基于指标体系的城市地震火灾风险评估方法与软件设计

郭惠

（北京市西城区消防救援支队，北京 100032）

0 引言

地震是危害人类生命和财产的最严重的自然灾害之一，当前我国城市面临地震灾害尤其是其次生灾害火灾的威胁十分严重，因此，研究城市地震火灾风险评估十分重要。日本的掘内二郎、水野、青木等人在地震火灾预测方面进行了开创性的工作，他们提出的震后着火模型与气候、时间、建筑数量、燃气管道等多种因素有关，并在大量的统计基础上进行地震火灾预测[1]。对地震火灾的研究，国内目前主要限于地震发生时火灾的处置方法和火灾发生后的应急处置，然而，对策性的研究本身迫切地需要数据和科学方法的承载。本文基于建立的城市地震火灾风险评价指标体系，通过专家调查法确定出各指标的相对重要性，利用层次分析法计算出各指标的权重，采用Visual C++6.0 语言开发了城市地震火灾风险评估系统。该项研究为进行城市地震火灾风险评估奠定了理论基础、为整改火灾隐患提供了科学方法，这必将对科学地进行城市地震次生灾害火灾的预防发挥重要作用。

1 地震火灾风险评估方法

1.1 地震火灾风险评估的基本步骤

城市地震火灾风险评估一般需要经过如下几个步骤[2]：

1）资料收集：明确评价的对象和范围，了解评价对象的区域特征、城市建筑情况、消防站的建设情况及社会环境状况等。

2）根据影响地震火灾的主要因素，构建评价指标。

3）本文利用层次分析法和专家赋权计算指标的权重，确定各个分指标或者评价因素对总体评价结果的影响程度。

4）评估模型的选择过程。由于层次分析法具有较强的结构层次性和逻辑分析过程，对城市地震火灾风险的诸多因素有着较强的层次区分能力，所以选用层次分析法，作为开展评估的主要评估模型。

5）根据所选择的指标，收集对待评估对象的相关数据，并进行初步的统计分析和处理，为计算其评估值奠定基础。

6）计算最后的评估值，给出待评估区域的火灾等级，并提出降低或控制危险的安全对策措施。在此，主要指利用评估结果，提高相关指标的安全度，从而降低城市地震火灾风险等级。

1.2 底层指标的处理及说明

由于对地震火灾指标的影响因素没有统一的标准可参考，本文通过查阅资料将主要介绍对城市地震火灾影响程度较大的因素，而对于和民事火灾风险评估体系中类似的因素的评分标准，则可以参考相关的规范，本文不再详述。评分时，5 分为最高得分，表示火灾危险性大，城市面临的地震火灾风险等级高，1分为最低得分。

1.3 城市地震火灾风险等级划分

本文把城市地震火灾风险划分为V、IV、III、II、I 五个等级，分别表示该城市危险、较危险、一般安全、较安全、安全。根据层次分析法，可知，对城市进行地震火灾风险评估时，主要包括以下几个方面[3]。

1）结合收集的资料，根据指标的影响程度给每一个底层指标评分。

因为上层指标的评价结果取决于底层指标，所以选取一个完整的底层指标层次，即指标体系中最外层的指标作为基准指标，可得到每一个基准指标的得分。

2）用这些指标的分值与该指标对应的权重相乘，并进行累加，得到最后的评估分数，公式如下：

式中，为评估分值；为底层指标的得分；为每一个底层指标的权重。

1.4 划分城市地震火灾风险等级

以分数来衡量最终的评估结果，是各种系统评估中最常见的评价结果形式。对照所建立的风险等级划分标准。可知，如果某一个城市地震火灾风险评价结果为W=4.7，则表示该城市地震火灾属于风险较高状态。基于总权重为1 的评价结果与火灾风险等级之间的对应关系[4]如表1 所示：

表1 评价结果与地震火灾风险等级之间的对应关系

2 软件设计

本文采用Visual C++6.0 编写程序，程序中采用的Access 数据库结构，数据库名为Demo.mdb，库内表名为DemoTable，表内字段名为所有评估指标字段，来构造程序操作所需的数据库。表中的第一行数据设置为权重，之后的数据行为各个地段的指标值（每一个地段对应一行）。M_FUNC 函数提供读取当前指针所指向数据的结果计算，并对其结果评级，返回值给对话框，并最终显示出来。

本程序直接由ADO 操作Access 数据库，通过图形界面实现对数据库的读写操作。通过ADO 所编写的数据库具有查询、修改各项指标及其权重、供专家打分等功能[5]。主菜单如图1 所示。

图1 城市地震火灾风险评估系统主界面

图2 主界面的一组下拉菜单

主菜单是整个应用程序的神经枢纽，该程序的各种功能都通过主菜单来实现。

表2 菜单项的说明

3 城市地震火灾风险评价实例

以甘肃省金昌市为实例，按照评估的基本步骤，参照城市地震火灾风险评估体系的底层指标，对相关数据进行了统计了分析，根据实际调查，一些基本数据列举如下：金昌市位于东经101°04′35″—102 ° 43 ′ 40 ″， 北 纬37 ° 47 ′ 10 ″ —39°00′30″，面积9 600 km2，该地区地震设防烈度为8 度，本市区人口大约22 万人，平均海拔1 500 m，气候属温带大陆性气候，年降水量大约为114 mm，平均气温7.5℃，绿化覆盖率达到20%，地处甘肃省河西走廊东段。金昌市地势以山地、平原为主，以戈壁沙漠东西展开，相间排列，山地平川交错，绿洲荒漠相间，位于中国地震断裂带上，一旦发生地震将具有较高的地震火灾危险性。

本文评价实例中，设定地震烈度为8 度，震源深度为220 km，与震中的距离为500 km，地震发生在15 时。结合专家小组对主观因素的评分情况，经过综合处理，得出底层指标的评分情况，结果见表3 至表7。

表3 金昌市地震火灾风险评估地震因素底层指标得分

表4 金昌市地震火灾风险评估加油加气站底层指标得分

表5 金昌市地震火灾风险评估管网系统底层指标得分

表6 金昌市地震火灾风险评估消防系统底层指标得分

表7 金昌市地震火灾风险评估城市环境底层指标得分

运用城市地震火灾风险评估系统，点击“在此输入需要操作的地区名称”按钮输入金昌市，如图3 所示。

图3 城市地震火灾风险评估系统界面

点击Access 数据库，界面（如图4 所示），

图4 Access 数据库界面

然后双击DemoTable 表，将底层指标评价分值输入对应的底层指标下（如图5 所示），

图5 Demo Table 表

点击“读取”（按钮如图6 所示）可以直接读取最后的评估分值。

图6 城市地震火灾风险评估结果1

由此，可得出最后的评估分值W=2.4，风险等级为III 级，属于一般安全。

实例中，设定的地震烈度为8 度，房屋倒塌但不会导致严重的破坏，震源深度为220 km 属于中源地震，与震中距离为500 km，为近震，地震发生在15 时，不属于城市用火用电的高峰期，所以在地震强度不是特别大的情况下，该城市具有一定的抵抗地震火灾风险的能力。改变地震因素中的相关指标，设定地震烈度为9 度，震源深度为100 km，震中距离为200 km，地震发生在12 时，其余指标不改变，则最后的评估分值如图7 所示。

图7 城市地震火灾风险评估结果2

改变地震烈度、震中距离、震源深度和地震发生时间后，得出最后的评估分值W=4.3，地震火灾风险等级为V 级，属于危险。

结果表明：对于地震强度较低的情况下，该城市具备一定的抵抗能力，而对于震中距较近、震源深度较浅的强度较高的地震，该城市将处于风险等级最高的状态，不具备抵抗强度较大的地震火灾风险的能力。而评估的目的是为了评估城市的现状，然后通过改变指标体系中的相关指标，降低城市地震火灾风险等级，从而给出整改措施。保持改变后地震因素的相关指标不变，提高城市的建筑抗震性能和燃气管网的抗震性能，计算城市火灾风险等级，结果见图8 所示。

图8 城市地震火灾风险评估结果3

由城市地震火灾风险评估系统计算出最后的评估分值W=3.3，地震火灾风险等级为IV 级，属于较危险，由此得出，该城市目前的状态不具备抵抗强度较大的地震火灾风险的能力，但通过提高城市建筑的抗震性能和燃气管网的抗震性能，城市地震火灾风险等级可降低一级。

4 结论

评估结果表明：基于指标体系所编写的城市地震火灾风险评估系统，可快速得出城市地震火灾风险等级的现状，而通过提高相关指标的安全度（即通过评估后的整改），可有效地降低城市地震火灾风险等级，提高城市对于地震火灾的抵抗力。结果可为城市地震火灾预防提供参考，对城市抵抗地震火灾风险具有重要的意义。