基于GIS技術(shù)的工業(yè)城市建筑火災(zāi)風(fēng)險評估研究
——以馬鞍山中心城區(qū)為例

胡 浩 ， 宋 敏 ，程希飛

(1.馬鞍山消防支隊，安徽 馬鞍山 243000；2.合肥工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

一、研究緣起

我國城市進入快速發(fā)展時期，并逐漸呈現(xiàn)功能多元化、人口密集化、建筑高層化的發(fā)展趨勢。在城市日新月異的面貌下，防災(zāi)規(guī)劃和設(shè)施布置是保障人民生命和財產(chǎn)安全的重要舉措，其中火災(zāi)防范又是城市防災(zāi)的重中之重。因為火災(zāi)發(fā)生的原因復(fù)雜，要在城市中合理布置救援設(shè)施，提高救援效率，首先需要對城市建筑進行火災(zāi)風(fēng)險評估。

工業(yè)城市依托城市工業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展而形成。城市的交通布局、功能分區(qū)以及人口構(gòu)成具有自身特點，與周邊其他性質(zhì)的城市均有不同。從火災(zāi)風(fēng)險評估的角度出發(fā)，工業(yè)城市的主要產(chǎn)業(yè)及輔助產(chǎn)業(yè)的工業(yè)建筑在生產(chǎn)、運輸和倉儲過程中影響因素比較復(fù)雜，與普通民用建筑的防火重點不同。因此，對于工業(yè)城市的火災(zāi)評估的指標(biāo)與普通城市也存在一定的差異，目前對于這種特定城市的研究存在一定的缺失。本文以鋼鐵城市馬鞍山中心城區(qū)為研究對象，通過SPSS統(tǒng)計建構(gòu)工業(yè)城市建筑火災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)體系，并依托GIS技術(shù)對評價指標(biāo)進行量化計算和可視化的分析，獲得城市火災(zāi)評估分析圖，為進一步制定城市防災(zāi)策略和消防規(guī)劃提供依據(jù)。

二、工業(yè)城市火災(zāi)評估中應(yīng)關(guān)注的問題

(一)企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)變

工業(yè)城市主導(dǎo)工業(yè)與城市資源密切相關(guān)，歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，大多數(shù)城市都面臨資源枯竭等現(xiàn)實問題。鑒于單一產(chǎn)業(yè)給城市經(jīng)濟帶來脆弱性，工業(yè)城市正借助城市的基礎(chǔ)交通，電力以及用水的優(yōu)勢，大量引進企業(yè)，集中建設(shè)開發(fā)區(qū)，企業(yè)性質(zhì)從單一變?yōu)槎嘣?。原有的大型國企組織機構(gòu)比較健全，對于企業(yè)的安全生產(chǎn)和防災(zāi)的意識較強，基本具有初期火災(zāi)撲救能力。新建企業(yè)防災(zāi)救災(zāi)更多依靠政府，給城市防火帶來新考驗。

(二)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

工業(yè)城市的三產(chǎn)比例中，第一產(chǎn)業(yè)占比最少，第二產(chǎn)業(yè)最多；隨著城市發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，第三產(chǎn)業(yè)開始在發(fā)揮越來越重要的地位。城市格局的調(diào)整，商業(yè)建筑的集中，人口結(jié)構(gòu)的變化以及老齡化問題的凸顯，都影響著城市火災(zāi)風(fēng)險的評估。

(三)城市交通變化

在工業(yè)城市的選址與建設(shè)過程中，交通運輸條件是重要因素之一，尤其是濱臨航道擁有優(yōu)越水運優(yōu)勢的城市。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的大力開展，工業(yè)城市的運輸途徑也更加多元，同時工業(yè)原料和產(chǎn)品的運輸安全也更為嚴峻。

三、工業(yè)城市建筑火災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)體系建構(gòu)

本文中城市建筑火災(zāi)風(fēng)險評估的范圍針對的是城市中心城區(qū)，對區(qū)域內(nèi)不同功能不同性質(zhì)不同建筑類型的區(qū)域進行火災(zāi)風(fēng)險評估，制定依條可循、切實可行的規(guī)劃指導(dǎo)意見，為城市消防規(guī)劃提供編制標(biāo)準(zhǔn)和整治導(dǎo)則，這也是進行火災(zāi)評估的首要任務(wù)和目的。

從這個目的出發(fā)，火災(zāi)風(fēng)險評估遵循指標(biāo)評價—復(fù)合分類—分型評估—針對策略的步驟，循序漸進地從工業(yè)城市的土地性質(zhì)、建筑現(xiàn)狀以及道路通達性等具體指標(biāo)出發(fā)，建立相應(yīng)的評價體系，建構(gòu)數(shù)據(jù)庫，通過因子分析計算提煉其分類標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)權(quán)重，對區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)風(fēng)險進行分類分級的歸納，從而制定有針對性的防火策略。

(一)指標(biāo)構(gòu)建

工業(yè)城市建筑火災(zāi)風(fēng)險評估過程中評價指標(biāo)的確定以及量化評價指標(biāo)是體系建構(gòu)的重點。但是比較評定指標(biāo)涉及的數(shù)據(jù)比較繁雜，需要進行統(tǒng)一評分量化。因此在評定過程中采用“模糊”的評定方式即七分積分制，根據(jù)較為清晰的分解工業(yè)城市的構(gòu)成指標(biāo)，以馬鞍山市中心城區(qū)為對象，采集城市12個社區(qū)的15個評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，并進行評分量化，建立完善的矩陣數(shù)據(jù)庫。在SPSS軟件中錄入數(shù)據(jù)后，首先進行KMO和Bartlet的檢驗，得出KMO值遠大于0.6，而Bartlett 的球形度接近于0.0001(表1)，說明數(shù)據(jù)適合進行因子分析。

表1 KMO 和 Bartlett 的檢驗

(二)因子分析計算

數(shù)據(jù)庫通過SPSS中的因子分析法進行計算后，得到的碎石圖(圖1)反映出主因子的相關(guān)性。從碎石圖中可以看出前三個主因子斜率明顯較陡；而旋轉(zhuǎn)空間中的成分圖(圖2)也體現(xiàn)出評價指標(biāo)與主因子的相關(guān)性。因此，提取前三個主因子(其指標(biāo)的累積貢獻率達到70%，基本可以反映原指標(biāo)的信息)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的結(jié)論(表2)分別進行命名。

圖1 碎石圖

(三)指標(biāo)權(quán)重計算

在進行權(quán)重計算和總分排序中，本文避免了傳統(tǒng)單一結(jié)果的分類法，采用復(fù)合分類法，對三個主因子分別計算得分，從多維度的視野審視城市防火隱患在不同層面上的現(xiàn)狀，進行量化分級，從而可以清晰表達城市特色，避免傳統(tǒng)評價和分類的單一化。

首先，以分值排序定等級的排序分類方式雖然可以較為客觀地反映城市火災(zāi)風(fēng)險的綜合特征，但不能體現(xiàn)城市防火的多元化特色。城市不同類型火災(zāi)的撲救方法和戰(zhàn)略制定是不同的，特別對于現(xiàn)代工業(yè)城市來說，這一點更為凸顯。其次，單一的總分排序是針對區(qū)域遴選的有效手段，但是對于建立網(wǎng)絡(luò)化的體系防護缺少相關(guān)細化指標(biāo)的分解，不利于后續(xù)制定區(qū)域性防災(zāi)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和引導(dǎo)性策略。

本文將工業(yè)城市火災(zāi)風(fēng)險分為人口密集型、工業(yè)生產(chǎn)型以及交通阻滯型三類，在這三類風(fēng)險中根據(jù)指標(biāo)總分的排序進一步分為五級，分別為高風(fēng)險級、高中風(fēng)險級、中風(fēng)險、中低風(fēng)險級以及低風(fēng)險級。例如，對于馬鞍山城市建筑風(fēng)險評估中，對于某一地塊的評估為人口密集高風(fēng)險，工業(yè)生產(chǎn)低風(fēng)險，交通阻滯中風(fēng)險。那么在下一步編制消防規(guī)劃過程中，就可以更有針對性地對該地塊制定相應(yīng)的防火策略，更合理地布局防火設(shè)施，提高防災(zāi)救災(zāi)的能力。

四、火災(zāi)風(fēng)險評估研究

本文采取 GIS 中自然點間斷法分類和空間分析模塊的加權(quán)疊加，對于人口密集、工業(yè)生產(chǎn)和交通阻滯3個類型風(fēng)險中15個二級指標(biāo)進行計算，得到馬鞍山市二級指標(biāo)的火災(zāi)風(fēng)險分布圖(圖3)。

圖3 馬鞍山市建筑火災(zāi)風(fēng)險二級指標(biāo)評估圖

然后分三類對火災(zāi)風(fēng)險評估圖進行加權(quán)疊加，最終得到人口密集型風(fēng)險評估圖、工業(yè)生產(chǎn)型風(fēng)險評估圖以及交通阻滯型風(fēng)險評估圖。其中每種評估圖中將城市中心城區(qū)分為高風(fēng)險區(qū)、高中風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)、中低風(fēng)險區(qū)以及低風(fēng)險區(qū)五個等級(圖4至圖6)。

圖4 馬鞍山市建筑人口密集 圖5 馬鞍山市建筑企業(yè)生產(chǎn) 圖6 馬鞍山市交通阻滯型風(fēng)險評估圖

五、結(jié)論

運用空間分析方法評估城市火災(zāi)風(fēng)險的研究已經(jīng)有一定進展，但是正對工業(yè)城市的研究比較缺少。針對城市性質(zhì)的特殊性，論文首先在SPSS統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建工業(yè)城市建筑火災(zāi)風(fēng)險指標(biāo)評估體系，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果將火災(zāi)風(fēng)險分為三型五級，在此基礎(chǔ)上，利用GIS的強大空間分析技術(shù)，完成評估指標(biāo)系統(tǒng)化的信息收集、分析及成果圖解，取得了一定的研究成果，為工業(yè)城市建筑火災(zāi)風(fēng)險評估研究的深入提供了一種可行的研究方法。