古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量分析

田水承，張成鎮(zhèn)，任國友

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中國勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院 安全工程系，北京 100048)

古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量分析

田水承1，張成鎮(zhèn)1，任國友2

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中國勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院 安全工程系，北京 100048)

為精確了解古建筑火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)情況，通過統(tǒng)計(jì)我國近65年來的165例古建筑火災(zāi)案例，分析古建筑火災(zāi)的事故特征，在此基礎(chǔ)上，建立事故樹模型。采用統(tǒng)計(jì)、專家評(píng)分的方法獲取基本事件的發(fā)生概率，然后計(jì)算出基本事件的臨界重要度系數(shù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)古建筑火災(zāi)的發(fā)生與季節(jié)、省份存在關(guān)系，古建筑火災(zāi)的防治應(yīng)該從原因事件的預(yù)防、火災(zāi)發(fā)生后的撲救、加強(qiáng)監(jiān)管及消防投入等方面著手，對(duì)于臨界重要度系數(shù)大的基本事件應(yīng)該著重管理。事故樹定量研究可以為古建筑火災(zāi)的防治提供更加科學(xué)合理的建議。

古建筑；火災(zāi)事故特征分析；事故樹模型；臨界重要度系數(shù)

0 引言

古建筑是人類重要的物質(zhì)遺產(chǎn)，具有重要的歷史考古、美學(xué)藝術(shù)、科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及精神等方面的價(jià)值，一旦被燒毀就不可再生。2014年1月11日被譽(yù)為“月光之城”的香格里拉獨(dú)克宗古城發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致246戶受災(zāi)，343棟古建筑被毀[1]，近幾年古建筑火災(zāi)發(fā)生頻率的突然升高給古建筑的保護(hù)敲響了警鐘。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的研究主要有以下幾種方法：劉希臣[2]、戴超[3]等采用的事故特征規(guī)律分析法，張雪[4]、康雪峰[5]、張澤江[6]等采用的經(jīng)驗(yàn)分析法，蒙慧玲[7]、田思龍[8]等采用的安全現(xiàn)狀及對(duì)策分析方法，王春艷[9]、Watts[10]等采用的安全系統(tǒng)理論方法，劉天生[11]等采用的事故樹定性分析方法。這些研究方法存在主觀性和片面性，故筆者通過統(tǒng)計(jì)我國近65年來的古建筑火災(zāi)案例分析事故特征，利用統(tǒng)計(jì)和專家評(píng)分法獲取基本事件發(fā)生概率，計(jì)算各基本事件的臨界重要度，采用定量的方法分析古建筑火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

1 古建筑火災(zāi)事故特征分析

通過查閱年鑒、文獻(xiàn)、新聞，統(tǒng)計(jì)近65年來的古建筑火災(zāi)事故165例，采用特征分析方法分析古建筑火災(zāi)與省份、年份、月份及主要火災(zāi)原因之間的特征關(guān)系，為事故樹定量分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。(1)按照省份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)不同省份的古建筑火災(zāi)起數(shù)存在很大的差異，一方面與該省現(xiàn)存的古建筑數(shù)量有關(guān)，另一方面與該省古建筑消防的管理、安全投入以及法規(guī)的制定和落實(shí)情況有關(guān)，素有“古建筑寶庫”之稱的山西省古建筑火災(zāi)事故的數(shù)量并不多，這與山西省在古建筑消防方面做出的努力有很大關(guān)系。古建筑火災(zāi)在各省分布情況如圖1所示。(2)按照年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)近65年來古建筑火災(zāi)的發(fā)生并沒有特殊規(guī)律，只是在20世紀(jì)80年代初和最近幾年的古建筑火災(zāi)事故數(shù)量有突然性的升高，如圖2所示。(3)按照月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在春冬季節(jié)是古建筑火災(zāi)的高發(fā)季節(jié)，通過進(jìn)一步分析春冬季節(jié)的古建筑火災(zāi)事故原因，發(fā)現(xiàn)在春冬季節(jié)宗教及節(jié)日活動(dòng)密集，宗教用火及燃放煙花爆竹的事件增多，再加上春冬季節(jié)天氣寒冷，人為燒火取暖的頻率增加也會(huì)導(dǎo)致古建筑火災(zāi)發(fā)生概率的升高，如圖3所示。

圖1 古建筑火災(zāi)在各省分布情況

圖2 古建筑火災(zāi)隨年份的變化規(guī)律

圖3 古建筑火災(zāi)隨月份變化圖

另外，古建筑火災(zāi)事故原因可分為人為因素、電氣因素、環(huán)境因素、外部因素等，其中，人為因素導(dǎo)致的古建筑火災(zāi)事故占總數(shù)的66%，電氣因素導(dǎo)致的古建筑火災(zāi)事故，比例為23%，可見古建筑消防應(yīng)該在人為和電氣兩方面著重管理。

2 事故樹分析

事故樹分析法由美國的Watson首次提出，該方法是從一個(gè)可能的事故即頂上事件開始，自上而下、一層一層地尋找頂上事件的直接原因事件和間接事件，直到基本原因事件即基本事件，并用邏輯符號(hào)把這些事件之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來，然后進(jìn)行定性定量分析[12]，找到與頂上事件發(fā)生關(guān)系最大的基本原因事件，采取有效的措施控制這些基本原因事件，從而降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 事故樹模型構(gòu)建

通過對(duì)古建筑火災(zāi)案例分析、實(shí)地調(diào)研、咨詢古建筑消防方面的專家，結(jié)合古建筑火災(zāi)事故原因，系統(tǒng)地分析古建筑火災(zāi)發(fā)生的原因，找出事故樹的頂上事件、中間事件及基本事件，并采用合適的邏輯符號(hào)進(jìn)行連接，繪制出事故樹，如圖4所示。事故樹中各基本事件及其相對(duì)應(yīng)的代號(hào)見表1。

圖4 古建筑火災(zāi)事故樹圖

2.2 事故樹的定量計(jì)算

2.2.1 基本事件概率的確定

要采用定量的事故樹分析方法，就需要獲得事故樹中基本事件的概率，按照基本事件概率獲得方式的不同，可將其分為兩類：一類是可以通過古建筑火災(zāi)案例統(tǒng)計(jì)出來的基本事件，該類基本事件可以通過統(tǒng)計(jì)的事故數(shù)量計(jì)算出其發(fā)生的概率；另一類是不能通過古建筑火災(zāi)案例統(tǒng)計(jì)得出的基本事件，

表1 古建筑火災(zāi)事故樹各基本事件及對(duì)應(yīng)代號(hào)表

該類基本事件的發(fā)生概率只能通過專家評(píng)分法獲得，比如監(jiān)管不認(rèn)真、滅火設(shè)備不足等。

在165起古建筑火災(zāi)事故案例中有137起火災(zāi)事故原因是可以確定的，根據(jù)已經(jīng)確定的火災(zāi)原因計(jì)算出可統(tǒng)計(jì)部分的基本事件的發(fā)生概率(每月的發(fā)生次數(shù))。對(duì)于事故樹中不可統(tǒng)計(jì)的基本事件發(fā)生的概率則采用專家評(píng)分法，由于專家打分具有主觀性，為了使專家的打分能夠更加科學(xué)、合理，故筆者參照可統(tǒng)計(jì)部分基本事件的概率值，把基本事件的發(fā)生概率分為五個(gè)等級(jí)，其等級(jí)與概率范圍分別為：極高(0.02,1]、高(0.01,0.02]、中(0.005,0.01]、低(0.002,0.005]、極低(0,0.002]。專家對(duì)這些基本事件發(fā)生的級(jí)別、概率進(jìn)行評(píng)分，取平均值來確定不可統(tǒng)計(jì)基本事件的發(fā)生概率。事故樹中各基本事件發(fā)生概率見表2。

2.2.2 基本事件臨界重要度計(jì)算

基本事件發(fā)生概率的相對(duì)變化率與頂上事件發(fā)生概率的相對(duì)變化率之比表示基本事件重要度，這個(gè)比值就是臨界重要度，其計(jì)算步驟如下：

首先，計(jì)算頂上事件發(fā)生概率P(T)，公式為：

式中，i表示基本事件的序數(shù)；r表示最小割集的序數(shù)；k表示最小割集的個(gè)數(shù)；Gr表示最小割集；qi表示基本事件的發(fā)生概率。

最小割集是由一些基本事件構(gòu)成的集合，如果集合中的事件都發(fā)生時(shí)，頂上事件一定發(fā)生，如果去掉集合中任意一個(gè)基本事件就不再是割集，這樣的割集就是最小割集。

其次，計(jì)算概率重要度Ig(i)，概率重要度是表示各基本事件發(fā)生概率的變化對(duì)頂上事件發(fā)生的影響，公式為：

最后，計(jì)算臨界重要度Ic(i)，計(jì)算公式為：

將基本事件概率依次代入上述公式，計(jì)算出臨界重要度系數(shù)，見表2。按照臨界重要度系數(shù)大小排序?yàn)椋?/p>

Ic(x3)=Ic(x2)>Ic(x13)>Ic(x12)>Ic(x15)>Ic(x14)>Ic(x16)=Ic(x19)>Ic(x6)>Ic(x4)>Ic(x24)>Ic(x7)=Ic(x11)>Ic(x8)=Ic(x22)=Ic(x23)>Ic(x17)=Ic(x25)>Ic(x18)=Ic(x20)>Ic(x9)=Ic(x10)>Ic(x1)=Ic(x21)>Ic(x5)

表2 古建筑火災(zāi)事故樹各基本事件發(fā)生概率及臨界重要度

注：*表示該基本事件的發(fā)生概率采用專家打分法取均值得出。

由臨界重要度排序可以看出，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、撲救不及時(shí)、人為用火、電氣原因及雷擊等是導(dǎo)致古建筑火災(zāi)的重要原因，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)和撲救不及時(shí)是指火災(zāi)發(fā)生后沒能將火災(zāi)消滅在萌芽之中，導(dǎo)致古建筑火災(zāi)發(fā)生，這屬于撲救措施不當(dāng)。部分古建筑地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，道路難行且與市區(qū)距離遠(yuǎn)，消防隊(duì)難以及時(shí)到達(dá)，這是客觀事實(shí)，為了在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能及時(shí)撲滅火災(zāi)，相關(guān)的古建筑管理者自身應(yīng)該做好準(zhǔn)備，以備不時(shí)之需，比如修建消防水池，建立自己的消防隊(duì)。監(jiān)管不力，消防滅火設(shè)施失效或不足這就需要加強(qiáng)對(duì)監(jiān)管人員的培訓(xùn)及滅火設(shè)施定期檢查和加大資金投入；人為因素是導(dǎo)致古建筑火災(zāi)發(fā)生的重大原因，對(duì)于宗教用火是難以避免的，只能加強(qiáng)教育和監(jiān)管，然而生活用火及電氣導(dǎo)致的火災(zāi)則是可以避免的。隨著旅游業(yè)蓬勃發(fā)展，很多商家在古建筑內(nèi)或周邊開設(shè)旅館、酒店、商店等，這些商業(yè)行為很大程度上增加了古建筑的火災(zāi)隱患，有關(guān)部門及古建筑的管理者不應(yīng)該只考慮到經(jīng)濟(jì)利益最大化，也要考慮到古建筑的安全問題。此外，不少建在高山之巔的古建筑因遭受雷擊而被毀滅，必須安裝避雷設(shè)施來減少由雷擊導(dǎo)致的古建筑火災(zāi)。

3 結(jié)論

古建筑數(shù)量多與對(duì)古建筑消防管理、投入不足的省份，古建筑火災(zāi)發(fā)生的概率相對(duì)較高；春冬季節(jié)是古建筑火災(zāi)的高發(fā)季節(jié)。古建筑火災(zāi)的發(fā)生是由人為用火、電氣原因及雷擊等主要原因?qū)е碌?；火?zāi)發(fā)生后造成嚴(yán)重的后果是由于發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、撲救不及時(shí)等原因?qū)е碌?。古建筑火?zāi)的防治應(yīng)該從原因事件預(yù)防和火災(zāi)發(fā)生后及時(shí)撲救兩方面著手，對(duì)于臨界重要度系數(shù)大的基本原因事件應(yīng)該著重管理，才能迅速有效降低古建筑火災(zāi)發(fā)生的可能性。

[1] 韓穎.獨(dú)克宗古城火災(zāi)事故追蹤[J].勞動(dòng)保護(hù),2014(8):41-43.

[2] 劉希臣.我國古建筑防火保護(hù)策略的研究[D].重慶:重慶大學(xué),2008:18-27.

[3] 戴超.中國木構(gòu)古建筑消防技術(shù)保護(hù)體系初探[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007:18-23.

[4] 張雪,馬千里.我國古建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性分析及預(yù)防對(duì)策探析[J].中國科技縱橫,2013(16):272.

[5] 康雪峰.古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào),2008，24(2):29-32.

[6] 張澤江,梅秀娟.古建筑消防[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:10-16.

[7] 蒙慧玲,張樹平,張建偉.我國宗教古建筑火災(zāi)隱患及防火對(duì)策[J].消防科學(xué)與技術(shù),2014,33(6):695-698.

[8] 田思龍,趙軍,劉國良.古建筑火災(zāi)的成因分析與消防對(duì)策研究[J].物流工程與管理,2010(7):153-154.

[9] 王春艷,王曙光,李茹.安全系統(tǒng)工程理論在古建筑消防安全中的應(yīng)用研究[J].安全,2013(8):62-64.

[10] WATTS J M.Criteria for fire risk ranking[J].Fire Safety Science,3rd Internal Symposium,1993:457-466.

[11] 劉天生.國內(nèi)木構(gòu)古建筑消防安全策略分析[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2006.

[12] 樊運(yùn)曉,羅云.系統(tǒng)安全工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

(責(zé)任編輯馬龍)

QuantitativeAnalysisofFireRisksofAncientBuildings

TIAN Shuicheng1， ZHANG Chengzhen1， REN Guoyou2

(1.CollegeofSafetyScienceandEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,ShanxiProvince710054,China; 2.DepartmentofSafetyEngineering,ChinaInstituteofIndustrialRelations,Beijing100048,China)

In order to accurately understand the risk of ancient building fires, an incident tree model is established on the basis of the statistics of 165 ancient building fires in China in the past 65 years and the analysis of the characteristics of ancient building fires. This model applies statistical, expert scoring methods to obtain the occurrence probability of basic events and calculate the basic event criticality coefficient. The relationship between the occurrence of ancient building fires and the season, the province is found with comparison. Therefore, fire prevention and control measures of ancient buildings shall include prevention of event causes, post-fire remediation, strengthening supervision and installing enough fire control system and top management priority shall be given to basic events with high criticality coefficient. The quantitative research of incident tree can provide more scientific and reasonable suggestions for the prevention of ancient building fires.

ancient building; fire accident characteristic analysis; incident tree model; criticality coefficient

2017-04-05

田水承(1964— )，男，山東淄博人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事安全應(yīng)急管理研究； 張成鎮(zhèn)(1992— )，男，江西九江人，在讀碩士研究生； 任國友(1969— )，男，黑龍江大慶人，教授，主要從事應(yīng)急管理、石油化工事故風(fēng)險(xiǎn)分析研究。

D631.6

A

1008-2077(2017)10-0062-04