基于復雜網絡的高層建筑火災災害鏈分析

摘要：高層建筑一旦發生火災，具有火勢蔓延速度快、撲救難度大、安全疏散及逃生自救困難等特點，這些因素共同提升了其火災風險等級。基于復雜網絡理論，對火災的致災概率、損失程度、脆弱性展開研究，剖析了火災發生后災害鏈的演化機制，并通過具體案例進行驗證，旨在為消防安全風險防控和應急響應提供科學指導，進而提升風險防控的整體效能。

關鍵詞：復雜網絡；風險評估；高層建筑火災；災害鏈分析

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）09-0004-03

高層建筑火災因其獨特的燃燒條件、火勢迅速蔓延的特性以及疏散救援的復雜性，給城市的安全管理帶來了嚴峻的挑戰。深入研究高層建筑火災，對防范化解高層建筑火災風險、保障人民群眾生命和財產安全、維護城市安全穩定運行具有重要意義。目前，國內高層建筑火災研究集中在火災應急疏散[1-3]、建筑火災演化過程[4-6]、火災風險評估[7-9]等，其中風險評估主要采用的方法有層次分析法、事件樹法、熵權法、貝葉斯網絡動態風險分析等，對于建筑火災災害鏈分析較少。《公共安全 城市安全風險評估》標準提出風險源分析應包含初始事件與次生衍生事件，形成完整的事件鏈。本文基于復雜網絡，結合實際案例，對高層建筑火災災害鏈展開分析。

1 高層建筑火災災害演化分析

1.1" 國內外高層建筑火災事故數據

通過新聞媒體、搜索引擎、官方事故數據報告等渠道收集近10年國內外高層建筑火災事件95起，事件數據包含災害的發生時間、地點、影響范圍、事故后果。表1為部分國內外高層建筑火災事件數據。

通過文獻梳理、專家評價、事件樹分析等方法，確認高層建筑火災的次生衍生災害事件，構建事件集，見表2。

1.2" 高層建筑火災網絡模型構建

近年來，隨著大數據、人工智能等技術的快速發展，復雜網絡的研究已經滲透到物理學、生物學、社會學、經濟學等多個學科領域，成為連接不同學科的重要橋梁。高層建筑火災災害鏈可以看作是一個復雜的網絡模型，災害鏈中事件為網絡中的“節點”，事件的因果關系為連接事件的“邊”。本文依據事件集，構建復雜網絡拓撲結構圖，見圖1，分析高層建筑火災災害鏈的演化機理。

2 高層建筑火災風險評估

基于災害鏈的形成機理和系統工程角度，選擇致災概率、損失和脆弱性三個因子來進行高層建筑火災災害鏈風險評價[15]。其中，致災概率指的是某一事件觸發另一事件的可能性，損失代表災害鏈中節點所承受的損害，而脆弱性則衡量了一個事件在觸發另一事件時，對網絡中其他事件影響程度的大小，即高層建筑火災災害鏈中事件a觸發事件b的風險評估模型如式（1）：

式中：Rab——災害事件a觸發災害事件b的風險；

Pab——災害事件a觸發災害事件b的概率；

Lb——災害事件b所承受的傷害；

Vab——災害網絡中ab邊的脆弱性。

2.1" 致災概率分析

災害事件a觸發災害事件b的可能性可通過共現率來衡量，共現率定義為兩事件同時發生的頻率，并采用Jaccard指數評價法進行計算，如式（2）：

式中：Jab——事件a觸發事件b的概率，且0≤Jab≤1；

Ca、Cb——事件a、b分別出現的頻次；

Cab——事件a、b共現頻次。

2.2" 損失分析

本文構造的高層建筑火災及其次生衍生事件鏈是一個無權有向的災害網，網絡中的節點為災害鏈中的某一災害事件，網絡中的邊為兩事件之間的演化關系。某一事件的損失程度依據節點的度來評估，如式（3）。節點的度，定義為其出度與入度之和，度數越高，意味著該事件的損失程度越大。

式中：L——災害鏈中事件b的損失程度；

Kb——事件b在復雜網絡中所代表的節點的度。

2.3" 脆弱性分析

依據復雜網絡理論，初始節點X1代表的火災事件為高層建筑火災災害鏈中的源發災害，其余節點為次生衍生災害。分析復雜網絡的脆弱性，找到脆弱度較高的邊，有助于提高事故應對效率，提前部署斷鏈減災工作。邊的脆弱度計算公式如式（4）：

式中：Vi——邊i的脆弱度；

Bi——邊i在復雜網絡中介數；

Li、Hi——分別為復雜網絡去除邊i后的平均路徑長度和連通度。

2.4" 災害鏈風險分析

高層建筑火災網絡中，某一條災害鏈風險值為該演化路徑上所有節點的風險值之和，如式（5）：

式中：a——高層建筑火災災害鏈中的源發事件火災，且Pa=1，Va=max（Vmn）。

3 案例仿真

2024年2月23日4時，南京雨花臺區某小區6棟發生火災，該事件造成15人死亡，44人受傷[10]。本文選取該事故作為案例進行仿真分析，以驗證高層建筑火災風險評估模型的有效性。

3.1" 邊的風險值計算

根據公式（1）至（4）并結合專家打分法求出南京雨花臺區明尚西苑火災災害鏈邊的風險值，見表3。根據計算結果，風險值較高的前5條邊依次為：火災→濃煙毒氣，火災→人員恐慌，濃煙毒氣→人員恐慌，濃煙毒氣→環境污染，人員傷亡→負面輿論影響。針對上述高風險值的邊，應預先采取有效應對措施，阻斷火災演化路徑，減緩火勢蔓延速度并減輕其潛在后果，如設置加強防火分隔、使用低煙無毒材料、設置自動噴淋裝置和排煙系統、加強火災宣傳教育和應急演練、為居民提供必要的個人防護裝備等。

3.2" 災害鏈風險值計算

根據式（5），求得高層建筑火災復雜網絡中所有災害鏈風險值，其中風險值最高的前3條演化路徑為

X1→X5→X6→X7→X8→X9→X11，X1→X5→X6→X7→X9→

X11和X1→X2→X3→X5→X6→X7→X8→X9→X11，數值分別為84.55、83.30和80.48。這3條演化路徑都包含了X5→X6→X7和X9→X11災害短鏈，意味著“濃煙毒氣→人員恐慌→擁擠踩踏”和“人員傷亡→負面輿論影響”后果影響較大。根據雨花臺區“2·23”火災事故新聞發布會顯示，42名輕傷患者大多因火災現場吸入濃煙引起吸入性損傷。

4 結束語

本文通過收集近10年國內外95起高層建筑火災事件，構建了高層建筑火災災害事件集，明確了12例典型火災次生衍生災害事件。利用復雜網絡模型，模擬高層建筑火災災害鏈的演化機理，并選取致災概率、損失和脆弱性三個因子，構建了高層建筑火災災害鏈的風險評估模型。通過南京雨花臺區明尚西苑火災的實際案例進行仿真分析，驗證了該風險評估模型的有效性和實用性。案例分析結果顯示，“濃煙毒氣→人員恐慌→擁擠踩踏”和“人員傷亡→負面輿論影響”這兩條災害短鏈具有顯著高風險值，對災害鏈的演化產生重要影響。消防安全管理者在編制應急預案和實施救援時可針對這兩條災害短鏈特別關注并優先應對，通過采取有效措施，如加強排煙系統建設、提供個人防護裝備、輿情監測、開展火災安全教育和應急演練等，來降低火災事件可能帶來的負面影響。本文的研究成果為高層建筑火災風險管理和應急響應提供了參考，有助于降低高層建筑火災風險，提升城市安全管理水平。

參考文獻

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