基于灰色关联分析的古建筑火灾事故研究

基于灰色关联分析的古建筑火灾事故研究

殷耀玺

中海油安全技术服务有限公司

摘要：近年，中国古建筑火灾频发，缺乏有效的预防措施。本文整理了2000-2017年的古建筑火灾数据，从发生时间、发生原因和损失程度3个方面，分析了火灾事故的变化趋势。考虑到定性分析的局限性，又建立了灰色关联模型，计算不同原因与火灾损失的关联度，并以致灾机理为基础分析了不同火灾原因对古建筑的危害。按照关联度大小排序，确定影响火灾损失大小的主要因素，分别为电气因素、用火不慎和故意纵火。针对影响火灾损失的主要原因，提出对应的防范措施与建议，为消防部门有重点地预防古建筑火灾创造了条件。

关键词：中国；古建筑火灾；火灾致因；灰色关联分析；火灾损失；消防

引言

中国作为历史文明古国，在漫长的历史进程中留存了大量古建筑。据统计，在1961~2015年的五十余年间，国务院公布了7批全国重点文物保护单位，共计4291处，其中古建筑1882处，占重点文物保护单位的近一半。根据近年的古建筑火灾案例，可以发现古建筑被烧毁所造成的损失是无法弥补的，具有不可补偿性。如何有效减少古建筑火灾的损失成为首要问题，古建筑火灾的致因研究有着重大的现实意义。

目前对于建筑火灾的研究很多，本文提出使用灰色关联分析法对古建筑火灾进行分析。灰色关联分析在火灾的其他领域已有广泛应用，在地下室火灾和区域火灾的致因分析中取得了很好的效果，但在古建筑火灾领域还是空白。灰色关联分析能够根据不同因素的变化趋势，确定因素和指标的关联度。具体优点如下：定量分析、计算量相对较小、数据限制少和应用方便。采用该方法对古建筑火灾进行分析，为古建筑保护提供有价值的参考方案。

1古建筑火灾事故趋势分析

本文对《中国消防年鉴》及相关文献资料进行梳理，统计了2000-2017年共计709起古建筑火灾，从发生时间、发生原因和损失程度方面对我国的古建筑消防情况进行分析。

1.1数量分析

(1)古建筑火灾的高发月为1月、4月、11月以及12月，其中4月属于春季，1月、11月和12月属于冬季，说明春冬两季是古建筑火灾的高发期，这是因为中国传统的宗教活动和大型节日如清明节、春节等多集中在春冬季节。古建筑作为各种纪念、庆祝及祭祀活动的主要场地，在这段时期会焚香和燃放烟花爆竹，存在大量火灾隐患。与其他季节相比，春冬两季气候干燥，木质结构含水量降低，更容易被引燃。由于取暖需要，春冬季节火电设备需求增加，间接提高了古建筑的火灾风险。(2)整理2000-2017年火灾总量和不同原因火灾数量。火灾总量和不同因素的火灾数量存在峰值，当某年火灾数量异常上升后，由于人们的警惕意识，之后几年的火灾数量会明显减少，这符合人类可靠性的浴缸曲线。由于2002年和2007年气候干燥，古建筑木材火灾风险提高，使人为因素的火灾数量大幅上升，最终导致这两年火灾总量的异常增加。在火灾数量异常增加后的几年，古建筑火灾的警惕性上升，火灾数量明显下降。据统计2000-2017年的火灾平均值为39起，而2012年后的火灾数量基本都高于平均值，火灾数量明显增加。2012年后，由于人为因素的火灾数量减少到临界值，而电气火灾的数量仍在缓慢增加，导致火灾数量居高不下。近年火灾形势严峻，古建筑火灾的防治刻不容缓。

1.2损失分析

绘制直接损失、烧毁面积与火灾数量的关系图，如图1和图2所示，2000-2017年直接损失和烧毁面积最高分别为2013年的1176万和2004年的5930平方米。根据2004和2013年不同原因的火灾数量可知，这两年的火灾数量没有异常上升。反而在直接损失和烧毁面积都较低的2002年，人为因素引发的火灾数量有异常上升现象。不同原因火灾数量和损失的变化没有明显的相关性。有必要使用一种新的定量分析方法，确定不同原因对火灾损失的影响程度。

图1 直接损失及各因素火灾数量-年份变化图

图2 烧毁面积及各因素火灾数量-年份变化图

上述分析充分体现出古建筑火灾的严峻性和火灾原因研究的必要性，但根据火灾数量变化不能确定不同原因和火灾损失的相关性，缺乏定量表征。本文以上述收集的古建筑火灾数据为基础，采用灰色关联分析法，计算火灾损失与不同原因间的关联性。根据计算结果找出对损失影响最大的火灾原因，为古建筑的防灾工作提供更加有价值的参考。

2 古建筑火灾事故致因的灰色关联分析

2.1灰色关联分析的原理

灰色系统是指信息不完全的系统，而灰色关联分析则是灰色系统的基础，属于系统分析方法。它的本质是对系统总体数据趋势的定量分析与比较，核心是关联系数的确定。灰色关联分析适用于分析某类因素对指标的影响程度。首先要确定参考序列(母序列)和比较序列(子序列)，根据两个序列中因素和指标随时间的变化关系，得到不同因素对指标的相关度。相关度越大，该因素对指标的影响也就越大，对指标也就越重要。与传统的精确数学相比，灰色关联分析具有数据关联性要求低、计算量小、结果明确和应用广泛等优点。

2.2数据选取

通过整理《中国消防年鉴》中的直接损失和烧毁面积数据。古建筑火灾造成的损失主要分两类，分别为火灾直接损失和火灾烧毁的建筑面积。影响这两类损失的原因按照起火方式和行为主体可分成8个原因，分别为纵火、电气、生产作业、用火不慎、吸烟、玩火、自燃和雷击。电气包括电线短路、电气设备短路、电气设备烘烤等；生产作业包括违规操作、切割火花等；用火不慎包括祭祀焚香、烟花爆竹、厨房用火等。

2.3数据计算与分析

将直接损失和烧毁面积作为参考可知，不同火灾原因对直接损失的关联度排序为：电气>纵火>用火不慎=玩火>吸烟>生产作业>自燃>雷击。不同火灾原因对烧毁面积的关联度排序为：电气>用火不慎>纵火=吸烟>玩火>生产作业>自燃>雷击。

综上可知，关联度最大的3个原因是电气因素、用火不慎和故意纵火。在趋势分析中，人为、电气因素和用火不慎对古建筑火灾的影响较大，但凸显不出故意纵火的危害。比较两种分析的结果可以发现，各类因素的火灾数量并不能说明古建筑火灾事故后果的严重程度。即使该类火灾发生数量少，对火灾损失的影响可能很大。

综合直接损失和烧毁面积的关联度大小，将火灾原因分为三个层次，分别为主要原因、次要原因和一般原因。主要原因包括电气因素、用火不慎和故意纵火；次要原因包括吸烟、玩火和生产作业；一般原因包括自燃和雷击。这里只针对主要原因进行讨论：

电气因素：根据趋势分析和灰色关联分析的结果可知，电气因素是造成古建筑火灾的重要原因。在趋势分析中，电气因素引发的火灾在火灾总数中占很大的比例，仅次于用火不慎造成的火灾数量。近几年，古建筑商业化现象明显，电气因素引发的火灾数量整体呈现上升的趋势，部分年份甚至赶超用火不慎引发的火灾数量。在灰色关联分析中，电气因素大于用火不慎和故意纵火的关联度，因此电气因素是造成损失最严重的火灾原因。综合两种分析的结果，电气火灾发生的数量多，危害大，对古建筑造成的损失呈现逐年上升趋势，有必要完善电气火灾的预防措施。由于文物保护不到位，近年很多古建筑都存在违规占用现象。古建筑内设备安装不规范，电线未经防护直接铺设在建筑表面。这些因素大大提高了发生古建筑电气火灾的风险。

用火不慎：趋势分析和灰色关联分析的结果都表明用火不慎是影响古建筑火灾损失的重要因素。在趋势分析中，用火不慎引发的古建筑火灾数量是最高的。虽然近年由于国民素质的提高，用火不慎引发的火灾数量明显下降，但在火灾总数上仍占很大比重。在灰色关联分析中，用火不慎的关联度是小于电气因素的，但在烧毁面积方面，用火不慎大于故意纵火的关联度。结合趋势分析和灰色关联分析的结果，近年用火不慎对古建筑造成的损失在下降，但由于损失的基数大，仍然要重视用火不慎火灾的预防。

故意纵火：在趋势分析中，故意纵火导致的火灾在火灾总数中占比很小，即使数据量相对较少，灰色关联分析也能得到序列间的关联度。由于故意纵火具有目的性和主观性，火灾往往会发生在具有重大文化价值的场所，火灾蔓延速度和造成的损失与其他因素引发的火灾相比也更快，更严重。

3结论与建议

3.1结论

(1)通过分析火灾数量趋势可知，由于节日、气候和季节取暖原因，春冬两季的火灾数量明显高于其他季节。火灾数量受多个因素影响，呈现有规律的波动。近年，由于人为因素和电气因素的综合作用，古建筑火灾的发生数量增长明显，火灾形势严峻。(2)历年发生的古建筑火灾中，以电气因素和人为因素为主，人为因素中数量最多的是用火不慎。两类因素的变化趋势不同。电器因素呈现逐年上升的趋势，这与古建筑商业化有很大的关系；人为因素则是逐年降低，这与居民消防意识和受教育程度的提高有关。(3)在灰色关联分析中，对古建筑火灾损失影响最大的是电气因素、用火不慎和故意纵火。比较两种分析的结果可知，火灾数量并不能有效反映古建筑火灾损失。虽然故意纵火的火灾发生数量少，但其对火灾损失的影响程度与用火不慎相同甚至更大，具有主观性和严重性，有必要重点预防。

3.2建议

基于上述分析，针对关联度较大的火灾原因提出建议：

(1)针对电气因素，近年古建筑旅游业发展迅速，商业化明显，安装了很多电气设备。为了降低电气火灾的风险，有必要提高电气系统的可靠性，整改乱搭电线的现象。电线表面使用阻燃、防静电、耐磨损的材料，防止电线因表面破损引发短路。(2)针对用火不慎，在宗教活动和节日频繁的时间段加强监管，控制烟花爆竹或焚香等明火远离可燃物；普及消防知识，提高民众应对小型特种火灾的能力，防止火灾规模的进一步扩大。(3)针对故意纵火，完善古建筑周围的监控与报警系统，及早发现可疑人员；定期对古建筑工作人员和附近居民进行思想宣传，提高人们对古建筑的责任感，从源头上杜绝故意纵火事件的发生。

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