基于ISM的歷史街區(qū)消防安全韌性影響因素分析

衛(wèi)朋麗 萬杰

(1.西安建筑科技大學(xué)資源工程學(xué)院 西安 710055； 2.西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院 西安 710055)

0 引言

傳承城市文化脈絡(luò)是歷史街區(qū)的重要功能之一，歷史街區(qū)不僅能保存珍貴文物，而且能比較真實地體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)格局和歷史風(fēng)貌，是具有一定規(guī)模的歷史地段。由于歷史街區(qū)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，同時會面臨復(fù)雜的火災(zāi)風(fēng)險，其建筑材料、街區(qū)空間布局、基礎(chǔ)設(shè)施等已達(dá)不到現(xiàn)代消防安全的要求，因此，對歷史街區(qū)的消防安全研究具有重大意義。

當(dāng)前，國內(nèi)外研究人員對歷史街區(qū)的消防安全問題進(jìn)行了大量研究。IBRAHIMA M N等[1]利用火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)法評估了木結(jié)構(gòu)建筑在遭受火災(zāi)時的安全性；孫樂雷[2]從古建筑基本情況、消防安全設(shè)施情況、消防安全管理三個方面出發(fā)建立了評估指標(biāo)體系的具體內(nèi)容，系統(tǒng)地分析了火災(zāi)風(fēng)險的主要來源；張琳等[3]以歷史街區(qū)為研究對象，建立了以建筑形式、消防安全管理、建筑防火、消防設(shè)施等方面的評價指標(biāo)體系；甄珍[4]從耐火極限、防火分區(qū)、消防水源、用火用電等方面分析了南華門歷史街區(qū)目前存在的消防安全問題，并提出了針對性的消防安全對策；韋善陽等[5]從安全管理、周圍環(huán)境、建筑防火能力、電氣防火及建筑消防系統(tǒng)五個方面建立了木結(jié)構(gòu)建筑群火災(zāi)危險性評價的指標(biāo)體系；何丘原等[6]從建筑防火分隔、建筑使用功能、建筑耐火性能、消防設(shè)施等幾個方面分析了磁器口古鎮(zhèn)存在的火災(zāi)安全隱患，進(jìn)而提出針對山地歷史街區(qū)的防火策略。

由于歷史街區(qū)的年代悠久，其設(shè)計規(guī)劃不符合現(xiàn)代消防要求，又因其建筑及街區(qū)歷史要素(如消防通道、建筑防火間隔等)在歷史文化上具有不可替代性，無法通過拆除和改建來達(dá)到現(xiàn)代的新標(biāo)準(zhǔn)新要求，只能通過其他科學(xué)方法彌補其在消防安全方面的不足，韌性理論便為火災(zāi)的風(fēng)險研究提供了全新角度?！绊g性”是指一個系統(tǒng)在面臨危險狀態(tài)時能夠通過及時有效的方式抵抗、吸收和適應(yīng)影響，并能從影響中恢復(fù)的能力，這種能力主要包括保護(hù)和恢復(fù)必要基礎(chǔ)的設(shè)施和功能[7-8]。韌性評價方面，LABAKA L等[9]從技術(shù)、組織、經(jīng)濟和社會韌性4個維度，構(gòu)建了關(guān)鍵設(shè)施的安全韌性框架；JOERIN J等[10]從物理、社會、經(jīng)濟、組織和自然5個維度進(jìn)行研究，建立了面對氣候災(zāi)難時的社區(qū)安全韌性評估體系。韌性評價是從系統(tǒng)整體對系統(tǒng)安全狀態(tài)進(jìn)行評價，彌補了傳統(tǒng)歷史街區(qū)消防安全評價的不足。

以上研究多是從火災(zāi)風(fēng)險有關(guān)的人-物-環(huán)的角度出發(fā)對歷史街區(qū)進(jìn)行消防安全研究，對于從歷史街區(qū)系統(tǒng)整體面對火災(zāi)的適災(zāi)能力及災(zāi)后恢復(fù)的角度進(jìn)行消防安全評價的研究較少。因此，將韌性理論引入歷史街區(qū)的消防安全研究中，分析其評估指標(biāo)因素，對于構(gòu)建安全韌性評價體系，提升歷史街區(qū)整體的韌性及促使歷史街區(qū)適應(yīng)韌性城市規(guī)劃要求具有積極意義。

1 歷史街區(qū)消防安全韌性介紹

1.1 內(nèi)涵及特征

歷史街區(qū)消防安全韌性指當(dāng)歷史街區(qū)系統(tǒng)遭受火災(zāi)危險時，在系統(tǒng)韌性作用下，吸收和抵御風(fēng)險、維持和恢復(fù)歷史街區(qū)的消防安全穩(wěn)定狀態(tài)，其主要內(nèi)容包括兩個方面：一是火災(zāi)發(fā)生時，保護(hù)歷史街區(qū)中的建筑和文物不受損害或所受損害能夠快速有效修復(fù)，并維持系統(tǒng)基本功能正常運行，爭取火災(zāi)損失降至最低；二是火災(zāi)發(fā)生后，迅速恢復(fù)歷史街區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施和功能，通過經(jīng)驗學(xué)習(xí)彌補系統(tǒng)消防體系建設(shè)的不足。歷史街區(qū)消防安全韌性的特征要素主要包括5個方面，即穩(wěn)定性、冗余性、效率性、適應(yīng)性和自組織性[11]。

1.2 WSR理論

WSR理論是一種關(guān)于物理(W)-事理(S)-人理(R)的系統(tǒng)方法論，其中“物理”即實踐和認(rèn)識的客體；“事理”即實踐和認(rèn)識的活動；“人理”即實踐和認(rèn)識的主體，目前該方法已在多個領(lǐng)域得到普遍的應(yīng)用。

該方法論主要用來確定系統(tǒng)的因素維度，在對歷史街區(qū)的消防安全韌性影響因素研究中，其物理維度因素指的是該歷史街區(qū)的建筑區(qū)域特征因素、設(shè)施因素，事理維度因素是指經(jīng)濟因素和組織管理因素，人理因素主要指社會因素。

1.3 韌性指標(biāo)因素整理

在遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性原則的基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)政策及法律法規(guī)，結(jié)合歷史街區(qū)實地調(diào)研情況及相關(guān)文獻(xiàn)，基于WSR系統(tǒng)理論，從歷史街區(qū)系統(tǒng)的建筑區(qū)域特征、設(shè)施、經(jīng)濟、組織管理和社會5個方面出發(fā)，并結(jié)合專家意見篩選出31個三級指標(biāo)，得出各指標(biāo)因素韌性特征，以此構(gòu)建出歷史街區(qū)消防安全韌性指標(biāo)影響因素體系。歷史街區(qū)的消防安全韌性指標(biāo)及韌性特征如圖1所示。

圖1 歷史街區(qū)消防安全的韌性指標(biāo)體系及韌性特征

2 基于ISM的歷史街區(qū)消防安全韌性指標(biāo)因素分析

2.1 ISM模型建立

ISM法分析步驟如下：

(1)建立因素集S。確定研究對象的系統(tǒng)影響要素，建立因素集S={S1,S2, …,Sn}，其中n代表n個要素。城市歷史街區(qū)的消防安全韌性是一個由眾多因素相互作用組成的復(fù)雜系統(tǒng)S，因此建立因素集S={S1,S2,…,S31}。

(2)建立鄰接矩陣A。確定系統(tǒng)各個因素間的影響關(guān)系，建立鄰接矩陣A=[aij]n×n。鄰接矩陣A中，元素aij等于1或者0。若矩陣中第i行j列的元素aij=1，表示因素Si能夠?qū)σ蛩豐j造成某種直接影響；若aij=0，表示因素Si不會對因素Sj造成直接影響。

根據(jù)歷史街區(qū)消防安全韌性影響因素建立起的鄰接矩陣A如圖2所示。

圖2 鄰接矩陣A

(3)建立可達(dá)矩陣M?？蛇_(dá)矩陣可以用來表示兩個要素之間是否具有相互連接的途徑，利用布爾矩陣邏輯運算法則，對鄰接矩陣A進(jìn)行運算便能求出可達(dá)矩陣M。

計算公式為：

(1)

式中，E為A的同階單位矩陣，則M為可達(dá)矩陣。建立起的可達(dá)矩陣M如圖3所示。

(4)區(qū)域劃分。先由可達(dá)矩陣M得到系統(tǒng)要素的可達(dá)集R(Si)、先行集Q(Si)和共同集C(Si)，其中可達(dá)集R(Si)是指在可達(dá)矩陣M中，行要素(Si)對應(yīng)的所有矩陣元素為1的全部列要素(Sj)的集合；先行集Q(Si)是指在可達(dá)矩陣M中，列要素(Sj)對應(yīng)的所有矩陣元素為1的全部行要素(Si)的集合；共同集C(Si)則為可達(dá)集與先行集的交集，其表達(dá)式為：

C(Si)=R(Si)∩Q(Si)

(2)

圖3 可達(dá)矩陣M

歷史街區(qū)的消防安全韌性影響因素區(qū)域劃分如表1所示。

表1 區(qū)域劃分

續(xù)表1

(5)層級劃分。層級劃分是在區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)共同集和可達(dá)集是否相同，確定系統(tǒng)要素的所在層級，具體實施步驟為：首先，當(dāng)C(Si)=R(Si)時，將集合中要素Si作為第1層要素；其次，將上一層要素排除后，重復(fù)上一步確定本層要素；最后，重復(fù)前兩個步驟直到要素全部劃分完成。各要素層級表示為L1，L2，...，Ln，其中L1代表最高層級，Ln代表為最低層級。最終的歷史街區(qū)消防安全韌性指標(biāo)因素層級劃分如圖4所示。

(6)ISM層級模型建立。根據(jù)步驟(1)—(5)建立解釋結(jié)構(gòu)層級模型：首先，分區(qū)域按層次排列各級要素；其次，用有向線段連接各級要素；最后，得出ISM層級結(jié)構(gòu)模型圖，如圖4所示。根據(jù)層級的劃分結(jié)果及鄰接矩陣A和可達(dá)矩陣M中各類要素間的相互影響關(guān)系，將這些要素從高層級向低層級排列分布，用箭頭相互連接并去掉要素間的越級關(guān)系，以此來表達(dá)要素之間的二元層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。

由圖4可知，歷史街區(qū)的消防安全韌性影響因素體系是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，ISM層級模型通過梳理指標(biāo)因素間的關(guān)聯(lián)性和層次性，得到歷史街區(qū)的特征、設(shè)施、經(jīng)濟、組織管理和社會5層面的影響因素之間具有多級遞階的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。通過層級劃分方式將31個影響因素自上而下劃分為L1～L7共7層，根據(jù)因素間的影響關(guān)系，可將指標(biāo)因素分表層、中層和深層3級，即表層因素(L1)、中層因素(L2～L6)與深層因素(L7)，在該模型中，表層因素為直接影響因素，中層因素為間接影響因素，深層因素為根本影響因素。

圖4 ISM層級模型

2.2 ISM模型結(jié)果分析

2.2.1 表層因素分析

表層因素L1中的個人滅火自救能力C31、應(yīng)急疏散設(shè)施完善情況C8和經(jīng)濟穩(wěn)定性C13能夠直接影響歷史街區(qū)消防安全韌性。個人滅火自救能力C31是提升歷史街區(qū)自身火災(zāi)適災(zāi)能力的直接因素，街區(qū)群眾參與消防安全宣傳演練活動，提升自身的防火安全意識等有助于在火災(zāi)中順利逃生。應(yīng)急疏散設(shè)施在抵御、適應(yīng)火災(zāi)危害的過程中起到重要緩沖作用，完善應(yīng)急疏散設(shè)施，有利于提高人員在外部空間的疏散與避災(zāi)能力，因此，應(yīng)急疏散設(shè)施完善情況C8是提高歷史街區(qū)對火災(zāi)適應(yīng)性的關(guān)鍵因素。經(jīng)濟穩(wěn)定性C13則是歷史街區(qū)火災(zāi)承災(zāi)能力的重要影響因素，在火災(zāi)的災(zāi)前預(yù)防、災(zāi)中抵御、災(zāi)后恢復(fù)重建全周期都需要經(jīng)濟投入，需要穩(wěn)定的經(jīng)濟能力做基礎(chǔ)。以上3個因素(受中層和深層因素直接或間接地影響)可以直接影響歷史街區(qū)的消防安全韌性。

2.2.2 中層因素分析

中層因素L2～L6的指標(biāo)因素為間接影響因素。

從物理維度因素(W)分析，第一，在歷史街區(qū)區(qū)域特征(B1)方面：首先，歷史街區(qū)具有獨特的歷史文化價值，其中文物及歷史建筑占比C1、建筑年代C3體現(xiàn)歷史街區(qū)的價值，價值越高的街區(qū)，遭受火災(zāi)的損失越嚴(yán)重；另一方面，歷史街區(qū)價值越高，街區(qū)的旅游業(yè)發(fā)展情況C19越發(fā)達(dá)，隨之將提高街區(qū)群眾的人均收入C15。其次，建筑年代C3、老舊建筑比C2、建筑密度C5和建筑防火間距C6將影響建筑防火能力C4；街區(qū)周圍易燃易爆危險源數(shù)量C7是影響歷史街區(qū)消防安全的重要風(fēng)險因素，提升文物及歷史建筑防火能力，控制街區(qū)內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險源，增強歷史街區(qū)系統(tǒng)火災(zāi)承載能力，以達(dá)到保護(hù)歷史街區(qū)文化價值的目的。最后，滅火救援預(yù)案編制需要根據(jù)歷史街區(qū)區(qū)域特征進(jìn)行編制，因地制宜才能使滅火救援響應(yīng)高效進(jìn)行。第二，在設(shè)施因素(B2)方面：消防設(shè)施在火災(zāi)應(yīng)對過程中起到了關(guān)鍵作用，消防栓、消防水源和消防車道等為消防員的滅火救援行動提供物質(zhì)基礎(chǔ)，而火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)可以使火災(zāi)早發(fā)現(xiàn)、滅火早響應(yīng)，因此消防設(shè)施完善情況C9將直接影響歷史街區(qū)的火災(zāi)救援能力。若歷史街區(qū)的消防設(shè)施完善程度較好，則可能造成的火災(zāi)損失較小。在發(fā)生火災(zāi)后，醫(yī)療救援力量C10和路網(wǎng)密度C11可以為歷史街區(qū)的滅火救援提供外部支持，及時的醫(yī)療救援和良好的交通可以增強街區(qū)的火災(zāi)應(yīng)對能力。

從事理維度因素(S)分析。第一，在經(jīng)濟因素(B3)方面：歷史街區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)C14、人均收入C15、火災(zāi)保險覆蓋率C16和旅游業(yè)發(fā)展情況C19將影響經(jīng)濟穩(wěn)定性C13；旅游業(yè)發(fā)展情況C19和失業(yè)率C17直接影響歷史街區(qū)人均收入C15；消防經(jīng)費投入C18將影響街區(qū)的消防建設(shè)。產(chǎn)業(yè)合理的街區(qū)，人均收入更高，街區(qū)經(jīng)濟系統(tǒng)也更穩(wěn)定；火災(zāi)保險投保，可一定程度上彌補街區(qū)群眾因火災(zāi)造成的損失，增強群眾應(yīng)對火災(zāi)的經(jīng)濟適應(yīng)性。旅游業(yè)的發(fā)展，在一方面有利于提升街區(qū)經(jīng)濟水平，另一方面，游客流量增大，引發(fā)消防隱患增多，相應(yīng)地對歷史街區(qū)的消防管理及設(shè)施就有了更高的要求。第二，在組織管理(B4)方面：歷史街區(qū)相關(guān)的消防法制建設(shè)情況C25、滅火救援預(yù)案完善情況C23和消防宣傳演練情況C22等因素影響相關(guān)政策制度體系的建設(shè)完善；消防隊伍建設(shè)情況C21、消防宣傳演練情況C22、滅火救援響應(yīng)能力C24在火災(zāi)發(fā)生的響應(yīng)過程中極為重要，直接影響了滅火救援行為的及時有效性；火災(zāi)經(jīng)驗學(xué)習(xí)能力C20表現(xiàn)為管理者和群眾在事故經(jīng)驗中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，采取相應(yīng)措施，從而提升歷史系統(tǒng)自身預(yù)防、應(yīng)對火災(zāi)的能力，是歷史街區(qū)系統(tǒng)有較高的火災(zāi)風(fēng)險容量。積極發(fā)動街區(qū)群眾參與消防熱情，完善公眾參與消防的相關(guān)制度和機制，通過組織化學(xué)習(xí)促進(jìn)主體能動性，是實現(xiàn)歷史街區(qū)消防安全的有效途徑。

從人理維度因素(R)分析，在社會因素(B5)方面：人口密度C27、老齡人口占比C28、群眾消費安全素質(zhì)C29、鄰里熟悉情況C30和個人滅火自救能力C31體現(xiàn)歷史街區(qū)內(nèi)群眾對火災(zāi)的預(yù)防及抵御能力。街區(qū)人口密度C27及老齡人口占比C28的值越大，可能造成街區(qū)群眾整體抵御火災(zāi)的能力降低；群眾消費安全素質(zhì)C29、鄰里熟悉情況C30和個人滅火自救能力C31則體現(xiàn)了街區(qū)群眾對火災(zāi)的自適應(yīng)性，即火災(zāi)過程，不依靠外部救援力量自行滅火救援，甚至防止人為火災(zāi)的能力。

2.2.3 深層因素分析

深層因素L7的基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定性C12和部門履責(zé)情況C26為根本影響因素，對歷史街區(qū)消防安全韌性的維持和提升起關(guān)鍵作用。首先，歷史街區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施是抵御火災(zāi)破壞、減少災(zāi)害造成的損失及災(zāi)后重建與發(fā)展的硬件支撐，具體內(nèi)容包括：保證道路暢通，保證受災(zāi)群眾及時得到醫(yī)療救援；災(zāi)后保持或恢復(fù)區(qū)域內(nèi)水電供應(yīng)、燃?xì)夤?yīng)和正常通信等基礎(chǔ)功能，保障群眾生產(chǎn)生活正常進(jìn)行等。電力線路的老化及鋪設(shè)方式，燃?xì)夤艿朗欠裥孤┘肮┧O(shè)施是否完好等都將影響基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定性C12。其次，相關(guān)組織管理部門履責(zé)C26是火災(zāi)前預(yù)防檢查、火災(zāi)中領(lǐng)導(dǎo)指揮、火災(zāi)后恢復(fù)重建的重要支持力量，為歷史街區(qū)系統(tǒng)健康運行提供重要保障。

3 熵權(quán)法分析

ISM 模型反映了指標(biāo)因素的多重反饋關(guān)系，但無法解釋各指標(biāo)因素影響力的大小，而熵權(quán)法可以確定權(quán)重，從而確定指標(biāo)因素的重要度。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，若某個指標(biāo)的熵值越小，表明指標(biāo)值的變異程度越大，提供的信息量就越大，在綜合評價中該指標(biāo)起的作用就越明顯，其權(quán)重應(yīng)該更高，對應(yīng)重要度也更高。利用熵權(quán)法得出歷史街區(qū)消防安全韌性指標(biāo)因素權(quán)重，如表2所示。

由表2中各指標(biāo)因素權(quán)重可知，歷史街區(qū)消防安全韌性的二級指標(biāo)因素重要度排序依次為：歷史街區(qū)區(qū)域特征B1(0.260)>設(shè)施因素B2(0.247)>組織管理B4(0.161)>經(jīng)濟因素B3(0.260)>社會因素B5(0.137)。由于歷史街區(qū)具有獨特和不可替代的歷史文化價值，一旦遭遇火災(zāi)，造成的損失無法彌補，因此，歷史街區(qū)區(qū)域特征B1在二級指標(biāo)中最為重要。建筑防火能力C4和易燃易爆危險源數(shù)量C7權(quán)重較高，體現(xiàn)歷史街區(qū)的火災(zāi)風(fēng)險性；文物及歷史建筑占比C1、建筑年代C3體現(xiàn)歷史街區(qū)的歷史價值特征，權(quán)重較高。其余指標(biāo)中，應(yīng)急疏散設(shè)施完善情況C8權(quán)重為0.068，基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定性C12權(quán)重為0.055，經(jīng)濟穩(wěn)定性C13權(quán)重為0.046，部門履責(zé)情況C26權(quán)重為0.049，個人滅火自救能力C31權(quán)重為0.051，在三級指標(biāo)權(quán)重占比較高。該結(jié)果和ISM層級模型分析得出的結(jié)果一致。

表2 歷史街區(qū)的消防安全韌性指標(biāo)因素權(quán)重

4 結(jié)論

(1)歷史街區(qū)消防安全韌性指標(biāo)因素體系包含了區(qū)域特征(B1)、設(shè)施(B2)、經(jīng)濟(B3)、組織管理(B4)和社會(B5)5個二級指標(biāo)因素和31個三級指標(biāo)因素(C1～C31)。

(2)ISM層級模型表明，歷史街區(qū)消防安全韌性的根本影響因素為基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定性(C12)及部門履責(zé)情況(C26)，直接影響因素為應(yīng)急救援設(shè)施完善情況(C8)及經(jīng)濟穩(wěn)定性(C13)、個人滅火自救能力(C31)。

(3)利用熵權(quán)法得到歷史街區(qū)的消防安全韌性二級指標(biāo)因素的重要度排序為：區(qū)域特征B1>設(shè)施因素B2>組織管理B4>經(jīng)濟因素B3>社會因素B5。在三級指標(biāo)因素中，權(quán)重占比較高的為：應(yīng)急疏散設(shè)施完善情況C8、基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定性C12、經(jīng)濟穩(wěn)定性C13、部門履責(zé)情況C26和個人滅火自救能力C31。該結(jié)果和ISM層級模型分析得出的結(jié)果一致。