常州市高層公共建筑火災風險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：隨著高層建筑數量劇增，帶來了大量的火災安全問題。此外，高層建筑的本身特性及施救的難度同樣給應急救援帶來了很大的難度。因此，研究高層公共建筑火災風險對防控災害發生顯得尤為重要。通過對常州市高層建筑現狀進行分析辨識，建立符合常州市的風險評估指標體系，采用AHP-DEMATEL組合賦權法確定各指標權重值，引入模糊綜合評價法對常州市高層公共建筑火災風險進行評估，并提出相應火災安全防控措施。

關鍵詞：高層建筑；風險評估；層次分析法；建筑物火災；模糊綜合評價法

據2017年中國公安部消防局通報的統計數據表明，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年期間全國共發生了高層公共建筑火災3萬多起，導致480余人遇難，高層建筑火災已逐漸成為主要的事故類型[1-3]。高層建筑火災致死率逐年遞增，占建筑火災死亡總人數的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營管理階段，都需要引起足夠的重視。因此，應對高層建筑開展火災風險評估，抓住高層建筑薄弱環節，尋求有效的風險管控和應急救援對策，為防控高層建筑火災提供有力保障。

1 我國高層公共建筑火災風險評估研究現狀

國內學者在高層建筑火災風險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、管理能力等指標出發構建評價體系，運用IOWA算子和向量夾角余弦來計算評價高層建筑火災安全風險。陳文濤[6]等采用危險分析、風險評價等科學方法，對超高層建筑火災的應急預案及其關鍵要素進行了全面深入分析。趙靖[7]等建立了基于消防物聯網和FRAME火災風險評估方法的高層建筑火災風險評估體系，對高層建筑物進行了火災風險評估。周小龍[8]也運用FRAME法展開過高層建筑消防安全風險分析。張安[9]運用層次分析法對新疆地區高層建筑火災風險進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]、機器學習[11]等新穎的研究方法，在高層建筑火災風險中也有學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風險評估主要是建立在AHP方法的基礎上，是通過構建符合高層建筑特征的評價指標和模型來進行火災風險評估的。目前針對于高層公共建筑火災風險評估領域，還很少有學者采用組合賦權的方式來確定各指標的權重。因此，針對目前我國高層公共建筑火災風險評估研究的現狀，采用組合賦權的方式進行風險評估為該領域提供了一種新的思路。

2 常州市高層建筑火災風險評估

2.1? 常州市高層公共建筑分布情況

根據GB50016—2014《建筑設計防火規范》[12]規定，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。本次研究區域為常州市新北區、天寧區、鐘樓區、武進區、金壇區，研究對象為研究區域內高層公共建筑。對研究區域內高層公共建筑數量進行了分析和處理。據常州市住建局數據統計，研究區域內共有高層公共建筑197棟，各區分布情況如圖1所示。

2.2? 評估指標體系構建

參考國內外學者們相關研究成果，遵循指標體系構建原則，構建了針對于該研究區域內高層公共建筑的火災風險評估指標體系（如圖2所示），該指標體系包含4個一級評估指標，12個二級評估指標。

2.3? 評估指標權重計算

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，是一種實用的多準則決策方法，屬于運籌學中的一個新分支。根據層次分析法計算程序可知，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CI/RI＜0.1時，判斷矩陣一致性符合要求；否則重新進行判斷計算。對常州市高層建筑火災風險因素進行分析和評價，并利用MATLAB數學模擬軟件計算得出層次分析法的權重（如表1所示）。

2.3.2? 決策與實驗室法

DEMATEL（Decision-making Trial and Evaluation Laboratory，決策實驗室法），是一種運用圖論和矩陣工具解釋問題的系統分析方法[14]。該方法通過數學邏輯運算及對比分析各個指標因素之間的關系，以此來確定各個要素的原因度與中心度，并在這基礎上構造模型，最終求出各因素指標的權重。其具體的計算步驟如下：

①邀請專家評分，獲得原始數據，計算得到直接影響矩陣Q。

②計算得到綜合影響矩陣T，公式為：，其中，E為單位矩陣。

③結合綜合影響矩陣T，計算得到各類指標值，包括影響度D、被影響度C、中心度D+C、原因度D-C。

④對矩陣數據進行歸一化處理，最終計算得到各指標的權重。

利用SPSSAU軟件進行DEMATEL分析，影響度、被影響度、中心度、原因度及各級指標的權重如表2所示。

2.3.3? 組合評估權重計算

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

將帶入下式，可得最優組合權重為

經數學計算可得組合權重如表3所示。

2.4? 模糊綜合評價法風險評估

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評價方法[16]。根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，其具體的計算步驟為：

①建立綜合評估集P；

②進行各指標因素模糊評價，確定評價矩陣R；

③建立模糊綜合評價模型B=WR，其中，“”為綜合評價模糊算子，結合常州市高層公共建筑的特點選取M（，+）運算。

2.4.1? 評估集的選取

采用設立分級標準的方式進行風險評估，將評估等級P劃分為5個等級，P={P1，P2，P3，P4，P5}={安全，較安全，一般安全，危險，重大危險}，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，邀請多個行業背景下專家對高層建筑各風險指標進行打分評估，根據專家的打分數據進行匯總分析處理，最終創建評估矩陣。如專家在對某項指標打分時，2人對該指標打分為安全，則該指標處于安全等級下的權重為0.2。

2.4.3? 模糊評價法計算

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安全現狀屬于較安全。

3 常州市高層公共建筑火災風險評估結果與分析

本文通過采用AHP-DEMATEL組合賦權的方法確定指標權重值，在此基礎上，引入模糊綜合評價法對常州市高層公共建筑火災風險進行評估。評估結果為較安全。通過組合賦權的方式能更有效地消除AHP法和DEMATEL法的單方面誤差，使得結果更加接近實際值。

由表3可知，安全管理B3和逃生能力B4在高層建筑火災風險評估中所占比重遠遠大于建筑滅火能力B1和建筑防火能力B2，其中逃生能力B4的風險最大。經分析和現場核查，主要是因為疏散標志B41和應急照明B42存在較多問題。而安全管理B3中消防演練B31和安全培訓B32也不到位，因此，應針對以上問題采取專項措施，確保專項措施落實到位。

由于高層公共建筑其本身具有復雜性，救援難度大且部分指標很難用數據表示，因此，在這一方面還需進一步深入研究。

4 常州市高層公共建筑火災防控對策

開展有效的消防培訓和人員疏散演習。結合本次評估結果，管理部門應該督促高層公共建筑使用方制定切實有效的責任體系，將責任落實到個人。根據本單位高層建筑的特有風險，開展相應的消防培訓，組織工作人員不定期開展疏散演習。

建立專門的消防檢查隊伍。針對安全疏散標志和應急照明系統進行重點檢查，對不符合要求的單位及時上報主管部門要求其整改。對高層建筑內配備的滅火器、疏散標志等必須物品，做到及時維護與保養。

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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