适应城市消防规划需求的火灾风险评估研究*

陈志芬，黄靖玲，李 亚

(1.中规院(北京)规划设计公司，北京100037；2. 北京师范大学 地理科学学部，北京100083；3. 中国城市规划设计研究院，北京 100037)

0 引言

火灾是城市灾害中发生频次最高、影响面最广的灾害之一。随着我国城镇化进程加快，城镇数量增多，城镇的用地空间、人口规模、产业类型、基础设施等持续增长，城市火灾隐患及危险源日趋复杂多样，火灾危险性不断增加，对城市社会和经济的可持续发展造成严重威胁。与此同时，火灾事故频发，也暴露出我国火灾风险管理疏失，城市消防站、消防供水、消防车通道、消防安全教育设施等建设相对滞后，应急准备欠缺，应急救援能力不足，城市脆弱性升高等问题[1]。如何科学评估城市火灾风险，研究城市火灾风险空间分布特征，一直都是火灾科学研究领域的重点内容，也是近年来城市消防规划的重要内容。

早期的城市火灾风险评估，主要针对城市整体，通过建立指标体系，评估城市整体风险[2-4]。随着GIS技术的发展和广泛应用，在城市区域整体评估的基础上，利用地理格网或行政单元将城市划分为若干评估单元，通过优化火灾风险评估指标体系，结合GIS 空间分析技术，评估火灾风险在不同单元空间分异特征的研究不断增多[5-8]。2015年，GB 51080—2015《城市消防规划规范》颁布实施，文中明确，消防站辖区面积也可通过城市或区域火灾风险评估确定[9]。将火灾风险评估纳入城市消防规划，将进一步支撑规划编制的科学性和可实施性。面向消防规划的新需求，是城市区域火灾风险评估的新方向。相坤等[10]面向城市消防规划需求，提出火灾风险评估指标体系的一级指标宜从火灾危险源、区域脆弱性、消防力量、社会防控能力4个方面进行研究，评估方法应尽可能采用定量或定性与定量相结合的方法。张刚[11]以消防安全重点单位用地评价为基础，叠加人口密度、建筑形式、地下空间3个因素，以用地地块为评价单元，通过逐项打分，基于GIS的空间分析叠加各指标值，评估城市风险。温小鹏[12]针对福建省福清市中心城区火灾特点，从火灾风险指数、区域特征指数、风险地域能力建立指标体系，以规划地块为评价单元，基于GIS空间分析，采用加权平均的方法进行风险评估。杨雅娟[13]以乡镇、街道为评价单元，从致灾因子危险性、承灾体脆弱性、区域特征敏感性、抗灾能力建立指标体系，通过对各评价单元的指标加权平均，计算各单元火灾综合风险指数。李丁等[8]将研究区划分为500 m方格，从火灾危险性、消防基础设施、区域抗灾能力建立指标体系，基于GIS空间分析，叠加各评价单元上多个指标值进行综合风险评估。丁爱君[14]针对北京市西城区特点，依据区域特征、火灾负荷、消防实力水平、社会管理水平建立指标体系，基于统计数据对各街道的火灾风险进行评估。上述研究主要从火灾危险源、人口密度、建筑特征、消防设施、抗灾能力等方面梳理指标，建立火灾风险指标体系，以行政单元、网格、城市建设用地地块为单元，采用加权平均的方法，对各单元进行评价。各研究都是从火灾危险性、承灾体易损性以及城市抗灾能力3方面分析确定指标，但指标的选取仍存在较大差异。由于部分指标难以用传统方法定量计算，或者受限于数据获取难度，火灾危险性往往仅考虑易燃易爆危险源分布或者消防安全重点单位分布，易损性指标也主要集中在人口密度、建筑形式等指标。而编制城市消防规划，需要识别耐火等级低的区域，根据火灾危险性、易损性制定不同的火灾管控措施，并依据风险优化消防站布局。因此，面向城市消防规划的火灾风险评估，既需要针对性地建立相关指标，构建覆盖火灾危险性、承灾体脆弱性以及城市抗灾能力的指标体系，同时，其结果还应能为消防规划的编制提供必要的支撑和依据。

本文针对云南省昆明市滇中新区消防规划对火灾风险评估的需求，结合遥感卫星影像分析和用地功能分析，建立覆盖火灾危险性、易损性、抗灾能力3个方面的指标体系，并以建设用地地块单元为基本评价单元，进行城市区域火灾风险评估。

1 历史火灾统计分析

1.1 全国历史火灾原因、场所分析

分析2012—2016年火灾统计数据(来自历年消防统计年鉴)可知，火灾事故原因主要为电气火灾、生活用火不慎，分别占总起数的30.8%和18.5%(图1)。对火灾事故发生场所进行归集，分为住宅、交通工具、易燃易爆场所、人员密集场所、仓储物流、生产场所、垃圾及废弃物、办公场所、其他，其中，住宅火灾、生产场所火灾是主要的起火场所，分别占总起数的38.6%和12.4%(图2)。

图1 全国起火原因火灾情况分析Fig.1 Analysis of fire causes in countrywide fire situation

图2 全国起火场所火灾情况分析Fig.2 Analysis of fire places in countrywide fire situation

1.2 研究区历史火灾统计分析

研究区昆明滇中新区位于昆明市东北，跨昆明市大板桥区和嵩明县2个行政单元。由2个行政单元2009—2014年历史火灾统计分析可知，发生在农村、集镇地区火灾明显多于城市、县城地区，农村、集镇地区火灾约占火灾总数的80%(图3)。生活用火不慎、吸烟、玩火、电气火灾是导致火灾事故主要原因。大板桥地区用火不慎、吸烟、玩火、电气故障引发的火灾分别约占火灾发生总数19.7%、36.8%、22.4%、10.5%(图4)，嵩明县用火不慎、玩火、吸烟、电气故障引发的火灾分别约占火灾发生总数的29.2%、24.3%、18.8%、14.9%(图5)，均约占总数的90%。从统计分析结果来看，研究区的火灾原因与全国总体情况存在较大差异，吸烟、玩火、用火不慎等与人的安全意识相关的因素占75%左右，电气火灾比例远低于全国总体水平。因此，必须立足区域火灾特点开展研究区火灾风险评估。

图3 研究区火灾地域分布图Fig.3 Regional distribution of fire in study area

图4 大板桥火灾原因分析图Fig.4 Analysis of fire causes in Dabanqiao area

图5 嵩明县火灾原因分析图Fig.5 Analysis of fire causes in Songming county

2 城市火灾风险评估指标体系

区域火灾风险评估主要针对火灾危险性、承灾体易损性和抗灾能力3个一级指标进行评估。

1)火灾危险性度量火灾发生的不确定性。建筑耐火等级与火灾发生概率存在明显的相关性，建筑耐火等级低的地区火灾发生概率高。结合大板桥、嵩明火灾实地调查情况，建筑耐火等级低的地区，主要是棚户区、城乡结合部等地区，居民消防安全意识较为薄弱，生活用火不慎、吸烟、玩火等导致火灾高发。虽然因管控更严格，易燃易爆危险源引发火灾的概率在不断降低，但易燃易爆危险源仍然是直接导致火灾的主要因素之一，不容忽视。因此，选取建筑耐火等级、易燃易爆危险源作为衡量危险性的影响因子。

2)火灾易损性度量承灾体损失的程度。从历史火灾统计分析来看，火灾带来的损失主要分为人员损失和财产损失2类，人口和经济的分布情况都会对损失结果有影响，人口密度和城市经济密度可以表示人员和财产分布的总体状况。从区域角度评估火灾，还应考虑火灾影响的区域。建筑密度会影响整个区域火灾蔓延、发展情况，建筑密度较高的区域，发生火灾后更容易蔓延，导致起火范围扩大，损失更为严重。因此，选择建筑密度、人口密度、经济密度3个因子反映承灾体易损性特征。

3)城市抗灾能力是尽量保证该区域内发生火灾时灭火救援的成功性。消防站布局、消防给水、消防车通道等消防系统是城市抗灾能力的重要组成部分，合理的消防系统规划与建设，可以有效地把火灾事故消灭在萌芽状态，减少火灾损失，从整体上降低火灾的风险。由于消防供水、消防车通道等消防基础设施主要依托市政供水设施、城镇道路系统，与城市用地布局、建筑密度、建筑耐火等级存在较大的相关性，因此不单独考虑该指标。选取评价单元与消防站的距离作为度量抗灾能力的影响因子。

火灾风险是火灾损失的概率，度量概率的危险性和度量损失的易损性对于火灾风险的贡献具有同等重要性。由于我国现有的消防站主要承担灭火救援的工作，也就是最大程度降低火灾发生后的损失，并不能降低火灾发生概率，因此权重减半。根据一级指标因子分析可见各因子对于指标具有同等的重要性，火灾风险评估指标体系如表1所示。

3 城市火灾风险评估方法

3.1 评价单元确定

现有火灾风险评估多以行政单元、网格、城市建设用地地块为评级单元。其中，城市建设用地根据土地使用的主要性质划分为居住用地、公共管理与公共服务设施用地、商业服务业设施用地、工业用地、物流仓储用地、道路与交通设施用地、公用设施用地、绿地与广场用地共8大类，并根据用地功能、环境质量、建筑特点等要素，将8大类用地划分为35中类、42小类，其中居住用地按设施水平、环境质量和建筑层数等综合因素细分为3个中类。本文采用建设用地地块作为评估单元，各单元在用地性质、用地功能及建筑特点等方面具有相近的空间属性，更便于分类识别出各单元的因子特征。

3.2 指标因子评价准则

为了确保评估方法的通用性，统一把各指标的评价值无量纲化为5个等级，并赋值1～5进行计算，分别表示高、较高、中等、较低、低5个等级。建筑耐火等级和建筑密度通过现场调研与遥感影像目视识别相结合的方法进行评判(图6)，易燃易爆危险源影响和消防站布局根据距离划分等级。人口密度和经济密度的相对关系与用地类型与用地功能密切相关，例如，居住用地的人口密度明显高于公园绿地的人口密度，商业用地的经济密度明显高于村庄居住用地的经济密度。因此，通过分析用地类型及用地功能差异，将地块单元的人口密度和经济密度划分为5个等级。

耐火等级分为国家标准的四级耐火等级及不耐火5个等级，判别依据为：

1)一级耐火等级建筑：结合研究区实地调研及相关标准研究，确定研究区内仅机场建筑为一级耐火等级。

2)二级耐火等级建筑：主要为研究区内高层建筑(9层及以上)。

表1 火灾风险评估指标体系Table 1 Index system of fire risk assessment

注：易燃易爆危险源影响和消防站布局根据距离划分等级，单位：m。研究区任意边界、任意2点的最大距离不超过6 000 m，以6 000 m作为距离上限。

3)三级耐火等级建筑：主要为标准厂房、中高层建筑(8层及以下)。

4)四级耐火等级建筑：主要包括农村房、城市棚户区、简易厂房(研究区域内厂房大部分为简易厂房，可以判断为四级耐火等级)。

5)不耐火建筑：主要为砖木结构、木结构的老旧建筑，防火性能差，属于不耐火建筑。

图6 建筑耐火等级识别Fig.6 Identification of building fire resistance rating

在用地类型和建筑形式复杂多样的区域进行建筑耐火等级的判断时，地块内部可能存在2种及以上耐火等级并存的情况，往往需要先按耐火等级标准识别建筑分布区，再在各地块内合并计算不同耐火等级建筑区的面积加权值作为耐火等级得分。但本研究区用地类型和建筑形式相对简单，直接判断各建设用地地块的耐火等级。

建筑密度以地块单元的密度值划分为：[0，20%), [20%,30%], (30%,40%], (40%,50%], (50%,100%]共5个等级。高层建筑集中区、机场用地、学校、市政设施用地区及目视判断建筑密度低的地块，判断建筑密度<20%；城市多层建筑集中区、一类居住用地区、医院、行政办公用地等用地区及目视判断建筑密度较低的地块，判断建筑密度20%～30%；其他城市二类居住用地及目视判断建筑密度中等的地块，判断为建筑密度>30%～40%；城市商业商务区、集镇、新建村主要街道及目视判断建筑密度较高的地块，判断为建筑密度>40～50%；集中连片厂房、棚户区、村庄及目视判断建筑密度高的地块，判断为建筑密度>50%。

3.3 风险评估方法

本文采用加权平均的方法计算评价单元风险值。设评价单元各指标因子的基准得分为Si，权重为Wi，用指标因子对应的评分与该因子对应的权值相乘，并进行累加，得到危险性、易损性、抗灾能力指标最后的评估分数D，V，F，如式(1)所示；再将各指标进行加权平均，得评价单元的火灾风险值R，如式(2)所示。根据D，V，F，R值的大小，划分为5个等级，划分为：[0，1.5), [1.5，2], (2，3], (3，3.5], (3.5，5]共5个等级，分别表示风险等级低、较低、中、较高、高。

(1)

R=(D+V+F)/3

(2)

4 火灾风险评估结果

4.1 指标因子评价

根据城市火灾风险评估指标体系，以地块为评估单元，结合现场调研、卫星遥感信息、城市用地类型识别等信息，对各指标因子进行评估。具体指标因子及等级划分与打分方式参照表1。各指标因子对应的评价结果如图7所示。

1)从危险性分析结果看，规划范围内南部地区危险性较高、北部危险性较低；大板桥地区危险性明显高于嵩明县地区；农村地区危险性中等。由于大板桥地区工业分布密集，危险源主要分布于该地区，使得大板桥工业片区发生火灾的可能性大，火灾的危害性高。嵩明县老城片区由于建筑年代久远、建筑质量相对较差、建筑耐火等级较低，因此老城区危险性为中度；新建片区由于建筑耐火等级较高，火灾危害较低。农村地区由于房屋密度高、建筑耐火等级低，使得火灾风险增加。

2)从易损性分析结果看，城镇地区风险最高，周围农村风险低；南部大板桥工业片区易损性高，机场地区易损性最低。原因是城镇地区人口密度大，建筑密度大，使得城区起火的可能性大，火灾易损性高。农村地区人口密度小，经济密度低，火灾易损性小。南部工业地区由于建筑密度大、从业人口多、经济密度大，因此火灾易损性相对较高。

图7 各指标因子评价结果Fig.7 Assessment results of each index factor

3)从抗灾能力分析结果看，嵩明县城区抗灾能力高，外围乡村地区抗灾能力低。南部机场片区抗灾能力高，大板桥工业片区抗灾能力低。原因是消防力量集中在中心城区与机场地区，外围消防力量薄弱。农村地区基本消防设施缺失，一旦发生灾情，现有消防力量难以满足需求。大板桥工业片区消防基础设施不配套，消防安全条件差，因此其抗灾能力较低。

4.2 火灾风险评估结果与分析

叠加危险性、易损性和抗灾能力指标评估结果，按照3.2中评价等级划分标准进行火灾风险等级划分，研究区火灾风险评估结果如图8所示。研究区火灾风险整体较高；风险分布特征与该区域历史火灾统计分析规律基本吻合，高风险区主要分布在大板桥、杨林镇、牛栏江镇，以及嵩明县老城区棚户区，为城乡结合部、城中村以及集镇和嵩明县老城区棚户区，长水机场周边及嵩明县县城南部的新建城镇片区，风险较低。

图8 火灾风险评价图Fig.8 Graph of fire risk assessment

1)大板桥南部城乡结合部、城中村、工业园片区，是研究区火灾高风险区最密集的地区，片区内存在大量小型加工企业，建筑密度大，厂房耐火等级低，建筑间无防火间距，易燃材料堆积，消防基础设施不配套，消防安全条件差，加之从业人员消防意识淡薄，疏于管理，发生火灾后救援难度大，容易酿成重大事故。

2)杨林镇、牛栏江镇乡村片区，呈现大分散小集中。乡村地区消防基础设施不配套，消防安全条件差，房屋连片建设、耐火等级低，一旦发生火灾，易造成较为严重的后果，因此农村地区火灾形势较为严峻。

3)嵩明县城北部老城棚户片区，为耐火等级低地区，建筑建设年代久远，建筑密集，耐火等级较低，火灾蔓延可能性大，一旦发生火灾，将造成重大损失和影响。现场调研也发现，棚户片区还存在管理差、火灾隐患整改难度大、整改资金缺口大等问题，是消防安全管控的重点地区。

4)长水机场周边、嵩明县县城南部新建城镇片区，建筑耐火等级较高，远离危险源，火灾危险性较低。虽然由于人口密度、经济密度较高，面临较高的易损性，但该2个片区由于城市消防系统较完善，城市抗灾能力较高，综合分析该2区域城市火灾风险等级为中等及较低。

5 结论

1)基于区域火灾历史统计及云南昆明滇中新区火灾特点分析，从危险性、易损性、抗灾能力3个方面建立区域火灾风险评估指标体系，提出了以地块为评估单元，结合现场调研、卫星遥感信息、城市用地类型识别等信息计算各指标因子的快速分析方法，并通过加权平均方法计算各单元火灾风险。

2)通过历史火灾数据统计分析并结合现场调研踏勘，分析区域火灾致因，更有利于建立适宜研究区特点的火灾风险评估指标体系。本文研究区的火灾起火主要原因为生活用火不慎、吸烟、玩火，这些原因恰与居民消防安全意识较为薄弱密切有关。而结合实地调查情况发现，居民所居住建筑的耐火等级与居民消防安全意识存在较大的相关性。因此，在指标体系的建立时，创新性地采用建筑耐火等级指标代替传统定性表达的居民消防安全意识指标。案例研究显示，火灾风险评估结果与历史火灾统计趋势相吻合，且评估过程更客观高效。

3)本文建立的火灾风险评估方法，不仅可以定量评估区域火灾风险的空间分布特征，还能识别出城市规划用地地块的耐火等级低、易燃易爆危险源影响区以及建筑密集的地区，有利于适应和支撑城市消防规划需求，促进消防规划落地。首先，消防站布局规划根据区域火灾风险评估确定消防站辖区面积，高风险地区可适当加密消防站布局，进一步优化城市消防站配置；其次，消防设施配置严重不足、抗灾能力低的区域，应优先配置消防站，提升消防给水、消防车通道保障水平，提高消防救援保障能力。同时，风险评估中识别出的耐火等级低、易燃易爆危险源影响区以及建筑密集的地区，正是消防安全布局的重点地区，更有利于针对性地提出消防安全措施和规划管制措施，降低火灾危险性。