磚木結構古建筑火災風險影響因子評估研究

李明海 楊一帆 常通

（西安建筑科技大學資源工程學院，陜西西安 710055）

0 引言

古建筑有很高的歷史文化價值，但是因為古代中國建筑多為木制結構和磚木結構，早已無法適應當前消防工作標準所規定的火災荷載?，F如今，隨著旅游業的發展，商鋪、餐廳、客棧等在古城內經營甚多，古建筑人流量大，布局相對密集，木質結構多，火災風險高［1-2］?；馂牟粌H給人類的生命財產安全帶來了威脅，并且由于古建筑的文化特殊性，在大火中文化遺產也將遭到損毀，因此有必要對古建筑火災風險進行評估。

近年來，一部分研究者在對古建筑的火災事故評價方面開展了研究。徐志勝等［3］在構建的古建筑火災事故風險評估指標體系中采用了火災風險指數法，并且通過層次分析的方式設定了評價指標權重，以實現對古建筑火災事故危險性的有效分析，最后通過實例應用說明了方法的可行性；馬礪等［4］依托熵權法修正AHP 法得出風險評價指標的評價權重，建立了模糊綜合評價模型，并進行實例研究，給出了改進的對策和建議；游溫嬌等［5］采用物元分析法從隱性和顯性的角度綜合考慮評估，搭建古建筑火災風險評價物元模型，同時將某座古城內古建筑作為實例分析，進一步證明了模型的合理性；劉晗等［6］提出一種基于集對分析的五元聯系數火災風險評價模型，將其進行實例應用以證明有效性，該模型將古建筑火災風險靜態性和動態性有效結合，實現了動態性認識系統風險的發展趨勢；張葭伊等［7］將熵權法和可拓學方法融合，構建新的火災風險等級評價模型，從而減少了人為的客觀性因子對評估模式可靠度與客觀性的干擾，達到了對古建筑火災事故危險分級的真實評估。古建筑火災風險大，火災風險因子間相互影響，但是目前的研究缺乏對火災風險因子間相互作用關系的分析，因此本文提出基于模糊集理論（Fuzzy Set Theory）-決策與實驗室分析法（Decision Making Trial and Evaluation Laboratory）-解釋結構模型（Interpretive Structural Modeling）的評價方法對古建筑火災風險進行分析。

首先通過模糊集理論對評價進行模糊化，克服DEMATEL不確定性下的決策，以排除DEMATEL的主觀偏差。其次，利用DEMATEL 對風險因子進行評價分析，得到古建筑各火災風險因子間的相互關系及各因子的因果屬性，確定系統中的關鍵風險因子。最后，利用ISM 對風險因子進行邏輯層級關系劃分，以便于得到更全面的古建筑火災風險評價結果。聯用模糊DEMAEL-ISM 的方法既能夠得到造成火災風險的關鍵影響因素又有利于逐級管控風險，以期為古建筑的安全維護提供指導，并為后續與古建筑消防安全相關的研究提供理論支撐。

1 古建筑火災風險因子識別

以風險理論為基礎，通過閱讀相關文獻［4，6-8］及征集專家意見，結合實地調研，并參考依據《文物建筑及其周邊區域火災風險評估方法》，從建筑風險、設施風險、環境風險、組織管理風險4 個維度對火災誘因進行識別，總結了導致古建筑火災的4 大類風險因素，包括25 個火災風險因子，形成了古建筑火災事故風險因子集。古建筑火災風險評價指標體系如圖1 所示。

圖1 古建筑火災風險評價指標體系

2 模糊DEMATEL-ISM 風險分析模型

模糊DEMATEL法是基于模糊集理論對DEMATEL 進行改進，通過模糊化克服DEMATEL 的主觀性從而提高復雜系統分析的準確性，再結合ISM 法對風險因子進行層級劃分。建立的模糊DEMATELISM 方法能夠研究各風險因子之間的邏輯關系，得到不同因子的影響度、被影響度、原因度和中心度，并由此確定因子間的相互關系，以及因子間的層級關系，以此更全面地討論不同因子間的關聯程度，并確定復雜系統中防控的關鍵點。模糊DEMATELISM 法流程見圖2。

圖2 模糊DEMATEL-ISM 法流程

模糊DEMATEL-ISM 法計算步驟：

（1）邀請專家對風險因子的相互影響關系進行語言評價。風險因子對火災事故的影響程度分為無影響、影響很小、影響小、影響大、影響很大，對火災風險評價指標體系中的每個因子分別進行行與列的評價，據此構建語言評價矩陣。

（2）將語言變量轉化為三角模糊數（表1），并通過期望值對其進行清晰化（式1），以此來確定直接影響矩陣。

表1 語言算子與三角模糊數轉換關系

語言變量對于無法準確度量的評價系統可以有效進行模糊評價，專家評判語言算子與三角模糊數的轉換關系見表1。

三角模糊數的期望見式（1）：

其中的取值受決策者對風險態度的影響。當0.5 ＜＜1 時，決策者偏樂觀；當=0.5 時，決策者保持中立；當0 ＜＜0.5 時，決策者偏悲觀。

直接影響矩陣為：

（3）對直接影響矩陣采用歸一化處理方法，得到每行（列）中的最大MAX（a，b），從而確定規范影響矩陣：

（4）對規范影響矩陣進行處理，得到綜合影響矩陣：

式中，I為單位矩陣。

（5）根據綜合影響矩陣得到各因子的影響度Di、被影響度Ci、中心度Mi與原因度Ri。

影響度Di表示該因子在系統中對其他因子的影響度：

被影響度Ci表示該因子在系統中受其他因子的影響度：

中心度Mi代表了該因子在整個系統中的重要性：

原因度Ri表示該因子相較于其他因子的因果屬性，公式如下：

（6）構建各影響因子的主被動關系圖和因子關聯圖。

（7）計算整體影響矩陣：

（8）確定可達矩陣：

（9）確定前因集Fi和可達集Ai：

如果滿足Ai=Bi，則將對應的xi提取出來作為系統中第一層級的影響因子，即將可達矩陣中的該行該列刪除，這樣得到新的矩陣后再進行動作的重復，最后確定指標體系中所有元素的邏輯層級關系。

3 古建筑火災風險因子測算分析

本文選取位于陜西省華陰市的西岳廟主殿——灝靈殿為研究對象，該建筑位于西岳廟古建筑群的中心位置，年代久遠，為西漢元光元年（公元前134年）建成，屬于我國重點文物保護單位。房屋為傳統的磚木結構，具有較大的火災荷載，且耐火等級比較低，同時由于年代久遠導致木材含水率較低，因此建筑的易燃性極高，有很大的火災風險，是消防改造的重點對象。

3.1 模糊DEMATEL-ISM 的模型構建

本研究邀請來自消防方面的教授、消防評估從業人員、消防隊人員和古建筑保護單位人員共10 位建筑火災方向的專家組成評價小組，使其對圖1 的25 個潛在風險因子的相互影響關系進行語言評價，得到了語言評價矩陣。根據表1 將語言變量轉化為三角模糊數，對專家的評分進行平均，然后再通過式（1）取三角模糊數的期望值（取=0.5），以確定直接影響矩陣。將直接影響矩陣經過式（2）—式（3）的處理得到綜合影響矩陣：

進而通過式（4）—式（7）計算得到各不同風險因子的影響度、被影響度、中心度、原因度，如表2 所示。

表2 各風險因子的影響度、被影響度、中心度及原因度

根據表2 繪制各火災風險因子的因子關聯圖，如圖3 所示。

圖3 火災風險因子關聯

表3 可達矩陣

對可達矩陣根據式（10）和式（11）進行處理，得到前因集和可達集，再根據式（12）得到A1、A2、A3、A5、A6、A8、A13、A14、A15、A22 為第一層級，將這些因素的行與列刪除得到新的可達集，重復操作可計算得到火災風險因子間的邏輯層次結構關系，見圖4。

3.2 結果分析

（1）原因度分析。根據圖3，位于0 軸上方的為原因因子，位于0 軸下方的為結果因子。原因因子是指其變化同時也能導致其他因子發生變化的因子，結果因子則是指能因其他因子發生變化而改變的因子。越靠近0軸的因子原因/結果度越弱，相反則越強。

圖3 表明A4、A5、A6、A7、A8、A10、A11、A16、A17、A18、A19、A20、A21、A24、A25 為原因因子，說明這些風險因子對系統內其他因子的影響度較大。A1、A2、A3、A9、A12、A13、A14、A15、A22、A23 為結果因子，說明這些因子容易受到其他因子的干擾。

其中疏散與撲救條件（A16）、電器設備隱患（A18）的原因度較高，容易影響其他因子，需要對其進行控制，切斷傳播路徑，防止其影響其他因子導致火災發生。耐火等級（A2）、火災荷載（A3）的結果度較高，為火災發生的主要原因。

（2）中心度分析。根據圖3，越靠近右側說明因子的中心度越強，中心度越強的因子在系統中所占的比重越重。疏散與撲救條件（A16）、易燃易爆危險品（A17）、電氣設備隱患（A18）、周邊環境（A20）、滅火應急預案和演練（A25）的中心度較高，中心度越高則該因子在系統中占的比重越大，屬于影響火災發生的關鍵因子，是需要防控的關鍵點，應予以重點關注。

（3）邏輯層次結構分析。圖4 表明構建的古建筑火災風險評價指標的邏輯層級共分為10 個層級，由上到下分別是導致此系統發生火災的表層原因和根本原因，為過渡關系。

圖4 古建筑火災風險評價指標的邏輯層次結構模型

防火間距（A1）、耐火等級（A2）、火災荷載（A3）、建筑參數（A5）、裝修材料燃燒性能（A6）、人員荷載（A8）、消防給水系統（A13）、防排煙系統（A14）、風速與風向（A15）、日常巡查與整治（A22）為第1 層級，這些因子為導致火災發生的表層原因，容易受其他因子的影響，也為事故的直接誘導原因。其中建筑參數（A5）、裝修材料燃燒性能（A6）、人員荷載（A8）為獨立因子，這是由于它們的原因度和中心度都較低。疏散與撲救條件（A16）屬于第10 層級，是導致事故發生的根本原因，電器設備隱患（A18）和安全責任制（A21)也同樣重要。疏散與撲救條件（A16）、易燃易爆危險品（A17）、電器設備隱患（A18）、安全責任制（A21)、滅火應急預案和演練（A25）的節點較多，在DEMATEL 法的中心度分析中結果也是如此，因此需要在系統中對這些因子予以更多關注。

綜上，疏散與撲救條件（A16）、易燃易爆危險品（A17）、電氣設備隱患（A18）、安全責任制（A21)、滅火應急預案和演練（A25）為古建筑火災的關鍵風險因子?；谝陨辖Y果，建議古建筑確保疏散與撲救條件，主要從救援場地的出入口及消防水源有無消防車道的配置，疏散口是否暢通，引導標識是否設置作為切入點，確保人員的撤離與撲救順利進行；管控易燃易爆危險品，建議可以考查易燃易爆危險品的數量、品類和燃燒特性，然后采取相應管控措施；對于電器設備隱患，建議評估是否有電力過載情形，防止亂拉電線，保證風險較大的用電有人員值守，降低危險發生的可能性；建議制定消防安全責任制，并保證其嚴格執行；建議制定消防緊急預案方案，并進行演練，以便應對突發事件，從而把風險減至最低。

4 結論

（1）以風險理論為基礎，通過閱讀相關文獻及專家意見征集，從建筑風險、設施風險、環境風險、組織管理風險4 個維度找出了影響火災的25 個潛在風險因子，構建出古建筑火災風險評價指標體系。

（2）說明火災風險中因子的因果屬性，得出疏散與撲救條件、電器設備隱患的原因度較高，易影響其他因子。耐火等級及火災荷載的結果度較高，為火災發生的主要原因，對其進行控制能有效預防火災發生。

（3）分析了因子間的相關關系，并構建其邏輯層次結構。將系統劃分為10 個層級，得出了導致火災事故發生的表層原因和根本原因。通過分析得到了疏散與撲救條件、易燃易爆危險品、電器設備隱患、周邊環境、安全責任制及滅火應急預案和演練為古建筑火災的關鍵風險因子。