城市地下綜合管廊火災成因分析及對策研究

蔡新立，陳志遠，章蓓蓓

(安徽建筑大學 經濟與管理學院，安徽 合肥 230601)

城市地下綜合管廊是將電力、通信、燃氣、給排水等市政管線集中于一個地下空間內，方便管線的管理、增設和延長管線的使用壽命。近十年以來，由于城鎮化進程的加快，多地城市內澇災害嚴重，各地政府越發重視城市市政基礎設施建設，陸續發布相關文件，鼓勵和引導城市地下綜合管廊建設向更高層次發展，以解決城市內澇災害，改善城市環境質量，提高土地的使用率，促進城市高質量發展。

隨著各城市地下綜合管廊逐漸投入運營，我國城市地下綜合管廊的工作重心將逐步從施工建設階段向運維管理階段轉變，因此，綜合管廊的運維安全問題及應對策略也受到政府和國內學者的關注。通過Citespace軟件,以城市地下綜合管廊為主題,對近五年的文獻進行可視化分析得到，人們現階段的研究重點主要是綜合管廊的PPP模式、BIM技術、風險管理和風險評價。然而，對于綜合管廊運維階段火災風險管理的研究很少，在城市發展過程中，綜合管廊是城市能源運輸的重要載體，一旦發生火災會對國家和社會造成重大的經濟損失和不良影響，對綜合管廊進行火災防控有利于綜合管廊的可持續發展。

為加強火災防控，應深入研究城市地下綜合管廊火災成因，通過查閱大量綜合管廊運維階段災害的文獻發現基本從以下四個層面進行研究：(1)人為因素層面。朱嘉[1]、李宏遠[2]在運維階段對城市綜合管廊火災安全風險影響因素進行分析時，發現人為損壞、誤操作等人為因素是引起管線、設備故障從而直接或者間接導致火災事故的原因。(2)設備因素層面。郭佳奇[3]通過對比以往城市地下綜合管廊災害事故的原因，發現管道開裂、管線老化等是導致安全事故發生的起因，針對綜合管廊火災產生原因提出針對性措施。(3)環境因素層面。陳文強[4]通過構建綜合管廊安全影響因素網絡，發現城市地下綜合管廊的核心安全風險因素是廊體結構破壞和廊體結構設計。(4)管理因素層面。王文和[5]、李芊[6]在梳理綜合管廊運維管理現狀時，發現運維管理過程中存在安全意識不到位、管理標準不統一等問題，并且安全文化薄弱、認知缺陷等是造成管廊火災發生的主要動因。

1 指標選取與數據收集

1.1 指標選取

國內外學者對于城市地下綜合管廊火災成因的因素選取各不相同，對于城市地下綜合管廊運維階段火災成因的研究也并不全面，一部分學者僅僅從人為因素和設備因素考慮綜合管廊火災風險，或者從人為、環境和管理的角度進行考慮分析綜合管廊火災成因，因此，在查閱大量關于城市地下綜合管廊火災風險文獻的基礎上，對相關領域的專家進行問卷調查和訪談，最終從人為因素、設備因素、環境因素、管理因素四個方面，選擇24個影響因素作為研究對象進行分析(表1)。

表1 城市地下綜合管廊運維階段火災影響因素指標體系

1.2 管廊火災事故形成機理

為了描述各影響因子之間的因果關系，將表1城市地下綜合管廊運維階段火災影響因素指標體系繪制成管廊火災影響因素因果關系圖，從系統要素之間的因果關系出發，建立因果鏈或因果回路，找到形成火災的因果關系(圖1)。圖1反映各因素之間的內在因果關系，有利于了解城市地下綜合管廊火災產生的原因。

圖1 城市地下綜合管廊影響因素因果關系圖

1.3 數據收集

1.3.1 問卷的設計發放

為得到各指標對其準則層的重要程度，數據收集采用問卷調查的方式。問卷的第一部分詳細介紹了本次研究對象、研究目的。第二部分是對城市地下綜合管廊火災成因的重要性進行打分，將影響因素分成人、機、環、管四個維度，并給予相應的賦分。采用五分量表法的形式，維度中各個指標對城市地下綜合管廊火災發生的影響程度1分為“最不重要”，2分為“不重要”，3分為“一般重要”，4分為“比較重要”，5分為“非常重要”，體現出每個指標在其維度中的重要程度。

為保證問卷收集數據的質量和客觀性，給長期從事城市地下綜合管廊的專業人員、相關建筑領域的從業人員、建筑相關專業的高校從業人員等，發放了280份問卷，回收了273份問卷，此次問卷有效份額269份，有效率達98%。其中35%來自于長期從事城市地下綜合管廊的專業人員，40%來自于相關建筑領域的從業人員，25%來自于建筑相關專業的高校從業人員。

1.3.2 問卷的質量分析

問卷數據需要進行信效度檢驗方可進行使用，信度檢驗可以驗證問卷數據的穩定性和可靠性，而效度檢驗是驗證數據的正確程度。本次問卷信度檢驗采用克倫巴赫α信度系數(Cronbach's Alpha數)：當α≥0.7時，表明數據信度較高；當0.35<α<0.7時，表明問卷數據信度適中；當α≤0.35時，問卷數據信度較低。本次問卷效度分析用KMO和Bartlett檢驗：當KMO≥0.9時，表明數據效度最優；當0.6≤KMO<0.8時，數據效度處于中等水平；當0.5≤KMO<0.6數據效度比較低。在進行層次分析和熵值計算前，運用SPSS軟件對數據信度和效度檢驗進行驗證。本次問卷數據信度α=0.961>0.7，說明問卷數據具有較高的信度。問卷數據效度KMO=0.957>0.9，Sig=0，說明問卷數據具有比較高的效度。

2 模型構建

運用AHP法和熵值法，求得各影響因素的主觀權重和客觀權重，通過兩者之間組合權重計算將主觀與客觀相結合，求得各因素的最終權重，根據其權重大小進行排序，最終識別影響綜合管廊火災的關鍵因素。模型構建思路如圖2。

圖2 模型構建思路

2.1 AHP層次分析法權重計算方法

AHP層次分析法通過對研究問題的相關因素進行不同層次的分解，從而形成層次結構，將專家的主觀權重進行量化，最終獲得各個指標的權重。

檢驗步驟如下：

(1)計算一致性指標CI：

(1)

CI值越小，表明判斷矩陣具有較好的一致性。若CI=0，表明矩陣具有完全一致性，若CI≠0，則需要隨機一致性指標CR輔助檢驗。

(2)指標CR公式如下：

(2)

2.2 熵值法權重計算方法

熵值法是一種通過各指標熵值的大小所提供的信息量，對指標權重進行綜合評價的客觀賦權方法。具體計算步驟如下：

(1)根據熵原理，確定指標i的熵值ei，

(3)

(2)計算指標i的熵權Wi，

(4)

2.3 組合權重的計算方法

AHP層次分析法和熵值法求得權重具有一定的局限性，其結果可能會導致影響因素的重要性發生偏差，而組合權重是將AHP法與熵值法計算得出的權重相結合，使指標權重更加合理，既避免主觀因素過重，又保證了指標的重要程度。是判斷各因素重要性的依據。將最后的組合權重設為W，AHP法確定的指標權重為Wa，熵值法確定的指標權重為Ws，建立三者的線性組合，α為主觀偏好系數權重占組合權重比例，線性組合為：

(5)

以主觀權重、客觀權重與組合權重兩者偏差平方和最小為目的建立函數

(6)

聯立兩個公式，得出解α=0.5，將此值代入組合權重公式得出

(7)

3 模型計算及結論

3.1 AHP權重計算

根據表1構建的城市地下綜合管廊火災影響因素體系，將該體系的總目標層用A表示，4個準則層用B1-B4表示，24個二級指標層分別用C1-C24表示。將經過信效度檢驗的數據根據AHP的計算步驟運用軟件得出主觀權重結果(表2)。

表2 準則層主觀權重表

本模型中n=4，λ=4.128，查表可知RI=0.89，而CI =0.043由此可得，CR=0.048<0.1符合一致性要求。

同理可得其他各項指標層的權重W(表3)。

表3 指標層主觀權重表

本模型中n=6，λ=6，查表可知RI=1.26，而CI=0，通過一致性檢驗。

3.2 熵值計算

首先運用軟件對數據進行歸一化處理，其次對數據進行熵值計算，結果如表4。

表4 火災因素熵值權重表

3.3 組合權重計算

根據前文求得AHP權重和熵值法權重，將其帶入公式求得最終權重如表5。

表5 火災因素綜合權重表

3.4 結論與分析

3.4.1 準則層縱向比較

管理因素排名第一，其次是設備因素、人為因素、環境因素，通過權重表發現管理因素、設備因素、環境因素的權重都超過了0.26，說明城市地下綜合管廊的火災防范中要加強對管廊的管理和設備以及人為因素的管控。對指標層進行縱向比較，排名前五位分別是通風設備故障、消防安全監督力度、內部消防安全教育培訓、各部門協調機制、消防安全管理制度的制定。從總排序可以看出，除了通風故障屬于設備因素之外，其他四個全部都屬于管理因素，綜合管廊運維階段經常出現維護薄弱、管理落后的現象，會造成管廊安全隱患。因此，需要建立廊內安全管理制度：(1)建立安全獎懲制度，對日常工作中嚴格遵守安全制度的工作人員給予獎勵，違反規定的操作人員需要重新進行安全文明培訓，培訓合格后再重新工作；(2)建立事故響應機制，聯合入廊各專業管線單位，建立事故應急小組，以便于在出現安全事故時，做到第一時間到場、快速處理。

3.4.2 指標層面橫向比較

人為因素中非專業人員的惡意破壞C1、維護人員的工作失誤C2、認知缺陷C6位居前三，其中非專業人員的惡意破壞C1排名最靠前，這表明要加強對管廊的安全性以及封閉性的管理，防止其他人員隨意出入，同時，為了滿足地下管廊各管線的日常運行和監管、提高各部門的協調能力，建立以BIM為平臺的綜合管廊運維管理系統，將原有的監控系統連接到BIM平臺中，對管廊的結構和設備信息實現可視化管理，能夠提高管廊管理人員工作的效率和質量。

設備因素中，通風設備故障C9、管道設施故障C8、消防設施故障C11排名前三，其中通風設施故障C9排名第一，綜合管廊內的通風系統故障會導致管廊內通風不暢，有害氣體排出慢，積壓、熱量無法及時散發出去；并且，出現火災無法及時排放煙霧，增加救援難度。加強通風設備管理，為外部救災提供基本環境，保障救災順利進行。同時，能夠提高管廊運行安全、避免火災發生。地下綜合管廊是個封閉空間，通風設施能使管廊內的溫度降低，保證管廊內的溫度處于可控狀態。所以，加強通風設備的管理，能保障管廊內的空氣流通，改善管廊的運行環境，降低火災隱患。

在環境因素中排名靠前的是管廊結構的內部設計C15、管廊內溫度過高和濕度過大C13、生物入侵C18，其中管廊結構的內部設計C15與其它幾個指標相比更加重要，管廊結構的內部設計影響管廊內管線的放置、管廊溫度和濕度的控制，管廊內部設計不合理會提高火災風險，需要在前期決策階段對管廊內部設計進行充分論證，以降低運營階段火災風險。

在管理因素中，通過橫向比較得出前三分別是消防安全監督力度C20、內部消防安全教育培訓C24、各部門之間的協調C22，其中消防安全監督力度C20最為重要。管理因素中6個影響因素都排在前十名之內，因此，在管廊運營階段，要提高對管廊的管理能力，綜合管廊運營管理單位要定期對管理人員進行安全教育培訓與應急演練，通過教育培訓，使管理人員學習綜合管廊運維工作中重要的安全注意事項，避免安全事故發生，提高管理人員的安全意識；組織員工開展滅火應急預案安全演練，熟悉突發安全事故應急流程，能夠更好地應對安全風險事故，提升各級運維人員處理突發火險事故的應對能力。通過對演練結果進行評估，可以及時發現安全管理措施中的不足之處，以此修正和完善應急管理措施，是預防火災的重要保證。

4 結語

城市地下綜合管廊是未來城市發展的重要保證，運營階段的火災防范至關重要，基于火災防控的角度，運用模型綜合分析地下綜合管廊火災的潛在影響因素，確定通風設施故障等是引起火災的關鍵因素，提出管廊防火管理的相關措施，以保障綜合管廊的運維安全，促進管廊的持續發展。