基于消防安全供需平衡的城市消防基礎設施評估

中國人民警察大學 張騫

通過城市區域火災風險評估，能夠科學、精準地掌握城市各區域火災風險的水平，為區域防火和滅火工作提供科學依據，為城市區域消防規劃提供技術支撐。目前區域火災風險評估主要研究方法是在構建一個火災風險評估指標體系的基礎上，由專家依據待評估區域實際情況對每個項目評分，從而確定待評估區域火災風險的等級。隨著GIS等現代技術手段的不斷發展，為區域火災風險評估和消防規劃的可視化分析展示提供了更為直觀和便捷的技術手段。

為分析獲得待評估城市最迫切加強消防基礎設施建設的區域，本文采用最低合理可行（簡稱“ALARP”）原則與區域火災風險相結合，即通過消防安全需求與供給的平衡，達到利用最低消防規劃投入實現區域消防有效安全的目標，構建多評價體系城市區域消防有效安全函數P=（S-R）×I。通過層次分析法和熵權法相結合的組合賦權方法確定評價指標權重，結合GIS中地理數據庫、空間分析、可視化技術，實現各評價體系內及體系評價結果之間的疊加融合分析展示，最后結合實例進行分析評價并給予消防基礎設施規劃建議，以期為區域火災風險評估和區域消防基礎設施規劃提供參考。

一、有效安全評估體系的建立

（一）有效安全綜合函數的建立

1.ALARP原則

最低合理可行 (As Low As Reasonably Practicable)原則在城市區域火災風險評估中應用的理念是：任何一個城市都具有火災風險屬性，且區域火災風險值與城市消防成本值成反比；當城市的火災風險越低時，繼續降低火災風險就變得越困難，城市消防成本隨之呈指數級增長。因此，可行的方案是將火災風險控制在一個合理的、可接受的范圍內，從而實現城市的消防成本與火災損失之間的平衡，達到城市消防有效安全的目的。

2.多評價指標體系的有效安全綜合函數

為了實現消防資源投入成本與消防安全之間的平衡，引入需求側、供給側等經濟學概念，提出消防安全供給、消防安全需求理念，力求通過區域消防基礎設施規劃實現消防安全的供需平衡。本文提出由多個子評價指標體系構成的有效安全綜合函數，如式（1）所示。

P=（S-R）×I （1）

其中，P表示城市消防基礎設 施 規 劃 (planning of urban fire control)評 估 結 果。 另外提出3個子評估體系。分別是：消防安全需求評估體系（Fire security requirements evaluation system，簡稱 R）、消防安全供給評估體系（Fire safety supply evaluation system，簡稱S）、火災風險慣性評估體系（Inertial assessment system of fire risk，簡稱I）。城市消防基礎設施規劃評估結果P是由R、S、I三個評估體系決定的，并且3個子評估體系的評估過程相互獨立。

通過量化評價方法得到R、S、I三個評價體系的區域評價結果，再通過S的區域評估結果減去R的區域評估結果得到區域消防安全供需差的評估結果。區域供給差是消防需求大于消防供給時，火災風險越大，該區域因消防規劃不足而產生的火災損失越大，越亟待加強消防安全規劃的投入。因此，本文通過區域供需差評估結果乘以I的區域評價結果得到P的區域評價結果。P評價值最小的部分為亟待加強消防基礎設施規劃投入的區域。消防規劃部門應按P值從小到大順序加強消防規劃直至區域P評價結果全為非負值。

（二）消防安全需求評估體系（R）

城市不同區域對消防安全需求是不均一的。為通過區域的消防安全需求評估得到一個二維的評估結果，提出城市區域消防安全需求評估體系，通過城市不同區域發生火災后的損失程度，反推消防安全需求程度。消防安全需求評估體系的構建采用五位一體思想，設為5個需求類型的子系統，即人員生命、財產保護、社會影響、環境影響、文化保護5個需求。通過研究區域發生火災后的損失程度，反推研究區域的消防安全需求程度。比如：學校、醫院、養老機構這些區域中存在老幼病殘人員，在火災發生時安全疏散的危險性更高。從生命需求角度分析，該區域需要更高水平的消防安全。因此，將學校、醫院、養老機構作為人員生命需求指標的三級指標。R體系具體數據指標如圖1所示。

圖1 城市區域消防安全需求評估體系（R）

（三）消防安全供給評估體系（S）

為了得到區域消防安全供給的空間評價結果，本文建立消防安全供給評估體系。該評估體系可以評估城市不同區域發生火災時得到該區域消防救援的止損程度，以及城市區域消防供給力量的強弱分布情況。該評估體系分為消防站、城市消防供水、城市交通安全供給3個消防供給子系統，具體指標如圖2所示。

圖2 城市區域消防安全供給評估體系（S）

（四）火災風險慣性評估體系（I）

為得到不同區域發生火災的危險性，提出火災風險慣性評估體系，通過對研究區域大量歷史火災數據進行等級劃分、空間分析。依據我國相關條例規定的火災等級標準，將該評估體系劃分為4個火災等級指標（如圖3所示），后續通過指標賦權、空間分析得到區域火災風險慣性評估結果。

圖3 城市區域火災風險的慣性評估體系（I）

二、量化評價方法

（一）權重確定

1.層次分析法

層次分析法(簡稱“AHP”)不是片面追求數學推理，而是將專家評估過程模式化，評估結果往往容易被人們采納，具有較強實用性。AHP定權重步驟如下：通過問題分層，建立一個多層次的遞階結構；建立對比較矩陣，用1到9及其倒數的標度法來量化每兩個元素的相對重要性；計算指標主觀權重w'i；檢驗、判斷矩陣的一致性是否合理。如果不合理，需要重新檢驗。

2.組合賦權結果

通過專家打分形式采用線性組合法得出評價體系子系統及其指標的權重。R、S、I三個評估體系權重結果如表1所示。

表1 R、S、I評估體系子系統及指標的權重

（二）緩沖區疊加分析

由Tobler地理學第一定律可知，一切事物與其周邊事物是相關聯的,并且地理位置越相近的事物間關聯性更強。所以本文引用GIS多緩沖區技術給三體系中指標的POI數據建立分級緩沖區。其中首層緩沖區設置密度值相對最高，隨緩沖區的拓展，密度值遞減。

疊加分析法是地理信息系統中挖掘空間深層信息的常用方法，是多個要素圖層在空間邏輯上的交、并、差運算。本文選用與多緩沖區匹配度最高的多邊形疊加法，它可以覆蓋多個多邊形圖層形成新的數據層，新圖層將原來的元素按多邊形疊加形成的新圖形劃分成更小的新元素，新元素囊括了所有被疊加圖層同地理位置的屬性。疊加分析不僅可以實現將各體系內指標密度值屬性匯總到評估結果圖層中，進行賦權疊加，得到各體系的評估結果，而且可以通過體系間評估值的空間運算，實現城市消防安全基礎設施規劃評估中有效安全函數的空間分析和可視化展示。

三、結論

本文改變了以往僅以區域火災風險作為區域加強消防基礎設施投入的分析依據，通過研究區域消防安全供需平衡結合區域火災慣性進行綜合分析獲得區域消防基礎設施的評價結果。通過平衡消防安全供給與需求，實現消防成本與安全的平衡。通過建立多個評估指標體系，結合體系指標的組合賦權及GIS緩沖區疊加融合分析展示技術，最終構建了城市消防基礎設施評估方法。該方法可以通過城市區域火災歷史數據、現有消防基礎設施數據、城市各機構POI數據分析獲取研究區域的消防基礎設施規劃水平，從而對區域消防規劃最迫切區域提出相應的消防基礎設施規劃建議。

通過實例應用檢驗，模型的評估結果相對客觀,具有一定的參考價值。此外，該模型有較強的可操作性和可視化水平，能夠為有關部門的區域火災風險評估和區域消防基礎設施規劃提供參考。