基于建筑防火特征參數(shù)的文物建筑評(píng)估方法

趙婧昱，盧世平，宋佳佳，明漢奇，張永利，肖玥琰

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 陜西省工業(yè)過程安全與應(yīng)急救援工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054)

0 引 言

中國(guó)歷史悠久，文物建筑數(shù)量眾多，現(xiàn)有古建筑263 885處，地域分布廣，全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位4 296處。文物建筑多為磚木結(jié)構(gòu)，通常由單體建筑組成庭院或建筑群，火災(zāi)荷載大、耐火等級(jí)低、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高[1-3]。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，旅游資源的不斷開發(fā)，游客訪問量的劇增，大幅度增加了文物建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)隱患[4]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)文物建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防治技術(shù)、防火設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了一定的研究。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，孫宜然、高超、劉玉川等學(xué)者[5-9]通過對(duì)歷史街區(qū)消防安全的分析，構(gòu)建了全面的歷史街區(qū)消防安全指標(biāo)體系；孫樂雷對(duì)新疆部分文物古建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，基于層次分析方法，采用模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為文物古建筑預(yù)防火災(zāi)事故發(fā)生和防控火災(zāi)隱患提供數(shù)據(jù)支撐[10]；王曉奇提出一種基于模糊層次分析法的木結(jié)構(gòu)古建筑評(píng)價(jià)方法并利用該方法對(duì)某木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)[11]；馬礪、徐志勝等基于實(shí)地調(diào)研構(gòu)建出包括文物建筑特征、火災(zāi)危險(xiǎn)源、消防設(shè)施、管理水平以及火災(zāi)發(fā)生后處理能力等5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和18個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)估體系[12-13]。此外，在防火技術(shù)和設(shè)計(jì)方面，薛奕結(jié)合現(xiàn)代消防技術(shù)，針對(duì)木構(gòu)文物建筑進(jìn)行了具體的防火改造設(shè)計(jì)研究，并提出防火改造方案[14]；熊軍等為了對(duì)現(xiàn)存古建筑有針對(duì)性地進(jìn)行消防保護(hù)，分析了古建筑的建筑特征，對(duì)現(xiàn)有古建筑消防保護(hù)措施的利弊進(jìn)行了比較，提出采取傳統(tǒng)保護(hù)措施與現(xiàn)代保護(hù)技術(shù)相結(jié)合的方法[15-16]；李采芹、康雪峰等指出文物建筑火災(zāi)的特點(diǎn)、起因，同時(shí)提出了如何降低文物建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[17-18]。

綜上，文物建筑消防安全形勢(shì)嚴(yán)峻，建筑物中存在可燃物多、耐火等級(jí)低、防護(hù)技術(shù)能力有限、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)管不嚴(yán)等問題，因此，對(duì)文物建筑的消防安全評(píng)估非常重要?；诂F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選取陜南地區(qū)漢中、商洛、安康3市的漢臺(tái)遺址、鳳凰街民居、漢濱東藥王廟3處典型文物建筑進(jìn)行消防安全評(píng)估分析。文中建立基于建筑防火參數(shù)的定性分析法并結(jié)合層次分析法，構(gòu)建文物建筑消防安全評(píng)估模型，對(duì)3處典型文物建筑進(jìn)行調(diào)研，分析文物建筑消防安全等級(jí)，并且根據(jù)評(píng)估結(jié)果提出相應(yīng)的防治措施，研究結(jié)果對(duì)文物建筑的消防安全保護(hù)具有重要的科學(xué)意義。

1 基于建筑防火參數(shù)的定性分析法

定性分析法是對(duì)研究對(duì)象的火災(zāi)危險(xiǎn)情況進(jìn)行系統(tǒng)和細(xì)致地檢查，根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前很多研究是以安全檢查表和預(yù)先危險(xiǎn)性分析作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，并且這2種方法工作量大且安全檢查表的質(zhì)量受編制人員的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)影響?；诮ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范[19]建立建筑防火參數(shù)的定性分析法，確定了文物建筑使用性質(zhì)、防范能力、控制條件及火災(zāi)危害程度作為主要指標(biāo)，對(duì)文物建筑進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。使用性質(zhì)指標(biāo)考慮文物建筑內(nèi)人員密度、火災(zāi)荷載等因素；防范能力指標(biāo)考慮文物建筑主體結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)、防火分區(qū)、建筑高度3個(gè)因素；控制條件指標(biāo)以文物建筑周圍的火災(zāi)隱患、防火間距等為主要因素；火災(zāi)危害程度指標(biāo)與文物保護(hù)單位遭受火災(zāi)的損失程度，同文物價(jià)值、保護(hù)單位級(jí)別、社會(huì)影響、次生災(zāi)害和災(zāi)害影響范圍等因素有關(guān)。

1.1 消防安全等級(jí)劃分

根據(jù)文物建筑的使用性質(zhì)、防范能力、控制條件及火災(zāi)危害程度主要指標(biāo)建立指標(biāo)體系，見表1；根據(jù)A，B，C等級(jí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)劃分，見表2。

表1 指標(biāo)體系

1.2 定性分析法建立消防安全評(píng)估模型

由于3個(gè)建筑在使用性質(zhì)方面均屬于參觀游覽類和居住類建筑，且防范能力較弱，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，固均屬于一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)建筑，見表3。

表2 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 基于層次分析法的文物建筑消防安全等級(jí)定量分析

層次分析法對(duì)難以量化的因素的重要性、影響力、優(yōu)先程度提供了一種科學(xué)的決策方法[20-22]具體步驟如下：構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造每個(gè)層次判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗(yàn)以及層次總排序及一致性檢驗(yàn)[23-25]。根據(jù)定性分析法建立消防安全評(píng)估模型可得出，使用性質(zhì)、防范能力、火災(zāi)危害程度3類因素均與人為因素有關(guān)；控制條件、火災(zāi)危害程度這2類因素與電氣因素有關(guān)；防范能力、火災(zāi)危害程度這2類與自然因素有關(guān)。

表3 文物建筑消防安全評(píng)估

2.1 層次分析法建立消防安全評(píng)估模型

文物建筑近10年來火災(zāi)事故因素如圖1所示，從圖1可以看出，文物建筑火災(zāi)發(fā)生最主要原因是由于人為因素、電氣因素和自然因素。

圖1 2010—2019年火災(zāi)事故因素占比統(tǒng)計(jì)Fig.1 2010—2019 statistics of fire accident factors

在節(jié)假時(shí)期人員密集，火災(zāi)隱患較多。由于年代久遠(yuǎn)，建筑內(nèi)部出現(xiàn)電路老化以及電氣工程安裝施工不合格等電氣因素；由于沒有嚴(yán)格對(duì)員工安全教育培訓(xùn)，制度責(zé)任不明確，工作人員違規(guī)用火用電導(dǎo)致此建筑有較大的安全隱患。

2.1.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

以上面要素為出發(fā)點(diǎn)分析判斷進(jìn)行精細(xì)劃分得到指標(biāo)層的評(píng)價(jià)要素，以漢臺(tái)遺址為例，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 層次結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchy chart

2.1.2 構(gòu)造判斷矩陣

通過對(duì)人為因素、電氣因素、自然因素3個(gè)方面對(duì)文物建筑消防安全狀況進(jìn)行賦值，建立判斷矩陣，見表4。

表4 成對(duì)比較

用方根法計(jì)算評(píng)價(jià)因素權(quán)重向量Wi，見式(1)

(1)

∑ωi=3.871 7

對(duì)權(quán)重向量的近似值Wi進(jìn)行歸一化處理得到評(píng)價(jià)因素權(quán)重向量Wi，見式(2)

(2)

2.1.3 中間一層對(duì)上一層的一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣AW=λW

計(jì)算得最大特征值λmax=3.038 5

一致性指標(biāo)計(jì)算見式(3)

(3)

計(jì)算得CI=0.019 3，n=3時(shí)，RI=0.58

一致性比率計(jì)算見式(4)

(4)

2.1.4 底層對(duì)中間層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

底層各個(gè)要素分別對(duì)中間層的人為因素、電氣因素、自然因素進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)，構(gòu)造的判斷矩陣見表5、表6。

表5 判斷矩陣B1-C

由表5可得權(quán)重近似值

∑ωi=4.203

歸一化處理

判斷矩陣AW=λW

計(jì)算得λmax=3.038 6

一致性檢驗(yàn)得CI=0.019 32，n=3時(shí)，RI=0.58

計(jì)算得CR=0.033 31<0.1，滿足一致性要求

表6 判斷矩陣B2-C

由表6可得權(quán)重近似值

∑ωi=2.683 3

歸一化處理

判斷矩陣AW=λW

計(jì)算得λmax=2.000 1

一致性檢驗(yàn)得CI=0.001≈0滿足一致性要求。

表7 判斷矩陣B3-C

λ=n時(shí)，A為一致矩陣，滿足一致性要求。

2.1.5 底層對(duì)上層企業(yè)職業(yè)病安全狀況權(quán)重計(jì)算

人為因素對(duì)文物建筑消防安全狀況的權(quán)重為(0.111 7，0.151 5，0.373 8)

電氣因素對(duì)文物建筑消防安全狀況的權(quán)重為(0.043 1，0.215 2)

自然因素對(duì)文物建筑消防安全狀況的權(quán)重為(0.104 7)

從表8可以看出，每個(gè)因素對(duì)目標(biāo)層的影響程度不同，在該文物建筑中對(duì)其消防安全狀況影響最大的是安全培訓(xùn)不合格。

表8 漢臺(tái)遺址文物建筑消防安全狀況的權(quán)重

漢臺(tái)遺址主要為參觀游覽類建筑，人流量較大加之安全培訓(xùn)不合格、電氣工程安裝、施工不嚴(yán)格、制度、責(zé)任不明確極易增大其火災(zāi)危險(xiǎn)性。該文物建筑在消防安全培訓(xùn)方面應(yīng)該提高重視程度，制定這方面的預(yù)防和管理措施。

同理，鳳凰街民居與漢濱東藥王廟的安全狀況排序見表9、表10。

表9 鳳凰街民居文物建筑消防安全狀況的權(quán)重

從表9的綜合權(quán)重排序得出，不同因素對(duì)目標(biāo)層的影響程度不同，對(duì)該文物建筑消防安全狀況起到?jīng)Q定性的作用是生活用火不慎、電氣設(shè)備使用時(shí)間過長(zhǎng)以及電氣老化，其他因素的影響程度相對(duì)較小。

鳳凰街民居為居住類建筑，且防范能力較弱，生活用火不慎易導(dǎo)致火災(zāi)，加之電氣設(shè)備使用過長(zhǎng)以及部分電氣老化，易增加其火災(zāi)危險(xiǎn)性。

表10 漢濱東藥王廟文物建筑消防安全狀況的權(quán)重

根據(jù)表10的綜合權(quán)重排序，人員的生活用火不慎、點(diǎn)燭燃燈、焚香燒紙是影響該建筑消防安全狀況最主要因素。

根據(jù)定性分析法得出漢濱東藥王廟為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)建筑，該文物建筑為參觀游覽類建筑，節(jié)假日期間香客聚集，人流量大，加之人員的生活用火不慎以及參觀者點(diǎn)燭燃燈、焚香燒紙，極易增加其火災(zāi)危險(xiǎn)性。

3 陜南地區(qū)文物建筑火災(zāi)防治對(duì)策措施分析

安全管理與技術(shù)措施是防治火災(zāi)事故的2種手段，并且這2個(gè)方面相輔相成缺一不可。為了避免火災(zāi)事故的發(fā)生，需制定嚴(yán)格合理的防火安全管理規(guī)章制度和消防預(yù)案，一旦發(fā)生火災(zāi)也可以迅速作出反應(yīng)并且及時(shí)撲滅。根據(jù)定性分析法和層次分析法得出，人為因素和電氣因素等可以作為提出防治對(duì)策措施的依據(jù)。

如圖3～圖5所示，建立的定性分析和層次分析模型可以得出以下結(jié)論。

圖3 漢臺(tái)遺址Fig.3 Hantai Site

圖4 鳳凰街民居Fig.4 Fenghuang street residence

圖5 漢濱東藥王廟Fig.5 Hanbin Dongyaowang temple

3.1 人為因素

定性和定量相結(jié)合，漢臺(tái)遺址中安全教育培訓(xùn)不合格和制度責(zé)任不明確導(dǎo)致漢臺(tái)遺址防范能力較弱，針對(duì)安全培訓(xùn)不合格，應(yīng)要求對(duì)員工進(jìn)行安全教育，如果沒有按照法律、法規(guī)的規(guī)定履行職責(zé)，將會(huì)受到法律的制裁；對(duì)安全教育培訓(xùn)不合格人員，不得上崗。生活用火不慎導(dǎo)致鳳凰街民居防范能力較弱，針對(duì)此因素，盡量使用電燈，明火燈具不得靠近可燃物或者狹小空間。漢濱東藥王廟中，生活用火不慎、點(diǎn)燭燃燈、焚香燒紙均導(dǎo)致防范能力弱，針對(duì)這3個(gè)因素，需設(shè)立專人看管明火、蠟燭及燈油等易燃物品，設(shè)立獨(dú)立焚燒爐，防止燒紙時(shí)燃起的火星與可燃物接觸釀成火災(zāi)。

3.2 電氣因素

在漢臺(tái)遺址中，電氣工程安裝、施工不嚴(yán)格導(dǎo)致該建筑使用性質(zhì)單一，需提高電氣安裝人員的技術(shù)水平，提高安裝施工人員的整體素質(zhì)?？傊陔姎夤こ痰陌惭b施工工程中，安裝質(zhì)量對(duì)后續(xù)施工進(jìn)行保障起決定作用。只有降低安全隱患的出現(xiàn)，才能對(duì)電氣工程安裝過程中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行分析，并根據(jù)問題進(jìn)行質(zhì)量控制。電氣設(shè)備使用以及電氣老化導(dǎo)致鳳凰街民居使用性質(zhì)單一，需定期找專人進(jìn)行檢修來保證電氣設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)定性分析以及權(quán)重計(jì)算，電氣因素對(duì)漢濱東藥王廟影響較小。

綜上，根據(jù)文物建筑本身性質(zhì)，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，漢臺(tái)遺址宜選用抽氣式早期火災(zāi)探測(cè)器或線性光纖感溫探測(cè)器，以及可設(shè)置固定或半固定干粉、氣體滅火系統(tǒng)，或懸掛式自動(dòng)干粉滅火裝置。鳳凰街民居宜采用纜式線型定溫探測(cè)器以及火焰探測(cè)器或紅外線感煙探測(cè)器以及濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。漢濱東藥王廟應(yīng)選用纜式線型定溫探測(cè)器以及細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，防止文物遭到損壞。

4 結(jié) 論

1)基于建筑防火規(guī)范建立定性分析方法，確定了文物建筑使用性質(zhì)、防火性能、控制條件、 危害程度4個(gè)典型指標(biāo)，建立了可行的文物建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度的由高到地，進(jìn)一步確定了4個(gè)指標(biāo)的A，B，C等級(jí)。根據(jù)此指標(biāo)，對(duì)漢中市的漢臺(tái)遺址，商洛市的鳳凰街民居以及安康市的漢濱東藥王廟進(jìn)行評(píng)估，得出3處均為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)建筑。

2)采用層次分析法得出漢臺(tái)遺址、鳳凰街民居、漢濱東藥王廟中對(duì)文物建筑消防安全狀況起到?jīng)Q定性的作用均為人為因素和電氣因素，需提高對(duì)該方面的重視程度，并且制定有關(guān)的預(yù)防和管理措施。

3)不同類型的文物建筑需要根據(jù)其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)及空間布局的特殊性，分析各處危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)程度，在此基礎(chǔ)上，使用滿足其特定需求的專業(yè)防火裝置及滅火設(shè)備，制定不同的防火對(duì)策，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)文物遺產(chǎn)的高效、有效保護(hù)。