基于火災風險的城市建筑群脆弱性研究

陳云國

摘要：城市建筑群是城市中若干相鄰建筑物構成的、在空間組織上緊密聯系的建筑總和，已經成為塑造城市空間的重要力量。密布的城市建筑群在優化城市功能、便利人們生活的同時，其潛在的災害和災難風險也決定了其脆弱性。以火災風險為主要考量，研究了城市建筑群脆弱性問題。通過將火災風險融入脆弱性基本理論，分析城市建筑群的火災脆弱性及其風險；并提出了構建面向火災風險防范的城市建筑群去脆弱性機制的基本思路和具體路徑。包括：減少城市建筑群致災因子、降低城市建筑群敏感性以及增加城市建筑群抵抗性。

關鍵詞：城市建筑群；脆弱性；火災風險

中圖分類號：F293 文獻標識碼：B

文章編號：1001-9138-（2018）03-0066-73 收稿日期：2018-01-16

1 引言

隨著社會經濟的發展、城市化水平的提高、城市人口的增長以及城市內經濟要素聯系的日漸緊密，城市內的建筑物數量和密度均在增加，使得城市建筑在空間上的分布越來越密集。因此，反映城市物質形態的建筑群已逐漸成為塑造城市空間的重要力量，是城市居民集中從事政治、經濟、社會活動和居住行為的主要空間載體（葉瑞克等，2017）。然而，密布的城市建筑群在優化城市功能、便利人們生活的同時，其潛在的災害和災難風險也給城市管理帶來諸多挑戰：一方面，城市建筑群是包括臺風和地震等自然災害的典型承載體；另一方面，相對于單體建筑，城市建筑群的火災風險急劇增加。由于建筑群人員密集、建筑物集中、資本集聚，建筑群火災通常具有火勢蔓延快、人員疏散難、救援難度高、次生災害多等特點，其一旦發生，既會在物理意義上發生與擴散，也會是一項社會性過程（Jennings，1999），對人民群眾及社會經濟發展所可能造成的巨大損失不容小覷。

鑒于此，承襲脆弱性研究已成為自然災害、全球變化、可持續發展等領域熱點問題的研究趨勢，近年來已有學者開始以城市建筑群為研究對象開展相應的研究，主題涉及城市建筑群在某個具體方面的脆弱性以及減災防災等問題。例如，齊文華等（2012）對建筑群在地震災害中的脆弱性和損失風險進行了分析；辜智慧等（2016）建立耦合自然脆弱性和社會脆弱性的綜合概念評估模型，對廣東省建筑群臺風綜合脆弱性進行了等級評估；逄文博和高銳（2017）提出城市公園綠地系統是城市建筑群防災減災的核心載體。然而，盡管火災風險是城市建筑群脆弱性的重要來源，但目前還未有學者開展基于火災風險的城市建筑群脆弱性研究。

雖然如此，學術界對城市火災風險本身的研究已經有較為全面的體系。國外的研究大都以美國、英國、加拿大、澳大利亞等發達國家為研究區域（Asgary et al.，2010；Corcoran et al.，2011；Gaither et al.，2011），首先聚焦城市火災類別劃分、火災影響因素、火災擴散等問題（Cova et al.，2005；Asgary et al.，2010）；在此基礎上，運用質性分析、半量化或量化研究等方法進行火災風險評估，例如，Magnusson et al.（1996）基于隨機過程對火災事件進行模擬，提出了可靠性理論與量化風險分析方法；Lin et al.（2015）建立數值模型，通過模擬一家紡織廠的火災案例，對城市火災產生原因與結果進行邏輯分析，并指出預防火災發生的控制措施。由于火災風險評估有利于客觀、準確地認識火災的危害度及其可能造成的損失，進而為火災防范、火災撲救等提供科學依據；因此國內的研究主要集中于城市火災風險評估，研究對象既有地下軌道交通、超高層建筑等特定類型建筑，也有化工生產企業等特定類型企業，采取的研究方法通常是系統聚類分析法（廖曙江，2006）、灰色關聯分析法（萬金保，2010）、層次分析法（李炎鋒等，2010）、模糊評價法（伍愛友，2004）、故障樹法（趙一姝，2012）等，并綜合運用地理信息系統技術、決策支持系統等計算機技術，得到防范或降低火災風險的有效措施。這些研究涉及的范圍比較寬泛，在針對特定的城市建筑群火災問題的研究上，僅有龐素琳等（2016）基于多主體協同治理的思維提出了城市密集建筑群火災風險管理方法和思路。

綜上，本文將以城市建筑群為研究對象，關注以火災風險為主要考量的城市建筑群脆弱性問題。和上述已有研究成果相比，通過將城市建筑群的火災風險與其脆弱性相關聯，既是對城市火災風險研究的聚焦和深化，也是對城市建筑群脆弱性研究的有效補充。具體地，本文將首先解析城市建筑群的結構特征；然后將火災風險融入脆弱性基本理論，分析城市建筑群的火災脆弱性及其風險；最后提出面向火災風險防范的城市建筑群去脆弱性機制，從而為防范城市建筑群火災風險提供啟示。

2 城市建筑群特征分析

隨著新型城鎮化建設進程的逐步加快，為實現城市不同生活單元及其空間功能的有效利用，我國城市在功能布局與空間布局上逐漸向優化和協調的方向發展，城市建筑群就是這種發展方向的產物。相對于微觀的單體建筑和宏觀的城市，城市建筑群是一個中觀概念，是單體建筑能否構成具有功能完備、空間協調的城市決定因素。據《中國大百科全書》的定義，城市建筑群是指城市中若干相鄰建筑物構成的、在空間組織上緊密聯系的建筑總和。因此，建筑群既包括若干互相關聯的建筑單體所組成的建筑群體，也包括一定區域內的分布在其周邊的環境。其具體特征表現在空間布局和功能布局兩個方面。

2.1 城市建筑群空間布局特征

空間組織的緊密聯系是若干單體建筑之所以成為城市建筑群的根本原因。從城市內各種類型建筑群的空間結構而言，不同類型城市建筑群在空間上的布局決定了城市景觀。通常而言，城市中心建筑群是“點”，干道建筑群是“線”，住宅建筑群是“面”，“點”“線”“面”互相結合、互相協調，共同產生整體的城市景觀效果。在城市建筑群的橫向空間布局上，首先，建筑群應該充分結合地形、利用地形、并同周圍的自然環境取得有機聯系；其次，建筑群的空間組織、色彩和體型應當美化城市景觀；最后，建筑群在群體空間形式上，要體現歷史文化傳統。在城市建筑群的縱向空間布局上，現代城市建筑群的建筑物高度都有躍升，集中了很多超高層和高層建筑，并且，為了改善地下交通環境、進行商業開發和市政工程建設，建筑物的地下空間都在不斷延伸。這相應地增加了結構、疏散等安全隱患。

2.2 城市建筑群功能布局特征

城市建筑群并不是多棟單體建筑物在物理空間的簡單集聚，而是具有功能的互補性和集聚性，共同構成相對獨立的具有完善功能的生活和工作單元。因此，城市建筑群在功能布局上有典型的“分工+集聚”相結合的特征。其商業空間形態往往呈現塊狀集聚，由若干棟購物中心等構成集購物、餐飲、娛樂、觀光等活動于一體的商業集合體，吸引了城市最多的人流和資源，其居住空間往往呈現連片集聚。房地產市場化發展與商品住宅的出現促使以社區為核心的居住空間表現為依區位、交通、環境等連片集聚。此外，城市建筑群室內空間功能多元化、復雜化，是多功能、復合型并相互作用的高度集約式復合空間，基本具備了現代城市的全部功能。最后，城市建筑群內部一般能實現公共資源共享。

3 基于火災風險的城市建筑群脆弱性構成

根據脆弱性的定義（Turner等，2003），脆弱性是系統暴露于災害、壓力、擾動下可能產生的傷害，包括暴露程度、敏感性和抗逆力。由此，城市建筑群脆弱性是指城市建筑群安全系統受火災風險致災因素所影響的可能性與敏感性，及建筑群受影響的抵抗力與抗逆力。

3.1暴露量

城市建筑群的暴露程度是指暴露在火災影響范圍內建筑群的數量和價值，如房屋、人口、道路、財產等。暴露程度越高，建筑群受火災威脅的概率越大，脆弱性越高。

由于現代建筑多使用鋼筋混凝土作為建筑材料，使用塑鋼板、PVC板等作為裝飾材料，前者在500℃高溫下15分鐘便失去支撐作用，后者易燃會加重建筑物火災荷載，導致整個建筑受災威脅非常大。同時，建筑物內工作人員數量多，建筑群內部或周邊的公眾密集，日均流量大，疏散困難，暴露度高。此外，火災發生往往伴隨著房屋、公共交通、供電供氣基礎設施等城市生命線工程被波及甚至破壞，導致受災范圍與規模擴大。

3.2敏感性

城市建筑群的敏感性由建筑群本身物理特性所決定接受一定強度打擊后受損的難易程度。典型城市災害隱患包括高強開發與高密集聚的城市中心區、防災基礎設施落后的棚戶區、高危產業集聚的工業園區等。

就城市中心區而言，由于目前城市內集居住、辦公、娛樂等多功能于一體的建筑群大量出現，建筑物之間樓間距縮小，公眾聚集，通道狹窄。一旦發生火災，火勢既可能在同一樓宇的不同樓層蔓延，又可能在不同樓宇之間蔓延，所可能造成的人員傷亡和經濟損失后果不堪設想。

就棚戶區而言，上文提到四種居住空間，別墅區、中高檔住宅和經濟適用住宅通常在居住功能、建筑質量上能滿足相關要求；而棚戶區是簡易房屋和棚廈房屋的集中區域，雖然在區位上屬于城市，但在土地權屬和管理環境方面仍保留原有的模式，通常用地混亂，建筑密度高、居住環境差、道路設施缺乏系統性。因而，居住建筑中棚戶區的敏感性很大。如2011年4月25日北京市大興區舊宮鎮一棟四層樓房的“三合一”建筑，渝云服裝加工廠因現場存放的電動三輪車電氣故障引發火災；無獨有偶，2017年11月18日北京發生的大興火災，受災的聚福園公寓地下一層，地上兩層，局部三層，是集生產經營、倉儲、住人等于一體的“三合一”“多合一”建筑，這些建筑質量達不到防火標準，在火災發生后釀成慘劇。

就工業園區而言，無論城市中心還是城市周邊的工業園區，其敏感性強度較大。如2010年7月16日，大連新港附近中石油輸油管道起火爆炸；2013年11月22日，青島黃島中石化輸油管道爆炸，造成大量人員傷亡。類似事件的發生從側面反映出工業園區敏感度大，高危作業所可能引發的火災隱患巨大。

3.3抗逆力

火災事件的發生與演化具有連鎖性，當城市內單一建筑物發生火災時，由于樓宇密集，災情可能迅速擴散并危及周圍其他建筑，引發更大范圍、更大波及面的火災災難。由于城市建筑群的受災對象集中，人口密集，造成火災事件應急響應困難。

一方面，公眾在事故發生時，應急反應能力較低，無法正確使用消防設備，加之其對建筑物的疏散通道不熟悉，火災事件可能演化為建筑物內發生人員擁擠踩踏的公共安全事件。

另一方面，由于應急響應過程中所涉及的應急主體掌握的信息不完全，不同人員或不同部門在消防救援時合作，易因應急指揮協同不暢，或者救援人員所掌握的信息有限，而無法在最佳救援時間完成營救。

4 基于火災風險的城市建筑群脆弱性形成機理與風險識別

災害（Disaster）是多種要素綜合作用的復雜局系統（史培軍，1999），該系統由孕災環境（Environment）、致災因子（Harzard）和承災體（System）綜合作用，D=E∩H∩S。相應的，本文所指稱的承災體為城市建筑群，而致災因子指火災及引發火災的各種因素，孕災環境是城市及其內部的生產生活。

4.1脆弱性形成機理

城市建筑群火災的致災過程可以看作是建筑群在火災擾動下引發脆弱性的過程。結合上文對建筑群結構特征與脆弱性的分析，得到基于火災風險的城市建筑群脆弱性形成機理。如圖1所示，當火災事件發生時，在事件與城市及城市建筑群屬性相耦合的情況下，基于暴露量、敏感性、抗逆力所構成的城市建筑群脆弱性凸顯。

4.2火災風險識別

根據系統理論，分別從“人”“機”“環”等三個維度及引發火災和應對火災中可能存在的風險進行識別，如圖2所示。

“人”方面的風險包括人為因素和管理因素。具體而言，人為因素包括人為縱火、施工作業不安全、違規操作設備、受災人群缺乏自救互救意識、應急響應不暢；管理因素包括消防演練不足、公眾防火培訓不足、消防法制不完善、消防安全管理不到位、消防力量配置失效等。

“機”方面的風險包括建筑物本身的物質因素和技術因素。從建筑物建設角度看，諸如內部裝修違規、耐火等級不達標、缺少防火分區、監控存在盲點等；從應急疏散角度看，疏散標注不明顯、自動滅火裝置失靈、自動報警裝置失靈、通風排煙管道堵塞、安全出口數量不足等，這些因素均可能導致火災事件發生或災害問題升級。

“環”方面的風險包括環境因素。既包括產生火災的自然原因，如雷電、干旱、地震等自然災害引發的火災次生災害，也包括易燃易爆物品、放射性物質等自燃所致。

5 基于火災風險防范的城市建筑群去脆弱性機制構建

城市建筑群的脆弱性來源于自然環境（environmental）、社會結構（social）、經濟結構（economic）、基礎設施建設環境（physical）等（UNISDR，2004），因此，減災對策可以區分為人與建筑物的結構性減災、基礎設施結構性抗災性、限制城市開發強度并分散人群降低城市環境受損程度的非結構性減災、建立災害保險等方面。參照程聰慧和郭俊華（2016）對城市安全系統去脆弱性的基本思路，由于城市人群密集等客觀因素無法改變，因此，在構建城市建筑群去脆弱性機制時將其劃分為避免致災因子、降低暴露量及增強抵抗性三個方面，如圖3所示，并分別予以闡述具體實施路徑。

5.1減少城市建筑群致災因子

一是增強城市建筑群安全性能。在建筑物內部的消防通道設置、防火分區、防火裝備設計等方面積極著力，尤其是對歷史較長的建筑，更應及時邀請專業人員加固防火設施，集中開展老舊高層公共建筑隱患排查整治等。

二是加強日常防火排查。建筑群內工作人員應加強日常監督管理工作，關注防火設備的日常維護，并時刻排除火災隱患，尤其是人流量較大的時間段內、氣候變化較大的季節，更要加大監管力度。

5.2 降低城市建筑群敏感性

一是嚴格消防行政審批。行政審批是源頭管控的重點，消防行政審批關系著社會面消防監督的難度和火災風險控制水平。因此，應當充分發揮消防行政審批從源頭上降低城市建筑群敏感性的作用，通過加強對高層建筑新建、改建、擴建工程的準入許可，集中開展老舊高層公共建筑隱患排查整治等行動，排除各類城市建筑群的潛在火災隱患。

二是加強低質量城市建筑群的升級改造。城市建筑群不僅包括以CBD為代表的現代建筑群，也有很多以集中連片棚戶區為代表的低質量建筑群。相對而言，后者的火災風險更大，是城市的主要火災隱患地區。因此，應當將低質量城市建筑群的升級改造作為城市建筑群去脆弱性的重要手段。對于暫時不具備改造條件的，應當通過有效的防火措施加強消防管理，例如加裝現代火災自動報警系統，盡量減少火災的蔓延和造成的生命財產損失。

5.3增強城市建筑群抵抗性

一是提高市民自身的自救常識。借助避難層進行火災疏散逃生，是超高層樓宇火災中被困人員自救的最佳途徑。

二是增強城市公共消防設施建設。全國大多數城市，甚至經濟相對發達的城市，都存在消防基礎建設滯后，消防通道、水源規劃及消火栓設置不足，消防站配置率偏低等問題。消防供水和消防車通道的建設也存在不少問題。如部分社區、街道消火栓數量未達標、消防車道被堵塞占用，生命通道被占用嚴重危害了公共安全。盡可能讓本轄區消防站點配置足夠的資源，以達到時間距離最短、增援調配范圍最小。

三是有效安排應急響應基礎物資。如果某一類資源特別短缺，應優先增配該資源；當某類資源已滿足需求的情況下，不應再增配該類資源，否則增加的為無效資源；在各類資源都已滿足需求的情況下，如有條件再增加資源，應優先配置到與多個危險源時間距離較短的站點，以提高資源的共享能力。

四是建立多主體協同應急指揮體系。應加強多主體、跨部門信息溝通與整合，在火災防控的實時聯動方面建立系統平臺，保證事件信息上傳下達的準確性，使消防、公安、交通、醫療、環保等多部門各司其職。

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