古建筑火灾风险定量分析

田水承，张成镇，任国友

(1.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.中国劳动关系学院 安全工程系，北京 100048)

古建筑火灾风险定量分析

田水承1，张成镇1，任国友2

(1.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.中国劳动关系学院 安全工程系，北京 100048)

为精确了解古建筑火灾的风险情况，通过统计我国近65年来的165例古建筑火灾案例，分析古建筑火灾的事故特征，在此基础上，建立事故树模型。采用统计、专家评分的方法获取基本事件的发生概率，然后计算出基本事件的临界重要度系数进行比较，发现古建筑火灾的发生与季节、省份存在关系，古建筑火灾的防治应该从原因事件的预防、火灾发生后的扑救、加强监管及消防投入等方面着手，对于临界重要度系数大的基本事件应该着重管理。事故树定量研究可以为古建筑火灾的防治提供更加科学合理的建议。

古建筑；火灾事故特征分析；事故树模型；临界重要度系数

0 引言

古建筑是人类重要的物质遗产，具有重要的历史考古、美学艺术、科学技术、经济及精神等方面的价值，一旦被烧毁就不可再生。2014年1月11日被誉为“月光之城”的香格里拉独克宗古城发生火灾，导致246户受灾，343栋古建筑被毁[1]，近几年古建筑火灾发生频率的突然升高给古建筑的保护敲响了警钟。国内外学者对古建筑火灾风险的研究主要有以下几种方法：刘希臣[2]、戴超[3]等采用的事故特征规律分析法，张雪[4]、康雪峰[5]、张泽江[6]等采用的经验分析法，蒙慧玲[7]、田思龙[8]等采用的安全现状及对策分析方法，王春艳[9]、Watts[10]等采用的安全系统理论方法，刘天生[11]等采用的事故树定性分析方法。这些研究方法存在主观性和片面性，故笔者通过统计我国近65年来的古建筑火灾案例分析事故特征，利用统计和专家评分法获取基本事件发生概率，计算各基本事件的临界重要度，采用定量的方法分析古建筑火灾的风险。

1 古建筑火灾事故特征分析

通过查阅年鉴、文献、新闻，统计近65年来的古建筑火灾事故165例，采用特征分析方法分析古建筑火灾与省份、年份、月份及主要火灾原因之间的特征关系，为事故树定量分析提供数据基础。(1)按照省份进行统计分析，发现不同省份的古建筑火灾起数存在很大的差异，一方面与该省现存的古建筑数量有关，另一方面与该省古建筑消防的管理、安全投入以及法规的制定和落实情况有关，素有“古建筑宝库”之称的山西省古建筑火灾事故的数量并不多，这与山西省在古建筑消防方面做出的努力有很大关系。古建筑火灾在各省分布情况如图1所示。(2)按照年份进行统计分析，发现近65年来古建筑火灾的发生并没有特殊规律，只是在20世纪80年代初和最近几年的古建筑火灾事故数量有突然性的升高，如图2所示。(3)按照月份进行统计分析，发现在春冬季节是古建筑火灾的高发季节，通过进一步分析春冬季节的古建筑火灾事故原因，发现在春冬季节宗教及节日活动密集，宗教用火及燃放烟花爆竹的事件增多，再加上春冬季节天气寒冷，人为烧火取暖的频率增加也会导致古建筑火灾发生概率的升高，如图3所示。

图1 古建筑火灾在各省分布情况

图2 古建筑火灾随年份的变化规律

图3 古建筑火灾随月份变化图

另外，古建筑火灾事故原因可分为人为因素、电气因素、环境因素、外部因素等，其中，人为因素导致的古建筑火灾事故占总数的66%，电气因素导致的古建筑火灾事故，比例为23%，可见古建筑消防应该在人为和电气两方面着重管理。

2 事故树分析

事故树分析法由美国的Watson首次提出，该方法是从一个可能的事故即顶上事件开始，自上而下、一层一层地寻找顶上事件的直接原因事件和间接事件，直到基本原因事件即基本事件，并用逻辑符号把这些事件之间的逻辑关系表达出来，然后进行定性定量分析[12]，找到与顶上事件发生关系最大的基本原因事件，采取有效的措施控制这些基本原因事件，从而降低事故发生的风险。

2.1 事故树模型构建

通过对古建筑火灾案例分析、实地调研、咨询古建筑消防方面的专家，结合古建筑火灾事故原因，系统地分析古建筑火灾发生的原因，找出事故树的顶上事件、中间事件及基本事件，并采用合适的逻辑符号进行连接，绘制出事故树，如图4所示。事故树中各基本事件及其相对应的代号见表1。

图4 古建筑火灾事故树图

2.2 事故树的定量计算

2.2.1 基本事件概率的确定

要采用定量的事故树分析方法，就需要获得事故树中基本事件的概率，按照基本事件概率获得方式的不同，可将其分为两类：一类是可以通过古建筑火灾案例统计出来的基本事件，该类基本事件可以通过统计的事故数量计算出其发生的概率；另一类是不能通过古建筑火灾案例统计得出的基本事件，

表1 古建筑火灾事故树各基本事件及对应代号表

该类基本事件的发生概率只能通过专家评分法获得，比如监管不认真、灭火设备不足等。

在165起古建筑火灾事故案例中有137起火灾事故原因是可以确定的，根据已经确定的火灾原因计算出可统计部分的基本事件的发生概率(每月的发生次数)。对于事故树中不可统计的基本事件发生的概率则采用专家评分法，由于专家打分具有主观性，为了使专家的打分能够更加科学、合理，故笔者参照可统计部分基本事件的概率值，把基本事件的发生概率分为五个等级，其等级与概率范围分别为：极高(0.02,1]、高(0.01,0.02]、中(0.005,0.01]、低(0.002,0.005]、极低(0,0.002]。专家对这些基本事件发生的级别、概率进行评分，取平均值来确定不可统计基本事件的发生概率。事故树中各基本事件发生概率见表2。

2.2.2 基本事件临界重要度计算

基本事件发生概率的相对变化率与顶上事件发生概率的相对变化率之比表示基本事件重要度，这个比值就是临界重要度，其计算步骤如下：

首先，计算顶上事件发生概率P(T)，公式为：

式中，i表示基本事件的序数；r表示最小割集的序数；k表示最小割集的个数；Gr表示最小割集；qi表示基本事件的发生概率。

最小割集是由一些基本事件构成的集合，如果集合中的事件都发生时，顶上事件一定发生，如果去掉集合中任意一个基本事件就不再是割集，这样的割集就是最小割集。

其次，计算概率重要度Ig(i)，概率重要度是表示各基本事件发生概率的变化对顶上事件发生的影响，公式为：

最后，计算临界重要度Ic(i)，计算公式为：

将基本事件概率依次代入上述公式，计算出临界重要度系数，见表2。按照临界重要度系数大小排序为：

Ic(x3)=Ic(x2)>Ic(x13)>Ic(x12)>Ic(x15)>Ic(x14)>Ic(x16)=Ic(x19)>Ic(x6)>Ic(x4)>Ic(x24)>Ic(x7)=Ic(x11)>Ic(x8)=Ic(x22)=Ic(x23)>Ic(x17)=Ic(x25)>Ic(x18)=Ic(x20)>Ic(x9)=Ic(x10)>Ic(x1)=Ic(x21)>Ic(x5)

表2 古建筑火灾事故树各基本事件发生概率及临界重要度

注：*表示该基本事件的发生概率采用专家打分法取均值得出。

由临界重要度排序可以看出，发现不及时、扑救不及时、人为用火、电气原因及雷击等是导致古建筑火灾的重要原因，发现不及时和扑救不及时是指火灾发生后没能将火灾消灭在萌芽之中，导致古建筑火灾发生，这属于扑救措施不当。部分古建筑地处偏远山区，道路难行且与市区距离远，消防队难以及时到达，这是客观事实，为了在火灾发生时能及时扑灭火灾，相关的古建筑管理者自身应该做好准备，以备不时之需，比如修建消防水池，建立自己的消防队。监管不力，消防灭火设施失效或不足这就需要加强对监管人员的培训及灭火设施定期检查和加大资金投入；人为因素是导致古建筑火灾发生的重大原因，对于宗教用火是难以避免的，只能加强教育和监管，然而生活用火及电气导致的火灾则是可以避免的。随着旅游业蓬勃发展，很多商家在古建筑内或周边开设旅馆、酒店、商店等，这些商业行为很大程度上增加了古建筑的火灾隐患，有关部门及古建筑的管理者不应该只考虑到经济利益最大化，也要考虑到古建筑的安全问题。此外，不少建在高山之巅的古建筑因遭受雷击而被毁灭，必须安装避雷设施来减少由雷击导致的古建筑火灾。

3 结论

古建筑数量多与对古建筑消防管理、投入不足的省份，古建筑火灾发生的概率相对较高；春冬季节是古建筑火灾的高发季节。古建筑火灾的发生是由人为用火、电气原因及雷击等主要原因导致的；火灾发生后造成严重的后果是由于发现不及时、扑救不及时等原因导致的。古建筑火灾的防治应该从原因事件预防和火灾发生后及时扑救两方面着手，对于临界重要度系数大的基本原因事件应该着重管理，才能迅速有效降低古建筑火灾发生的可能性。

[1] 韩颖.独克宗古城火灾事故追踪[J].劳动保护,2014(8):41-43.

[2] 刘希臣.我国古建筑防火保护策略的研究[D].重庆:重庆大学,2008:18-27.

[3] 戴超.中国木构古建筑消防技术保护体系初探[D].上海:同济大学,2007:18-23.

[4] 张雪,马千里.我国古建筑火灾危险性分析及预防对策探析[J].中国科技纵横,2013(16):272.

[5] 康雪峰.古建筑火灾风险评估[J].武警学院学报,2008，24(2):29-32.

[6] 张泽江,梅秀娟.古建筑消防[M].北京:化学工业出版社,2009:10-16.

[7] 蒙慧玲,张树平,张建伟.我国宗教古建筑火灾隐患及防火对策[J].消防科学与技术,2014,33(6):695-698.

[8] 田思龙,赵军,刘国良.古建筑火灾的成因分析与消防对策研究[J].物流工程与管理,2010(7):153-154.

[9] 王春艳,王曙光,李茹.安全系统工程理论在古建筑消防安全中的应用研究[J].安全,2013(8):62-64.

[10] WATTS J M.Criteria for fire risk ranking[J].Fire Safety Science,3rd Internal Symposium,1993:457-466.

[11] 刘天生.国内木构古建筑消防安全策略分析[D].上海:同济大学,2006.

[12] 樊运晓,罗云.系统安全工程[M].北京:化学工业出版社,2009.

(责任编辑马龙)

QuantitativeAnalysisofFireRisksofAncientBuildings

TIAN Shuicheng1， ZHANG Chengzhen1， REN Guoyou2

(1.CollegeofSafetyScienceandEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,ShanxiProvince710054,China; 2.DepartmentofSafetyEngineering,ChinaInstituteofIndustrialRelations,Beijing100048,China)

In order to accurately understand the risk of ancient building fires, an incident tree model is established on the basis of the statistics of 165 ancient building fires in China in the past 65 years and the analysis of the characteristics of ancient building fires. This model applies statistical, expert scoring methods to obtain the occurrence probability of basic events and calculate the basic event criticality coefficient. The relationship between the occurrence of ancient building fires and the season, the province is found with comparison. Therefore, fire prevention and control measures of ancient buildings shall include prevention of event causes, post-fire remediation, strengthening supervision and installing enough fire control system and top management priority shall be given to basic events with high criticality coefficient. The quantitative research of incident tree can provide more scientific and reasonable suggestions for the prevention of ancient building fires.

ancient building; fire accident characteristic analysis; incident tree model; criticality coefficient

2017-04-05

田水承(1964— )，男，山东淄博人，教授，博士生导师，主要从事安全应急管理研究； 张成镇(1992— )，男，江西九江人，在读硕士研究生； 任国友(1969— )，男，黑龙江大庆人，教授，主要从事应急管理、石油化工事故风险分析研究。

D631.6

A

1008-2077(2017)10-0062-04