火災(zāi)危險性評估方法研究綜述

■ 王睿琛，張文文，龍騰騰,2，王秋華,2（ 西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院；2 云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點實驗室/西南林業(yè)大學(xué)消防研究所）

火災(zāi)每年造成30多萬人死亡，是全球意外傷害的第四大原因（僅次于道路交通事故、跌倒和溺水）[1]。據(jù)可循文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，最早進(jìn)行火災(zāi)危險性評估相關(guān)研究的國家是美國。剛開始的相關(guān)研究都是基于特定場所展開，如飛機、燃料加工廠、核動力廠等。Harmathy 等[2]加拿大學(xué)者提出火災(zāi)測試都是針對特定部分的危險情況而進(jìn)行的，所以憑借防火測試標(biāo)準(zhǔn)輕易地得出火災(zāi)危險性是不合理的，應(yīng)將潛在的危害制定為一套相輔相成的評判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行火災(zāi)危險性評估。國外目前多開展環(huán)境生態(tài)科學(xué)方面的研究與多種評估方法相結(jié)合的案例分析研究，如將煤礦火災(zāi)實例與多種評估方法相結(jié)合的火災(zāi)危險性評估[3]。我國的火災(zāi)危險性評估研究工作始于1994年，霍然等[4]研究人員首次提出了火災(zāi)危險評估模型的基本結(jié)構(gòu)。同年，陸偉民[5]等對當(dāng)時上海南京東路房屋歷史上火災(zāi)及防火作了實際調(diào)查，建立了防火與失火資料數(shù)據(jù)庫，從而對房屋防火安全性評估提供依據(jù)。新中國成立以來，我國在火災(zāi)動力學(xué)基礎(chǔ)理論、防滅火技術(shù)、火災(zāi)?；夹g(shù)及消防標(biāo)準(zhǔn)化等方面開展了大量研究工作，取得了一系列突破性進(jìn)展，顯著地提高了我國消防工作的整體科技水平[6]。

隨著火災(zāi)危險因素的增多，預(yù)防和撲救火災(zāi)的難度相應(yīng)增加?；馂?zāi)一旦發(fā)生必然會對人們財產(chǎn)造成巨大的損失，甚至在心理等方面造成嚴(yán)重影響[7]。消防安全對社會發(fā)展與人民安居樂業(yè)的重要性空前增長，使火災(zāi)危險性評估成為一個值得研究的課題[8]。通過對2015—2019年我國火災(zāi)事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，全國平均每年發(fā)生火災(zāi)在28萬余起，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 37億多元，死亡近1500人，受傷近1000人。近五年來，我國火災(zāi)的起數(shù)總體平穩(wěn)且略呈下降趨勢，但每年火災(zāi)起數(shù)仍處于高位運行，特別是縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村的火災(zāi)起數(shù)均表現(xiàn)出了上升勢頭[9]。因此分析火災(zāi)危險性評估方法、特征、作用等對防火措施的研究具有重大參考價值。

一、火災(zāi)危險性評估方法

火災(zāi)危險性是指火災(zāi)事件發(fā)生的可能性及危險程度與危害后果等[10]?；馂?zāi)危險性評估以評估火災(zāi)危險性為目標(biāo)，對火災(zāi)危險進(jìn)行正確評估來衡量每種特定的預(yù)防和防護(hù)措施（即通過不同的消防安全策略）使火災(zāi)危險性降低[11]。目前，國內(nèi)火災(zāi)危險性評估方法主要包括定性和定量兩個研究方向。定性評估主要是針對火災(zāi)事故特點和類別，借助指標(biāo)體系進(jìn)行危險性評估，具有真實性、全面性、靈活性、深刻性；定量評估主要是針對火災(zāi)自身特點，借助相關(guān)物理模型和計算方法，定量評估火災(zāi)的危險，具有可預(yù)測性、客觀性、嚴(yán)密性、普遍性、驗證性[12]。

二、現(xiàn)行主要火災(zāi)危險性評估方法比較

對火災(zāi)危險性評估方法網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究時，度中心性（Degree Centrality）可以反映其在網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容流動的程度大小。類似生活中朋友之間的關(guān)系，在該關(guān)系中，入度可以看成個人在群體中受歡迎的程度，出度則可以看成是合群狀況。度中心性利用了該思想，對在一個網(wǎng)絡(luò)中具有更多連接關(guān)系的結(jié)點而言，度中心性較高的節(jié)點對于整個網(wǎng)絡(luò)的作用也就越大[13]。因此分析度中心性可以讓我們更好地選取火災(zāi)危險性評估方法。該研究利用CiteSpace 可視化分析軟件對1995年到2020年火災(zāi)危險性評估方法研究文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，提取分析結(jié)果中度中心性排名在前4的評估方法。表1中主要以定性方法為主，提供有效且完整的多方面評估方法，均可運用到建筑類火災(zāi)危險性評估當(dāng)中。

表1 度中心性前四的火災(zāi)危險性評估方法

層次分析 25定性和定量系統(tǒng)、靈活、簡潔特征值及其向量計算比較復(fù)雜目標(biāo)系統(tǒng)是分層交錯的評價指標(biāo)，且目標(biāo)值又難于定量描述的場景模糊綜合評判13 定性有效性高，評價全面獲取權(quán)重向量單一且主觀具有模糊的、難以量化的及非確定性問題的場景Logic tree 7 定性 完整性較高難以分析事故后果的大小和影響范圍由于一系列復(fù)雜的、相互關(guān)聯(lián)的問題同時出現(xiàn)，導(dǎo)致一系列事故的場景FDS模擬 6 定量 準(zhǔn)確性較高只能創(chuàng)建立方體模型和模擬感溫探測器相對密閉，人員密集的場景

（一）層次分析法

層次分析法是一種定性定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法[14]。層次分析法通過分析問題、建立結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序和總排序，來計算相對于總目標(biāo)各個構(gòu)成要素組合的權(quán)重，從而得出不同的綜合評價值，為選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)[15]。該方法具有系統(tǒng)、靈活、簡潔的特點，其權(quán)重向量計算方法分別是：幾何平均法、算術(shù)平均法、特征向量法和最小二乘法[16]。

（二）模糊綜合評判

模糊綜合評判就是對多種因素所影響的事物或現(xiàn)象做出總體評價，其依據(jù)為模糊變換最大隸屬原則[17]。主要的模糊綜合評判方法有兩類：基于模糊積分和模糊矩陣的評判方法[18]。應(yīng)用模糊綜合評判法的具體步驟如下：（1）確定方案的風(fēng)險因素集和評判集且分配權(quán)重；（2）確定通過評判獲得的因素指標(biāo)值，并給出隸屬函數(shù)；（3）明確風(fēng)險因素指標(biāo)值并求出其對各評判的隸屬度，得出模糊關(guān)系矩陣；（4）計算模糊綜合評判向量；（5）通過各方案模糊綜合評判向量相對比，對方案做出選擇[19]。

（三）邏輯樹

事件樹可以在給定一個初始事件的前提下，分析初始事件可能導(dǎo)致的各環(huán)節(jié)成功與失敗的過程和結(jié)果；故障樹圍繞某個特定事故作層層深入的分析，探究頂事件與導(dǎo)致頂事件發(fā)生的中間和底事件之間的邏輯聯(lián)系；邏輯樹模型綜合了二者的優(yōu)點，對事件樹每一個失效階段，采用故障樹進(jìn)行故障預(yù)測和診斷，確定事故致因因素之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)性，識別系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)[20]。邏輯樹由具有替代可信模型和權(quán)重的分支組成，這些權(quán)重表示與相應(yīng)分支模型的適用性有關(guān)的置信度值。認(rèn)知不確定性以一組分支權(quán)重表示[21]。然而各個分支機構(gòu)的權(quán)重通常是由專家或?qū)＜医M通過主觀判斷分配的，因為對于統(tǒng)計分析而言，可用數(shù)據(jù)很有限[22]。

（四）FDS 模擬

FDS 是模擬火災(zāi)中流體運動的一種流體動力學(xué)計算軟件。該軟件采用N-S 方程，以火災(zāi)中的煙氣和熱傳遞過程為計算重點[23]。且大型及全尺寸火災(zāi)實驗對其在模擬可靠性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性方面進(jìn)行了驗證。目前，已在火災(zāi)研究和工程設(shè)計等方面被廣泛應(yīng)用[24]。

（五）其他主要方法

目前火災(zāi)危險性評估方法最新的熱點方法如下：

1.聚類分析是數(shù)據(jù)挖掘的一項重要的方法[25]。聚類問題本質(zhì)上是將一份數(shù)據(jù)分解成若干份，每份的所有對象具有很大相似性，不同份之間存在較大差異性，尋找數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過參考以下指標(biāo)評價聚類有效性：聚類質(zhì)量的度量、聚類算法與數(shù)據(jù)集的匹配度、最佳聚類數(shù)目[26]。

2.多元線性回歸被廣泛應(yīng)用于社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及眾多自然科學(xué)領(lǐng)域的研究中[27]。在多元線性回歸的應(yīng)用中可能碰到這樣的問題：在某個檢驗水平α 下，整個回歸方程的統(tǒng)計檢驗小于α，而方程的各偏回歸系數(shù)的檢驗卻大于α；某自變量與因變量間應(yīng)關(guān)系密切，檢驗結(jié)果卻大于α。在統(tǒng)計學(xué)中這種現(xiàn)象稱為多重共線性（multicollinearity）[28]。

3.貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人類推理過程中因果關(guān)系處理不確定性的模型[29]。該網(wǎng)絡(luò)在缺少某一數(shù)據(jù)變量的情況下仍可以建立精確的模型，是因為其反映的是整個數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)間的概率關(guān)系[30]。

三、結(jié)論與展望

在火災(zāi)風(fēng)險性評估過程中，每種評估模型都有其自身的特點和適用范圍，面對不同的火災(zāi)類型，沒有一種評估方法是完全適用的。而隨著經(jīng)濟(jì)和社會的高速發(fā)展，我國城市人口和財富不斷聚集，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口不斷高度集中，高層和特殊類型的現(xiàn)代建筑物也不斷建成。這些建筑在使用功能、建筑材料、結(jié)構(gòu)形式、空間大小、配套設(shè)施等多方面與傳統(tǒng)建筑有很大不同，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，容易造成人員的群死群傷和財產(chǎn)巨大的損失。提前對其進(jìn)行火災(zāi)危險性評估，具有重要的現(xiàn)實意義和科學(xué)價值。

由于火災(zāi)類型多樣化，在進(jìn)行火災(zāi)危險性評估時，單獨的唯一的評估方法已不能滿足需求，應(yīng)逐漸采取多種評估方法結(jié)合的模式。以一種火災(zāi)風(fēng)險性評估方法為主，其他一種或者幾種方法為輔，綜合評估、長期評估、聯(lián)合評估以及定量精準(zhǔn)評價，結(jié)果更具科學(xué)性、科學(xué)性和實用性將是未來研究的重點和方向。研究多類型火災(zāi)機理和燃燒特點以及潛在危害性，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科交叉，學(xué)科融合，探尋更多的綜合評估方法進(jìn)行火災(zāi)危險性評估，將有利于加強防火措施，減少火災(zāi)危險，有利于提高滅火效能，一旦著火，能夠更快控制住火勢，減少火災(zāi)損失和人員傷亡。