發布時間：2020-02-03所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:在梳理城市火災風險評估的概念和基本方法的基礎上，從城市區域特征、建筑特征、消防負荷等影響火災風險的要素入手，構建基于多源數據的城市火災風險評估模型。以廈門市為實例，通過ArcGIS軟件對廈門市火災風險進行評估，從消防站可達范圍、覆蓋火災風險
摘要:在梳理城市火災風險評估的概念和基本方法的基礎上，從城市區域特征、建筑特征、消防負荷等影響火災風險的要素入手，構建基于多源數據的城市火災風險評估模型。以廈門市為實例，通過ArcGIS軟件對廈門市火災風險進行評估，從消防站可達范圍、覆蓋火災風險等級和覆蓋消防重點單位等方面綜合評價城市消防應對和抵御能力，并將火災風險評估結果和消防抵御能力進行疊加分析，從而提出消防站布局優化方案和消防重點地區管理策略。
關鍵詞:多源數據;火災;風險評估;防御能力;空間分析;布局優化;廈門
自然災害和人為災害風險一直以來都是制約人類社會經濟發展的重要因素。隨著我國城鎮化的不斷發展，人口、經濟、基礎設施和服務設施等資源要素不斷向城市集中，城市災害風險逐漸增大。在各類災害中，火災是自始至終會同人類的發展緊密聯系起來的一種隨機性與不確定性的災害之一[1]，《呂氏春秋·蕩兵》中記載道，“火，善用之則為福，不善用之則為禍”，從古至今，火災發生頻率較高且極具毀滅性。在城市建設用地逐漸擴張、建筑密度增大和高層建筑不斷增多的背景下，我國城市火災形勢日趨嚴重，城市火災的威脅與危害逐年加劇。因此科學評估火災風險、優化消防設施布局、積極采取相應抵御措施十分必要[2-3]。
作為復雜或重大事項決策的必要輔助手段，風險評估和風險管理技術在安全領域得到了廣泛的應用[4]。城市火災風險評估為火災風險管理決策提供了依據，通過對火災發生風險的影響因素進行分析評估，可以預測一定區域內火災發生的概率[5]。目前火災風險評估在國外發達國家已經被廣泛應用并有成熟的評估體系與規章制度。例如美國“滅火分級制”、“風險、建筑防火評估方法”及“危害和經濟價值評估方法”，英國“消防風險評估工具箱”方法，日本“城市等級”法等[6-8]。常用火災風險評估主要有兩種方法，即統計分析法(基于歷史災害數據)和指標評估法(基于火災風險評估體系)。統計分析研究方法的特點是根據該區域歷史上發生火災的記錄，采用定性預測、灰色預測及人工神經網絡等科學方法預測該區域未來火災發生概率和風險[9-10]。但隨著氣候變化和城市擴張，歷史數據及規律并不能精確預測未來的狀況。指標評估法即針對某一區域建立一套適合該區域的火災風險評價指標體系，并確立體系中各級指標的權重，然后根據評價區域內的實際情況逐項打分，最終通過評估結果的高低判定火災風險的程度[11-14]。目前，國內常用的指標評估法包括模糊綜合評價法、層次分析法、專家咨詢法、故障樹分析法、灰色關聯法、主成分分析法、超越概率曲線法等[15-18]。越來越多的學者正在將火災風險評估結果應用在消防布局優化研究上[19]，將火災風險結果與城市消防力量評估相結合可以對城市消防安全發展及消防力量布局優化提供一定科學依據。此外，新數據模式下的互聯網技術和地理信息技術的發展，不僅為直觀的量化分析方法提供了技術支持，也為火災風險評估研究提供了多源數據的研究環境[20]。
本研究構建了基于多源數據的城市火災風險評估模型，充分運用規劃、經濟、社會等方面的多源數據，將傳統數據與新興數據相結合，一定程度上提升了風險評估的準確性。以廈門市為實證案例，以街道為研究基本單元，在ArcGIS軟件中綜合測度廈門市城市火災風險及消防抵御能力，本文提出的研究方法，一方面擴充了城市火災風險的定量評估方法，另一方面也為我國城市消防規劃及安全發展提供了借鑒和參考。
1研究區概況及數據來源
1.1研究區概況
廈門位于福建省東南沿海，作為福建省對外連接的重要位置，經濟與社會的戰略地位極為重要(圖1)。廈門市由廈門島、鼓浪嶼及內陸沿海地區組成。隨著近年來社會經濟的發展、快速的城市規模及人口擴張，廈門市火災次數有所增加，對城市安全和居民生活帶來了一定的影響。根據《廈門市“十三五”消防事業發展規劃》及廈門消防部門近十年(2007-2016年)的統計數據可知，隨著廈門城市建成區的不斷拓展，火災警情數量有一定幅度的增加，造成了一定人員傷亡和經濟損失[21]�；馂木閿祿鐖D2所示，其中廈門本島發生火災次數最多，湖里區和思明區火災警情數占火災警情總數的59.05%。
1.2數據來源及處理
數據采集和數據庫的建立是風險評估的基礎。本研究構建了包括傳統數據和新興數據在內的多源數據火災風險數據庫(表1)。以廈門市各個街道為研究基本單元，依托ArcGIS軟件對數據進行配準和格式轉換。
2廈門市火災風險及消防力量評估
根據火災風險在空間上的分布情況可以科學有效地評估城市消防安全現狀，城市火災風險評估和城市消防力量評估的疊加分析能夠較為直觀地發現現有消防布局存在的問題，為城市消防設施布局提供一定科學依據，更有效保障城市安全有序發展，研究框架如圖3所示。在數據采集及處理的基礎上，構建火災風險評估模型得出火災風險結果，并進行可視化。在模擬消防站可達覆蓋范圍、覆蓋火災等級和覆蓋消防安全重點單位等結果后，基于火災風險與消防力量評估結果的疊加分析，提出相應的消防布局優化策略。
2.1城市火災風險因素識別與評估
方法構建在本文中，通過對各類影響火災發生風險的因素進行分析，整理出以下對廈門市火災風險影響較大的因素:①人口密度及地均GDP數據等社會經濟因素對區域火災發生危害的影響較大，人口密集的居住地區及經濟水平較高的區域其發生火災后威脅的人口數量較大，經濟損失較大。此外，消防安全用地的等級也應該納入評估體系，重點消防地區存在的火災風險高;②建筑老舊的地區火災隱患較大，容易發生火災風險。高層建筑的消防滅火有效性較差，對區域火災危險性的影響較大。根據國家相關標準，本文所研究的高層建筑指建筑層數超過9層(24m)的建筑;③區域內部的消防負荷可以一定程度上反映發生火災的概率。人員密集場所即為容易造成群死群傷火災的單位和場所。易燃易爆設施及場所容易發生火災，且火災發生后影響范圍較大。消防安全重點單位發生火災可能性較大，且可能造成重大的人身傷亡或者財產損失。通過3大類8小類的風險因素分析，構建廈門市火災風險評估體系(圖4)。
通過對目前常用的風險評估方法進行對比可以發現，層次分析法能統一處理指標體系中的影響因素，實用性較強，且操作系統簡單，多用于具體風險的評估，如火災風險評估、技術項目風險評估、工程成本風險評估等[25]。因此本研究使用專家打分法和層次分析法相結合的方式確定火災風險影響因素的權重。首先將8類火災影響因素的權重作為決策目標，基于各因素的重要性(對火災風險的影響程度)進行兩兩對比打分。判斷矩陣指標的值反映了專家對火災影響因素重要性的認識及評價。
2.2城市火災風險評估結果
將以上風險因素的空間數據在ArcGIS軟件中進行處理后，得到各因子層風險評估結果，并統一將以上火災影響因子的評價指標值進行無量綱化為1～5五個等級，即高風險、較高風險、中風險、較低風險及低風險，因子層可視化結果如圖5所示。評估結果如下:①本島在人口密度方面的風險較大，湖里區的人口最為密集，思明區人口密度較大，該區域發生火災后容易產生較大人員傷亡，而集美區、海滄區、同安區、翔安區相對人口密度較低，特別是同安區、翔安區;②地均國內生產總值等級越高的區域，遭遇火災時所受的損失可能就越大。思明區地均國內生產總值最高，風險最高，湖里區次之，同安區最小;③湖里區、海滄區及集美區部分區域消防安全重點區域面積占比較大，火災發生后產生的影響較大，因此火災風險較高;④根據廈門市不同時期的遙感圖分析可得出近40年城市建設用地的拓展過程，近似推定各區建筑年代，可知思明區、湖里區、海滄區建筑年代較早，建筑狀況較差，火災事故隱患較大;翔安區、同安區、集美區建筑年代相對較晚，建筑質量相對較好，火災事故隱患較小。⑤從地均高層建筑數量來看，本島蓮前街道、禾山街道和島外海滄街道高層建筑密度較高，存在較高風險;⑥從地均人員密集場所分布來看，本島老城區密度較大，火災發生風險較大;⑦從易燃易爆場所數量和分布來看，島內梧村街道及島外海滄、大同街道的消防負荷較大;⑧從地均消防安全重點單位來看，島內中心城區密度較大，火災發生帶來的潛在損失較大。
將火災風險評估結果劃分為五個等級，分別表示該城市區域的火災風險為高、較高、中、較低、低。這樣，火災風險評估結果就可以通過計算各街道不同因子層的評估分值疊加結果獲得，并建立與火災風險等級的相對應關系。廈門市火災風險評估結果如圖6所示，島內湖里區和思明區、島外海滄區風險等級處于相對較高水平。其中，高火災風險區域為位于本島老城區的嘉蓮街道、夏港街道，主要由是人口密度大、消防安全重點地區面積大、建筑質量較差、消防負荷較大等原因綜合造成的�；馂娘L險等級較高的區域為島內湖里、禾山、江頭、梧村、蓮前、鷺江街道，以及島外新陽、海滄、僑英及杏林街道。島外火災風險較高的地區主要是由于消防安全重點單位、易燃易爆設施較多，且消防安全用地級別較高。
2.3城市消防力量評估
城市火災抵御能力對城市安全發展十分重要，作為火災抵御的主體，科學、合理的消防力量布局是城市安全運行、持續發展的前提�，F有的消防站可達性研究較多以消防站的責任區范圍的面積為衡量指標，忽視了消防車出警實際路線的通達性和城市火災風險空間分布情況。為了將城市道路通達性的影響也納入城市消防力量評估，本研究綜合考慮消防應急響應時間在不同城市等級道路上的分配組合，從而計算出沿著城市現狀及規劃道路網絡行進的消防站空間可達范圍。目前，國內外空間可達性計算運用較多的方法包括緩沖分析法、鄰近距離法、引力模型法、行進成本法和網絡分析法等，緩沖分析模型和鄰近成本模型未考慮實際通行環境對可達性的影響，引力模型結果分析缺少明確標準，行進成本模型中阻力的表達缺乏統一的標準且主觀性較強，網絡分析模型能夠較好解決現實道路網絡和網絡模型的擬合問題，將城市實際道路網絡結構對消防站可達性的影響納入了考慮[26]。因此本研究選取網絡分析法(NetworkAnalysis)模擬消防站可達性，該方法多用于最佳資源分配、最短路徑以及服務區構建，能夠與后期的消防站布局優化和轄區確定更好地銜接[27]。
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根據《城市消防站建設標準(修訂)》的要求，城市消防站須在起火后15min內到達現場并進行撲救，消防響應時間如表2所示，標準中指出應保證城市規劃區內消防站轄區范圍能覆蓋整個城市建設區域，消防車以接到出發指令后5min內即可以到達轄區邊緣[28]。因此，本研究將消防車5min消防響應時間內的可達范圍作為消防站及時有效撲救城市火災的空間范圍，即以消防車5min出警可達范圍(響應1min，實際行車時間4min)對現狀及規劃消防力量進行評估。
(1)消防站可達覆蓋范圍
《廈門市城市總體規劃2011-2020》中提出，廈門市現狀消防站存在責任區范圍過大，擔負的滅火任務過重等問題，島外的部分消防站與責任區內大部分的距離超過規定的5min行車路程[24]。因此對現狀及規劃消防站5min出警覆蓋的服務區域進行可達性模擬，并與消防安全用地進行疊加分析，能夠發現現存消防布局問題，并對優化消防站布局有重要意義。對比發現，現狀消防站5min出警覆蓋范圍不能完全覆蓋城市建成區域，規劃遠期消防站在一定的應急響應時間之內，基本能夠覆蓋城市消防安全重點區域，能夠有效保障責任區消防安全，且島內島外的消防力量趨于平衡，能夠較大程度提升城市消防安全水平(圖7、圖8)。
(2)覆蓋火災風險等級
通過對火災風險等級的空間分布高低與消防站可達范圍進行疊加分析，可以較為直觀地了解城市火災風險分布與城市消防力量的空間匹配程度，因此消防站5min出警可達范圍所覆蓋的風險等級指標較為重要。在空間上將火災發生風險的分布情況和消防車5min出警覆蓋范圍進行疊加分析，如圖9及圖10所示�？梢钥闯�，規劃后消防站能夠全部覆蓋火災高風險區域，基本覆蓋火災較高風險區域，有較好的優化效果。
(3)覆蓋易燃易爆設施
快速城鎮化背景下，城市建設面積逐步擴張，原本位于城市邊緣的易燃易爆設施逐步被城市建設用地包圍，成為城市中不穩定的“致命炸彈”。因此對消防站5min可達范圍是否能夠較好覆蓋�；瘋}儲、危化企業等易燃易爆設施進行分析十分重要。將現狀及規劃消防站5min出警可達覆蓋范圍與現狀易燃易爆設施分布進行疊加分析，結果如圖11及圖12所示。規劃情境下，消防站5min出警可達范圍基本可以覆蓋城區中的易燃易爆設施，布局優化后，消防站可達范圍對易燃易爆設施的覆蓋能力有較大提升，可以滿足城市安全有序發展要求。
3廈門市城市空間布局優化建議
根據城市火災風險評估結果和城市消防能力的空間匹配程度，主要對城市消防設施、易燃易爆設施、道路網絡及其他設施的空間布局進行優化與提升。
3.1消防站空間布局優化建議
通過對現狀火災發生風險和消防站可達范圍的對比分析，明確現狀及規劃消防現狀存在問題和近期消防工作的重點，對消防站布局規劃進行優化。將消防站5min出警不可達的、且位于火災較高風險的區域作為城市消防重點建設區域，優先進行消防站的新增和優化。值得注意的是，對于城市消防重點安全地區(現狀中的A類及B類消防安全重點區域)，消防站轄區不僅要滿足規范中要求的轄區范圍標準(一級消防站轄區面積7km2，二級消防站轄區4km2)，還要滿足消防車出警5min可達的要求[28]。此外，還應完善多種形式的消防力量建設，例如志愿消防隊和微型消防站。在未來消防站布局規劃中，可以通過設定消防站布局優化的約束條件，生成消防網絡拓撲模型，進而初步生成消防站轄區并根據實際情況進行修正。
3.2易燃易爆設施空間布局優化建議
對易燃易爆等設施進行合理、科學的布局規劃，能夠盡量避免城市火災危險，提高城市安全水平。首先，根據消防站可達范圍與易燃易爆設施分布的綜合分析，對位于火災風險較高區域，且對城市安全威脅較大的企業或設施實施立即搬遷或拆遷，減少其對城市安全的影響。其次，在難以搬遷的情況下需進行消防安全改造并定期進行消防檢查，控制防火安全距離，并在遠期規劃中對于此類設施納入考慮，進行搬遷或拆除。
3.3道路網絡優化建議
消防車沿著城市實際道路網絡行進，因此道路網絡環境是消防站出警可達的基礎，提升道路網絡的連通性對提升消防站可達性有積極影響。在現狀和規劃消防站5分鐘出警不可達的區域可增設城市道路或消防應急車道，提高消防車通行能力。在道路網絡連通性較難改變的老城區，可以通過開辟消防專用道、改善道路通行環境及設施等方式，保障消防車的順利通行。
3.4其他消防設施優化建議
城中村、棚戶區和歷史名城等老城區域建筑密度大、基礎設施差，應重點加強該區域的消防設施，并納入城市公共基礎設施體系進行建設和優化。改善老城區消防安全條件的具體措施包括:增設小型消防站、開辟防火隔離帶、增設消火栓和消防水池、優化城市供水管道、整頓違章亂建、改造老城區用電線路及優化老舊建筑的耐火等級等。
4結語
在城市建設用地逐步擴張、建筑密度逐漸增大的背景下，城市消防安全問題不容忽視。本文構建了基于多源數據的城市火災風險評估體系，在傳統數據的基礎上增添城市新興數據，通過綜合考慮不同火災發生風險的影響程度，建立GIS評價模型，將風險評估結果與現狀及規劃情景下的消防力量評估結果進行空間上的匹配分析，為之后廈門市消防規劃布局及城市安全發展提供科學依據。此外，本研究所提出的評估方法不僅有利于促進廈門市消防資源配置的優化、提升區域消防安全和城市的可持續發展，也可為其他城市和地區科學評估城市火災風險、提升消防效率、提高城市安全水平提供分析方法上的參考和優化策略上的借鑒。
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