)生初始概率進(jìn)行評估，通過因果分析法找出主要影響因素后，針對性地采取整改措施，降低火災(zāi)的發(fā)生概率，并基于同一套評價(jià)體系對整改后的火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行評估。

1 森林火災(zāi)特點(diǎn)

（1）預(yù)警困難。森林一般遠(yuǎn)離城市中心，地域偏遠(yuǎn)、人跡罕至，雖然現(xiàn)階段衛(wèi)星遙感、熱成像、無人機(jī)巡邏等相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到森林火災(zāi)預(yù)警方面，但對于原始植被發(fā)達(dá)、分布面積廣泛的區(qū)域來說，仍然很難做到及時(shí)預(yù)警。尤其是由于自然物理、化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的火災(zāi)，其發(fā)生具有時(shí)間、地點(diǎn)雙隨機(jī)分布特點(diǎn)，很難預(yù)測。

（2）救援困難。救援困難主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是救援資源配置調(diào)集方面，森林防火區(qū)內(nèi)的巡邏檢查站點(diǎn)一般配備有基本消防器材，但若發(fā)生較大火災(zāi)則不能滿足要求，如果從最近的城市調(diào)集，則有可能喪失最佳救援時(shí)間。若在各個(gè)巡邏檢查點(diǎn)配備大型消防器材，則會造成資源的大量浪費(fèi)。二是交通條件方面，森林防火區(qū)內(nèi)一般交通條件落后，救援資源不能在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)，僅依靠直升機(jī)救援效果不佳。

（3）蔓延迅速。森林火災(zāi)一般發(fā)生在秋冬或早春干燥季節(jié)，地面干枯易燃枝干及落葉覆蓋較厚，一旦有火源點(diǎn)，則由點(diǎn)至線、由線成面，呈現(xiàn)連片式爆發(fā)趨勢，加上風(fēng)向和可燃物的助力，火情會持續(xù)擴(kuò)大，使火勢變得難于控制，甚至?xí)诙鄠€(gè)相鄰森林區(qū)域發(fā)生［1］。

（4）損失巨大。森林火災(zāi)對森林、生態(tài)系統(tǒng)和人類都帶來了危害和損失［2-3］。森林防火區(qū)通常分布很多國家級保護(hù)動(dòng)植物，其中不乏瀕臨滅絕的動(dòng)植物?；馂?zāi)發(fā)生后，除森林本身受到重創(chuàng)帶來的綠化恢復(fù)與環(huán)境問題外，生態(tài)恢復(fù)方面的損失更是無法估量。林業(yè)資源一旦遭到破壞，會影響到自然界中的生態(tài)平衡，造成水土流失加劇、荒漠化程度加深、沙塵暴天氣等惡劣氣候，以及地質(zhì)問題［4］。

因此，鑒于森林防火區(qū)內(nèi)火災(zāi)預(yù)警困難、救援困難、蔓延迅速、損失巨大的特點(diǎn)，防火區(qū)內(nèi)進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)必須嚴(yán)防嚴(yán)控，避免火災(zāi)造成不可估量的損失。

2 火災(zāi)發(fā)生概率初始評估

目前，國內(nèi)外關(guān)于火災(zāi)發(fā)生率的研究，其內(nèi)容主要是針對城市等人員分布密集、社會及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)活躍的區(qū)域，其研究方向主要為火災(zāi)的預(yù)防預(yù)警、火災(zāi)的應(yīng)對、火災(zāi)的蔓延趨勢及風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)的損失評估等。例如，袁必和等［5］通過對石墨烯及其衍生物作為新型傳感器材料在火災(zāi)預(yù)警中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)了石墨烯新型火災(zāi)預(yù)警傳感器的優(yōu)勢與不足，并對其未來的發(fā)展方向提出了展望；魏書精等［6］從我國森林火災(zāi)多發(fā)現(xiàn)象出發(fā)，剖析了森林火災(zāi)多發(fā)原因，分析了森林防火存在的主要問題，提出了一些基本的森林火災(zāi)應(yīng)對措施；Duane Andrea等［7］將圖論和滲流理論引入到森林火災(zāi)蔓延趨勢理論研究中，并分析論證了地中海地區(qū)在不同天氣條件下森林功能連通性與火災(zāi)規(guī)模和蔓延趨勢的關(guān)系，研究不同天氣狀況下火災(zāi)蔓延的森林連通性滲流閾值；卜靜等［8］將遙感技術(shù)運(yùn)用于火災(zāi)后林業(yè)經(jīng)濟(jì)損失評估中，分別從直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行綜合評估得到最終準(zhǔn)確性更高的損失評估數(shù)據(jù)。而針對具體的火災(zāi)發(fā)生概率評估，則鮮有涉及，尤其是系統(tǒng)化地針對某一特定地區(qū)的火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行定量化評估衡量的研究是很少的。因此，為了定量化地評估火災(zāi)發(fā)生概率、各項(xiàng)防控措施成效，需構(gòu)建一個(gè)數(shù)學(xué)評估模型，該模型是基于概率論中期望值的求解原理及過程，筆者提出了結(jié)合地區(qū)火災(zāi)發(fā)生概率的影響因素后，意在基于同一個(gè)評價(jià)系統(tǒng)和衡量指標(biāo)，在相對較真實(shí)的情況下，比較研究區(qū)域火災(zāi)發(fā)生概率的變化情況。

影響研究區(qū)域火災(zāi)致發(fā)因素主要有林木郁閉度（f1）、灌草覆蓋度（f2）、人的活動(dòng)程度（f3）、風(fēng)速6 m/s時(shí)大風(fēng)的概率（f4）、載物量的模糊度（f5）這5個(gè)因素。將5個(gè)火災(zāi)致發(fā)因素組成向量，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際踏勘結(jié)果得出，特大橋作業(yè)區(qū)域林木較少且分布較為分散，主要是高度低于1.5 m的幼苗及灌草；5個(gè)因素中人類活動(dòng)（動(dòng)火作業(yè)）影響最大，是最主要的火源點(diǎn)來源，其次是灌草類易燃物、風(fēng)力因素?；谝陨犀F(xiàn)場調(diào)查情況，結(jié)合有關(guān)專家意見對向量賦值如下：

該5項(xiàng)火災(zāi)致發(fā)因素的權(quán)重為：

權(quán)重的大小受各方面因素影響，與火災(zāi)致發(fā)因素向量中各組成因素的活躍程度及各因素的影響因子變化情況、影響大小、各因素之間的相互作用等息息相關(guān)。本文采用管理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)中常用權(quán)重計(jì)算方法“0-4評分法”對研究區(qū)域的火災(zāi)致發(fā)因素初始權(quán)重向量W→進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)域火災(zāi)致發(fā)因素初始權(quán)重向量

建立由參數(shù)f、w到函數(shù)P的映射，構(gòu)建火災(zāi)發(fā)生概率公式：

初始狀態(tài)下（QC小組采取措施以前）研究區(qū)域初始火災(zāi)發(fā)生率評估值為：

代入數(shù)據(jù)求得：

3 動(dòng)火作業(yè)誘發(fā)火災(zāi)主要因素及防范對策

3.1 火災(zāi)致發(fā)主要因素

通過對現(xiàn)場特大橋作業(yè)環(huán)境進(jìn)行全方位的現(xiàn)場踏勘調(diào)查后，筆者對該項(xiàng)目特大橋動(dòng)火作業(yè)引發(fā)火災(zāi)的因素進(jìn)行分析，并繪制因果分析圖（見圖1）。在因果分析基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定A項(xiàng)目特大橋動(dòng)火作業(yè)火災(zāi)致發(fā)主要因素為：

圖1 特大橋動(dòng)火作業(yè)引發(fā)森林火災(zāi)因果分析

（1）在防護(hù)范圍外進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。

（2）在特大橋動(dòng)火作業(yè)前，都會劃定防護(hù)范圍，在防護(hù)范圍內(nèi)采取一系列的防護(hù)保護(hù)措施，防火效果顯著。但經(jīng)現(xiàn)場巡視檢查發(fā)現(xiàn)，施工人員為了方便，在防火范圍外進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)，產(chǎn)生的焊渣、火花亂飛，易引發(fā)火災(zāi)。

（3）高空作業(yè)未設(shè)防護(hù)底托。

（4）高空動(dòng)火作業(yè)設(shè)置防護(hù)底托能有效攔截作業(yè)產(chǎn)生的火星落入地面可燃物中，是一項(xiàng)有效措施。但設(shè)置防護(hù)底托一定程度上降低作業(yè)效率，占用本來就狹小的作業(yè)空間，于是很多作業(yè)人員在橋梁焊接、切割施工過程中都未設(shè)置防護(hù)底托，管理人員為推進(jìn)工程進(jìn)度視若無睹。如此，焊渣、火星極易墜落橋下，發(fā)生火災(zāi)的可能性較大。

（5）防火隔離帶清除不徹底。

（6）特大橋及大橋下部隔離帶全面檢查發(fā)現(xiàn)，大部分隔離帶砍伐不徹底，還留有枯草、枯樹枝等易燃物，如遇焊渣、火星、煙頭等，極易可能引發(fā)火災(zāi)。

3.2 主要處理措施

（1）動(dòng)火作業(yè)前，應(yīng)采用可靠的措施防止焊渣掉落、火花濺落，并清除焊渣、火花可能掉入范圍內(nèi)的易燃易爆物品，不能及時(shí)清理的應(yīng)設(shè)專人監(jiān)護(hù)。

（2）動(dòng)火作業(yè)前采用可靠的防護(hù)底托，橋梁下部邊坡配備水箱及滅火器材，同時(shí)派專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

（3）隨橋梁節(jié)段推進(jìn)，在動(dòng)火作業(yè)前，對橋梁下部200 m范圍內(nèi)砍伐防火隔離帶，并用水管淋濕隔離帶里未砍伐干凈的植被，派專人值守監(jiān)護(hù)。

（4）加強(qiáng)防火意識宣傳教育，強(qiáng)化滅火消防技能培訓(xùn)，配備必要的消防器材，在動(dòng)火作業(yè)時(shí)加強(qiáng)巡視檢查，同時(shí)堅(jiān)決拒絕在風(fēng)速大于6 m/s的天氣下進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。

（5）提高防火減災(zāi)意識，要立足自身所處的實(shí)際情況，全面分析目前存在的火災(zāi)安全隱患［9］。動(dòng)火作業(yè)前，必須有可靠的防火措施與應(yīng)急預(yù)案。

4 整改后火災(zāi)發(fā)生概率評估

通過因果分析法將特大橋動(dòng)火作業(yè)火災(zāi)致發(fā)因素分為5大類（人、機(jī)、料、法、環(huán)），共25個(gè)末端因素。將這些因素與火災(zāi)發(fā)生概率評估數(shù)學(xué)模型對比，其中人、機(jī)、料、法4個(gè)方面對應(yīng)于評估模型中第3個(gè)因素，即人類活動(dòng)程度。林木郁閉度（f1）、灌草覆蓋度（f2）、風(fēng)速6 m/s大風(fēng)的概率（f4）、載物量的模糊度（f5）等參數(shù)在研究時(shí)間范圍內(nèi)，其取值不受人為影響。為簡化計(jì)算，假定在研究期間其取值與初始賦值相同，則采取的相關(guān)措施應(yīng)是致力于通過規(guī)范施工活動(dòng)、增強(qiáng)現(xiàn)場防護(hù)等，使5個(gè)參數(shù)在引發(fā)火災(zāi)發(fā)生概率中的權(quán)重發(fā)生變化，通過系列措施使各參數(shù)權(quán)重重新分布，從而降低火災(zāi)發(fā)生概率。構(gòu)造權(quán)重函數(shù)：

式中，xn為權(quán)重貢獻(xiàn)因子，根據(jù)分析成果，其主要是代表人、機(jī)、料、法中各類可能導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的不規(guī)范施工行為，顯然，權(quán)重w與xn呈正相關(guān)變化。

根據(jù)權(quán)重計(jì)算結(jié)果，初始狀態(tài)下w3=0.4，對權(quán)重函數(shù)進(jìn)行變形，引入新函數(shù)如下：

式中，u（x1，x2，x3，x4，…，xn）表示各貢獻(xiàn)因子變化引起的權(quán)重的變化率函數(shù)，則初始狀態(tài)下u0=1。理論上w?（0，1），u?（0，2.5）。

下面對函數(shù)u進(jìn)行進(jìn)一步研究和假設(shè)，函數(shù)u表示權(quán)重貢獻(xiàn)因子xn變化導(dǎo)致的初始權(quán)重變化率，其值域?yàn)椋?，2.5），變量為xn。則可將函數(shù)u定義如下：

式中，A為常量，表示除施工人員以外的其他外界人員活動(dòng)對初始權(quán)重變化情況的影響；ξn表示初始狀態(tài)下權(quán)重貢獻(xiàn)因子xn單獨(dú)作用時(shí)對權(quán)重的影響程度表示貢獻(xiàn)因子的變化率，即改進(jìn)率或惡化率。函數(shù)g（xn）將xn的變化和u（x1，x2，x3，x4，…，xn）變化建立起關(guān)系，即表示xn變化時(shí)，函數(shù)u的變化情況。根據(jù)以上分析，將權(quán)重函數(shù)w重寫如下：

在研究區(qū)域內(nèi)實(shí)行的是封閉施工管理，火災(zāi)致發(fā)因素中受外界人員影響程度較低，因此常量A可忽略不計(jì)。同時(shí)，考慮到QC分析出的人、機(jī)、料、法中的大部分因素（比如培訓(xùn)不到位、制度不完善、滅火器等設(shè)備問題、電纜截面等材料問題）通過整改后可以避免，剩余問題（如焊接作業(yè)、切割作業(yè)、高空作業(yè)防護(hù)等）通過系列措施整改后至少可以減少90%以上的問題，其影響程度也可降低90%以上。

因此近似地認(rèn)為，通過采取措施后，人的活動(dòng)在火災(zāi)致發(fā)因素中權(quán)重變化為：

因此，基于同一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)QC小組采取措施后，火災(zāi)發(fā)生概率為：

火災(zāi)發(fā)生概率為P′=26.4%，與初始火災(zāi)發(fā)生概率評估值42.75%相比，通過系列措施使得火災(zāi)發(fā)生概率降低16.35%，降低率為38.25%，效果顯著。

5 結(jié) 論

本文通過構(gòu)建數(shù)學(xué)評估模型，對兩河口移民代建總承包項(xiàng)目特大橋動(dòng)火作業(yè)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)發(fā)生概率進(jìn)行初始評估，得到火災(zāi)發(fā)生初始概率為42.75%。經(jīng)分析研究后，采取系列措施后降低了火災(zāi)發(fā)生的概率，并基于同一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對采取的措施有效性進(jìn)行評估，降低整改后火災(zāi)發(fā)生概率26.4%，降低率為38.25%，應(yīng)對措施切實(shí)有效，效果顯著。

各種自然災(zāi)害中，火災(zāi)發(fā)生頻率和給人民生命財(cái)產(chǎn)造成的損失都處于領(lǐng)先地位。因此，建設(shè)項(xiàng)目尤其是處于國家森林防火區(qū)內(nèi)的工程項(xiàng)目，防火減災(zāi)意識更應(yīng)該先于建設(shè)目標(biāo)。項(xiàng)目安全應(yīng)在思想上予以高度重視，制定針對性強(qiáng)的應(yīng)對措施和應(yīng)急方案，并在施工活動(dòng)中堅(jiān)決貫徹落實(shí)。在有限的施工活動(dòng)周期內(nèi)，降低火災(zāi)發(fā)生的概率，爭取不發(fā)生較大火災(zāi)的目標(biāo)是現(xiàn)實(shí)的，是完全可以實(shí)現(xiàn)的。從價(jià)值工程角度講，這也是建設(shè)工程的增值行為。