常州市高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估及防控對策研究

吳潔 鞠偉軼 康青春 舒中俊 董希琳 邢志祥

摘要：隨著高層建筑數(shù)量劇增，帶來了大量的火災(zāi)安全問題。此外，高層建筑的本身特性及施救的難度同樣給應(yīng)急救援帶來了很大的難度。因此，研究高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)對防控災(zāi)害發(fā)生顯得尤為重要。通過對常州市高層建筑現(xiàn)狀進(jìn)行分析辨識，建立符合常州市的風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，采用AHP-DEMATEL組合賦權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重值，引入模糊綜合評價(jià)法對常州市高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，并提出相應(yīng)火災(zāi)安全防控措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；風(fēng)險(xiǎn)評估；層次分析法；建筑物火災(zāi)；模糊綜合評價(jià)法

據(jù)2017年中國公安部消防局通報(bào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，截至2017年我國共有高層建筑34.7萬棟、超高層6000多棟，總量躍居世界第一。2001—2021年期間全國共發(fā)生了高層公共建筑火災(zāi)3萬多起，導(dǎo)致480余人遇難，高層建筑火災(zāi)已逐漸成為主要的事故類型[1-3]。高層建筑火災(zāi)致死率逐年遞增，占建筑火災(zāi)死亡總?cè)藬?shù)的4/5，其安全問題迫在眉睫。無論是前期施工階段還是后期的運(yùn)營管理階段，都需要引起足夠的重視。因此，應(yīng)對高層建筑開展火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估，抓住高層建筑薄弱環(huán)節(jié)，尋求有效的風(fēng)險(xiǎn)管控和應(yīng)急救援對策，為防控高層建筑火災(zāi)提供有力保障。

1 我國高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究現(xiàn)狀

國內(nèi)學(xué)者在高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方面已開展了大量研究工作。王玲[4]和陳大偉[5]等均采用基于AHP-FCE的方法，從防火能力、滅火能力、安全疏散及施救能力、管理能力等指標(biāo)出發(fā)構(gòu)建評價(jià)體系，運(yùn)用IOWA算子和向量夾角余弦來計(jì)算評價(jià)高層建筑火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)。陳文濤[6]等采用危險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等科學(xué)方法，對超高層建筑火災(zāi)的應(yīng)急預(yù)案及其關(guān)鍵要素進(jìn)行了全面深入分析。趙靖[7]等建立了基于消防物聯(lián)網(wǎng)和FRAME火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估體系，對高層建筑物進(jìn)行了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。周小龍[8]也運(yùn)用FRAME法展開過高層建筑消防安全風(fēng)險(xiǎn)分析。張安[9]運(yùn)用層次分析法對新疆地區(qū)高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜合性分析和評估，并提出了消防安全管理措施。突變理論[10]、機(jī)器學(xué)習(xí)[11]等新穎的研究方法，在高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)中也有學(xué)者開展過一定程度的研究。總體來看，我國高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估主要是建立在AHP方法的基礎(chǔ)上，是通過構(gòu)建符合高層建筑特征的評價(jià)指標(biāo)和模型來進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的。目前針對于高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估領(lǐng)域，還很少有學(xué)者采用組合賦權(quán)的方式來確定各指標(biāo)的權(quán)重。因此，針對目前我國高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究的現(xiàn)狀，采用組合賦權(quán)的方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估為該領(lǐng)域提供了一種新的思路。

2 常州市高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

2.1? 常州市高層公共建筑分布情況

根據(jù)GB50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[12]規(guī)定，高層公共建筑是指建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的非單層廠房、倉庫和其他民用建筑。本次研究區(qū)域?yàn)槌Ｖ菔行卤眳^(qū)、天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、武進(jìn)區(qū)、金壇區(qū)，研究對象為研究區(qū)域內(nèi)高層公共建筑。對研究區(qū)域內(nèi)高層公共建筑數(shù)量進(jìn)行了分析和處理。據(jù)常州市住建局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)域內(nèi)共有高層公共建筑197棟，各區(qū)分布情況如圖1所示。

2.2? 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

參考國內(nèi)外學(xué)者們相關(guān)研究成果，遵循指標(biāo)體系構(gòu)建原則，構(gòu)建了針對于該研究區(qū)域內(nèi)高層公共建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系（如圖2所示），該指標(biāo)體系包含4個(gè)一級評估指標(biāo)，12個(gè)二級評估指標(biāo)。

2.3? 評估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

2.3.1? 層次分析法

層次分析法（AHP法）[13]由美國薩蒂（Thomas L.Saaty）教授提出，是一種實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法，屬于運(yùn)籌學(xué)中的一個(gè)新分支。根據(jù)層次分析法計(jì)算程序可知，若矩陣具有完全一致性，CI=0，越大，CI越大，矩陣的一致性就越差。當(dāng)CI/RI＜0.1時(shí)，判斷矩陣一致性符合要求；否則重新進(jìn)行判斷計(jì)算。對常州市高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析和評價(jià)，并利用MATLAB數(shù)學(xué)模擬軟件計(jì)算得出層次分析法的權(quán)重（如表1所示）。

2.3.2? 決策與實(shí)驗(yàn)室法

DEMATEL（Decision-making Trial and Evaluation Laboratory，決策實(shí)驗(yàn)室法），是一種運(yùn)用圖論和矩陣工具解釋問題的系統(tǒng)分析方法[14]。該方法通過數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算及對比分析各個(gè)指標(biāo)因素之間的關(guān)系，以此來確定各個(gè)要素的原因度與中心度，并在這基礎(chǔ)上構(gòu)造模型，最終求出各因素指標(biāo)的權(quán)重。其具體的計(jì)算步驟如下：

①邀請專家評分，獲得原始數(shù)據(jù)，計(jì)算得到直接影響矩陣Q。

②計(jì)算得到綜合影響矩陣T，公式為：，其中，E為單位矩陣。

③結(jié)合綜合影響矩陣T，計(jì)算得到各類指標(biāo)值，包括影響度D、被影響度C、中心度D+C、原因度D-C。

④對矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，最終計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重。

利用SPSSAU軟件進(jìn)行DEMATEL分析，影響度、被影響度、中心度、原因度及各級指標(biāo)的權(quán)重如表2所示。

2.3.3? 組合評估權(quán)重計(jì)算

假設(shè)AHP法權(quán)重向量為ω1，DEMATEL法權(quán)重向量為ω2。組合賦權(quán)法具體的公式[15]為：

將帶入下式，可得最優(yōu)組合權(quán)重為

經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算可得組合權(quán)重如表3所示。

2.4? 模糊綜合評價(jià)法風(fēng)險(xiǎn)評估

模糊綜合評價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價(jià)方法[16]。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評價(jià)，其具體的計(jì)算步驟為：

①建立綜合評估集P；

②進(jìn)行各指標(biāo)因素模糊評價(jià)，確定評價(jià)矩陣R；

③建立模糊綜合評價(jià)模型B=WR，其中，“”為綜合評價(jià)模糊算子，結(jié)合常州市高層公共建筑的特點(diǎn)選取M（，+）運(yùn)算。

2.4.1? 評估集的選取

采用設(shè)立分級標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，將評估等級P劃分為5個(gè)等級，P={P1，P2，P3，P4，P5}={安全，較安全，一般安全，危險(xiǎn)，重大危險(xiǎn)}，如表4所示。

2.4.2? 模糊評估矩陣建立

本文采用專家咨詢及打分的形式，邀請多個(gè)行業(yè)背景下專家對高層建筑各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行打分評估，根據(jù)專家的打分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析處理，最終創(chuàng)建評估矩陣。如專家在對某項(xiàng)指標(biāo)打分時(shí)，2人對該指標(biāo)打分為安全，則該指標(biāo)處于安全等級下的權(quán)重為0.2。

2.4.3? 模糊評價(jià)法計(jì)算

建筑滅火能力的綜合評估矩陣為：

建筑防火能力的綜合評估矩陣為：

安全管理的綜合評估矩陣為：

逃生能力的綜合評估矩陣為：

常州市高層公共建筑安全評價(jià)矩陣為：

因此，由最大隸屬度原則可知，常州市高層公共建筑總體火災(zāi)安全現(xiàn)狀屬于較安全。

3 常州市高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果與分析

本文通過采用AHP-DEMATEL組合賦權(quán)的方法確定指標(biāo)權(quán)重值，在此基礎(chǔ)上，引入模糊綜合評價(jià)法對常州市高層公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。評估結(jié)果為較安全。通過組合賦權(quán)的方式能更有效地消除AHP法和DEMATEL法的單方面誤差，使得結(jié)果更加接近實(shí)際值。

由表3可知，安全管理B3和逃生能力B4在高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估中所占比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于建筑滅火能力B1和建筑防火能力B2，其中逃生能力B4的風(fēng)險(xiǎn)最大。經(jīng)分析和現(xiàn)場核查，主要是因?yàn)槭枭?biāo)志B41和應(yīng)急照明B42存在較多問題。而安全管理B3中消防演練B31和安全培訓(xùn)B32也不到位，因此，應(yīng)針對以上問題采取專項(xiàng)措施，確保專項(xiàng)措施落實(shí)到位。

由于高層公共建筑其本身具有復(fù)雜性，救援難度大且部分指標(biāo)很難用數(shù)據(jù)表示，因此，在這一方面還需進(jìn)一步深入研究。

4 常州市高層公共建筑火災(zāi)防控對策

開展有效的消防培訓(xùn)和人員疏散演習(xí)。結(jié)合本次評估結(jié)果，管理部門應(yīng)該督促高層公共建筑使用方制定切實(shí)有效的責(zé)任體系，將責(zé)任落實(shí)到個(gè)人。根據(jù)本單位高層建筑的特有風(fēng)險(xiǎn)，開展相應(yīng)的消防培訓(xùn)，組織工作人員不定期開展疏散演習(xí)。

建立專門的消防檢查隊(duì)伍。針對安全疏散標(biāo)志和應(yīng)急照明系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)檢查，對不符合要求的單位及時(shí)上報(bào)主管部門要求其整改。對高層建筑內(nèi)配備的滅火器、疏散標(biāo)志等必須物品，做到及時(shí)維護(hù)與保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃文諾，周榮義，林金玉，等.2015-2019年全國火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)分析及對策[J].采礦技術(shù)，2021，21（3）：92-94.

[2]趙志全，戈福琴.1949-2019年中國高校惡性火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)分析[J].今日消防，2021，6（3）：89-91.

[3]何其澤.高層建筑電梯門狹縫的火災(zāi)煙氣蔓延機(jī)制研究[Z].上海：應(yīng)急管理部上海消防研究所，2019-9-19.

[4]王玲.基于IOWA和向量夾角余弦的建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2021，40（9）：1355-1359.

[5]陳昕，陳大偉.基于AHP-FCE方法的高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究[J].安全，2020，41（8）：25-30.

[6]陳文濤.超高層公共建筑火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案關(guān)鍵要素分析[J].安全，2020，41（11）：21-24.

[7]趙靖.基于消防物聯(lián)網(wǎng)的高層辦公樓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2021（9）：146-148.

[8]周小龍.基于FRAME法的高層建筑消防風(fēng)險(xiǎn)評估[J].福建建設(shè)科技，2019（4）：87-89.

[9]張安.基于高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估對加強(qiáng)高層建筑消防安全管理的思考[J].今日消防，2020，5（8）：94-97.

[10]曾夢.基于突變理論的高層民用建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估[D].重慶：重慶大學(xué)，2019.

[11]任中杰，李思成，王暉暉.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（11）：1471-1474.

[12]GB 50016—2014.建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[13]余婕，田世祥，王偉，等.基于AHP-Bayes的城鎮(zhèn)老舊小區(qū)動(dòng)態(tài)智能化火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估模型——以上海市M小區(qū)為例[J].安全與環(huán)境工程，2021，28（5）：10-17.

[14]車魯平，馮珂，周堯堯，等.基于DEMATEL-ANP的交通設(shè)施PPP項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)，2020，37（6）：152-157.

[15]李雪松，蔣宇，劉胥雯，等.基于改進(jìn)Critic-G1算法的發(fā)電商市場力綜合評價(jià)方法[J].中國電力，2021，54（11）：59-67.

[16]胡廣霞.基于AHP-FCE的高層住宅建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估[J].科技與創(chuàng)新，2017（9）：25-26.

Study on fire risk assessment and

prevention countermeasures for

high-rise public buildings in Changzhou

Wu Jie，Ju Weiyi，Kang Qingchun，Shu Zhongjun，Dong Xilin，Xing Zhixiang

（School of Safety Science and Engineering， Changzhou University，Jiangsu Changzhou 213164）

Abstract：With the number of high-rise buildings has increased dramatically， which has brought about a large number of fire safety problems. In addition， the characteristics of high-rise buildings themselves and the difficulty of rescue also bring great difficulties to emergency rescue. Therefore， it is especially important to study the fire risk of high-rise public buildings to prevent and control the occurrence of disasters. By analyzing and identifying the current situation of high-rise buildings in Changzhou City， establishing a risk assessment index system in accordance with Changzhou City， using the AHP-DEMATEL combination weighting method to determine the weight values of each index， introducing the fuzzy comprehensive evaluation method to assess the fire risk of high-rise public buildings in Changzhou City， and proposing corresponding fire safety prevention and control measures.

Keywords：high-rise building; risk assessment; hierarchical analysis method; building fire; fuzzy comprehensive evaluation method