城市地下綜合管廊火災(zāi)成因分析及對(duì)策研究

蔡新立，陳志遠(yuǎn)，章蓓蓓

(安徽建筑大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 合肥 230601)

城市地下綜合管廊是將電力、通信、燃?xì)?、給排水等市政管線集中于一個(gè)地下空間內(nèi)，方便管線的管理、增設(shè)和延長(zhǎng)管線的使用壽命。近十年以來，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，多地城市內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重，各地政府越發(fā)重視城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，陸續(xù)發(fā)布相關(guān)文件，鼓勵(lì)和引導(dǎo)城市地下綜合管廊建設(shè)向更高層次發(fā)展，以解決城市內(nèi)澇災(zāi)害，改善城市環(huán)境質(zhì)量，提高土地的使用率，促進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展。

隨著各城市地下綜合管廊逐漸投入運(yùn)營(yíng)，我國(guó)城市地下綜合管廊的工作重心將逐步從施工建設(shè)階段向運(yùn)維管理階段轉(zhuǎn)變，因此，綜合管廊的運(yùn)維安全問題及應(yīng)對(duì)策略也受到政府和國(guó)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。通過Citespace軟件,以城市地下綜合管廊為主題,對(duì)近五年的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析得到，人們現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)主要是綜合管廊的PPP模式、BIM技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)管理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。然而，對(duì)于綜合管廊運(yùn)維階段火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理的研究很少，在城市發(fā)展過程中，綜合管廊是城市能源運(yùn)輸?shù)闹匾d體，一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)對(duì)國(guó)家和社會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和不良影響，對(duì)綜合管廊進(jìn)行火災(zāi)防控有利于綜合管廊的可持續(xù)發(fā)展。

為加強(qiáng)火災(zāi)防控，應(yīng)深入研究城市地下綜合管廊火災(zāi)成因，通過查閱大量綜合管廊運(yùn)維階段災(zāi)害的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)基本從以下四個(gè)層面進(jìn)行研究：(1)人為因素層面。朱嘉[1]、李宏遠(yuǎn)[2]在運(yùn)維階段對(duì)城市綜合管廊火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)人為損壞、誤操作等人為因素是引起管線、設(shè)備故障從而直接或者間接導(dǎo)致火災(zāi)事故的原因。(2)設(shè)備因素層面。郭佳奇[3]通過對(duì)比以往城市地下綜合管廊災(zāi)害事故的原因，發(fā)現(xiàn)管道開裂、管線老化等是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的起因，針對(duì)綜合管廊火災(zāi)產(chǎn)生原因提出針對(duì)性措施。(3)環(huán)境因素層面。陳文強(qiáng)[4]通過構(gòu)建綜合管廊安全影響因素網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)城市地下綜合管廊的核心安全風(fēng)險(xiǎn)因素是廊體結(jié)構(gòu)破壞和廊體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(4)管理因素層面。王文和[5]、李芊[6]在梳理綜合管廊運(yùn)維管理現(xiàn)狀時(shí)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)維管理過程中存在安全意識(shí)不到位、管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，并且安全文化薄弱、認(rèn)知缺陷等是造成管廊火災(zāi)發(fā)生的主要?jiǎng)右颉?/p>

1 指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)收集

1.1 指標(biāo)選取

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于城市地下綜合管廊火災(zāi)成因的因素選取各不相同，對(duì)于城市地下綜合管廊運(yùn)維階段火災(zāi)成因的研究也并不全面，一部分學(xué)者僅僅從人為因素和設(shè)備因素考慮綜合管廊火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，或者從人為、環(huán)境和管理的角度進(jìn)行考慮分析綜合管廊火災(zāi)成因，因此，在查閱大量關(guān)于城市地下綜合管廊火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行問卷調(diào)查和訪談，最終從人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素四個(gè)方面，選擇24個(gè)影響因素作為研究對(duì)象進(jìn)行分析(表1)。

表1 城市地下綜合管廊運(yùn)維階段火災(zāi)影響因素指標(biāo)體系

1.2 管廊火災(zāi)事故形成機(jī)理

為了描述各影響因子之間的因果關(guān)系，將表1城市地下綜合管廊運(yùn)維階段火災(zāi)影響因素指標(biāo)體系繪制成管廊火災(zāi)影響因素因果關(guān)系圖，從系統(tǒng)要素之間的因果關(guān)系出發(fā)，建立因果鏈或因果回路，找到形成火災(zāi)的因果關(guān)系(圖1)。圖1反映各因素之間的內(nèi)在因果關(guān)系，有利于了解城市地下綜合管廊火災(zāi)產(chǎn)生的原因。

圖1 城市地下綜合管廊影響因素因果關(guān)系圖

1.3 數(shù)據(jù)收集

1.3.1 問卷的設(shè)計(jì)發(fā)放

為得到各指標(biāo)對(duì)其準(zhǔn)則層的重要程度，數(shù)據(jù)收集采用問卷調(diào)查的方式。問卷的第一部分詳細(xì)介紹了本次研究對(duì)象、研究目的。第二部分是對(duì)城市地下綜合管廊火災(zāi)成因的重要性進(jìn)行打分，將影響因素分成人、機(jī)、環(huán)、管四個(gè)維度，并給予相應(yīng)的賦分。采用五分量表法的形式，維度中各個(gè)指標(biāo)對(duì)城市地下綜合管廊火災(zāi)發(fā)生的影響程度1分為“最不重要”，2分為“不重要”，3分為“一般重要”，4分為“比較重要”，5分為“非常重要”，體現(xiàn)出每個(gè)指標(biāo)在其維度中的重要程度。

為保證問卷收集數(shù)據(jù)的質(zhì)量和客觀性，給長(zhǎng)期從事城市地下綜合管廊的專業(yè)人員、相關(guān)建筑領(lǐng)域的從業(yè)人員、建筑相關(guān)專業(yè)的高校從業(yè)人員等，發(fā)放了280份問卷，回收了273份問卷，此次問卷有效份額269份，有效率達(dá)98%。其中35%來自于長(zhǎng)期從事城市地下綜合管廊的專業(yè)人員，40%來自于相關(guān)建筑領(lǐng)域的從業(yè)人員，25%來自于建筑相關(guān)專業(yè)的高校從業(yè)人員。

1.3.2 問卷的質(zhì)量分析

問卷數(shù)據(jù)需要進(jìn)行信效度檢驗(yàn)方可進(jìn)行使用，信度檢驗(yàn)可以驗(yàn)證問卷數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，而效度檢驗(yàn)是驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確程度。本次問卷信度檢驗(yàn)采用克倫巴赫α信度系數(shù)(Cronbach's Alpha數(shù))：當(dāng)α≥0.7時(shí)，表明數(shù)據(jù)信度較高；當(dāng)0.35<α<0.7時(shí)，表明問卷數(shù)據(jù)信度適中；當(dāng)α≤0.35時(shí)，問卷數(shù)據(jù)信度較低。本次問卷效度分析用KMO和Bartlett檢驗(yàn)：當(dāng)KMO≥0.9時(shí)，表明數(shù)據(jù)效度最優(yōu)；當(dāng)0.6≤KMO<0.8時(shí)，數(shù)據(jù)效度處于中等水平；當(dāng)0.5≤KMO<0.6數(shù)據(jù)效度比較低。在進(jìn)行層次分析和熵值計(jì)算前，運(yùn)用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)信度和效度檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。本次問卷數(shù)據(jù)信度α=0.961>0.7，說明問卷數(shù)據(jù)具有較高的信度。問卷數(shù)據(jù)效度KMO=0.957>0.9，Sig=0，說明問卷數(shù)據(jù)具有比較高的效度。

2 模型構(gòu)建

運(yùn)用AHP法和熵值法，求得各影響因素的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，通過兩者之間組合權(quán)重計(jì)算將主觀與客觀相結(jié)合，求得各因素的最終權(quán)重，根據(jù)其權(quán)重大小進(jìn)行排序，最終識(shí)別影響綜合管廊火災(zāi)的關(guān)鍵因素。模型構(gòu)建思路如圖2。

圖2 模型構(gòu)建思路

2.1 AHP層次分析法權(quán)重計(jì)算方法

AHP層次分析法通過對(duì)研究問題的相關(guān)因素進(jìn)行不同層次的分解，從而形成層次結(jié)構(gòu)，將專家的主觀權(quán)重進(jìn)行量化，最終獲得各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

檢驗(yàn)步驟如下：

(1)計(jì)算一致性指標(biāo)CI：

(1)

CI值越小，表明判斷矩陣具有較好的一致性。若CI=0，表明矩陣具有完全一致性，若CI≠0，則需要隨機(jī)一致性指標(biāo)CR輔助檢驗(yàn)。

(2)指標(biāo)CR公式如下：

(2)

2.2 熵值法權(quán)重計(jì)算方法

熵值法是一種通過各指標(biāo)熵值的大小所提供的信息量，對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的客觀賦權(quán)方法。具體計(jì)算步驟如下：

(1)根據(jù)熵原理，確定指標(biāo)i的熵值ei，

(3)

(2)計(jì)算指標(biāo)i的熵權(quán)Wi，

(4)

2.3 組合權(quán)重的計(jì)算方法

AHP層次分析法和熵值法求得權(quán)重具有一定的局限性，其結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致影響因素的重要性發(fā)生偏差，而組合權(quán)重是將AHP法與熵值法計(jì)算得出的權(quán)重相結(jié)合，使指標(biāo)權(quán)重更加合理，既避免主觀因素過重，又保證了指標(biāo)的重要程度。是判斷各因素重要性的依據(jù)。將最后的組合權(quán)重設(shè)為W，AHP法確定的指標(biāo)權(quán)重為Wa，熵值法確定的指標(biāo)權(quán)重為Ws，建立三者的線性組合，α為主觀偏好系數(shù)權(quán)重占組合權(quán)重比例，線性組合為：

(5)

以主觀權(quán)重、客觀權(quán)重與組合權(quán)重兩者偏差平方和最小為目的建立函數(shù)

(6)

聯(lián)立兩個(gè)公式，得出解α=0.5，將此值代入組合權(quán)重公式得出

(7)

3 模型計(jì)算及結(jié)論

3.1 AHP權(quán)重計(jì)算

根據(jù)表1構(gòu)建的城市地下綜合管廊火災(zāi)影響因素體系，將該體系的總目標(biāo)層用A表示，4個(gè)準(zhǔn)則層用B1-B4表示，24個(gè)二級(jí)指標(biāo)層分別用C1-C24表示。將經(jīng)過信效度檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)根據(jù)AHP的計(jì)算步驟運(yùn)用軟件得出主觀權(quán)重結(jié)果(表2)。

表2 準(zhǔn)則層主觀權(quán)重表

本模型中n=4，λ=4.128，查表可知RI=0.89，而CI =0.043由此可得，CR=0.048<0.1符合一致性要求。

同理可得其他各項(xiàng)指標(biāo)層的權(quán)重W(表3)。

表3 指標(biāo)層主觀權(quán)重表

本模型中n=6，λ=6，查表可知RI=1.26，而CI=0，通過一致性檢驗(yàn)。

3.2 熵值計(jì)算

首先運(yùn)用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，其次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行熵值計(jì)算，結(jié)果如表4。

表4 火災(zāi)因素熵值權(quán)重表

3.3 組合權(quán)重計(jì)算

根據(jù)前文求得AHP權(quán)重和熵值法權(quán)重，將其帶入公式求得最終權(quán)重如表5。

表5 火災(zāi)因素綜合權(quán)重表

3.4 結(jié)論與分析

3.4.1 準(zhǔn)則層縱向比較

管理因素排名第一，其次是設(shè)備因素、人為因素、環(huán)境因素，通過權(quán)重表發(fā)現(xiàn)管理因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素的權(quán)重都超過了0.26，說明城市地下綜合管廊的火災(zāi)防范中要加強(qiáng)對(duì)管廊的管理和設(shè)備以及人為因素的管控。對(duì)指標(biāo)層進(jìn)行縱向比較，排名前五位分別是通風(fēng)設(shè)備故障、消防安全監(jiān)督力度、內(nèi)部消防安全教育培訓(xùn)、各部門協(xié)調(diào)機(jī)制、消防安全管理制度的制定。從總排序可以看出，除了通風(fēng)故障屬于設(shè)備因素之外，其他四個(gè)全部都屬于管理因素，綜合管廊運(yùn)維階段經(jīng)常出現(xiàn)維護(hù)薄弱、管理落后的現(xiàn)象，會(huì)造成管廊安全隱患。因此，需要建立廊內(nèi)安全管理制度：(1)建立安全獎(jiǎng)懲制度，對(duì)日常工作中嚴(yán)格遵守安全制度的工作人員給予獎(jiǎng)勵(lì)，違反規(guī)定的操作人員需要重新進(jìn)行安全文明培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后再重新工作；(2)建立事故響應(yīng)機(jī)制，聯(lián)合入廊各專業(yè)管線單位，建立事故應(yīng)急小組，以便于在出現(xiàn)安全事故時(shí)，做到第一時(shí)間到場(chǎng)、快速處理。

3.4.2 指標(biāo)層面橫向比較

人為因素中非專業(yè)人員的惡意破壞C1、維護(hù)人員的工作失誤C2、認(rèn)知缺陷C6位居前三，其中非專業(yè)人員的惡意破壞C1排名最靠前，這表明要加強(qiáng)對(duì)管廊的安全性以及封閉性的管理，防止其他人員隨意出入，同時(shí)，為了滿足地下管廊各管線的日常運(yùn)行和監(jiān)管、提高各部門的協(xié)調(diào)能力，建立以BIM為平臺(tái)的綜合管廊運(yùn)維管理系統(tǒng)，將原有的監(jiān)控系統(tǒng)連接到BIM平臺(tái)中，對(duì)管廊的結(jié)構(gòu)和設(shè)備信息實(shí)現(xiàn)可視化管理，能夠提高管廊管理人員工作的效率和質(zhì)量。

設(shè)備因素中，通風(fēng)設(shè)備故障C9、管道設(shè)施故障C8、消防設(shè)施故障C11排名前三，其中通風(fēng)設(shè)施故障C9排名第一，綜合管廊內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)故障會(huì)導(dǎo)致管廊內(nèi)通風(fēng)不暢，有害氣體排出慢，積壓、熱量無法及時(shí)散發(fā)出去；并且，出現(xiàn)火災(zāi)無法及時(shí)排放煙霧，增加救援難度。加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)備管理，為外部救災(zāi)提供基本環(huán)境，保障救災(zāi)順利進(jìn)行。同時(shí)，能夠提高管廊運(yùn)行安全、避免火災(zāi)發(fā)生。地下綜合管廊是個(gè)封閉空間，通風(fēng)設(shè)施能使管廊內(nèi)的溫度降低，保證管廊內(nèi)的溫度處于可控狀態(tài)。所以，加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)備的管理，能保障管廊內(nèi)的空氣流通，改善管廊的運(yùn)行環(huán)境，降低火災(zāi)隱患。

在環(huán)境因素中排名靠前的是管廊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)C15、管廊內(nèi)溫度過高和濕度過大C13、生物入侵C18，其中管廊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)C15與其它幾個(gè)指標(biāo)相比更加重要，管廊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)影響管廊內(nèi)管線的放置、管廊溫度和濕度的控制，管廊內(nèi)部設(shè)計(jì)不合理會(huì)提高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，需要在前期決策階段對(duì)管廊內(nèi)部設(shè)計(jì)進(jìn)行充分論證，以降低運(yùn)營(yíng)階段火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

在管理因素中，通過橫向比較得出前三分別是消防安全監(jiān)督力度C20、內(nèi)部消防安全教育培訓(xùn)C24、各部門之間的協(xié)調(diào)C22，其中消防安全監(jiān)督力度C20最為重要。管理因素中6個(gè)影響因素都排在前十名之內(nèi)，因此，在管廊運(yùn)營(yíng)階段，要提高對(duì)管廊的管理能力，綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理單位要定期對(duì)管理人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)與應(yīng)急演練，通過教育培訓(xùn)，使管理人員學(xué)習(xí)綜合管廊運(yùn)維工作中重要的安全注意事項(xiàng)，避免安全事故發(fā)生，提高管理人員的安全意識(shí)；組織員工開展滅火應(yīng)急預(yù)案安全演練，熟悉突發(fā)安全事故應(yīng)急流程，能夠更好地應(yīng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)事故，提升各級(jí)運(yùn)維人員處理突發(fā)火險(xiǎn)事故的應(yīng)對(duì)能力。通過對(duì)演練結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全管理措施中的不足之處，以此修正和完善應(yīng)急管理措施，是預(yù)防火災(zāi)的重要保證。

4 結(jié)語

城市地下綜合管廊是未來城市發(fā)展的重要保證，運(yùn)營(yíng)階段的火災(zāi)防范至關(guān)重要，基于火災(zāi)防控的角度，運(yùn)用模型綜合分析地下綜合管廊火災(zāi)的潛在影響因素，確定通風(fēng)設(shè)施故障等是引起火災(zāi)的關(guān)鍵因素，提出管廊防火管理的相關(guān)措施，以保障綜合管廊的運(yùn)維安全，促進(jìn)管廊的持續(xù)發(fā)展。