城市綜合體火災事件誘發因素研究

陳云國

摘要：城市綜合體的蓬勃建設在滿足城市多元化社會功能需求的同時，也對大型火災事件的防范和應急管理提出了新要求。運用系統工程理論，借助Matlab軟件，建立城市綜合體火災事件誘發因素的多層遞階解釋結構模型，厘清了各誘發因素間的層次關系。研究發現，城市綜合體安保人員的防火巡查不到位是火災發生的根源，日常消防演練不足是導致災時前期處置不當的主要原因，而交通擁堵與消防部署和應急資源配置失靈是延誤最佳救援時間的直接原因。根據模型結果，提出火災風險管理策略的四個層次，即制定并嚴格落實消防規劃、加強公眾自救互救意識、建立應急指揮響應機制、實現智慧消防等方面。

關鍵詞：城市綜合體；火災事件；誘發因素；解釋結構模型

中圖分類號：F293 文獻標識碼：B

文章編號：1001-9138-（2018）01-0071-79 收稿日期：2018-01-03

1 引言

城市及其中心城區的土地資源和容量的有限性與人口和產業增長的急劇性催生了集約型城市發展模式，并對城市物理空間規劃提出了新要求。城市綜合體是一定區域內集商業、辦公、酒店、餐飲、文娛、教育和交通等三種及三種以上業態、功能復合、運轉高效的建筑群，通常位于城市中心、商務核心區或主干道沿線的城郊結合區域；其開發模式包括CBD中心均衡模式和寫字樓、酒店、住宅、商業核心模式等五種，具有空間尺度大、復合功能配置、通道樹型交通體系、地標式建筑、高科技設施集成等典型特征。

建筑群落的立體化發展，為實現城市不同生活單元及其空間功能的有效利用提供了解決之道，成為城市建設的必然趨勢。近年來，大型城市綜合體建設呈現爆發式增長態勢。全國一二線城市爭相建設城市綜合體，其地標性特征成為多數城市致力于重點打造的名片。其中，多數城市綜合體為100米以上的超高層或超限高層建筑，大半數建筑面積超過30萬平方米。

然而，盡管城市綜合體的出現既能有效緩解城市資源限制問題，又能滿足城市的多元化社會功能需求。但是，綜合體多地處城市核心區域，建筑體量龐大、人群集聚，向火災事件的應急管理提出新要求。一方面，多類型火災易耦合。如酒店、車庫、交通等其中任何一類場所的火災，在功能空間相互聯結的城市綜合體內，易出現連鎖反應，導致單一火災類型在同一空間疊加放大而引發重大災難。另一方面，人員密集疏救難度大。城市綜合體內的餐飲、文娛等經營性場所人員聚集，一旦發生火災，大量人員集中逃生，但安全出入口和疏散通道等設施有限，有毒煙氣在走道、房間、樓層、管井、連廊等部位迅速流動，極易導致重大人員傷亡。城市綜合體及其周圍密集建筑物火災事故屢有發生，若其中單一建筑或特定空間發生火災，災情迅速蔓延至周圍建筑群，可能造成的人員傷亡與經濟損失慘重。

眾多重大乃至特大突發火災事件的發生引發學術界與實務界的深刻反思，本文將重點放在城市綜合體火災事件的誘發因素上，試圖挖掘相關因素，尋找因素間的關聯耦合與分級關系，并從根源上尋找火災事件發生的應對策略。

2 研究現狀

在城市火災原因研究方面，現有研究可分為宏觀與微觀兩方面。宏觀研究方面，研究者將火災與經濟發展和氣候變化相關聯。在社會經濟因素的影響研究中，國外學者認為火災的發生與社會經濟因素負有關（Jennings，1999；Holborn，2004），如火災發生率與收入存在強烈負相關關系（Gunther，1981），與年齡、民族、住房擁擠、失業率等因素相關及房屋結構、吸煙酗酒、單親、低教育水平有關（Duncanson，2002；Smith等，2008）。國內一些學者認為火災與區域環境及當地經濟發展密切相關，一些研究認為經濟越發達的區域，火災發生率越高（楊立中，2003；吳松榮，2006），另一些學者則認為經濟發展對火災態勢有改善（徐波和王振波，2011），同時，教育水平和火災率也存在正相關關系（彭青松，2006）。在氣候變化因素的影響中，國內外研究相似，認為火災發生次數與風速、氣溫正相關，隨著氣溫的上升，城市火災呈上升趨勢，而濕度、降水量等因素與火災強度負相關（Jonathan等，2011；崔鍔，1995）。微觀研究方面，多數研究者認為火災發生與電器設備使用密不可分，且電氣火災多發生在經濟發達、用電量大的地區，尤其是在天氣炎熱或寒冷時用電量激增時期，這也印證了宏觀研究中的部分致因。此外，還有一些學者在研究火災事件應急管理與消防員心理過程中，涉及火災誘因分析，認為城市的區域布局、消防力量及人員素質制約我國火災風險的發生（伍愛友等，2009）。

在城市綜合體火災原因相關研究方面，很少有學術論文專門予以討論，鑒于城市綜合體的構成多元，本文選取直接相關文獻進行回顧，包括研究城市高層建筑、城市住宅、城市管線、城市軌道交通等方面發生火災的成因及預防：高層建筑火災危險性主要表現在人員疏散困難、建設施工歷史欠賬問題較嚴重（張玉騰和戴武娟，2014）；住宅發生火災通常與人的不安全行為或物的不安全因素所致，如電器使用導致短路、電氣設備老化或煙頭等可燃物起火等（李慶功等，2009）；城市管線的火災（賀雷等，2015）；對于城市軌道交通火災的研究認為要重點關注乘客亂扔煙頭和電線短路問題（王艷輝等，2013）。在研究方法使用上，通常采取事件樹法、事故樹法、模糊綜合評價法、灰色關聯分析、層次分析法等評估火災風險或進行火災發生預測（景國勛和張悅，2009；楚志勇，2011；盧億，2011）。

總體而言，國內外對城市綜合體火災事件誘發因素的相關研究很少。本文將專門針對這一主題，從多維度解構火災事件，挖掘事件發生的根本性因素，幫助政策制定者防患于未然。

3 建立城市綜合體火災災害誘發因素的解釋結構模型

解釋結構模型（ISM，Interpretative Structural Modeling）方法是系統工程學中廣泛應用的一種分析方法，由Warfield教授于1973年為分析復雜社會系統問題而開發的。在使用時的具體步驟包括，首先借助經驗與前人研究成果尋找子系統要素并建立要素間的相互關系，然后使用矩陣變換求解要素間的鄰接矩陣和可達矩陣，借助計算機求解要素間的層次關系，識別具有表層、中層、深層影響的關鍵作用點（程聰慧，2015）。endprint

3.1火災事件誘因系統分析

根據突發事件生命周期理論，如圖1所示，火災事件的孕育-爆發-衰退-結束是從起火、閃燃到火勢擴大、黑煙噴出，繼而燃燒擴散到整幢甚至相鄰建筑物，引發次生災害最后到可燃物質燃燒殆盡、火勢衰退直至完全熄滅的全過程。本文將火災事件的誘發因素集作為系統S，將火災事件發生定義為系統的問題目標，那么，在事件發生的不同生命周期階段可能存在不同誘因。下將結合系統分析方法，通過對相關文獻全面回顧，具體闡述火災事件的誘因。

3.1.1 孕育期

火災災害的發生是多種因素耦合的結果，在孕育期，火災的誘因主要是指城市綜合體本身存在的火災危險源、消防安全設施不足與安全管理水平不足以及其他不穩定因素，具體而言：

一是城市綜合體火災危險源，可分為建筑物火災風險源和建筑施工火災風險源。由于城市綜合體平均建設周期約3年至8年或更長時間，建筑物施工過程中發生火災的幾率增加。在原因分析中，前者包括：①輸電配電線路故障或老化；②電氣設備故障；③違章使用超限大功率電器設備；④地下管線老化；⑤可燃裝飾材料過多等方面。后者包括：①可燃物堆積；②施工人員不安全施工作業，如不按規章操作設備，動火作業或明火使用不慎；③疲勞施工等方面。

二是城市綜合體消防安全設施不足。根據國家2015年5月1日實施《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）的有關規定，民用建筑的層數和面積需達到相對應的耐火等級要求，相鄰建筑物有防火間距，建筑物內部構造，如管道井、樓梯間、消防栓、給水管道等均須達到規定的設計標準。但在實際中，很多建筑物建設并未達到相應的要求，存在消火栓滅火系統布局不力、自動噴水滅火系統老化或維護不力、通風排煙管道堵塞、建筑阻燃材料使用不當等問題隱患。

三是城市綜合體安全管理水平不足。建筑物內物業或安保人員的安全管理素質，如員工防火巡查不到位甚至擅離職守、消防演練不足，對火災隱患觸發具有直接影響。

四是其他不穩定因素。①天然氣管道漏氣在外因作用下引發爆炸；②人為縱火；③雷擊、地震、臺風等自然災害引發；④燥熱氣候導致可燃物自燃等。

3.1.2 發展期

發展期是火災發生的初期階段，通常燃燒開始的5-20分鐘內，火勢易被控制。但是，火災未被及時察覺或即使察覺卻未被撲滅，就會導致火災在初期撲救不力而逐步擴散蔓延。該階段火災事件誘因主要與室內消火栓或者排煙系統失效有關，或因監控報警設備失靈而無法及時通知可能受災人群，以及民眾自救互救意識淡薄、災時群聚恐慌，均可能導致起火面積擴大至整個防火分區。

3.1.3 爆發期

爆發期是火災事件超過正常閾值并對周圍環境造成巨大災害的過程。在火勢迅速擴大過程中，大量熱煙氣流流動，引燃周圍可燃物品，繼而導致裝潢建筑材料燃燒掉落，建筑物內人員被濃煙火焰包裹。建筑物棟與棟間朝下風方向蔓延，層與層間朝管道樓梯向上蔓延。此時，火災主要需要依靠消防隊撲滅。該階段火災事件風險誘因可能與消防有關：①建筑物內工作人員驚慌失措或采取不當措施而延誤救火時機；②城市中心區交通擁堵阻礙消防隊抵達現場；③消防部署少或站點位置偏遠而責任面積大；④消防資源配置不足或滯后；⑤建筑物內受災民眾混亂逃竄而發生踩踏事件；⑥建筑物倒塌引發次生災害。

3.1.4 衰退期

衰退期火勢下降，是受災人員疏散與救援的主要階段，城市綜合體因人流量大且人員高度密集、可燃物多而為救援造成極大困難。該階段火災事件風險誘因包括：①應急預案實施不力；②現場指揮效率低下；③建筑物內疏散系統故障，如疏散通道、避難平臺、照明系統等出現故障；④消防、醫療、交通等多部門協同不力等。

3.1.5 消亡期

消亡期是火災事件結束，恢復性社會生產活動全面展開的階段。此過程中存在的風險誘因主要體現在建筑物重建過程中可能出現二次突發事件，受災人群心理疏導不到位等方面。

3.2繪制系統結構有向圖

前文闡述最終得到城市綜合體火災事件發生的34個誘發因素，如表1所示。

根據因素間的因果關系和包含關系，繪制系統結構有向圖，如圖2所示。

3.3鄰接矩陣和可達矩陣

定義有向圖中的鄰接矩陣為A，那么，A就是表達系統間相互關系最簡捷的形式。用公式可表示為A=[aij]

式中：

根據上文分析，得到鄰接矩陣A如圖3所示。

進一步通過Matlab軟件計算得到可達矩陣R，用以描述因素i是否可以達到因素j。因此，對n*n的矩陣A，加一單位矩陣I，計算其n次冪，得到可達矩陣，如圖4所示，本文n=34。

3.4級間分解

級劃分的目的是將系統各要素分為不同的級。對于每個要素Pi，將其可達要素組成的集合定義為可達集R（Pi），即可達矩陣中對應于Pi的行中所有元素為1的列所對應的要素組成。將到達Pi的要素組成的集合定義為Pi的前因集A（Pi）。如果用L0 ，L1，L2，...，Li表示從上到下的各級，那么Pi的前因集A（Pi）包括Pi本身、可到達的下級要素及與它同級的強鏈接要素。順次找出最高級及次高級等單元要素，直至S-L0-L1-L2-...-Lj-1=?時停止運算。此時，級間分解的結果記為S={L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7}，各級因素如表2所示。

3.5 結構矩陣和結構模型

使用級間分解的結果，畫出因素之間的關系，得到城市綜合體火災事件誘發因素的解釋結構模型如圖5所示。

4 城市綜合體火災災害誘發因素結構模型的解釋

圖5建立了具有七層的遞階結構模型，是火災事件的誘發因素集合結構。根據ISM理論，結合人-機-環境的系統可靠性理論，圖中的連接線揭示出這些誘因之間的層次關系。endprint

第一層是研究目標，第二層是影響火災事件發生的最直接因素，如違章使用電氣設備、明火使用不慎、人為縱火等均是火災發生的人為導火索，直接促成了火災事件產生。同時，處于施工狀態的綜合體內可燃物堆積或建筑阻燃材料使用不當，那么在其周圍出現火花時便可能直接引起燃燒直至不可控制。如果搜救過程中現場指揮效率低下，次生災害發生，那么突發火災事件便可能演化為重大火災事故。

第三層與第五層為間接的具體化因素。其中，第三層因素大多數是災后應急管理過程中出現的風險原因，應急管理處置不當會直接影響火勢蔓延。例如某市的一次火災事件，火災發生后由于施工企業為施工方便擅自放空消防水箱儲存用水，致使消防設施未能發揮作用，火勢迅速擴大。第四層因素多與受災民眾和施救阻力有關。一方面，火災發生后，現場民眾災時恐慌、員工驚慌失措等心理障礙因素導致民眾混亂逃竄，不利于應急救援行動展開。另一方面，城市綜合體因其體量大、人流量大等特點，導致火災態勢通常較為嚴重，對消防資源的供給要求更高，再加上綜合體地處城市擁擠區，交通不便易阻礙消防車、貽誤最佳施救時間。第五層因素相對于前兩層因素而言更為根本，火災發生后，如果監控報警設備失靈、排煙系統失靈，再加上民眾自救互救意識較弱，火災態勢就可能迅速蔓延。

最后兩層為根本性因素。城市綜合體內工作人員的防火巡查不到位是造成火災發生的最根本原因。作為建筑物的安保方，如果能將火災隱患得以排查解除，那么后續就不易發生火災事件。次一層中的氣候變化亦是造成火災的重要原因，一方面燥熱氣候引發可燃物自燃的概率很大，另一方面輸電配電線路、地下管線等在正常使用的老化之外，受氣候變化因素，尤其是雨雪冰凍天氣的影響很大。如果氣候變化導致輸電配電線路老化而未被發現，就會共同促成火災發生。加之日常消防演練不足，在面對火災突發事件時應急處置不當導致重大人員傷亡。

5 結論和建議

本文采取解釋結構模型對城市綜合體火災事件的誘發因素進行分析，厘清了因素間的邏輯關系，有利于政府和決策者有針對性的采取相應措施，杜絕或減少此類事件發生。根據文中的七層遞階模型，最底層的工作人員防火巡查不到位與此底層的消防演練不足、氣候變化及輸電配電線路故障是造成火災事件的根本誘因，對該層采取應對策略是“治本”；第二層是火災事件的觸發點，第三層到第五層是具體性因素，嚴防這些行為能夠幫助“治標”。具體措施可從以下四方面展開：

第一，制定并嚴格落實消防規劃。城市綜合體在建設施工上，應嚴格按照國家規定使用防火材料，設立消防通道、應急避難層等專用防火空間，并邀請專業人士分別制定符合地上和地下人群的疏散與避險策略。對于歷史較長的建筑，一定要排查火災隱患，加固防火裝置、配備消防設施，并同步加固水電網等城市生命線公共基礎設施。激勵綜合體內安全管理人員嚴格執行日常防火監督，全力杜絕火災隱患。

第二，加強公眾自救互救意識。一是針對綜合體內工作人員，定期舉行消防演習，培訓使用消防設備。二是加強市民消防培訓，可以在社區和城市綜合體周圍設置火災自救宣傳欄，并以有獎答題小活動形式吸引公眾提高防火意識；可以通過短信或微信推送消防常識。

第三，建立應急指揮響應機制。一是編制火災多發區域應急預案。應專門針對火災災害事故多發的區域編制應急預案，由多部門聯合發文，考慮可能發生的火災情況。二是建立多部門間協同作戰機制。消防指揮中心在接警后應與其他公共部門快速取得聯系，尤其是交通、醫療、供水供電相關部門，確保被處置綜合體周圍區域交通順暢，確保人員盡快就醫。三是優化設置消防站點數量與位置，可結合實際情況，在城市綜合體內建社微型消防站，配備消防設備與物資，并建立與附近消防部門聯防協作關系。一旦發生火災，微型消防站可抓住最佳救援時機應急響應。

第四，利用大數據信息管理技術實現智慧消防。應建立城市綜合體等消防安全重點單位在危險點和消防設備配置等方面的綜合數據庫，利用大數據、云計算等新一代信息技術，對火災事件提前感知、分析、研判，實現“智能”消防管理。突發火災事件時，應急決策者應結合自身管理經驗與計算機輔助數據，迅速規劃消防車救援、車流疏通、人流疏散等應急響應具體辦法，確保在最佳時點內實施火災救援。

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