火灾风险评估在灭火救援辅助决策中的应用

朱泽峰，郑　燚，崔俊广

(武警学院 研究生队，河北 廊坊　065000)

0　引言

“风险”通常被描述为不确定性对目标的影响，或某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。风险是研究的对象，又是初始观察问题的视角。“火灾风险”则是基于人类行为可以干预危险、可能避免危害的基础上的。火灾风险集中探讨火灾的负面结果，对不特定人或一些人的生命、健康或重大财产带来危害的一种可能性。火灾风险的表达式应描述为：事件发生可能性、严重的后果，上述二者之间相关性，上述三者之间的时空分布与人员影响分布，人的风险感知、消防能力等。

决策是灭火救援现场最核心的工作，具有风险性、时效性、机断性的特点。指挥决策的特点是由灭火救援现场灾情的变化(客观因素)以及部队灭火行动(人为因素)决定的。灾害现场指挥员掌握决策依据不应只是依靠经验和现场态势发展，更应基于科学合理的火灾动力学与火灾风险评估的耦合作用，二者相辅相成才能为现场决策提供科学合理高效的决策方案。

1　在灭火救援决策中应用风险评估的可行性

当代所有发生的火灾几乎均为简单风险，即因果关系清楚并已达成共识的风险。对火灾进行风险评估的过程也是对比火灾风险和风险标准的过程，然后决定火灾的风险与级数是否能够接受和容忍，火灾风险评估有助于风险处理决策。有研究人员论证了效用函数模型在火场指挥中的辅助决策地位[1]，借助数学模型可以将不同权重指标决策方案的效用值以函数形式表示，使方案之间具有对比性，对比效用值进行决策方案择优。

在大智移云的数据时代，智慧消防发展越来越快，但目前并没有统一的标准，导致大量的历史火灾数据信息分散，而火灾风险评估量化的难点在于数据的匮乏，如果能将消防系统中的历史火灾数据应用于量化模型，则评估的有效性和可靠性将进一步提升，指挥员的决策选优也更具科学性和高效性。

基于风险评估的火场人员疏散应用研究理论、方法和模型有很多种，就主流量化评估的方法来说，主要考虑了三个影响因子，分别是：火灾动力学因子、火场中人员灭火行为特征因子、着火环境因子。这三者之间的耦合关系也是决策人员方案择优时应考虑的因素。另一方面，基于公认的火场人员安全疏散的判定准则，指挥人员可以依据接警、出警、到场时间累加，准确把控安全疏散时间。加拿大研究人员Paul提出了多层建筑中人员沿楼梯疏散所需时间[2]的经验公式：

当单位宽度楼梯疏散人数(p)小于800时：

T=0.68+0.081p0.73

(1)

当单位宽度楼梯疏散人数(p)大于800时：

T=2.00+0.011p

(2)

图1为随火灾发展时间进行人员疏散的阶段示意图。

图1　随火灾发展时间进行人员疏散阶段示意图

2　火灾风险评估现状及其与灭火救援决策的融合

火灾风险辨识是最基本和最难的一个环节,是发现、识别、描述火灾风险的过程,包括风险源的识别、风险事件的识别、风险原因及潜在后果的识别。相同的风险因素可能是由不同的风险源产生的,例如，火灾风险可能来源于自然环境，也可能来源于社会环境。有些风险源很好判断但是有些则不易判断,主要难点在于对火灾风险原因及潜在后果的识别，这个过程涉及历史数据、技术分析、知情人、专家和利益相关者的意见。

风险矩阵成为广泛的评估工具，依赖于两个输入变量(风险发生的影响程度、风险发生的概率)的贡献。虽然此方法可用于定量或定性的风险评估，但即使是改进的风险矩阵[3]，其评估效果也比较粗糙，区分度不够精确。风险矩阵依赖于风险辨识和数据，由于输入变量的数据困境，多依赖于专家打分，这就导致两个变量的乘积恒定时，火灾风险并不能随打分专家对于两个输入变量的认知与决策认知的不同而变化(如图2所示，黑天鹅(5A)一旦出现即为特别重大事故，灰犀牛(2D)则为一般事故，然而他们却同属高风险级别)。这一点上与Delphi评估法[4]类似。AHP多侧重于对既有或在建建筑的消防性能化设计[5]。因此，可以利用层次分析法解决权重，与风险矩阵结合。但是指挥员根据风险矩阵研判灾情发展规律、制定作战计划、进行辅助决策是否满足作战需求，是否能够提升风险认知能力，还有待于考证。

图2　AHP与风险矩阵法联用确定风险等级

计算机火灾模拟软件在火灾风险评估中的应用也是不容忽视的。比如为预测大空间场所火灾热流场的分布、火灾产生热烟气的流动方向[6]以及火灾发展蔓延的规律[7]，可用FDS模拟软件作为研究参考。后果模拟软件[8]可以对喷射火、闪火、BLEVE等进行详细模拟处理与定量分析。FDS+Evac和Pathfinder软件都可以对火灾中的人员疏散提供强大的技术支撑，如规划科学的逃生路线、组织人员疏散等。而火灾中疏散准备时间并不是定值[9]，目前模拟条件与现实差异的问题没有得到很好的解决。若以上所述计算机火灾模拟软件基于合理的数据，对于基层指挥员预先研判能力有决定性的影响，对于灭火战术、火场供水、抢险救援、多力量协同作战以及特殊类型火灾处置中都具有重要的现实意义。

区域火灾风险评估大多应用于城市内部，主要基于科学合理的评估指标体系，基础工作也是要收集大量可量化数据，诸如燃料的燃烧特性、火焰蔓延速度、建筑构件的耐火评定等。这就要求火场指挥决策人员必须灵活掌握火灾动力学的相关知识，能够应用热暴露模型和结构模型[10]。基于区域火灾风险评估可构建减小区域火灾风险的决策模型[11]，有助于责任辖区中队编写应急救援预案以及政府对该辖区的消防规划布局。

目前正在研究基于情景构件的风险评估工具，这十分符合我国国情，具体来说是开发基于小学生安全情景的校园安全风险评估工具，为采集目标数据，需要上万名小学生的参与。此方法的开发对校园事故处置中救援力量部署、指挥员决策以及人员疏散等具有十分重要的指导意义。

3　火灾风险评估可选择方案分析与灭火救援决策

火灾发展阶段存在大量非确定性影响因子，这些非确定性影响因子之间也会相互耦合影响，使得火灾风险评估过程存在大量的随机因素和模糊因素。对既有建筑评估火灾危险性时，要最大化地量化上述非确定性影响因子，在完善的技术评定方法的条件下得到的评估结果才更可靠，更贴近现实。但是，在实际火场中，指挥员的作战决策更多偏向于两个或几个局面的风险对比，对于指挥员来说，清楚各评估方法的精确风险是不必要的，而必要的是了解哪个是最优方案，也就是风险更低的方案。为了使火灾风险评估与实际消防决策融合，需要进行一定的假设和简化，并基于决策理论[12]进行分析。在两个或多个决策方案对比择优时，多以效用值比对为依据。以火灾初期阶段(热释放速率相对较小，此时的火灾可以被灭火器或被自动水喷淋扑灭或控制)可能导致场景的事故树分析为例，具体见图3。

图3　火灾初期可能导致场景的事件树

这样，我们根据上图所示得到成功扑灭某初期火灾的效用值为：

PFPh1=Pa1Pa2Pa3+Pa1(1-Pa2)+(1-Pa1)Pa3

=Pa1Pa2Pa3+Pa1+Pa3-Pa1Pa2-Pa1Pa3

(3)

式中，PFPh1为效用值，基于各火灾场景的伤亡人数确定。

实际上，评估伤亡人数等问题相对容易，最重要的问题是选择一种优先级比较高的决策理论方法。在风险条件下常用的决策分析方法是期望效用最大化(Maximizing Expected Utility，MEU)原则[13]，主要应用于火灾初期阶段[14-15]。

由于火灾的不确定性和效用值的一定性，需要采取一种比较合理的办法，也就是确定的概率值与效用值区间的做法，这样比以往采取的评估方法都更加贴近实际。在对火灾认知的不确定影响下，决策者可以借助SSD(Supersoft Decision Theory)方法进行方案的模糊评估，焦点问题不在于事件概率和效用值的定值，而在于明确二者区间的边界。SSD决策分析法通过最大期望效用值Max(E(U,P))、最小期望效用值Min(E(U,P))和平均效用值Average(E(U,P))这三个参数来进行方案择优：

(4)

(5)

Average(E(U,P))=

(6)

式中，E(U,P)是决策方案的期望效用值(expected utilities value)，它是关于概率P和效用值U的函数；Pi是某事件i发生的概率值；Ui是某事件i的效用值。

在不同的火灾场景需要做出方案决策时，只需要比较两个或多个决策方案之间的上述三个期望效用值大小。

4　结语

作为定性研究火灾风险的简便方法，安全检查表最简便易行，决策人员应有意识地将此方法作为辅助决策的参考方法，还应具有基于FTA或ETA方法建立的危险逻辑思维。除上述最基本的快速评估方法外，决策人员还必须掌握火灾动力学与概率统计学的有关内容，充分利用历史火灾数据分析研判当前火灾发展阶段、灾情发展规律以及灭火救援战术战法等，将火灾风险评估应用于不确定性风险较多的复杂情况，有助于灭火救援得到科学、合理、可靠的技术支撑。