基于消防安全供需平衡的城市消防基础设施评估

中国人民警察大学 张骞

通过城市区域火灾风险评估，能够科学、精准地掌握城市各区域火灾风险的水平，为区域防火和灭火工作提供科学依据，为城市区域消防规划提供技术支撑。目前区域火灾风险评估主要研究方法是在构建一个火灾风险评估指标体系的基础上，由专家依据待评估区域实际情况对每个项目评分，从而确定待评估区域火灾风险的等级。随着GIS等现代技术手段的不断发展，为区域火灾风险评估和消防规划的可视化分析展示提供了更为直观和便捷的技术手段。

为分析获得待评估城市最迫切加强消防基础设施建设的区域，本文采用最低合理可行（简称“ALARP”）原则与区域火灾风险相结合，即通过消防安全需求与供给的平衡，达到利用最低消防规划投入实现区域消防有效安全的目标，构建多评价体系城市区域消防有效安全函数P=（S-R）×I。通过层次分析法和熵权法相结合的组合赋权方法确定评价指标权重，结合GIS中地理数据库、空间分析、可视化技术，实现各评价体系内及体系评价结果之间的叠加融合分析展示，最后结合实例进行分析评价并给予消防基础设施规划建议，以期为区域火灾风险评估和区域消防基础设施规划提供参考。

一、有效安全评估体系的建立

（一）有效安全综合函数的建立

1.ALARP原则

最低合理可行 (As Low As Reasonably Practicable)原则在城市区域火灾风险评估中应用的理念是：任何一个城市都具有火灾风险属性，且区域火灾风险值与城市消防成本值成反比；当城市的火灾风险越低时，继续降低火灾风险就变得越困难，城市消防成本随之呈指数级增长。因此，可行的方案是将火灾风险控制在一个合理的、可接受的范围内，从而实现城市的消防成本与火灾损失之间的平衡，达到城市消防有效安全的目的。

2.多评价指标体系的有效安全综合函数

为了实现消防资源投入成本与消防安全之间的平衡，引入需求侧、供给侧等经济学概念，提出消防安全供给、消防安全需求理念，力求通过区域消防基础设施规划实现消防安全的供需平衡。本文提出由多个子评价指标体系构成的有效安全综合函数，如式（1）所示。

P=（S-R）×I （1）

其中，P表示城市消防基础设 施 规 划 (planning of urban fire control)评 估 结 果。 另外提出3个子评估体系。分别是：消防安全需求评估体系（Fire security requirements evaluation system，简称 R）、消防安全供给评估体系（Fire safety supply evaluation system，简称S）、火灾风险惯性评估体系（Inertial assessment system of fire risk，简称I）。城市消防基础设施规划评估结果P是由R、S、I三个评估体系决定的，并且3个子评估体系的评估过程相互独立。

通过量化评价方法得到R、S、I三个评价体系的区域评价结果，再通过S的区域评估结果减去R的区域评估结果得到区域消防安全供需差的评估结果。区域供给差是消防需求大于消防供给时，火灾风险越大，该区域因消防规划不足而产生的火灾损失越大，越亟待加强消防安全规划的投入。因此，本文通过区域供需差评估结果乘以I的区域评价结果得到P的区域评价结果。P评价值最小的部分为亟待加强消防基础设施规划投入的区域。消防规划部门应按P值从小到大顺序加强消防规划直至区域P评价结果全为非负值。

（二）消防安全需求评估体系（R）

城市不同区域对消防安全需求是不均一的。为通过区域的消防安全需求评估得到一个二维的评估结果，提出城市区域消防安全需求评估体系，通过城市不同区域发生火灾后的损失程度，反推消防安全需求程度。消防安全需求评估体系的构建采用五位一体思想，设为5个需求类型的子系统，即人员生命、财产保护、社会影响、环境影响、文化保护5个需求。通过研究区域发生火灾后的损失程度，反推研究区域的消防安全需求程度。比如：学校、医院、养老机构这些区域中存在老幼病残人员，在火灾发生时安全疏散的危险性更高。从生命需求角度分析，该区域需要更高水平的消防安全。因此，将学校、医院、养老机构作为人员生命需求指标的三级指标。R体系具体数据指标如图1所示。

图1 城市区域消防安全需求评估体系（R）

（三）消防安全供给评估体系（S）

为了得到区域消防安全供给的空间评价结果，本文建立消防安全供给评估体系。该评估体系可以评估城市不同区域发生火灾时得到该区域消防救援的止损程度，以及城市区域消防供给力量的强弱分布情况。该评估体系分为消防站、城市消防供水、城市交通安全供给3个消防供给子系统，具体指标如图2所示。

图2 城市区域消防安全供给评估体系（S）

（四）火灾风险惯性评估体系（I）

为得到不同区域发生火灾的危险性，提出火灾风险惯性评估体系，通过对研究区域大量历史火灾数据进行等级划分、空间分析。依据我国相关条例规定的火灾等级标准，将该评估体系划分为4个火灾等级指标（如图3所示），后续通过指标赋权、空间分析得到区域火灾风险惯性评估结果。

图3 城市区域火灾风险的惯性评估体系（I）

二、量化评价方法

（一）权重确定

1.层次分析法

层次分析法(简称“AHP”)不是片面追求数学推理，而是将专家评估过程模式化，评估结果往往容易被人们采纳，具有较强实用性。AHP定权重步骤如下：通过问题分层，建立一个多层次的递阶结构；建立对比较矩阵，用1到9及其倒数的标度法来量化每两个元素的相对重要性；计算指标主观权重w'i；检验、判断矩阵的一致性是否合理。如果不合理，需要重新检验。

2.组合赋权结果

通过专家打分形式采用线性组合法得出评价体系子系统及其指标的权重。R、S、I三个评估体系权重结果如表1所示。

表1 R、S、I评估体系子系统及指标的权重

（二）缓冲区叠加分析

由Tobler地理学第一定律可知，一切事物与其周边事物是相关联的,并且地理位置越相近的事物间关联性更强。所以本文引用GIS多缓冲区技术给三体系中指标的POI数据建立分级缓冲区。其中首层缓冲区设置密度值相对最高，随缓冲区的拓展，密度值递减。

叠加分析法是地理信息系统中挖掘空间深层信息的常用方法，是多个要素图层在空间逻辑上的交、并、差运算。本文选用与多缓冲区匹配度最高的多边形叠加法，它可以覆盖多个多边形图层形成新的数据层，新图层将原来的元素按多边形叠加形成的新图形划分成更小的新元素，新元素囊括了所有被叠加图层同地理位置的属性。叠加分析不仅可以实现将各体系内指标密度值属性汇总到评估结果图层中，进行赋权叠加，得到各体系的评估结果，而且可以通过体系间评估值的空间运算，实现城市消防安全基础设施规划评估中有效安全函数的空间分析和可视化展示。

三、结论

本文改变了以往仅以区域火灾风险作为区域加强消防基础设施投入的分析依据，通过研究区域消防安全供需平衡结合区域火灾惯性进行综合分析获得区域消防基础设施的评价结果。通过平衡消防安全供给与需求，实现消防成本与安全的平衡。通过建立多个评估指标体系，结合体系指标的组合赋权及GIS缓冲区叠加融合分析展示技术，最终构建了城市消防基础设施评估方法。该方法可以通过城市区域火灾历史数据、现有消防基础设施数据、城市各机构POI数据分析获取研究区域的消防基础设施规划水平，从而对区域消防规划最迫切区域提出相应的消防基础设施规划建议。

通过实例应用检验，模型的评估结果相对客观,具有一定的参考价值。此外，该模型有较强的可操作性和可视化水平，能够为有关部门的区域火灾风险评估和区域消防基础设施规划提供参考。