公共建筑消防風險預警研究

摘要：公共建筑人員密集，可燃物多，其消防安全問題備受矚目。因此，對公共建筑消防進行預警非常有必要。結合公共建筑的特點，從設計、設備設施、建材、管理以及環境5個方面，提取15項影響公共建筑消防安全的因素，并探究其安全風險變動趨勢。根據各因素之間的相互關系構建系統動力學模型，并利用組合賦權法求解各項參數。將模型進行仿真，根據結果判斷設計、設備設施、建材、管理以及環境5個子系統的重要性程度，根據仿真結果提出相應的應對策略。經過仿真研究發現，日常維護、應急預案、裝修可燃物等是敏感性因素，應對其采取相應措施加以控制，可為公共建筑消防安全預警提供一定的理論指導。

關鍵詞：公共建筑；消防安全；風險預警

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0110-04

公共建筑是指人們進行公共活動的建筑，主要包括行政辦公建筑、文教建筑、科研建筑、醫療建筑等，這類建筑人員密集、可燃物多，滅火難度大，其消防問題也備受矚目。

1 國內外研究現狀

國內外學者在對建筑消防領域進行研究時，是隨著科技進步而發展的。池永軍[1]分析了大型綜合體建筑中庭消防疏散的難點，通過將Pathfinder軟件導入BIM模型，模擬疏散情況。李欣[2]針對公共建筑滅火救援工作中的問題，提出建筑室內消防設施的有效運用方法。段雷等[3]分析了大型公共建筑在施工過程中的消防安全管理現狀，并總結建筑施工過程中保證消防安全的對策。張無敵等[4]通過DEMATEL-ISM方法，分析城市大型公共建筑火災風險因素的關鍵指標（影響度、被影響度等），構建風險因素的多級遞階模型。

公共建筑由于其復雜的使用功能、大量集中人員以及使用空間的動態性，更容易受到火災的影響。由于這些類型的建筑物數量眾多，而且人力有限，年度消防檢查無法確保消防守則的持續遵守。SalimNAA等[5]研究與消防安全管理相關的問題，并從操作者的角度提出可能的解決方案，以提高公共醫療設施的安全性。

2 系統動力學安全預警仿真模型

2.1" 公共建筑消防安全指標體系的構建

利用文獻分析法對公共建筑消防安全風險的影響因素進行識別，結合建筑消防安全的影響因素和公共建筑的特點進行提取，進而建立安全風險影響因素集合，并對兩種方法得到的影響因素進行一致性處理，構建完善的系統動力學評價指標體系，見表1。

2.2" 系統動力學風險流圖的建立

本文基于公共建筑消防安全風險預警評價體系中的15個影響因素結合系統動力學的方法，選取設計、設施設備、管理、建材、環境5個狀態變量來反映系統的安全狀態，以及該5個狀態變量的風險水平增加量作為速率變量，同時引入安全投入作為輔助變量來簡化方程，用以模擬行數系統的內部反饋因果關系，運用Vensim PLE軟件繪制了圖1，用以反饋公共建筑消防安全系統的內部機制。

3 指標權重確定及SD方程式建立

3.1" 基于組合賦權法的模型權重確定

組合賦權法是指結合兩種賦值方法，對影響因素的權重從主客觀兩個角度進行確定，主觀賦權法是根據人的主觀意識來判斷指標的關注度以此體現出指標權重，本文采用G1法。客觀賦權法是指影響因素的客觀屬性和信息，僅從數據的角度進行判斷權重，本文采用熵權法[6]。

3.1.1" G1法

G1法是一種主觀計算權重的方法，該方法是通過發放調查問卷的方式，由專家進行影響因素之間的兩兩對比分析。

首先，將收集到的影響因素集x1，x2，x3，…，xm發給專家，專家按照主觀判斷選出最重要的一個影響因素，然后依次選取次重要的影響因素，以“＞”表示序關系。

其次，對相鄰影響因素xk-1與xk之間的重要性進行比較確定序關系之后，專家將相鄰的影響因素xk-1與xk進行重要性比較，得到：

最后，如果相鄰指標xk-1與xk之間的重要性rk滿足關系式，其中其他指標權重計算可參考下式：

3.1.2" 熵權法

熵權法是一種客觀計算權重的方法，具體步驟為：

首先，獲取數據，建立初始矩陣。將公共建筑消防安全影響因素的識別情況發送給m位專家，邀請他們按照標準對n個影響因素進行打分，匯總專家的評價得到影響因素評價矩陣R=（rij）m×n。

其次，評價矩陣數據歸一化處理。為了消除不同專家由于認知的不同，在打分過程中可能存在的差異，需要對評價矩陣中的數據進行歸一化處理。

最后，求影響因素的信息熵，則第j個影響因素的熵值Hj為：

其中，，。且假設當fij=0時，fijlnfij=0。第j個影響因素的熵權ωj定義為：

3.1.3" 組合賦權法

組合賦權法就是在得到主觀賦權和客觀賦權的權重后，利用組合賦權法計算得到組合系數，即為求解最優化，以此得到最終組合權重。具體如下：

用α和β分別表示G1法和熵權法對公共建筑消防安全影響的重要程度，采用矩陣的思想對求G1法和熵權法的重要系數αi和βi，其中i=1，2，…，n，公式如下：

其中，vi為G1法得到的權重，wi為熵權法得到的權重。得到G1法和熵權法的重要程度系數后，就可以求各影響因素的組合權重Q，公式如下：

3.2" SD方程式的建立

據上述方法計算出公共建筑消防安全系統中各項指標權重，結合SD中的主要反饋回路建立SD模型方程式，并通過表函數、積分函數模擬。其中以“設備設施子系統風險變化量”的系統方程式編寫為例：

設備設施子系統風險變化量：F（x）=1/｛1+EXP[-（自動報警×0.25+滅火系統×0.283+設備防火措施×0.109+電氣線路×0.15+防排煙系統×0.208）]｝

4 SD模型仿真分析

4.1" 模型基本假設

采用VensimPLE軟件模擬仿真，在仿真過程中設置單位步長為0.25，仿真周期為6年，不同子系統對于公共建筑消防安全系統的作用效果有所差異，研究各個子系統影響因素對公共建筑消防安全水平的影響程度。本文利用VensimPLE軟件對模型進行模擬，得到公共建筑消防安全風險動態變化趨勢圖，見圖2，由圖可知公共建筑開始投入使用時其消防安全風險高達53%，如果不能及時對公共建筑影響因素進行檢查及修改提升，那么隨著使用的時間增加，有可能會發生消防安全事故。

在VensimPLE軟件中，將各個安全影響因素利用軟件“equations”功能賦值給各單一子系統。同時對系統內的影響因素單因素變動調節，找出影響公共建筑消防安全的敏感因素。

對每個子系統內部的影響因素進行單因素變動分析，控制其他因素不變，對某個因素進行上調，對某個子系統中的影響因素分別調整相同的數值，根據仿真結果判斷其對安全水平的影響程度，從而得出提升公共建筑消防安全的關鍵因素。通過分析可知日常維護、應急預案、裝修可燃物、人員培訓以及材料耐火性為敏感因素。

4.2" 公共建筑消防安全風險控制措施

4.2.1" 建材子系統風險控制

防火建材的使用情況，需要嚴格按照公共建筑功能分區的需要配備使用，通風管道需要外包防火板，軟連接采用硅鈦布等不燃材料。對于公共建筑，墻體與地面盡量選擇陶瓷、金屬等材料裝飾，杜絕使用聚氨酯泡沫材料包材。對于特殊區域需要進行強化，例如：電氣井需要用防火泥封堵。

4.2.2" 環境子系統風險控制

公共建筑內部可燃物的分類管理需要特別注意，涉及窗簾、地毯等，盡可能選取不易燃或者阻燃材料，另外，在不同類型的公共建筑中，其使用功能的不同，可能涉及紙質材料，化學易燃材料的存儲區域，需格外注意避免火源。

4.2.3" 管理子系統風險控制

在公共建筑的全壽命周期內，都需要嚴格按需配備滅火器、消火栓，并且定期對人員進行培訓，確保第一時間能夠發現起火點，并徹底消滅。為保障建筑內部消防設施能夠及時投入使用，需要對相關設施進行定期檢查，并且責任到人，根據建筑內部功能分區的變化，調整應急預案。

4.2.4" 設計子系統風險控制

在建筑設計初始，便需要考慮防火的需求，合理選擇建筑物的位置，以及對建筑內部合理分區，盡可能將火災風險性相同的建筑集中布置，以利于進行集中管理和控制。另外，建筑結構是防火的基礎，建筑的耐火等級需要匹配其使用性質和規模。

4.2.5" 設備設施子系統風險控制

消防報警系統可結合物聯網技術，及時與責任人同步信息，并且，確保主動滅火系統能夠第一時間正常工作，在火災發生30s內，能夠關閉空調系統，開啟排煙風機和送風閥，形成有序氣流。

5 結束語

分析總結得到了影響公共建筑消防安全的風險因素。分別為5個一級指標影響因素，15個二級指標因素。仿真模擬得到了主要風險因素對公共建筑消防安全的影響程度，采用敏感性分析法得出重要影響因素，并據此提出提高施工安全性的措施。

參考文獻

[1]池永軍.淺談大型綜合體公共建筑中庭消防疏散難點及其應用[J].工程建設與設計，2024（19）：55-57.

[2]李欣.公共建筑滅火救援中室內消防設施的運用研究[J].工程建設與設計，2024（6）：32-34.

[3]段雷，楊澤，王春瑞，等.公共建筑施工過程消防安全管理現狀及對策探析[J].建筑技術，2024，55（12）：1470-1472.

[4]張無敵，陳一洲，李琪，等.城市大型公共建筑火災風險因素影響程度及可能性分析[J].安全與環境學報，2021，21（4）：1434-1439.

[5]Salim N A A，Salleh N M，Jaafar M，et al.Fire Safety"Management in Public Health-care Buildings：Issues and

Possible Solutions[J].Journal of Facilities Management，2023，21（1）：69-83.

[6]胡杰，鮑帆.基于組合賦權-TOPSIS模型的機場運行效率評價[J].系統仿真學報，2023，35（12）：2570-2581.