文物建筑消防安全评估预警系统研究

调研数据进行标准化赋值，实现对古建筑火灾风险的定量 化评估；吴在栋等在GIS空间信息技术支持下，使用危险

网技术对指标参数进行自动采集，实现评估体系的动态性；通过指

性评价模型/易损性评级模型和综合风险评估模型，对福

标参数、系统得分标准及权重系数自动计算出文物建筑的整体消 防安全水平 设定85分作为消防安全水平预警值，起到对文物

州市三坊七巷历史文化街区进行火灾风险评估，使得风险

直观化。以上评估均采用人工现场调研方式进行，其频度 偏少，而建筑的消防安全状态是动态的。笔者将传统的文

建筑消防安全状况进行实时监管、预警的作用 该系统有助于文

物保护单位提高自身火灾预防能力，并为下一年的消防安全资金

物建筑消防安全评估与消防物联网技术相结合，实现评估

预算、消彷设施设备维保检测等投入提供决策依据-关键词：文物建筑；消防安全；动态评估；层次分析法；物联 网；预警系统过程的自动化、智能化以及评估结果的动态性，并增加了 预警功能，可为文物建筑的火灾形势分析研判和消防安全

监督管理提供更加便捷的服务。1主要概念及理论方法介绍中图分类号：X913.4,TU252文献标志码：A文章编号：1009-0029（2019）02-0295-041.1层次分析法层次分析法是将与目标有关联的元素分解成目标、准 则、方案等层次，并在此基础上运用定性和定量分析来解

随着国家对文物保护的重视，文物建筑防火保护工作 受到各级的关注。2014年以来，国家相关部门陆续制 定出台了《古城镇和村寨火灾防控指导意见》、《关于加强

决问题。具体流程：一是将一个庞大复杂的问题逐层进行 分解，将分解出来的各因素按照支配关系进行分组形成递 阶层次结构；二是对同一准则层所支配的众多因素进行两 两重要程度比较，根据比较结果建立相应准则层的判断矩

历史文化名城名镇名村及文物建筑消防安全工作的指导

意见》、《文物建筑电气防火导则（试行）》、《湖北省文物安 全管理办法》等。然而，文物建筑火灾形势依旧严峻，仅

2017年发生文物建筑火灾约488起，起火原因主要集中在

用火不慎和电气火灾。为有效地实现文物建筑消防安全

阵，通过计算各判断矩阵的最大特征值以及对应的特征向 量得出不同元素重要性的权重值；三是根据实际情况对每 一个元素进行评分从而计算出目标问题的最终分值大小。

保护，尽量减少火灾的发生，要在“防”上下足功夫。建筑

消防安全评估作为“体检”类“防”已经在各类建筑的消防 安全保护中起到很大作用，特别是物联网技术的发展，为 “防”提供了新的技术手段。1.2消防物联网消防物联网是指采用物联网技术，通过对建筑消防设 施、人员等状态进行智能化感知、识别、定位与跟踪，实现

国内外学者对文物建筑的消防安全做出了大量研

实时、动态、互动、融合的消防信息采集、传递和处理，通过

究。XinJ等通过风险统计调查对古建筑进行定性的风险 评估:Ibrahim等采用传统AHP法建立了古建筑火灾风险 评估指标体系并计算出指标权重系数：马砺等在传统

对动态信息的处理、数据挖掘和态势分析，为防火监督管 理提供信息支撑,提高社会化消防监督与管理水平。1.3消防安全评估动态预警系统消防安全动态评估预警系统是在消防安全评估体系 基础上引入物联网技术，使得部分指标具有实时动态性，

AHP法中引入嫡权法，通过主、客观偏好系数对AHI＞法

确定的权重进行修正，兼顾了权重的主观性和客观性；游

温娇等建立古建筑火灾风险评估的物元模型，并通过实地............\"II,,””,1||( .......... ”.............In”.“»11(, ..... ”............ 1.......III,...实现评估过程自动化、模型化，减少人工操作的主观性。 该系统有利于文物保护单位实时了解建筑自身的消防安

全水平，有针对性地开展消防系统维护或消防安全管理。作者简介：李佳珂（1997-）,女，辽宁本溪人，中国地质

大学（北京）工程技术学院在读本科生，主要从事火灾理论 及消防安全研究，北京市海淀区学院路29号,100083o2文物建筑消防安全动态评估体系的建立2.1文物建筑消防安全特性文物建筑形式多样，主要包括古镇古村落、寺庙宫殿、

通信作者：季淮君（1988-）,男，江苏淮安人，中国地

园林、纪念性单体类及近现代建筑，不同文物建筑消防安 全特性有一定区别，但总体来说包括以下特点：质大学（北京）工程技术学院讲师。收稿日期=2018-10-12（1）文物建筑火灾危险源多，自身防火性能很差。部

基金项目：国家自然科学基金项目（51204123）；文物保护行业标准制修订项目“文物建筑火灾风险评估方法\"（2015-310）询盼科学与枚术2019年2月第38卷第2期295分文物建筑为居住使用，常存在用柴火做饭、祭祀燃香烧

纸、燃放烟花爆竹等现象，且文物建筑多以木材为主，耐火 等级很低，防火间距普遍较小。一旦着火，火势很快会蔓

延至周边建筑，如云南香格里拉县独克宗古城火灾，造成

242栋房屋被烧毁的损坏。（2） 文物建筑的损失消防设施缺失或成摆设。随着近

几年对文物建筑的消防工程改造，很多文物建筑都配套设

置了比较全面的消防设施，但消防设施的维护管理缺失， 消防设施基本属于摆设。（3） 文物建筑扑救困难。文物建筑地理位置特殊或街

道狭窄，扑救难度很大。许多文物建筑（群）远离人口密集 区域，甚至坐落在半山腰或山顶，使得失火时救援队伍不

能迅速抵达现场。（4） 文物建筑以建筑群为多，消防安全管理难度大。

文物建筑多以群落存在，存在人力缺失、管理疏漏等问 题。特别是古城、古村落等，人烟稀少，一般只有几位值班

人员负责大片区域安全管理，日常消防安全巡查经常不到

位，消防设施的维护保养大多处于缺失状态。2.2风险影响因子的分析根据文物建筑的特殊性、火灾发生过程及灭火过程，

采用因果分析法筛选出指标因子，结合层次分析法按照指

标因子属性构造递阶层次结构，将文物建筑消防安全评估 体系分为5个准则，即建筑防火性能、消防安全设施、火灾

危险源、外部救援条件和消防安全管理，其下又包含12个 子准则和38个指标。该体系经过专家讨论修正，最终形

成评估模型，包含10个子准则和30个指标，见表1所示。

2.3动态指标参数的获取由于文物建筑的消防安全水平是一个动态的过程，消

防安全评估是预防火灾发生的重要手段。因此，可将该系 统进行实时更新，实现文物建筑火灾风险预警功能。文物建筑消防安全评估模型中总计30个指标，其中 可实现动态指标18个，占比60%,该类指标参数依据物联

网技术和人员巡查系统实时采集数据，实现消防安全水平

的动态性和实时性。例如：“灭火器”的动态数据可通过在 建筑单位的灭火器上张贴加密智能NFC射频标签并建立 身份证标识，巡检人员使用手机按照规定时间扫描标签，

自动提交检查记录，实现巡检信息电子化、防止作弊，杜绝 灭火器过期、锈蚀、药剂失效损坏、丢失等现象；“人员使用

特性”这一指标，可通过在各出入口安装客流统计摄像机，

精确统计进出人数，或者在重点区域安装双目摄像机，统 计区域内人员密度，同时配合客流密度检测平台，可实现

各出入口进出人数实时显示、各区域人员密度显示、当日 客流量、每天各时段客流数量变化统计、当日进入总人次

及历史进入总人次。其他类似指标参数的性质和获取方 式，见表1所示。2.4指标权重的确定在AHP中引入聚类分析方法，最终确定30个指标的296表1消防安全评估预警体系指标及获取形式-级 二级 指标指标三级指标指标属性及获取方式耐火等级静人员使用特性?U动,客流密度检测主体建筑建筑 特性人火灾荷载静防火 建筑高度A“静性能A扑救面及扑救场地/V动，障碍物视频监测建筑区域 建筑密度及防火间距/^静布置情况 消防车道及人员疏散通道人2a22动，障碍物视频监测消火栓系统Bi动，智慧消防栓采集S消防设施

灭火器b?动，采用智能NF（'射频标签T

状况B火灾自动报警系统动，火灾报警系统远程监控其他系统Bn动，火灾报警系统远程监控安全出口氏】动，防火门监控器人员疏散 设施民建筑内疏散楼梯及通道/人动,障碍物视频监测系统疏散指示及应急照明/仏动，应急照明控制器危险品存放（、ii静人为因素明火作业及使用动，火焰探测火灾

电气线路及电器使用（1,动，电气火灾监测系统危险源区域及附近易燃易爆场所（'静客观因素

Gia雷击情况C、22动,雷电监测系统森林火灾C、23静消防站点距离D\"静外部消防站

z动，百度地图导航救援 布局Di道路通行情m条件消防水源De.动，水位、水压采集I）救援力量专职消防力量配备/儿静社会消防装备情况动，消防物资管理系统消防安全消防隐患巡查及整治匕动，手机APP消防 巡僭E消防设施维保及日常维护

E\\2动,智能维保系统安全 管理消防人员配置及责任制落

E管理组织 实爲静建设E消防宣传培训氏2静消防应急预案及演练匕、静

权重。一是根据建立的文物建筑消防安全评估体系，制定 专家调查打分问卷，邀请20位行业专家依据Saaty的1-

9标度法，进行问卷填写；二是借助AHP法对专家问卷进

行判断矩阵一致性的调整与计算；三是采用SPSS统计分

析软件利用分层聚类分析法对专家个体排序向量进行专

家分类；四是采用组群AHP权重系数确定各位专家的自

身权重；五是采用综合排序向量法，最终计算出指标权重， 计算方法如图1所示。3文物建筑消防安全评估预警判断3.1指标评分系统采集到各指标的相关参数后，需要对指标进行判Fire Science and Technology.February 2019.Vol 38,No.2分层聚类法YAAHP

群组AHP权重图1文物建筑消防安全评估指标权重计算方法

定打分。因此，通过文献调研、相关法律法规查阅，制定 《文物建筑消防安全动态评估打分细则一智能版》并编写

判定程序，使得评估体系底层指标由系统进行自行判断打 分。该分值会随着指标参数的变化而变动。3.2预警分级为提前对古建筑的消防安全隐患问题进行及时整改， 减小火灾发生的几率，并完善消防设施运行状态，一旦发 生火灾能及时报警或灭火，减小火灾损失，真正做到''防消

结合，以防为主”，系统将文物建筑的消防安全等级划分为 三种状态，即正常、预警和报警，见表2所示。其中，预警

值为85分，即一旦小于85分，则该系统将报警显示黄色 亮灯，表明该建筑存在火灾风险，需要进行消防安全整改，

此时文保单位便可邀请具有资质的第三方机构对该建筑 进行全方位的评估，找出准确的消防安全隐患，制定详实 的消防安全隐患整改方案，最后根据方案实施消防安全隐

患整改。表2消防安全等级划分及预警显示消防安全 等级区间预警描述性说明火灾风险较小，防火设计基本符合文物建筑的有 I(86〜100]

绿色正常关要求，消防设备设施基本完好有效，消防安全

管理制度较为完善并严格落实II⑸〜85] 黄色预警存在火灾风险，需要整改完善III(0〜50]

红色报警存在极大火灾风险，需要立即整改4文物建筑消防安全动态评估预警系统平台开发基于文物建筑消防安全评估模型及预警功能，采用了

Net Framework ±面向对象的编程语言('#开发文物建筑

消防安全动态评估预警系统平台。该平台的使用总体流程，如图2所示。该系统中除了

系统初建时建筑基本信息和建筑物消防静态数据由前台 人工操作完成，后期定时进行更新维护外，其他数据采集

及指标打分、计算等均由后台自动完成。(1) 进入该系统，输入评估对象的基本信息，包括古文

物建筑名称、地址、历史年限及使用性质等。(2) 指标自动打分。首次录入该建筑的静态参数，系

统根据预先设置好的扣分原则，对该类指标进行自动打 分；对于消防设施物联网数据，系统根据设备采集的数据

经过后台判定自动打分；对于人工巡检动态数据，系统根 据手机API＞实时上传的数据自行判断打分。(3) 评估结果及预警。系统根据自动打分和预先设置

的权重值，自动生成评估结果并分为三种颜色显示预警情 况，定期上传评估结果及得分弱项。请防科学与技术2019年2月第38卷第2期进入 )系统初始化输入建筑物从本倍息选择建筑物类别

消防设施物联 人工巡査 消防基础信息 动态数据动态数据静态数据

指标评分系统指标自动等分后台运行指标权重

自动生成评估 预瞥结果

退出

图2系统总体流程图该系统还可对每月自动上传的评估得分及分指标得

分情况进行统计分析，并形成曲线图表，为下一年的建筑

消防安全资金投入预算提供数据支撑，为建筑消防设施系 统维保、检测等服务频度计划提供决策依据。5结论(1) 基于文物建筑火灾特点，采用因果分析、AHP和

聚类分析建立了文物建筑消防安全评估体系。(2) 由于文物建筑的分散性和片区性，存在人力缺乏、

消防安全管理不到位等问题，因此在建筑消防安全评估体

系中引入消防物联网技术，使得消防安全评估动态化、智 能化，节约了人力成本。(3) 在文物建筑动态评估结果的基础上，对建筑的消

防安全水平进行分级预警，及时对可能存在的火灾隐患进

行预警提醒，通过及时整改可提高文物建筑的消防安全 水平。(4) 该系统实现了指标数据自动釆集、自动判断打分、

自动显示综合消防安全水平，真正做到智能化，节省了人 力。定期上传的数据为消防安全资金预算、维保、检修等

投入提供决策依据。参考文献:[1] 赵宇轩.古建筑火灾风险评估方法研究[J].消防技术与产品信息,

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险评估[J].东北大学学报(自然科学版).2015,36(3):442-447.Research on fire safety assessment and

pre・vvarning system of heritage buildingsCHEN Juan-juan1, WANG Hui',

FANG Zheng1(1. School of Civil Enginecring, Wuhan University, Hubei

Wuhan 430072, C'hina； 2. Wuhan Ji a'an Fire Safety Technology Service ('o., Ltd.. Hubei Wuhan 430072, C'hina)Abstract: Afire safely assessment and pre-warning system of heri­tage buildings was built. AHP and cluster analysis were used to es­

tablish the fire safety assessment system. The parameters were col­

lected automatically by Internet of things technology to realize the dynamic evaluation system. The overall fire safely level of the cul­

tural relic building was calculated automatically through the index

parameters, system scoring standard and weight coefficient.Eighty­fire was set as the warning value of fire safely level, which plays

the role of real-time supervision and warning of the fire safety silu^

ation of heritage buildings. This system can help the cultural relic proteclion unil improve its fire prevention ability, and provide deci-

sion-making basis for the next year's fire safety fund budget, main- tenanee and testing of fire facilities and etjuipmeni.Key words: heritage building； fire safety； dynamic assessment；

AHP； internel of things； pre-warning system作者简介：陈娟娟(1984-),女，湖北荆门人，武汉大学

土木建筑工程学院助理研究员，博士后，主要从事建筑消 防安全评估、消防性能化防火设计等方面的研究，湖北省

武汉市洪山区街道口未来城E座601室,430072。收稿日期:2018-10-13298(上接第291页)[8] 张倩冯雨桐.基于相对信息爛和语言加权算子的网络舆情突发事

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extended stochastic VIK()R model with decision maker's altitude

towards risk[J]. Information Sciences, 2018,55(2):301—318.[13] 张志俊，牛苗苗.天然气管道突发M件动态应急决策研究[J]・消防科

学与技术,2018,37(2):241-245.[14] 张波.基于云模型及案例库的灭火救援辅助决策算法[J].消防科学

与技术,2018,37(6):810-812.Decision-making of emergency response plan for natural gas pipeline emergency based

on cloud modelZHANG Zhi-xia, XU Meng-le(School of Management, Xi'an Universily of Architecture and

Teclinology,Shaanxi Xi'an 710000, C'hina)Abstract: Considering the fuzziness and randonmess in emergency

dccision・ making process of natural gas pipeline, an improved VIKOR method based on cloud model and combined weighting method was proposed. Firstly, the cloud model was used to com­

plete the conversion of semanlic evaluation value and numerical

evaluation value. Secondly, the cloud distance algorithm based on cloud drop dislribulion was useci lo optimize the combination

weighting method to determine the weight of the evaluation index.

Finally, the alternative cloud solution was selected according to the improved cloud VIKOR method. Taking a natural gas explo-

sion accident as an example, the improved VIKOR algorithm was used to obtain the optimal emergency plan, and the rationality and

effectiveness of the decision-making method applied on emergency decision-making were verified.Key words: enicrgency accidenl； natural gas pipeline； VIKOR；

cloud model； emergency plan作者简介：张志霞(1973-),女，内蒙古包头人，西安建 筑科技大学管理学院副教授，博士，主要从事系统优化与

决策等方面的研究，陕西省西安市碑林区雁塔路中段13

号，710055。收稿日期:2018-09-27Fire Science and Technology,February 2019,Vol 38,No.2