陳躍光 袁狄平 況凱騫 段江忠 黨杰

摘要：針對(duì)目前超高層建筑火災(zāi)防控普遍存在的消防安全管理不規(guī)范、消防設(shè)施未有效完全監(jiān)控等問(wèn)題，采用解釋結(jié)構(gòu)模型法和考慮交叉影響的德?tīng)柗品?，建立超高層建筑新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型;采用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)，構(gòu)建融合新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)。選取深圳某超高層建筑開(kāi)展應(yīng)用示范，測(cè)試結(jié)果表明：火警監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)安全可靠，可全面提升超高層建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)防控;消防安全管理;消防設(shè)施;消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型;火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái);超高層建筑

中圖分類(lèi)號(hào)：X932? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2022）05-0012-05

超高層建筑的火災(zāi)防控一直是公認(rèn)的世界性難題，國(guó)內(nèi)外眾多超高層建筑火災(zāi)案例說(shuō)明：一旦發(fā)生火災(zāi)事故，火災(zāi)蔓延快，人員疏散困難，消防救援隊(duì)伍難以開(kāi)展有效的滅火救援，極易造成群死群傷、巨額經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)恐慌等嚴(yán)重后果。

針對(duì)超高層建筑火災(zāi)防控，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了大量的研究。邵望定[1]基于系統(tǒng)工程原則并征求專(zhuān)家意見(jiàn)，建立高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的多層次評(píng)價(jià)因素集，并用層次分析法確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重，根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)原理提出火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。謝旭春[2]應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行綜合評(píng)判，構(gòu)建在建民用建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)體系。劉垠村[3]針對(duì)超高層建筑消防安全及火災(zāi)隱患的特點(diǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與消防業(yè)務(wù)工作需求有機(jī)結(jié)合，在火災(zāi)預(yù)防、消防設(shè)施監(jiān)管、裝備管理、危險(xiǎn)源監(jiān)管、防火監(jiān)督等方面發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早防控、早預(yù)警、早處置，并加強(qiáng)隊(duì)伍管理。焦玲玲[4]結(jié)合超高層建筑的火災(zāi)特點(diǎn)，從火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估方法、消防安全管理及智慧消防新技術(shù)等方面，探討對(duì)超高層建筑在運(yùn)營(yíng)階段開(kāi)展精細(xì)化的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)建檔、監(jiān)測(cè)、維護(hù)和應(yīng)急處理。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)暫未開(kāi)展消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)在超高層建筑內(nèi)的應(yīng)用示范研究，因此有必要構(gòu)建新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的超高層建筑火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，接入建筑消防安全管理和消防設(shè)施等信息，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)報(bào)警，快速聯(lián)動(dòng)應(yīng)急反應(yīng)，從而減少不必要的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1? 消防安全痛點(diǎn)分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2021年8月底，深圳的超高層建筑已達(dá)933棟，消防安全壓力極大。筆者通過(guò)實(shí)地調(diào)研多棟超高層建筑，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)防控方面主要存在如下突出問(wèn)題：

1.1? 日常消防安全管理不規(guī)范

消防安全管理、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等工作大多是靠人海戰(zhàn)術(shù)，精確性差;管理臺(tái)賬數(shù)據(jù)種類(lèi)多、維度多、數(shù)量大，且較為簡(jiǎn)單、分散和獨(dú)立;建筑內(nèi)人員多且流動(dòng)性大、功能隔間多，堵塞通道、鎖閉出口、違章用電等消防隱患動(dòng)態(tài)掌握不到位。

1.2? 消防設(shè)施未有效完全監(jiān)控

各消防系統(tǒng)相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)匯集未解決系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;消防設(shè)施誤報(bào)、故障報(bào)警多，不正常自動(dòng)運(yùn)行;消防設(shè)施監(jiān)測(cè)手段不足，未實(shí)現(xiàn)在建筑圖上標(biāo)識(shí)和可視化監(jiān)管，缺乏對(duì)消防系統(tǒng)運(yùn)行情況分析研判。

2? 建立新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

針對(duì)調(diào)研發(fā)現(xiàn)超高層建筑存在的消防安全痛點(diǎn)，利用建筑防火設(shè)施靜態(tài)數(shù)據(jù)，消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，消防巡查、維保維修等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，采用解釋結(jié)構(gòu)模型法[5]和考慮交叉影響的德?tīng)柗品╗6，7]，建立超高層建筑新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，確定超高層建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，流程如圖1所示。

2.1? 確定消防安全風(fēng)險(xiǎn)影響因子

基于《中華人民共和國(guó)消防法》《消防安全責(zé)任制實(shí)施辦法》《高層民用建筑消防安全管理規(guī)定》《建筑消防安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》等文件，通過(guò)文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研，綜合團(tuán)隊(duì)消防安全管理專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)意見(jiàn)，篩選確定超高層建筑防火管理、消防設(shè)施管理、日常消防管理和火情發(fā)生等4大類(lèi)共23項(xiàng)消防安全風(fēng)險(xiǎn)影響因子[1-2]，詳見(jiàn)圖2。

圖2 消防安全風(fēng)險(xiǎn)影響因子

2.2? 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)影響因子解釋模型

解釋結(jié)構(gòu)模型是一種采用結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)的以定性研究為主的方法，已成功應(yīng)用于現(xiàn)代系統(tǒng)工程的多個(gè)領(lǐng)域。該方法憑借團(tuán)隊(duì)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)確定系統(tǒng)內(nèi)各要素之間的二元關(guān)系，在不損失系統(tǒng)功能的前提下運(yùn)用布爾邏輯運(yùn)算進(jìn)行層層迭代，最終給出最簡(jiǎn)的、層次化的拓?fù)潢P(guān)系圖，以更清晰地揭示系統(tǒng)各要素之間的關(guān)系本質(zhì)[5]。

根據(jù)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多輪討論確定各風(fēng)險(xiǎn)影響因子之間的相關(guān)性，按照如下定義建立鄰接矩陣A如下所示：

根據(jù)布爾矩陣運(yùn)算法則，利用布爾代數(shù)進(jìn)行冪次運(yùn)算，經(jīng)過(guò)若干次迭代得到可達(dá)矩陣M，若，則，其中為單位矩陣。

對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行迭代，利用可達(dá)集合R、先行集合Q和交集R∩Q確定各影響因子的層次分布情況，從而構(gòu)建影響因子的解釋結(jié)構(gòu)模型。模型清晰地反映了各影響因子間的邏輯關(guān)系，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生機(jī)理，可將影響因子分為直接因子（火災(zāi)發(fā)生后能否阻止火災(zāi)蔓延并及時(shí)實(shí)施滅火）、間接因子（能否從源頭避免火災(zāi)發(fā)生）和深層因子（提升建筑人員的消防安全意識(shí)）等三類(lèi)，詳見(jiàn)下圖3。

2.3? 量化風(fēng)險(xiǎn)影響因子概率與權(quán)重

考慮交叉影響的德?tīng)柗品ㄊ菍?zhuān)家結(jié)合項(xiàng)目背景和進(jìn)展情況，給出各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性，再運(yùn)用交叉影響矩陣來(lái)描述預(yù)測(cè)各風(fēng)險(xiǎn)之間的相互作用，將結(jié)果系統(tǒng)整理后進(jìn)行各風(fēng)險(xiǎn)影響因子的定量分析，以加深對(duì)復(fù)雜預(yù)測(cè)事件的認(rèn)知[6-7]。

在解釋結(jié)構(gòu)模型定性分析影響因子之間內(nèi)在關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用考慮交叉影響的德?tīng)柗品▽?duì)影響因子進(jìn)行定量分析，結(jié)果詳見(jiàn)表1。

根據(jù)解釋結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合超高層建筑實(shí)際情況，團(tuán)隊(duì)專(zhuān)家確定各因子的初始概率。

研究各風(fēng)險(xiǎn)影響因子之間的相互作用關(guān)系，設(shè)定交叉影響的方向和程度（見(jiàn)下表2），確定各因子的交叉影響概率矩陣。

通過(guò)蒙特卡洛法，采用MATLAB模擬事件的隨機(jī)發(fā)生。若發(fā)生，根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式[7]計(jì)算已發(fā)生事件對(duì)其他事件的交叉影響概率，即校正概率。

式中：K為交叉影響的方向;S為交叉影響的程度;Pi為第i個(gè)影響因子的初始概率。

采用四舍五入法和歸百法，確定各影響因子的風(fēng)險(xiǎn)得分和權(quán)重（見(jiàn)下表1）。

2.4? 確定消防安全風(fēng)險(xiǎn)分值和等級(jí)

超高層建筑火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)采集消防管理和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，按照如表2設(shè)定的扣分規(guī)則進(jìn)行分值計(jì)算，各單項(xiàng)分值求和得到消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜合評(píng)分，根據(jù)表3確定建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3? 構(gòu)建火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)

基于新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，選取某超高層建筑開(kāi)展應(yīng)用示范，在建筑現(xiàn)有消防設(shè)施的基礎(chǔ)上，布置火警主機(jī)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備（1套）、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備（2臺(tái)）、水泵控制柜狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置（10套）、AI圖像識(shí)別裝置（12臺(tái)）、水位監(jiān)測(cè)裝置（1套）、水壓監(jiān)測(cè)裝置（240套）、燃?xì)獗O(jiān)測(cè)裝置（5套）等感知設(shè)備，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)，融合消防安全管理和消防設(shè)施感知數(shù)據(jù)，開(kāi)展消防管理數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，動(dòng)態(tài)顯示建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)建筑消防安全狀態(tài)綜合研判、物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)科學(xué)監(jiān)測(cè)、數(shù)字化三維疏散預(yù)案合成及全天候綜合應(yīng)急處置等多個(gè)創(chuàng)新功能，督促落實(shí)消防安全主體責(zé)任，全面提升人防、物防、技防能力。

平臺(tái)架構(gòu)主要分為如下4個(gè)部分：

第一是物聯(lián)感知層：主要包括消防信息化管理數(shù)據(jù)和消防設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)安裝物聯(lián)感知傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和傳輸。

第二是消防大腦：主要包括數(shù)據(jù)中臺(tái)層和業(yè)務(wù)中臺(tái)層。對(duì)物聯(lián)感知層采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行治理，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行火災(zāi)態(tài)勢(shì)分析和建模，并進(jìn)行數(shù)據(jù)管理;在數(shù)據(jù)中臺(tái)之上構(gòu)建服務(wù)智能應(yīng)用的人工智能工具、可視化分析引擎和知識(shí)圖譜。

第三是智能應(yīng)用層：主要包括智能防火、智能滅火和消防可視化。對(duì)消防安全管理和消防設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控管理，并將數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)可視化。

第四是展示層：通過(guò)監(jiān)控中心、PC端門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、移動(dòng)終端手機(jī)App、視頻畫(huà)面等多種方式查閱和展示平臺(tái)成果。

4? 應(yīng)用分析

火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)自2021年7月試運(yùn)行以來(lái)，試點(diǎn)超高層建筑消防安全管理工作從長(zhǎng)期以來(lái)的被動(dòng)報(bào)警提升為主動(dòng)預(yù)警，減少人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管控“可視化”、責(zé)任“清單化”、治理“標(biāo)準(zhǔn)化”、監(jiān)管“信息化”、預(yù)警“智能化”、應(yīng)急“實(shí)戰(zhàn)化”，全面提升超高層建筑物防、技防水平。

通過(guò)梳理2021年6—12月試點(diǎn)超高層建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜合評(píng)分發(fā)現(xiàn)（詳見(jiàn)圖4），建筑日常消防安全管理水平、建筑消防設(shè)施性能和可靠性明顯提升，消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)保持在“低”水平，基本完成構(gòu)建立體化、智慧化的消防安全防控體系，確保建筑消防安全。

5? 結(jié)語(yǔ)

采用解釋結(jié)構(gòu)模型法和考慮交叉影響德?tīng)柗品?，?duì)各影響因子定性分層后，定量反應(yīng)其交叉影響后的概率和權(quán)重，建立超高層建筑新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，構(gòu)建超高層建筑火災(zāi)防控的新標(biāo)準(zhǔn)和新機(jī)制。

基于新型消防安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，選取某超高層建筑構(gòu)建火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，動(dòng)態(tài)顯示建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、安全管理和物聯(lián)設(shè)施相關(guān)信息，形成超高層建筑內(nèi)火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并為其他超高層建筑智慧消防平臺(tái)建設(shè)提供樣本工程和參考。

目前，試點(diǎn)超高層建筑未全面接入城市級(jí)火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，后續(xù)將結(jié)合本次應(yīng)用示范研究成果，按照“一棟一策”的原則將全市所有超高層建筑統(tǒng)一納管，提升超高層建筑和城市消防監(jiān)管水平，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵望定.基于模糊綜合評(píng)價(jià)的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，31（2）：68-70.

[2]謝旭春.在建民用建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型構(gòu)建及應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2020，39（8）：1100-1103.

[3]劉垠村，徐佩龍.超高層建筑運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行消防安全及火災(zāi)預(yù)防的應(yīng)用探討[J].科學(xué)咨詢(xún)（科技·管理），2017（2）：39-41.

[4]焦靈靈，姚玉梅，馮靜慧.超高層建筑運(yùn)營(yíng)階段火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理探討[J].建設(shè)監(jiān)理，2020（3）：67-68.

[5]婁策群，牟奇蕾.基于解釋結(jié)構(gòu)模型的信息生態(tài)制度環(huán)境影響因素研究[J].情報(bào)科學(xué)，2021，39（6）：19-26.

[6]張雪一，薛偉，李奇.基于改進(jìn)交叉影響法的興安落葉松人工林采伐跡地火險(xiǎn)因素研究[J].森林工程，2021，37（6）：10-16.

[7]昌杰.對(duì)交叉影響法的改進(jìn)[J].財(cái)經(jīng)科學(xué)，1991（2）：37-40.

Research on application of fire monitoring and

early warning platform for super high-rise buildings

Chen Yueguang，Yuan Diping，Kuang Kaiqian，

Duan Jiangzhong，Dang Jie

（Shenzhen Urban Public Safety and Technology Institute Co.， Ltd.， Guangdong Shenzhen 518046）

Abstract：To tackle the challenges of improper fire management and incomplete monitoring of fire facilities in super high-rise buildings， a novel fire risk evaluation model for super high-rise buildings was developed， using Interpretative Structural Modeling and Delphi method considering cross-influence. Then， a fire monitoring and early warning platform integrating a novel fire risk evaluation model was established， using emerging technologies like the internet of things， cloud computing， big data， and artificial intelligence. A super high-rise building in Shenzhen was selected to carry out applied demonstration， the results show that the platform is safe and reliable to comprehensively improve the level of fire risk for super high-rise buildings.

Keywords：fire prevention and control; fire management; fire facilities; fire risk evaluation model; fire monitoring and early warning platform; super high-rise buildings