基于AHP-FRAME方法的养老机构火灾风险评估

马鑫悦 田 宏教授

(沈阳航空航天大学 安全工程学院，辽宁 沈阳 110136)

0 引言

国家统计局数据显示，我国2020年末总人口为14.12亿人，65岁及以上人口为1.9亿人[1]，占比高达13.46%，我国老龄人口比重呈现逐年攀升的趋势，预计未来几年，我国将进入深度老龄化社会。在社会经济不断发展、老龄人口规模不断扩大、养老服务资源紧缺的情况下，国家和政府鼓励社会各界参与养老机构的建设经营，因此养老机构将不断增加。然而居住在养老机构的老年人大多行动受限、反应迟缓，在面临火灾等突发情况时，这类群体反应迟缓，缺乏自我救援和疏散能力。因此，在老年人聚集的养老机构发生火灾时，容易造成重大的人员伤亡和财产损失。由于养老机构对消防安全容易疏忽[2]，做好养老机构火灾风险评估与管理工作十分重要。

目前养老机构火灾风险安全研究匮乏[3]，缺少对老年人身体状况以及老年建筑特殊性的关注，采用的风险评估方法缺乏对人员疏散的考量。因此，将层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)与火灾风险评估工程方法(Fire Risk Analysis Method for Engineering，FRAME)相结合构建养老机构火灾评估模型，以期将主观分析与客观分析相结合得到养老机构火灾风险情况，使评估结果以量化值的形式展现，以促进我国养老产业安全健康发展。

1 养老机构火灾风险评估模型构建

1.1 方法介绍

AHP法是由美国著名学者提出的一种数学分析工具，目前广泛应用于确定评价指标的权重。FRAME法是一种半定量化计算建筑火灾风险的综合评估方法[4]，广泛用于评估现有建筑的火灾风险。间接损失和业务中断是FRAME法中考虑的火灾风险的一部分[5]。

AHP法与FRAME法相结合的火灾风险评估模型具有如下特点：将AHP应用到养老机构火灾风险评估中，根据总目标将问题分解成不同组成部分，形成层次化的分析结构，得到最低层相对于最高层的权重，最终确定总体火灾风险情况。

该模型能够结合养老机构建筑实际情况考虑人员组成及特殊性对疏散因子的影响，将老年人的生命安全纳入评估范围，得到的评估结果可信度较高。此外，该模型在评估过程中综合客观评价与主观评价，具有科学性与合理性，得到定量化的评估结果相较于定性文字描述更具有说服力，且直观清晰。

1.2 养老机构的特殊性

养老机构建筑的居住人员与其他民用建筑的居住人员相比具有一定的特殊性。养老机构建筑内老年人数量较多，根据其能力分为4个等级，即能力完好、轻度失能、中度失能和重度失能；养老机构内人员组成复杂，不仅包括居住的老人，还有探视家属、管理人员、医务护理人员以及其他工作人员。

养老机构建筑与其他民用建筑相比具有一定的特殊性。老年人容易突发高危疾病和伤害事故，建筑出入口处应设置无障碍通道和救护车辆停靠点，提高救治效率。15J923《老年人居住建筑》中规定，老年人使用的楼梯应该更平缓，楼梯踏步宽度为0.3m，高度为0.15m；出入口门洞口宽度应不低于1.2m，出入口内外应有直径不小于1.5m的轮椅回转空间；当走廊净宽小于1.5m时，应在走廊设置不小于1.5m的轮椅回转空间。JGJ 450—2018《老年人照料设施建筑设计标准》规定，养老机构中的老年人居室和老年人休息室不应设置在地下室、半地下室。

1.3 确定风险指标

从建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动3方面对养老机构火灾风险进行辨识，养老机构火灾风险主要包括3类风险，即潜在性风险、可接受风险以及保护性风险。

潜在性风险表示可能导致火灾事故后果的严重程度，通过所有可能导致最坏情况的因素来衡量。潜在性风险指标包括火灾载荷因子q、蔓延因子i、面积因子g、楼层因子e、通风因子v、通道因子z。火灾载荷因子反映火灾持续时间，蔓延因子反映火灾发展走势，面积因子反映空间特征，其余因子依次反映楼层高度、烟雾威胁和消防队进入可能性，体现建筑结构对消防队控制火灾的影响。

可接受风险与火灾中暴露情况相关联，当暴露于火中的风险增加，暴露程度越大，风险越不可接受。影响可接受风险的要素是活动因子a、疏散时间因子t、价值因子c、环境因子r以及依赖因子d。这些要素表示点火源的存在、疏散时间、建筑物和财产价值、环境以及活动的火灾风险性。

保护性风险是养老机构火灾风险分类中的第3个部分，各类保护措施越完善，最坏情况下发生火灾的概率就越低。保护性风险指标包括所有可能降低火灾破坏概率的因素，如供水因子W、正常保护因子N、特殊防护因子S、耐火因子F、疏散因子U、救助因子Y。分别代表充足的消防供水、标准的防火措施、特殊防护、建筑构件的耐火性、逃生疏散情况以及减少火灾的间接损失。

1.4 建立AHP-FRAME火灾风险评估模型

FRAME方法中包括对建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动3部分的风险评估，每部分都包含3个主要模块，即潜在性风险指标PK、可接受风险指标AK和保护性风险指标DK，标准的FRAME评估体系，如图1。

图1 FRAME评估体系Fig.1 FRAME assessment system

潜在性风险指标对火灾严重性起决定性作用。可接受风险指标通过风险中的暴露程度来衡量，暴露在风险中的人越多、暴露的持续时间越长，风险越不可接受。保护性风险指标表示消防系统等保护因子的可靠性，用1/DK表示高水平的保护可降低火灾事故的概率。火灾风险评估值计算，如公式(1)。

RK=PK/(AK×DK)K=1，2，3

(1)

式中：

R1—建筑物本身火灾风险值；

R2—建筑内人员火灾风险值；

R3—建筑内活动火灾风险值。可接受风险指标值A和保护性风险指标值D同理。被评估建筑总体风险值计算，如公式(2)。

R=∑αKRK

(2)

式中：

R—被评估养老机构总体火灾风险值；

α1、α2、α3—建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动所占的权重。具体计算方法，如公式(3)-(11)[6-8]。

建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动的潜在性风险指标分别为：

P1=q×i×g×e×v×z

(3)

P2=q×i×e×v×z

(4)

P3=i×e×v×z

(5)

各因子的详细计算公式，如式(6)-(11)：

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

公式(6)-(11)中符号所代表的名称、含义以及取值范围，见表1。

表1 潜在性风险指标含义及取值标准Tab.1 Implications and value criteria of potential risk indicators

续表名称符号含义取值标准楼梯高度H+建筑物楼梯高度实际测量值,单位为m地下深度H-建筑物地下深度实际测量值,单位为m

建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动的可接受风险指标分别为：

A1=1.6-a-t-c

(12)

A2=1.6-a-t-r

(13)

A3=1.6-a-t-d

(14)

最大值1.6反映自然原因引起火灾的可能性[9]。活动因子a描述主要的火灾来源，住宅建筑类的主要活动a1取值为0，由于养老机构中存在不可控的老年吸烟群体，次要活动a2取值为0.1；价值因子c由建筑物价值c1和室内物品价值c2确定；环境因子r表示火势发展的速度，通过固定火灾荷载Qi值和火焰传播等级M值计算得出；依赖因子d评估火灾对建筑物内发生的活动的影响，一般均取值为0.3。结合养老机构建筑及人员的特殊性对疏散时间因子t加以改进，如公式(16)。

a=a1+a2c=c1+c2

(15)

(16)

式中：

X—人数；

x—出口单元数；

p—调整因子。

根据《SFPE手册》给出的流量公式推导出：疏散速度为1.26～0.33B，其中B是密度，以人/m2表示。按照国家标准中规定的楼梯平面基础参数，养老机构楼梯踏步宽度是楼梯踏步高度的2倍，则2H+是人员疏散时下楼梯的等效距离。

建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动的保护性风险指标为：

D1=W×N×S×F

(17)

D2=N×U

(18)

D3=W×N×S×Y

(19)

W=0.95wN=0.95nS=1.05sY=1.05y

U=1.05u

(20)

(21)

其中，供水因子W由消防水池、水池容量、主管公称直径3个因素确定；正常保护因子N包括警报、电话报警、灭火器、消防队到达和员工培训5个因素；特殊防护因子S包括自动火灾探测系统、给水能力、压力和流量源以及喷淋保护因素；耐火因子F其数值与建筑结构的耐火性能、建筑物外墙的耐火性能、屋顶的耐火性能和内墙的耐火性能有关；疏散因子U包括自动火灾探测、疏散路径保护、水平出口、喷淋、照明等因素；救助因子Y与减少火势蔓延的因素和控制火灾后果的因素有关[9]。

基于AHP-FRAME方法构建养老机构火灾风险评估模型，需利用AHP法对风险评价指标体系的权重进行计算。目标层为养老机构总体火灾风险，准测层包括建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动。将三者两两比较建立判断矩阵：

得到最大特征值结果λmax=3.003 7，且一致性比率CR值小于0.1，满足一致性要求。结果显示建筑物本身的权重最大，权重值为0.435 4；其次是建筑内人员，权重为0.330 5；建筑内活动所占权重较低为0.234 1。

2 实例验证

2.1 实例概况及计算

辽宁省鞍山市某养老机构成立于2002年，是县政府承办的社会福利性养老机构，隶属于县民政局，总占地面积为2 600m2，总建筑面积3 000m2。该养老机构按照国家建筑设计规范，筑有一栋二层楼房，机构内设有医疗、健身、文化娱乐、洗浴、餐厅等服务设施。该养老机构现有房间40间，床位80张，现已入住老人19位，老年人全部居住在一层，以该层作为研究对象。养老机构内工作人员共15名，其中有护理人员5名。养老机构室内外配备消防栓，机构自身没有消防组织，最近的消防队距离2.8km；出口单元数量为2，大厅有清晰的平面布局图和疏散路径指示图，每层消防照明指示装置齐全且符合规定；室内按规范标准配备灭火器设备、疏散指示标志及应急照明等。机构建立了安全生产责任制、防火巡查制度及应急救援预案等。

根据该养老机构建筑本身条件、建筑内人员和建筑内活动情况，对该养老机构的火灾风险进行评估计算，第一防火分区各因子计算结果及风险值，见表2。

表2 第一防火分区各因子计算列表Tab.2 The calculation list of each factor in the first fire compartment

从公式(3-5)可得：P1=1.35，P2=1.41，P3=1.15。从公式(12-14)可得：A1=0.93，A2=0.53，A3=1.05。从公式(17-19)可得：D1=0.97，D2=2.26，D3=1.45。

根据公式(1)计算风险值结果为：R1=1.50；R2=1.18；R3=0.76。

根据R值划分风险等级，当时R<1.0，风险等级为低风险；1.0≤R<1.6，风险等级为可接受风险；1.6≤R<2.7，风险等级为中度风险；2.7≤R<4.5，风险等级为高度风险；R≥4.5，风险等级为严重风险。评估结果显示，该养老机构的第一防火分区中，建筑物本身及建筑内人员的火灾风险等级为可接受风险，建筑内活动为低风险等级。结合AHP权重，根据公式(2)计算，得到该养老机构总体火灾风险值为：R=1.219 9，总体火灾风险为可接受风险。

2.2 评估结果分析

结合养老机构火灾风险评估结果进行分析，虽然该养老机构整体火灾风险水平可以接受，但仍存在一些不足之处，主要有以下3个方面：

(1)疏散时间因子t的值代表所需的安全疏散时间。养老机构内居住19名老年人，其中2人行动不便需要护理人员辅助疏散，疏散时间因子计算结果为0.42，计算得到疏散时间为0.42×720=302.4s，其中720的值是从一个低危险情况的中性点“逆向设计”而来的，疏散时间相对较长，不利于老年人安全疏散。

(2)该养老机构供水因子W低于1表明消防水供应不足，应增加消防储水容量。正常保护因子N为0.77，表示正常保护措施不足，该养老机构内老年人、服务人员总体素质水平一般，缺乏专业的消防安全知识。

(3)标准状态下，特殊防护因子S和耐火因子F应高于1，而该养老机构耐火因子值为0.99，没有达到标准，应加强建筑构件的耐火性能。评估过程中发现该养老机构灭火器配备较为齐全，但没有按要求定期对消防设备进行检修，一旦出现火灾险情，容易影响救援速度。

2.3 风险管理措施

根据该养老机构火灾风险评估结果及分析，针对其存在的问题，采取相应的风险管理举措。

(1)出现火灾险情时，加强对行动不便老人的疏散转移，增加护理人员帮助老人疏散；加强火灾探测系统，缩短火灾发现时间，给疏散留存充足时间。

(2)养老机构的老人、服务人员文化水平参差不齐，需要加强消防安全教育，严禁出现室内吸烟等一切可能造成火灾隐患的危险行为。

(3)加强防护措施，为人员疏散争取更多的时间。在现有消防安全治理水平的基础上，定期进行消防设备检查与维护，配备专职消防安全管理人员，提升养老机构自身的人工灭火能力。

3 结论

(1)建立基于AHP-FRAME法的养老机构火灾风险评估模型，结合养老机构特殊性对计算过程加以改进，并运用此火灾风险评估模型进行实例分析，验证了这一方法的可行性，通过计算分别得出防火分区中建筑物本身、建筑内人员和建筑内活动的火灾风险等级，为进一步提出火灾安全管理举措提供科学依据。

(2)建立养老机构火灾风险评估模型过程中，疏散指标等因素考虑的不够全面，没有充分考虑烟气的影响，仍有待进一步研究与探讨。

(3)FRAME法评估过程计算量较大，结合软件对所建立的养老机构火灾风险评估模型进行数值计算，能够有效节省评估人员的工作时间，提升评估效率。