火災(zāi)風(fēng)險評估在滅火救援輔助決策中的應(yīng)用

朱澤峰，鄭　燚，崔俊廣

(武警學(xué)院 研究生隊，河北 廊坊　065000)

0　引言

“風(fēng)險”通常被描述為不確定性對目標(biāo)的影響，或某一特定危險情況發(fā)生的可能性和后果的組合。風(fēng)險是研究的對象，又是初始觀察問題的視角。“火災(zāi)風(fēng)險”則是基于人類行為可以干預(yù)危險、可能避免危害的基礎(chǔ)上的?；馂?zāi)風(fēng)險集中探討火災(zāi)的負(fù)面結(jié)果，對不特定人或一些人的生命、健康或重大財產(chǎn)帶來危害的一種可能性?；馂?zāi)風(fēng)險的表達(dá)式應(yīng)描述為：事件發(fā)生可能性、嚴(yán)重的后果，上述二者之間相關(guān)性，上述三者之間的時空分布與人員影響分布，人的風(fēng)險感知、消防能力等。

決策是滅火救援現(xiàn)場最核心的工作，具有風(fēng)險性、時效性、機(jī)斷性的特點(diǎn)。指揮決策的特點(diǎn)是由滅火救援現(xiàn)場災(zāi)情的變化(客觀因素)以及部隊滅火行動(人為因素)決定的。災(zāi)害現(xiàn)場指揮員掌握決策依據(jù)不應(yīng)只是依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場態(tài)勢發(fā)展，更應(yīng)基于科學(xué)合理的火災(zāi)動力學(xué)與火災(zāi)風(fēng)險評估的耦合作用，二者相輔相成才能為現(xiàn)場決策提供科學(xué)合理高效的決策方案。

1　在滅火救援決策中應(yīng)用風(fēng)險評估的可行性

當(dāng)代所有發(fā)生的火災(zāi)幾乎均為簡單風(fēng)險，即因果關(guān)系清楚并已達(dá)成共識的風(fēng)險。對火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險評估的過程也是對比火災(zāi)風(fēng)險和風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)的過程，然后決定火災(zāi)的風(fēng)險與級數(shù)是否能夠接受和容忍，火災(zāi)風(fēng)險評估有助于風(fēng)險處理決策。有研究人員論證了效用函數(shù)模型在火場指揮中的輔助決策地位[1]，借助數(shù)學(xué)模型可以將不同權(quán)重指標(biāo)決策方案的效用值以函數(shù)形式表示，使方案之間具有對比性，對比效用值進(jìn)行決策方案擇優(yōu)。

在大智移云的數(shù)據(jù)時代，智慧消防發(fā)展越來越快，但目前并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致大量的歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)信息分散，而火災(zāi)風(fēng)險評估量化的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的匱乏，如果能將消防系統(tǒng)中的歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)應(yīng)用于量化模型，則評估的有效性和可靠性將進(jìn)一步提升，指揮員的決策選優(yōu)也更具科學(xué)性和高效性。

基于風(fēng)險評估的火場人員疏散應(yīng)用研究理論、方法和模型有很多種，就主流量化評估的方法來說，主要考慮了三個影響因子，分別是：火災(zāi)動力學(xué)因子、火場中人員滅火行為特征因子、著火環(huán)境因子。這三者之間的耦合關(guān)系也是決策人員方案擇優(yōu)時應(yīng)考慮的因素。另一方面，基于公認(rèn)的火場人員安全疏散的判定準(zhǔn)則，指揮人員可以依據(jù)接警、出警、到場時間累加，準(zhǔn)確把控安全疏散時間。加拿大研究人員Paul提出了多層建筑中人員沿樓梯疏散所需時間[2]的經(jīng)驗公式：

當(dāng)單位寬度樓梯疏散人數(shù)(p)小于800時：

T=0.68+0.081p0.73

(1)

當(dāng)單位寬度樓梯疏散人數(shù)(p)大于800時：

T=2.00+0.011p

(2)

圖1為隨火災(zāi)發(fā)展時間進(jìn)行人員疏散的階段示意圖。

圖1　隨火災(zāi)發(fā)展時間進(jìn)行人員疏散階段示意圖

2　火災(zāi)風(fēng)險評估現(xiàn)狀及其與滅火救援決策的融合

火災(zāi)風(fēng)險辨識是最基本和最難的一個環(huán)節(jié),是發(fā)現(xiàn)、識別、描述火災(zāi)風(fēng)險的過程,包括風(fēng)險源的識別、風(fēng)險事件的識別、風(fēng)險原因及潛在后果的識別。相同的風(fēng)險因素可能是由不同的風(fēng)險源產(chǎn)生的,例如，火災(zāi)風(fēng)險可能來源于自然環(huán)境，也可能來源于社會環(huán)境。有些風(fēng)險源很好判斷但是有些則不易判斷,主要難點(diǎn)在于對火災(zāi)風(fēng)險原因及潛在后果的識別，這個過程涉及歷史數(shù)據(jù)、技術(shù)分析、知情人、專家和利益相關(guān)者的意見。

風(fēng)險矩陣成為廣泛的評估工具，依賴于兩個輸入變量(風(fēng)險發(fā)生的影響程度、風(fēng)險發(fā)生的概率)的貢獻(xiàn)。雖然此方法可用于定量或定性的風(fēng)險評估，但即使是改進(jìn)的風(fēng)險矩陣[3]，其評估效果也比較粗糙，區(qū)分度不夠精確。風(fēng)險矩陣依賴于風(fēng)險辨識和數(shù)據(jù)，由于輸入變量的數(shù)據(jù)困境，多依賴于專家打分，這就導(dǎo)致兩個變量的乘積恒定時，火災(zāi)風(fēng)險并不能隨打分專家對于兩個輸入變量的認(rèn)知與決策認(rèn)知的不同而變化(如圖2所示，黑天鵝(5A)一旦出現(xiàn)即為特別重大事故，灰犀牛(2D)則為一般事故，然而他們卻同屬高風(fēng)險級別)。這一點(diǎn)上與Delphi評估法[4]類似。AHP多側(cè)重于對既有或在建建筑的消防性能化設(shè)計[5]。因此，可以利用層次分析法解決權(quán)重，與風(fēng)險矩陣結(jié)合。但是指揮員根據(jù)風(fēng)險矩陣研判災(zāi)情發(fā)展規(guī)律、制定作戰(zhàn)計劃、進(jìn)行輔助決策是否滿足作戰(zhàn)需求，是否能夠提升風(fēng)險認(rèn)知能力，還有待于考證。

圖2　AHP與風(fēng)險矩陣法聯(lián)用確定風(fēng)險等級

計算機(jī)火災(zāi)模擬軟件在火災(zāi)風(fēng)險評估中的應(yīng)用也是不容忽視的。比如為預(yù)測大空間場所火災(zāi)熱流場的分布、火災(zāi)產(chǎn)生熱煙氣的流動方向[6]以及火災(zāi)發(fā)展蔓延的規(guī)律[7]，可用FDS模擬軟件作為研究參考。后果模擬軟件[8]可以對噴射火、閃火、BLEVE等進(jìn)行詳細(xì)模擬處理與定量分析。FDS+Evac和Pathfinder軟件都可以對火災(zāi)中的人員疏散提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐，如規(guī)劃科學(xué)的逃生路線、組織人員疏散等。而火災(zāi)中疏散準(zhǔn)備時間并不是定值[9]，目前模擬條件與現(xiàn)實差異的問題沒有得到很好的解決。若以上所述計算機(jī)火災(zāi)模擬軟件基于合理的數(shù)據(jù)，對于基層指揮員預(yù)先研判能力有決定性的影響，對于滅火戰(zhàn)術(shù)、火場供水、搶險救援、多力量協(xié)同作戰(zhàn)以及特殊類型火災(zāi)處置中都具有重要的現(xiàn)實意義。

區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險評估大多應(yīng)用于城市內(nèi)部，主要基于科學(xué)合理的評估指標(biāo)體系，基礎(chǔ)工作也是要收集大量可量化數(shù)據(jù)，諸如燃料的燃燒特性、火焰蔓延速度、建筑構(gòu)件的耐火評定等。這就要求火場指揮決策人員必須靈活掌握火災(zāi)動力學(xué)的相關(guān)知識，能夠應(yīng)用熱暴露模型和結(jié)構(gòu)模型[10]。基于區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險評估可構(gòu)建減小區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險的決策模型[11]，有助于責(zé)任轄區(qū)中隊編寫應(yīng)急救援預(yù)案以及政府對該轄區(qū)的消防規(guī)劃布局。

目前正在研究基于情景構(gòu)件的風(fēng)險評估工具，這十分符合我國國情，具體來說是開發(fā)基于小學(xué)生安全情景的校園安全風(fēng)險評估工具，為采集目標(biāo)數(shù)據(jù)，需要上萬名小學(xué)生的參與。此方法的開發(fā)對校園事故處置中救援力量部署、指揮員決策以及人員疏散等具有十分重要的指導(dǎo)意義。

3　火災(zāi)風(fēng)險評估可選擇方案分析與滅火救援決策

火災(zāi)發(fā)展階段存在大量非確定性影響因子，這些非確定性影響因子之間也會相互耦合影響，使得火災(zāi)風(fēng)險評估過程存在大量的隨機(jī)因素和模糊因素。對既有建筑評估火災(zāi)危險性時，要最大化地量化上述非確定性影響因子，在完善的技術(shù)評定方法的條件下得到的評估結(jié)果才更可靠，更貼近現(xiàn)實。但是，在實際火場中，指揮員的作戰(zhàn)決策更多偏向于兩個或幾個局面的風(fēng)險對比，對于指揮員來說，清楚各評估方法的精確風(fēng)險是不必要的，而必要的是了解哪個是最優(yōu)方案，也就是風(fēng)險更低的方案。為了使火災(zāi)風(fēng)險評估與實際消防決策融合，需要進(jìn)行一定的假設(shè)和簡化，并基于決策理論[12]進(jìn)行分析。在兩個或多個決策方案對比擇優(yōu)時，多以效用值比對為依據(jù)。以火災(zāi)初期階段(熱釋放速率相對較小，此時的火災(zāi)可以被滅火器或被自動水噴淋撲滅或控制)可能導(dǎo)致場景的事故樹分析為例，具體見圖3。

圖3　火災(zāi)初期可能導(dǎo)致場景的事件樹

這樣，我們根據(jù)上圖所示得到成功撲滅某初期火災(zāi)的效用值為：

PFPh1=Pa1Pa2Pa3+Pa1(1-Pa2)+(1-Pa1)Pa3

=Pa1Pa2Pa3+Pa1+Pa3-Pa1Pa2-Pa1Pa3

(3)

式中，PFPh1為效用值，基于各火災(zāi)場景的傷亡人數(shù)確定。

實際上，評估傷亡人數(shù)等問題相對容易，最重要的問題是選擇一種優(yōu)先級比較高的決策理論方法。在風(fēng)險條件下常用的決策分析方法是期望效用最大化(Maximizing Expected Utility，MEU)原則[13]，主要應(yīng)用于火災(zāi)初期階段[14-15]。

由于火災(zāi)的不確定性和效用值的一定性，需要采取一種比較合理的辦法，也就是確定的概率值與效用值區(qū)間的做法，這樣比以往采取的評估方法都更加貼近實際。在對火災(zāi)認(rèn)知的不確定影響下，決策者可以借助SSD(Supersoft Decision Theory)方法進(jìn)行方案的模糊評估，焦點(diǎn)問題不在于事件概率和效用值的定值，而在于明確二者區(qū)間的邊界。SSD決策分析法通過最大期望效用值Max(E(U,P))、最小期望效用值Min(E(U,P))和平均效用值A(chǔ)verage(E(U,P))這三個參數(shù)來進(jìn)行方案擇優(yōu)：

(4)

(5)

Average(E(U,P))=

(6)

式中，E(U,P)是決策方案的期望效用值(expected utilities value)，它是關(guān)于概率P和效用值U的函數(shù)；Pi是某事件i發(fā)生的概率值；Ui是某事件i的效用值。

在不同的火災(zāi)場景需要做出方案決策時，只需要比較兩個或多個決策方案之間的上述三個期望效用值大小。

4　結(jié)語

作為定性研究火災(zāi)風(fēng)險的簡便方法，安全檢查表最簡便易行，決策人員應(yīng)有意識地將此方法作為輔助決策的參考方法，還應(yīng)具有基于FTA或ETA方法建立的危險邏輯思維。除上述最基本的快速評估方法外，決策人員還必須掌握火災(zāi)動力學(xué)與概率統(tǒng)計學(xué)的有關(guān)內(nèi)容，充分利用歷史火災(zāi)數(shù)據(jù)分析研判當(dāng)前火災(zāi)發(fā)展階段、災(zāi)情發(fā)展規(guī)律以及滅火救援戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法等，將火災(zāi)風(fēng)險評估應(yīng)用于不確定性風(fēng)險較多的復(fù)雜情況，有助于滅火救援得到科學(xué)、合理、可靠的技術(shù)支撐。