城市地下综合管廊火灾成因分析及对策研究

蔡新立，陈志远，章蓓蓓

(安徽建筑大学 经济与管理学院，安徽 合肥 230601)

城市地下综合管廊是将电力、通信、燃气、给排水等市政管线集中于一个地下空间内，方便管线的管理、增设和延长管线的使用寿命。近十年以来，由于城镇化进程的加快，多地城市内涝灾害严重，各地政府越发重视城市市政基础设施建设，陆续发布相关文件，鼓励和引导城市地下综合管廊建设向更高层次发展，以解决城市内涝灾害，改善城市环境质量，提高土地的使用率，促进城市高质量发展。

随着各城市地下综合管廊逐渐投入运营，我国城市地下综合管廊的工作重心将逐步从施工建设阶段向运维管理阶段转变，因此，综合管廊的运维安全问题及应对策略也受到政府和国内学者的关注。通过Citespace软件,以城市地下综合管廊为主题,对近五年的文献进行可视化分析得到，人们现阶段的研究重点主要是综合管廊的PPP模式、BIM技术、风险管理和风险评价。然而，对于综合管廊运维阶段火灾风险管理的研究很少，在城市发展过程中，综合管廊是城市能源运输的重要载体，一旦发生火灾会对国家和社会造成重大的经济损失和不良影响，对综合管廊进行火灾防控有利于综合管廊的可持续发展。

为加强火灾防控，应深入研究城市地下综合管廊火灾成因，通过查阅大量综合管廊运维阶段灾害的文献发现基本从以下四个层面进行研究：(1)人为因素层面。朱嘉[1]、李宏远[2]在运维阶段对城市综合管廊火灾安全风险影响因素进行分析时，发现人为损坏、误操作等人为因素是引起管线、设备故障从而直接或者间接导致火灾事故的原因。(2)设备因素层面。郭佳奇[3]通过对比以往城市地下综合管廊灾害事故的原因，发现管道开裂、管线老化等是导致安全事故发生的起因，针对综合管廊火灾产生原因提出针对性措施。(3)环境因素层面。陈文强[4]通过构建综合管廊安全影响因素网络，发现城市地下综合管廊的核心安全风险因素是廊体结构破坏和廊体结构设计。(4)管理因素层面。王文和[5]、李芊[6]在梳理综合管廊运维管理现状时，发现运维管理过程中存在安全意识不到位、管理标准不统一等问题，并且安全文化薄弱、认知缺陷等是造成管廊火灾发生的主要动因。

1 指标选取与数据收集

1.1 指标选取

国内外学者对于城市地下综合管廊火灾成因的因素选取各不相同，对于城市地下综合管廊运维阶段火灾成因的研究也并不全面，一部分学者仅仅从人为因素和设备因素考虑综合管廊火灾风险，或者从人为、环境和管理的角度进行考虑分析综合管廊火灾成因，因此，在查阅大量关于城市地下综合管廊火灾风险文献的基础上，对相关领域的专家进行问卷调查和访谈，最终从人为因素、设备因素、环境因素、管理因素四个方面，选择24个影响因素作为研究对象进行分析(表1)。

表1 城市地下综合管廊运维阶段火灾影响因素指标体系

1.2 管廊火灾事故形成机理

为了描述各影响因子之间的因果关系，将表1城市地下综合管廊运维阶段火灾影响因素指标体系绘制成管廊火灾影响因素因果关系图，从系统要素之间的因果关系出发，建立因果链或因果回路，找到形成火灾的因果关系(图1)。图1反映各因素之间的内在因果关系，有利于了解城市地下综合管廊火灾产生的原因。

图1 城市地下综合管廊影响因素因果关系图

1.3 数据收集

1.3.1 问卷的设计发放

为得到各指标对其准则层的重要程度，数据收集采用问卷调查的方式。问卷的第一部分详细介绍了本次研究对象、研究目的。第二部分是对城市地下综合管廊火灾成因的重要性进行打分，将影响因素分成人、机、环、管四个维度，并给予相应的赋分。采用五分量表法的形式，维度中各个指标对城市地下综合管廊火灾发生的影响程度1分为“最不重要”，2分为“不重要”，3分为“一般重要”，4分为“比较重要”，5分为“非常重要”，体现出每个指标在其维度中的重要程度。

为保证问卷收集数据的质量和客观性，给长期从事城市地下综合管廊的专业人员、相关建筑领域的从业人员、建筑相关专业的高校从业人员等，发放了280份问卷，回收了273份问卷，此次问卷有效份额269份，有效率达98%。其中35%来自于长期从事城市地下综合管廊的专业人员，40%来自于相关建筑领域的从业人员，25%来自于建筑相关专业的高校从业人员。

1.3.2 问卷的质量分析

问卷数据需要进行信效度检验方可进行使用，信度检验可以验证问卷数据的稳定性和可靠性，而效度检验是验证数据的正确程度。本次问卷信度检验采用克伦巴赫α信度系数(Cronbach's Alpha数)：当α≥0.7时，表明数据信度较高；当0.35<α<0.7时，表明问卷数据信度适中；当α≤0.35时，问卷数据信度较低。本次问卷效度分析用KMO和Bartlett检验：当KMO≥0.9时，表明数据效度最优；当0.6≤KMO<0.8时，数据效度处于中等水平；当0.5≤KMO<0.6数据效度比较低。在进行层次分析和熵值计算前，运用SPSS软件对数据信度和效度检验进行验证。本次问卷数据信度α=0.961>0.7，说明问卷数据具有较高的信度。问卷数据效度KMO=0.957>0.9，Sig=0，说明问卷数据具有比较高的效度。

2 模型构建

运用AHP法和熵值法，求得各影响因素的主观权重和客观权重，通过两者之间组合权重计算将主观与客观相结合，求得各因素的最终权重，根据其权重大小进行排序，最终识别影响综合管廊火灾的关键因素。模型构建思路如图2。

图2 模型构建思路

2.1 AHP层次分析法权重计算方法

AHP层次分析法通过对研究问题的相关因素进行不同层次的分解，从而形成层次结构，将专家的主观权重进行量化，最终获得各个指标的权重。

检验步骤如下：

(1)计算一致性指标CI：

(1)

CI值越小，表明判断矩阵具有较好的一致性。若CI=0，表明矩阵具有完全一致性，若CI≠0，则需要随机一致性指标CR辅助检验。

(2)指标CR公式如下：

(2)

2.2 熵值法权重计算方法

熵值法是一种通过各指标熵值的大小所提供的信息量，对指标权重进行综合评价的客观赋权方法。具体计算步骤如下：

(1)根据熵原理，确定指标i的熵值ei，

(3)

(2)计算指标i的熵权Wi，

(4)

2.3 组合权重的计算方法

AHP层次分析法和熵值法求得权重具有一定的局限性，其结果可能会导致影响因素的重要性发生偏差，而组合权重是将AHP法与熵值法计算得出的权重相结合，使指标权重更加合理，既避免主观因素过重，又保证了指标的重要程度。是判断各因素重要性的依据。将最后的组合权重设为W，AHP法确定的指标权重为Wa，熵值法确定的指标权重为Ws，建立三者的线性组合，α为主观偏好系数权重占组合权重比例，线性组合为：

(5)

以主观权重、客观权重与组合权重两者偏差平方和最小为目的建立函数

(6)

联立两个公式，得出解α=0.5，将此值代入组合权重公式得出

(7)

3 模型计算及结论

3.1 AHP权重计算

根据表1构建的城市地下综合管廊火灾影响因素体系，将该体系的总目标层用A表示，4个准则层用B1-B4表示，24个二级指标层分别用C1-C24表示。将经过信效度检验的数据根据AHP的计算步骤运用软件得出主观权重结果(表2)。

表2 准则层主观权重表

本模型中n=4，λ=4.128，查表可知RI=0.89，而CI =0.043由此可得，CR=0.048<0.1符合一致性要求。

同理可得其他各项指标层的权重W(表3)。

表3 指标层主观权重表

本模型中n=6，λ=6，查表可知RI=1.26，而CI=0，通过一致性检验。

3.2 熵值计算

首先运用软件对数据进行归一化处理，其次对数据进行熵值计算，结果如表4。

表4 火灾因素熵值权重表

3.3 组合权重计算

根据前文求得AHP权重和熵值法权重，将其带入公式求得最终权重如表5。

表5 火灾因素综合权重表

3.4 结论与分析

3.4.1 准则层纵向比较

管理因素排名第一，其次是设备因素、人为因素、环境因素，通过权重表发现管理因素、设备因素、环境因素的权重都超过了0.26，说明城市地下综合管廊的火灾防范中要加强对管廊的管理和设备以及人为因素的管控。对指标层进行纵向比较，排名前五位分别是通风设备故障、消防安全监督力度、内部消防安全教育培训、各部门协调机制、消防安全管理制度的制定。从总排序可以看出，除了通风故障属于设备因素之外，其他四个全部都属于管理因素，综合管廊运维阶段经常出现维护薄弱、管理落后的现象，会造成管廊安全隐患。因此，需要建立廊内安全管理制度：(1)建立安全奖惩制度，对日常工作中严格遵守安全制度的工作人员给予奖励，违反规定的操作人员需要重新进行安全文明培训，培训合格后再重新工作；(2)建立事故响应机制，联合入廊各专业管线单位，建立事故应急小组，以便于在出现安全事故时，做到第一时间到场、快速处理。

3.4.2 指标层面横向比较

人为因素中非专业人员的恶意破坏C1、维护人员的工作失误C2、认知缺陷C6位居前三，其中非专业人员的恶意破坏C1排名最靠前，这表明要加强对管廊的安全性以及封闭性的管理，防止其他人员随意出入，同时，为了满足地下管廊各管线的日常运行和监管、提高各部门的协调能力，建立以BIM为平台的综合管廊运维管理系统，将原有的监控系统连接到BIM平台中，对管廊的结构和设备信息实现可视化管理，能够提高管廊管理人员工作的效率和质量。

设备因素中，通风设备故障C9、管道设施故障C8、消防设施故障C11排名前三，其中通风设施故障C9排名第一，综合管廊内的通风系统故障会导致管廊内通风不畅，有害气体排出慢，积压、热量无法及时散发出去；并且，出现火灾无法及时排放烟雾，增加救援难度。加强通风设备管理，为外部救灾提供基本环境，保障救灾顺利进行。同时，能够提高管廊运行安全、避免火灾发生。地下综合管廊是个封闭空间，通风设施能使管廊内的温度降低，保证管廊内的温度处于可控状态。所以，加强通风设备的管理，能保障管廊内的空气流通，改善管廊的运行环境，降低火灾隐患。

在环境因素中排名靠前的是管廊结构的内部设计C15、管廊内温度过高和湿度过大C13、生物入侵C18，其中管廊结构的内部设计C15与其它几个指标相比更加重要，管廊结构的内部设计影响管廊内管线的放置、管廊温度和湿度的控制，管廊内部设计不合理会提高火灾风险，需要在前期决策阶段对管廊内部设计进行充分论证，以降低运营阶段火灾风险。

在管理因素中，通过横向比较得出前三分别是消防安全监督力度C20、内部消防安全教育培训C24、各部门之间的协调C22，其中消防安全监督力度C20最为重要。管理因素中6个影响因素都排在前十名之内，因此，在管廊运营阶段，要提高对管廊的管理能力，综合管廊运营管理单位要定期对管理人员进行安全教育培训与应急演练，通过教育培训，使管理人员学习综合管廊运维工作中重要的安全注意事项，避免安全事故发生，提高管理人员的安全意识；组织员工开展灭火应急预案安全演练，熟悉突发安全事故应急流程，能够更好地应对安全风险事故，提升各级运维人员处理突发火险事故的应对能力。通过对演练结果进行评估，可以及时发现安全管理措施中的不足之处，以此修正和完善应急管理措施，是预防火灾的重要保证。

4 结语

城市地下综合管廊是未来城市发展的重要保证，运营阶段的火灾防范至关重要，基于火灾防控的角度，运用模型综合分析地下综合管廊火灾的潜在影响因素，确定通风设施故障等是引起火灾的关键因素，提出管廊防火管理的相关措施，以保障综合管廊的运维安全，促进管廊的持续发展。