古建筑火災風險定量分析

田水承，張成鎮，任國友

(1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.中國勞動關系學院 安全工程系，北京 100048)

古建筑火災風險定量分析

田水承1，張成鎮1，任國友2

(1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.中國勞動關系學院 安全工程系，北京 100048)

為精確了解古建筑火災的風險情況，通過統計我國近65年來的165例古建筑火災案例，分析古建筑火災的事故特征，在此基礎上，建立事故樹模型。采用統計、專家評分的方法獲取基本事件的發生概率，然后計算出基本事件的臨界重要度系數進行比較，發現古建筑火災的發生與季節、省份存在關系，古建筑火災的防治應該從原因事件的預防、火災發生后的撲救、加強監管及消防投入等方面著手，對于臨界重要度系數大的基本事件應該著重管理。事故樹定量研究可以為古建筑火災的防治提供更加科學合理的建議。

古建筑；火災事故特征分析；事故樹模型；臨界重要度系數

0 引言

古建筑是人類重要的物質遺產，具有重要的歷史考古、美學藝術、科學技術、經濟及精神等方面的價值，一旦被燒毀就不可再生。2014年1月11日被譽為“月光之城”的香格里拉獨克宗古城發生火災，導致246戶受災，343棟古建筑被毀[1]，近幾年古建筑火災發生頻率的突然升高給古建筑的保護敲響了警鐘。國內外學者對古建筑火災風險的研究主要有以下幾種方法：劉希臣[2]、戴超[3]等采用的事故特征規律分析法，張雪[4]、康雪峰[5]、張澤江[6]等采用的經驗分析法，蒙慧玲[7]、田思龍[8]等采用的安全現狀及對策分析方法，王春艷[9]、Watts[10]等采用的安全系統理論方法，劉天生[11]等采用的事故樹定性分析方法。這些研究方法存在主觀性和片面性，故筆者通過統計我國近65年來的古建筑火災案例分析事故特征，利用統計和專家評分法獲取基本事件發生概率，計算各基本事件的臨界重要度，采用定量的方法分析古建筑火災的風險。

1 古建筑火災事故特征分析

通過查閱年鑒、文獻、新聞，統計近65年來的古建筑火災事故165例，采用特征分析方法分析古建筑火災與省份、年份、月份及主要火災原因之間的特征關系，為事故樹定量分析提供數據基礎。(1)按照省份進行統計分析，發現不同省份的古建筑火災起數存在很大的差異，一方面與該省現存的古建筑數量有關，另一方面與該省古建筑消防的管理、安全投入以及法規的制定和落實情況有關，素有“古建筑寶庫”之稱的山西省古建筑火災事故的數量并不多，這與山西省在古建筑消防方面做出的努力有很大關系。古建筑火災在各省分布情況如圖1所示。(2)按照年份進行統計分析，發現近65年來古建筑火災的發生并沒有特殊規律，只是在20世紀80年代初和最近幾年的古建筑火災事故數量有突然性的升高，如圖2所示。(3)按照月份進行統計分析，發現在春冬季節是古建筑火災的高發季節，通過進一步分析春冬季節的古建筑火災事故原因，發現在春冬季節宗教及節日活動密集，宗教用火及燃放煙花爆竹的事件增多，再加上春冬季節天氣寒冷，人為燒火取暖的頻率增加也會導致古建筑火災發生概率的升高，如圖3所示。

圖1 古建筑火災在各省分布情況

圖2 古建筑火災隨年份的變化規律

圖3 古建筑火災隨月份變化圖

另外，古建筑火災事故原因可分為人為因素、電氣因素、環境因素、外部因素等，其中，人為因素導致的古建筑火災事故占總數的66%，電氣因素導致的古建筑火災事故，比例為23%，可見古建筑消防應該在人為和電氣兩方面著重管理。

2 事故樹分析

事故樹分析法由美國的Watson首次提出，該方法是從一個可能的事故即頂上事件開始，自上而下、一層一層地尋找頂上事件的直接原因事件和間接事件，直到基本原因事件即基本事件，并用邏輯符號把這些事件之間的邏輯關系表達出來，然后進行定性定量分析[12]，找到與頂上事件發生關系最大的基本原因事件，采取有效的措施控制這些基本原因事件，從而降低事故發生的風險。

2.1 事故樹模型構建

通過對古建筑火災案例分析、實地調研、咨詢古建筑消防方面的專家，結合古建筑火災事故原因，系統地分析古建筑火災發生的原因，找出事故樹的頂上事件、中間事件及基本事件，并采用合適的邏輯符號進行連接，繪制出事故樹，如圖4所示。事故樹中各基本事件及其相對應的代號見表1。

圖4 古建筑火災事故樹圖

2.2 事故樹的定量計算

2.2.1 基本事件概率的確定

要采用定量的事故樹分析方法，就需要獲得事故樹中基本事件的概率，按照基本事件概率獲得方式的不同，可將其分為兩類：一類是可以通過古建筑火災案例統計出來的基本事件，該類基本事件可以通過統計的事故數量計算出其發生的概率；另一類是不能通過古建筑火災案例統計得出的基本事件，

表1 古建筑火災事故樹各基本事件及對應代號表

該類基本事件的發生概率只能通過專家評分法獲得，比如監管不認真、滅火設備不足等。

在165起古建筑火災事故案例中有137起火災事故原因是可以確定的，根據已經確定的火災原因計算出可統計部分的基本事件的發生概率(每月的發生次數)。對于事故樹中不可統計的基本事件發生的概率則采用專家評分法，由于專家打分具有主觀性，為了使專家的打分能夠更加科學、合理，故筆者參照可統計部分基本事件的概率值，把基本事件的發生概率分為五個等級，其等級與概率范圍分別為：極高(0.02,1]、高(0.01,0.02]、中(0.005,0.01]、低(0.002,0.005]、極低(0,0.002]。專家對這些基本事件發生的級別、概率進行評分，取平均值來確定不可統計基本事件的發生概率。事故樹中各基本事件發生概率見表2。

2.2.2 基本事件臨界重要度計算

基本事件發生概率的相對變化率與頂上事件發生概率的相對變化率之比表示基本事件重要度，這個比值就是臨界重要度，其計算步驟如下：

首先，計算頂上事件發生概率P(T)，公式為：

式中，i表示基本事件的序數；r表示最小割集的序數；k表示最小割集的個數；Gr表示最小割集；qi表示基本事件的發生概率。

最小割集是由一些基本事件構成的集合，如果集合中的事件都發生時，頂上事件一定發生，如果去掉集合中任意一個基本事件就不再是割集，這樣的割集就是最小割集。

其次，計算概率重要度Ig(i)，概率重要度是表示各基本事件發生概率的變化對頂上事件發生的影響，公式為：

最后，計算臨界重要度Ic(i)，計算公式為：

將基本事件概率依次代入上述公式，計算出臨界重要度系數，見表2。按照臨界重要度系數大小排序為：

Ic(x3)=Ic(x2)>Ic(x13)>Ic(x12)>Ic(x15)>Ic(x14)>Ic(x16)=Ic(x19)>Ic(x6)>Ic(x4)>Ic(x24)>Ic(x7)=Ic(x11)>Ic(x8)=Ic(x22)=Ic(x23)>Ic(x17)=Ic(x25)>Ic(x18)=Ic(x20)>Ic(x9)=Ic(x10)>Ic(x1)=Ic(x21)>Ic(x5)

表2 古建筑火災事故樹各基本事件發生概率及臨界重要度

注：*表示該基本事件的發生概率采用專家打分法取均值得出。

由臨界重要度排序可以看出，發現不及時、撲救不及時、人為用火、電氣原因及雷擊等是導致古建筑火災的重要原因，發現不及時和撲救不及時是指火災發生后沒能將火災消滅在萌芽之中，導致古建筑火災發生，這屬于撲救措施不當。部分古建筑地處偏遠山區，道路難行且與市區距離遠，消防隊難以及時到達，這是客觀事實，為了在火災發生時能及時撲滅火災，相關的古建筑管理者自身應該做好準備，以備不時之需，比如修建消防水池，建立自己的消防隊。監管不力，消防滅火設施失效或不足這就需要加強對監管人員的培訓及滅火設施定期檢查和加大資金投入；人為因素是導致古建筑火災發生的重大原因，對于宗教用火是難以避免的，只能加強教育和監管，然而生活用火及電氣導致的火災則是可以避免的。隨著旅游業蓬勃發展，很多商家在古建筑內或周邊開設旅館、酒店、商店等，這些商業行為很大程度上增加了古建筑的火災隱患，有關部門及古建筑的管理者不應該只考慮到經濟利益最大化，也要考慮到古建筑的安全問題。此外，不少建在高山之巔的古建筑因遭受雷擊而被毀滅，必須安裝避雷設施來減少由雷擊導致的古建筑火災。

3 結論

古建筑數量多與對古建筑消防管理、投入不足的省份，古建筑火災發生的概率相對較高；春冬季節是古建筑火災的高發季節。古建筑火災的發生是由人為用火、電氣原因及雷擊等主要原因導致的；火災發生后造成嚴重的后果是由于發現不及時、撲救不及時等原因導致的。古建筑火災的防治應該從原因事件預防和火災發生后及時撲救兩方面著手，對于臨界重要度系數大的基本原因事件應該著重管理，才能迅速有效降低古建筑火災發生的可能性。

[1] 韓穎.獨克宗古城火災事故追蹤[J].勞動保護,2014(8):41-43.

[2] 劉希臣.我國古建筑防火保護策略的研究[D].重慶:重慶大學,2008:18-27.

[3] 戴超.中國木構古建筑消防技術保護體系初探[D].上海:同濟大學,2007:18-23.

[4] 張雪,馬千里.我國古建筑火災危險性分析及預防對策探析[J].中國科技縱橫,2013(16):272.

[5] 康雪峰.古建筑火災風險評估[J].武警學院學報,2008，24(2):29-32.

[6] 張澤江,梅秀娟.古建筑消防[M].北京:化學工業出版社,2009:10-16.

[7] 蒙慧玲,張樹平,張建偉.我國宗教古建筑火災隱患及防火對策[J].消防科學與技術,2014,33(6):695-698.

[8] 田思龍,趙軍,劉國良.古建筑火災的成因分析與消防對策研究[J].物流工程與管理,2010(7):153-154.

[9] 王春艷,王曙光,李茹.安全系統工程理論在古建筑消防安全中的應用研究[J].安全,2013(8):62-64.

[10] WATTS J M.Criteria for fire risk ranking[J].Fire Safety Science,3rd Internal Symposium,1993:457-466.

[11] 劉天生.國內木構古建筑消防安全策略分析[D].上海:同濟大學,2006.

[12] 樊運曉,羅云.系統安全工程[M].北京:化學工業出版社,2009.

(責任編輯馬龍)

QuantitativeAnalysisofFireRisksofAncientBuildings

TIAN Shuicheng1， ZHANG Chengzhen1， REN Guoyou2

(1.CollegeofSafetyScienceandEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,ShanxiProvince710054,China; 2.DepartmentofSafetyEngineering,ChinaInstituteofIndustrialRelations,Beijing100048,China)

In order to accurately understand the risk of ancient building fires, an incident tree model is established on the basis of the statistics of 165 ancient building fires in China in the past 65 years and the analysis of the characteristics of ancient building fires. This model applies statistical, expert scoring methods to obtain the occurrence probability of basic events and calculate the basic event criticality coefficient. The relationship between the occurrence of ancient building fires and the season, the province is found with comparison. Therefore, fire prevention and control measures of ancient buildings shall include prevention of event causes, post-fire remediation, strengthening supervision and installing enough fire control system and top management priority shall be given to basic events with high criticality coefficient. The quantitative research of incident tree can provide more scientific and reasonable suggestions for the prevention of ancient building fires.

ancient building; fire accident characteristic analysis; incident tree model; criticality coefficient

2017-04-05

田水承(1964— )，男，山東淄博人，教授，博士生導師，主要從事安全應急管理研究； 張成鎮(1992— )，男，江西九江人，在讀碩士研究生； 任國友(1969— )，男，黑龍江大慶人，教授，主要從事應急管理、石油化工事故風險分析研究。

D631.6

A

1008-2077(2017)10-0062-04