第l2卷第3期 2015年6月 铁道科学与工程学报 Journal of Railway Science and Engineering Volume 12 Number 3 June 2015 基于AHP的古建筑火灾 风险评估方法研究 徐志胜。刘顶立,曹欢欢,付壬伟 (中南大学防灾科学与安全技术研究所,湖南长沙410075) 摘要:通过分析古建筑火灾案例,在凤凰古城、张谷英村和南岳大庙等古建筑群进行实地调研,辨识出古建筑具有“建筑 耐火等级低、成片布局,消防设施不齐全且损坏严重,人员消防安全素质差”等火灾危险性特点。应用火灾风险指数法构建 古建筑火灾风险评估指标体系,利用层次分析法进一步确定评估指标权重 ,建立古建筑火灾风险评估方法。运用该评 估方法对凤凰古城某典型家庭旅馆进行示范评估,对科学开展古建筑火灾预防工作具有参考意义。该评估方法能够适应 于多数古建筑的火灾风险评估,但现在的古建筑形式较多,将来有必要细化不同类型古建筑的评估指标。为减少评估过程 的大量重复性计算和分析,下一步可开发相应的计算机程序。 关键词:古建筑;火灾;火灾风险;层次分析法 中图分类号:X913.4 文献标志码:A 文章编号:1672—7029(2015)03—0690—05 Study Off fire risk assessment of historic buildings based on AHP xu Zhisheng,LIU Dingli,CAO Huanhuan,FU Renwei (Institute of Disaster Prevention Science&Safety Technology,Central South University,Changsha 410075,China) Abstract:With analysis of historic buildings fire cases and field research in ancient architectural complexes like the Ancient City of Phoenix,Zhang Guying Village and Nanyue Temple,the author identiifes ancient building ire hazard features such as“low ffire resistance rating,tract—based layout,incomplete and severely damaged ifre—fighting devices and personnel with inadequate fire safety quality”.This paper used the fire risk index to build the fire risk assessment system for historic buildings.It then further defines the Index Weights(Wi)via AHP(Analytic Hierarchy Process)and sets up the fire risk assessment method for historic buildings.It applied this assessment method in the case of a typical family hotel in the Ancient City of Phoenix,with conclusions and suggestions.This method can be applicable to fire risk assessment for most historic buildings.Given their various orms at present,it wilfl be necessary to make more detailed assessment indicators for historic buildings with dif- ferent types.To reduce numerously repetitive computation and analysis in the assessment process,a computer program can be accordingly developed next. Key words:historic buildings;fire;fire risk assessment;analytic hierarchy process 我国现有125座历史文化名城、252个名镇、 276个名村、4 291家文物保护单位、3 744个古村 收稿日期:2014—12—25 基金项目:高校基本科研业务费专项资金资助项目(2013zzts241) 通讯作者:徐志胜(1962一),男,山东潍坊人,教授,从事火灾风险评估等方面研究;E—marl:xuzhsh82@163.com 692 铁道科学与工程学报 2015年6月 结合使用火灾风险指数法和AHP构建古建筑 火灾风险评估指标体系并确定评估指标权重wi, 以此建立古建筑火灾风险评估方法。其主要步骤 如下:1)建立建筑火灾风险评价模型和风险等级; 2)辨识出影响整体建筑火灾风险的因素,建立一 套科学的指标体系;3)利用AHP确定各指标权重; 4)划分各指标的评估标准;5)计算建筑火灾风险 分值,并确定相应的火灾风险等级。本文主要讨论 前3个步骤¨ 。 2.1 古建筑火灾风险评估模型和评估等级 古建筑火灾风险分值计算表达式如下: R=∑Wi.一 ‘s (、 1) i=1 式中:R为古建筑火灾风险分值;n为古建筑火灾 风险影响因素(指标)的个数; 为第i个指标的累 计权重,取值区间为(0,1);s 为第i个指标的评价 分值,取值范围为0~100(分值越大表示越安全)。 古建筑火灾风险分值与定性评价的风险等级 的对应关系如表1所示。 表1 火灾风险分值与风险等级的对应关系 Table 1 Fire risk hierarchy 火灾风险分值 火灾风险等级 (90,100] V(风险低) (70,90] IV(风险较低) (50,70] III(风险中等) (3O,5O] II(风险较高) (0,30] I(风险高) 2.2 古建筑火灾风险评估指标体系及权重系数 1)建立指标体系。根据古建筑的建筑特点及 消防安全特性,将指标划分建筑防火设计;建筑消 防设施;消防安全管理;火灾危险源;外部救援力量 等5个方面。具体如表2所示。 2)确定指标权重。利用AHP确定各个指标权 重,需要建立判断矩阵,两两成对比较,并需进行一 致性检验。判断矩阵如下: all a12 a13 a21 a22 a23 A= a31 a32 a33 (2) an1 an2 以 利用1-9标度法对。 进行赋值,且满足。 = 1,。 = _l,2,…, 表2古建筑火灾风险评估指标体系 Table 2 Fire risk evaluation index system of Historic buildings 中间层 指标层 建筑高度(A 】) 耐火等级(Al2) 建筑防火设计(B1) 防火分隔(A13) 安全疏散(Al4) 内部装修(A ) 防火间距(A ) 灭火设施(A21) 火灾自动报警设施(A22) 建筑消防设施(B ) 通风防排烟设施(A23) 应急疏散及照明设施(A ) 其他消防设施(A25) 防火检查(A”) 人员消防安全素质(A32) 消防安全管理(B ) 消防设施维护及保养(A ) 消防应急预案及演练(A ) 其他消防安全制度(A35) 火灾荷载(A 。) 火灾危险源(B ) 用电情况(A42) 用火情况(A43) 避雷设施(A“) 最近消防站距离(A ) 消防站救援能力(A52) 外部消防救援力量(B ) 行经途中道路交通(A ,) 建筑消防车道(A ) 室外消火栓(A ) 表3评价标度说明 Table 3 Evaluation scale method a 取值 意义说明 1 A£与A,同等重要 3 A 比A 稍微重要 5 A 比A 明显重要 7 A 比A 强烈重要 9 A 比A 极端重要 其他取值可根据对比重要程度酌情取值。 邀请中南大学防灾科学与安全技术研究所、湖 南省消防总队消防安全专家,运用“1—9标度 法”对各层指标开展两两比较,获得了各个指标的 判断矩阵。 其中中间层指标判断矩阵B如下: 1 1 1/2 1 5 1 1 1/2 1 5 B= 2 2 1 2 9 (3) 1 1 1/2 1 6 1/5 1/5 1/9 1/6 1 第3期 徐志胜,等:基于AHP的古建筑火灾风险评估方法研究 693 利用方根法计算各元素的相对权重: “广 —一 =3)指标评分标准确定。依据相关标准及研究 ^/n口 (4) 成果,邀请专家讨论,进一步确定了每一个指标的 评分标准。如:对于“耐火等级”指标而言,主要是 据此可计算出中间层指标建筑防火设计、建筑 消防设施、消防安全管理、火灾危险源、外部救援力 量的指标权重分别为“0.192 6,0.192 6,0.377 2, 0.199 8,0.037 9”。 为了避免出现评价失真,另外还要进行矩阵的 一致性检验。定义判断居中A的一致性比率C. R.(Consistency Ratio): G. .= C.t (5) 式中c.I.(Consistency Index)为矩阵的相容指标, 用来衡量判断矩阵的不一致程度。当c.L=0时 判断矩阵是完全一致的;C.L的值越大判断矩阵的 不一致程度越严重。R.I.(Random Index)为随机 构造的正反矩阵的平均随机一致性指标。一般认为 . ≤0.10,就可以认为判断矩阵A具有一致性。 经计算中间层指标判断矩阵 .L=0.001 5,满足 一致性要求。 同理可计算出指标层对则指标A 在其中间层 B 中所占的权重。则 的累积权重为: WA =WB WAj (6) 式中:W 为A 所在的中间层指标曰 在决策目标中 所占权重; 为A 在其中间层日 中所占的权重。 根据上述方法求出本古建筑火灾风险评估指标体 系的指标权重。 建筑高度( _0.01 2 耐火等级( 0.036 7 防火分隅( ——●0.d22 7 安全疏散( 0.I l64 8 .内部装修( --—-——-—.—-—----——0.039 3 防火闻距( -oois 9 灭火设施( 火灾自动报警设施( _-●●--_一^^1^c 通风防排烟设施t —一0.0is 9 应急疏散及照明设施( __一0 ̄028 3 其他消防设施( ■一0.Ol 2 防火检查( 人员消防安全素厦( 0.158 0 消防设施维护及保养( 0.072 8 消防应急预寨及演练( ■■●一 0.036 4 其他消防安全制度( -__-a.osa 0 火灾荷毂( ■●●● O.o361 用电情况( 0.05 6 5 用火情况( 0.088 I 避雷设施( 一0.ots 8 最近消防站距离( ■0 0O6 g 消防站救援能力( -0.0021j 行经途中道路交通( -0.003 9; 建筑消防车道( ■一0.01l6 3 ; j室外消火栓t ■0.009 l ; 0.000 0 0.040 0 0.080 0 0.120 0 0.160 0 0.200 0 图2各指标权重系数 Fig.2 Weight coefifcient of factor 根据其建筑结构特征来确定评判分数,即“木结构 为0~30分;砖木结构30~50分;钢混结构为50~ 70分;砖混结构7O分以上”。对于其他评估指标, 也采取类似的方法细化其评分标准,在此不进行详 述。 3古建筑火灾风险评估示例 选取凤凰古城核心保护区内某典型古建筑家 庭旅馆深入调研,选取其作为评估对象。 图3家庭旅馆内部 Fig.3 Inside the family hotel 该家庭旅馆为3层,每层建筑面积为120 m , 为砖木结构,耐火等级为4级,建筑高度为9 m,未 设置防火分隔措施,仅有一个安全出口,内部装饰 为杉木墙面装饰,较多的使用苗族布料装饰,与周 围建筑最小防火间距为2.1 m;该建筑内每层放置 2个灭火器,在楼道及楼梯内设置应急照明灯及疏 散指示标志,能自然通风,元排烟措施,元其他消防 设施;该家庭旅馆员工平时参加过消防培训,未定 期开展防火巡查和检查,未开展过消防演练,未制 定消防应急预案;通过问卷和口头测试得出该家庭 旅馆的员工掌握了常用的消防安全知识;该建筑电 气线路未穿管保护,无避雷措施,使用液化气罐,使 用热得快、热水器等大功率电器;距离消防站1.5 km,但该建筑周边道路宽度为2.5 m,只能通过小 型消防车,距本建筑22 m处有室外消火栓。 运用上文中建立的古建筑火灾风险评估方法 进行评估,本家庭旅馆的得分为48.9分,火灾风险 等级为II级,具有较高的火灾风险。各中间层指 标的评分情况如表4所示。 694 铁道科学与工程学报 2015年6月 表4指标评估分数 Table 4 Assessment scores 根据评估结论,为提高该家庭旅馆的消防安全 水平,建议:1)该家庭旅馆不得使用液化气罐,加 强日常防火巡查,制定火灾应急预案,开展日常消 防演练;2)当地消防部门可考虑购置小型消防车 辆弥补道路宽度不足的问题。 4结论 1)通过实地调研以及分析古建筑火灾案例, 辨识出古建筑火灾危险性主要体现在“建筑耐火 等级低、成片布局,消防设施不齐全且损坏严重、人 员消防安全素质差”等方面。 2)结合运用火灾风险指数法以及层次分析 法,构建了古建筑火灾风险评估指标体系,并计算 出了指标权重。 3)深入调研凤凰古城核心保护区内某典型家 庭旅馆,收集其消防安全特征参数,运用古建筑火 灾风险评估方法进行示范性评估,说明了该评估方 法的科学合理性以及可操作性。 4)古建筑的功能和结构形式具有多样化的特 点,使用本方法进行评估的过程中需要进行大量的 重复性计算以及统计分析。下一步研究中将考虑 将不同古建筑细化分类建立指标,并将评估方法编 制成在线软件程序,实现在线实时评估。 参考文献: [1] Ibrahim M N,Abdul—Hamid K,Ibrahim M S,et a1. The development of fire risk assessment method for herit- age building[J].Procedia Engineering,2011(20):317 —324. [2] Ibrahim M N,Ibrahim M S,Mohd—Din A,et a1.Fire irsk assessment of heritage building——perspectives of regu-- latory authority,restorer and building stakeholder[J]. Procedia Engineering,2011(20):325—328. [3]庄磊,陆守香,王福亮.布达拉宫古建筑的火灾风险分 析[J].中国工程科学,2007(3):76—81. ZHUANG Lei,LU Shouxiang,WANG Fuliang.Fire risk evaluation for historic building of the pot ̄a palace[J]. Engineering Science,2007(3):76—81. [4]李会荣.基于层次分析法的桂西北古村寨火灾风险评 估研究[J].学院学报,2011(4):41—43. LI Huirong.A fire risk assessment of ancient villages in the North—west of Guangxi by analytic hierarchy process [J].Journal ofChinese People’s Armed Police Force A- cademy,2011(4):41—43. [5]王厚华,刘希臣.古建筑性能化防火设计中火灾场景 的设置[J].重庆大学学报,2009(9):1093—1097. WANG Houhua,LIU Xichen.Setting of ifre scenarios in performance——based fire safety design for ancient build-- ings[J].Journal of Chongqing University,2009(9): 1093—1097. [6]申俊云.浅谈古建筑火灾特点和防护对策[J].中国 安全生产科学技术,2007(6):134—137. SHEN Junyun.Analysis of fire situation and protection in ancient architectures『J_.Journal of Safety Science and Teehnology,2007(6):134—137. [7]宋源禄.浅谈古建筑的火灾特点及消防对策[J].消 防科学与技术,2004(4):396—398. SONG YuanLu.Preliminary discussion on the character and ifre countermeasure of ancient building fire[J].Fire Science and Technology,2004(4):396—398. [8]QING Dung,FEI You,HU Shiqiang.Investigation of fire protection status for Nanjing representative historical buildings and future management measures[J].Procedia Engineering,2014(71):377—384 [9]Magnusson Seven Eriks,Rantatlao Tomas.Risk assess— ment of timberframe muhistorey apartment buildings,pro— posal for a comprehensive fire safety evaluation procedure department of ifre safety engineering[R].Lund Universi— ty,1998. [10]田玉敏,蔡晶菁,姜宏梁,等.建筑物火灾风险评估指 南[M].北京:化学工业出版社,2014:84—99. TIAN Yumin,CAI Jingjing,JIANG Hongliang.Guide— lines for the building ifre risk assessment[M].Beijing: Chemical Industry Press,2014:84—99. (编辑蒋学东)