徽州传统村落火灾风险评估研究

吴运法，陈泽昊，王东喆，陈萨如拉

（安徽建筑大学 建筑与规划学院，安徽 合肥 230601）

徽州传统村落作为乡村文化记忆的重要载体，在文化遗产、历史风貌和历史文化传承等方面具有较高的价值，针对徽州古村落保护的研究对我国传统文化的保护具有重要意义。

截至2019 年，全国共有5 批次共计6 819 个村落列入中国传统村落名录［1］。传统村落集建筑、雕刻、绘画及乡土文化于一体，反映了聚落与周边自然环境的和谐共生关系，孕育着丰富的生态文化和地域价值，是当代人感知古代乡村生活的“博物馆”、人类文明的“活化石”。但近年，众多传统村落与历史建筑发生严重火灾。例如，2021 年2 月云南省临沧翁丁村佤族老寨发生火灾，整个老寨几乎全部被烧毁；同年6 月，重庆市江津中山古镇发生火灾，大量房屋被烧毁等。因此，对传统村落进行火灾风险评估格外重要［2］。

1 国内外研究综述

发达国家已经具备完整的火灾风险评估体系：在评估系统方面，美国开发了火灾安全评估系统（FSES），为医疗卫生等公共场所提供了可靠的评估方法。学者研究方面，Kallianiotis 等［2］将Exit Locator 应用于地下建筑疏散路线分析；Chen 等［3］运用层次分析法对商场、学校等公共建筑建立火灾风险评估体系；Zhang 等［4］将模糊理论运用于地下建筑的火灾风险评估，并划分了火灾风险等级。

国内对火灾安全评估研究已经具备一定基础。研究对象方面，国内学者多以中心城区［5］、地下空间［6］、历史古建筑群［7］、公共建筑［8］、工业用地［9］、高校［10］、机场［11］等为研究对象，但对于古村落的研究仍较为缺乏。评价体系方面，李会荣［12］运用层次分析法构建桂西北古村寨的火灾风险评估体系，根据得到的评估模型建立该古村落的消防安全检查表，并运用实例证明了有效性。丁奇等［13］基于层次分析法，使用MATLAB 软件建立传统聚落火灾风险评估模型。李志军等［14］基于FRAME 法对云南某古城开展了深入研究。

目前，国内外火灾风险评估主要采用定性分析法结合定量分析法，但研究对象具有一定的局限性，研究尺度主要聚焦在区域层面，对于微观尺度的研究不足。本文以古徽州村落作为研究对象，将研究尺度深入到古村落，横向对比火灾风险评估结果与智慧消防调研分析结果，采用定量分析法与定性分析法，建立评价模型，并按照层次分析法与熵权法组合方法计算权重，使用多级模糊综合评价［15-20］，论证结论的真实性和可靠性，划分徽州古村落火灾安全等级，为完善传统村落的智慧消防系统提供策略。

2 火灾发生及蔓延因素分析

2.1 火灾发生因素分析

徽州古村落的结构以木制或以砖木结合为主，结构材料易燃，且火灾荷载较大，无论是自然破坏还是人为纵火，都容易引发火灾；由于村民防火意识不强、村内管理力度不够，易因疏忽产生火灾［21］。综上，将人为因素和自然因素纳入评估体系。

2.2 火灾蔓延因素分析

徽州地区的传统村落，虽然村落特征与其他类型传统村落有所区别，但在火灾危险源、建筑耐火等级、消防设施与消防安全管理水平等方面存在共性。徽州传统的村落大多数坐落在山区，周边环山、建筑较为集中、街巷空间狭窄，这种聚居的模式增加了火灾的隐患，同时，建筑多采用楼居式，木构的建筑导致火灾容易发生并蔓延，并且扑救较为困难。徽州古村落以天井廊院相连，建筑相邻，容易吸收辐射热，一旦一处起火，在无人扑救的情况下，火势会陷入无法控制的局面，相邻的建筑很快就会受到影响，以至于成片受灾。因此，建筑的材料、外墙的构造对于火势的蔓延起到至关重要的作用，本文增设建筑结构维度的火灾风险评估指标，使得评估体系更具合理性，将马头墙、建筑材料等归纳到建筑结构状况内。

3 火灾风险评价模型构建与权重确定

3.1 评价方法的确定

传统村落火灾安全评估因素包含火灾危险源、建筑耐火等级、消防设施与消防安全管理水平以及更为复杂的人为因素或天气因素等，各个因素之间的关系难以直接量化进行定量评估。本文在合理构建火灾风险评价体系的基础上，综合运用层次分析法、熵权法和模糊综合评价法进行评价，试图构建合理且具有可行性的火灾风险评估模型。

3.2 构建徽州某传统村落火灾风险评价指标体系

基于对传统村落火灾发生和蔓延的分析，本文火灾风险评估重点关注村庄的火灾危险源、村落建筑情况、安全管理水平和消防设施这四个方面。其中，建筑结构状况涉及建筑的材料和外墙等，消防车通道则涉及村落内部建筑间距与街巷宽度。

智慧消防中，消防应急广播系统、火灾报警系统、电气火灾系统、分布式光纤测温系统和监控系统都属于消防硬件设施，其对火灾不同层面、不同因素的监测、识别、预警能够及时发现火灾，对火灾风险评估至关重要。智慧消防对于火灾风险评估应属包含与被包含的关系，因此，本次评估指标体系将智慧消防系统纳入消防救援的消防硬件设施，使得评价结果更为合理和客观。

在分析近年古村落火灾事故的基础上，查阅相关资料，实地调研并结合专家意见，依据《文物和优秀历史建筑消防技术标准》等相关技术标准的评估流程，归纳出4 种影响徽州古村落火灾发生的风险因素，建立了徽州古村落火灾风险评价模型，如图1 所示，指标体系如下：

图1 徽州某传统村落火灾风险评价模型图Fig.1 Fire risk assessment model of a traditional village in Huizhou

（1）传统村落主要火灾危险源B：配电线以及电器使用情况B1，火源的使用情况B2，人为失火及纵火B3。

（2）传统村落建筑情况C：火灾荷载情况C1，建筑年代C2，建筑结构状况（特有的马头墙以及天井等）C3。

（3）安全管理水平D：当地居民消防素质D1，消防管理组织与规定以及落实D2，村落布局以及周边环境消防安全情况D3，当地气候条件D4。

（4）消防救援设施E：消防硬件设施E1，供水系统E2，消防车（含微型消防车）通道E3。

3.3 层次分析法及熵权法综合评价

3.3.1 层次分析法

层次分析法将目标拆分为各个因素指标，并依据层次关系，将指标划分为不同的层次级别，之后依据指标的重要程度计算权重评分，并构建权重判断矩阵，最终求出目标结果。

主要构建过程：①构建结构层次模型；②构建判断矩阵；③一致性检验。最终确立各层次中指标的权重。由于层次分析法的指标依据专家打分法，获取的数据主观性较强，因此本文结合熵权法得出客观指标权重，将层次分析法得到的权重与熵权法得到的权重加权平均，得到综合权重，使评价结果更为客观。

3.3.2 熵权法

熵权法是一种客观赋权法，在综合评价中应用广泛。熵越小，代表不确定性越小，携带的信息量则越大；熵越大，表示不确定性也越大，蕴含的信息量则越小。因此，可以基于熵的特性来判断某个指标的离散程度，熵值越小，指标的离散程度越大，则该指标对综合评价结果的影响（权重）越大。

构建过程：①数据标准化；②构建评价指标矩阵；③计算各指标权重。

依据层次分析法和熵权法，求得该传统村落火灾风险评价指标体系中各层级指标权重系数，具体如表1 所示。

表1 各层级指标权重系数Tab.1 Index weight coefficient of each level

4 徽州某传统村落火灾风险评价

4.1 村落现状

该传统村落位于黄山市某县东北方向，距离县城约20 里，四周环山，水系发达，水利工程基础建设优越。调研发现，村落建筑多为古建筑，其中明清时期的古建筑多达150余座，极具历史保护价值。村落古建筑以木结构为主，且布局密集，因此火灾荷载大、耐火等级低，同时存在部分电器不规范使用与电线乱搭接情况，村落的火灾隐患问题较多。

村落消防系统经改造后，可归纳为五个系统一个平台：广播系统、火灾报警系统、电气火灾系统、分布式光纤测温系统、监控系统，五大系统集结于一体，即智慧消防平台，如表2。

表2 智慧消防平台Tab.2 Intelligent firefighting platform

相较于传统手段，智慧消防在预警系统、监测系统和指挥系统方面具有先进性，但仍存在一定不足：第一，由于火灾防控过程中，对传统的防火措施和手段的依赖性仍较强，智慧消防系统难以推广；第二，由于智慧消防融合多种现代数据，对操作员工的专业素养和知识储备具有一定的要求；第三，智慧消防体系建设是长效的管理机制，在系统的建设过程中，软硬件的协调配合程度较低，无法深度分析火灾原因，未能体现“智慧性”的特点［22］。本文将智慧消防纳入评价指标体系，以此完善智慧消防在火灾风险防控中的不足。

4.2 模糊综合评价

4.2.1 评价因素集

评价因素指对评价对象的具体评价内容，在本文中即评价对象的各个指标。评价因素集指各个指标的集合。根据前文所建立的火灾风险评价指标体系，本文的评价因素集分为2 层：

第一层：

“火灾风险评估A”=（主要火灾危险源B，村落建筑情况C，安全管理水平D，消防设施E）；

第二层：

“主要火灾危险源B”=（B1配电线以及电器使用情况，B2火源的使用情况，B3人为失火及纵火），“村落建筑情况C”=（C1火灾荷载情况，C2建筑年代，C3建筑结构状况），

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“安全管理水平D”=（D1当地居民消防素质，D2消防管理组织与规定以及落实，D3布局以及周边环境消防安全情况，D4当地气候条件），

“消防救援设施E”=（E1消防硬件设施，E2供水系统，E3消防车（含微型消防车）通道）。

4.2.2 权重集

权重集是指各个指标权重的集合。根据前文经层次分析法所求得的各层级指标权重，可得权重集，具体如下：

W（火 灾 风 险 评 估A）=（0.230 4，0.147 2，0.428 7，0.193 7）；

W1（主要火灾危险源B）=（0.063 9，0.076 0，0.085 4）；

W2（村 落 建 筑 情 况C）=（0.050 1，0.075 0，0.065 9）；

W3（安 全 管 理 水 平D）=（0.084 0，0.144 1，0.069 5，0.068 2）；

W4（消 防 救 援 设 施E）=（0.062 4，0.090 9，0.059 7）

设定五个评价语，分别为非常危险、比较危险、一般安全、比较安全、非常安全。由于后续模糊综合评价基于专家打分，所以需要对各个评语进行量化，划定各评价语的专家打分值范围，如表3 所示。

表3 量化准则Tab.3 Quantization criterion

4.3 单因素模糊综合评价

根据火灾风险评价指标体系，设计调查问卷并向多位专家发放、回收。基于各评价语的分值范围，整理各专家打分数据，得到各指标不同评价语的填写量。根据各指标不同评价语的填写量，可得单因素评价值。如下表4 所示。

表4 各指标单因素评价值Tab.4 Single factor evaluation value of each index

各个准则层指标的模糊评价矩阵可以由权重集W 和各个准则层指标的模糊关系矩阵R 相乘得到，准则层指标对应的模糊关系矩阵即其包含的下一层指标单因素评价值的集合。准则层指标的模糊评价矩阵，具体结果见图2 ～ 图5。

图2 主要火灾危险源评价结果Fig.2 Evaluation results of main fire hazard sources

图3 村落建筑情况评价结果Fig.3 Evaluation result of village building condition

图4 安全管理水平评价结果Fig.4 Evaluation results of safety management level

图5 消防救援设施评价结果Fig.5 Fire rescue facility evaluation results

依据最大隶属度原则，徽州某传统村落主要火灾危险源、村落建筑情况、安全管理水平、消防救援设施四个方面的火灾安全风险状态依次评定为危险、较危险、一般安全、比较安全、安全五个状态。

4.4 二级模糊综合评价

根据一级模糊评价中的准则层指标的模糊评价矩阵和各准则层指标的权重，可计算得出模糊综合评价结果，评价结果如图6。

图6 传统村落火灾风险评价结果Fig.6 Evaluation results of fire risk assessment in traditional villages

依据最大隶属度原则，可以判断该传统村落整体的火灾安全风险处于“比较安全”的状态。该村落智慧消防中五大系统的布局调研情况表明该村落在消防设施布局方面已经具备一定的基础，但在全域覆盖方面仍有待提升。现状初步评价结果与该传统村落模型分析结果较为一致。

5 火灾预警提升策略

基于模型分析，该村落在火灾风险防控方面处在比较安全的水平，但仍需进一步完善。因此，本文提出针对传统村落防止火灾发生的建议与提升策略。

5.1 严格控制火灾危险源

基于火灾评价模型及徽州部分村落实地调研，火灾危险源主要包括以下几点：（1）配电线以及电器使用情况；（2）火源的使用情况；（3）人为失火及纵火。孙乐雷［23］认为防止火灾发生应从消防安全管理责任落实、建筑防火措施、消防设施器材配备、火灾危险源管理等4 个方面开展监督检查。因此，针对以上危险源：首先，应当增加对电力、电压与电流实时监测并安装相应装置，在电压异常时及时、主动报警；其次，在日常消防的检查中，要格外关注检查电线是否具备穿管保护，是否存在电线杂乱、私拉乱拉的情况。因大部分徽州传统村落地处山区，当地居民在使用电器与明火时并不规范，乱拉电线情况严重。最后，减少使用人为火源。加强火源安全使用宣传，减少不规范使用。

5.2 优化建筑单体防火体系

依据现状调研和模型分析，可以采用以下措施：（1）采用防火阻燃材料，修补古建筑的梁、柱等木结构的表面缝隙，此举不仅能够保持古建筑原有的特色，亦可有效阻止火势蔓延，提高古建筑的耐火等级。（2）设置探测器。探测器是智慧消防系统的重要组成部分，起到源头监控的作用。当火灾发生时，易燃材料燃烧所产生的烟气与温度会激活探测器并及时报警，可以较早发现火源，避免火势进一步扩大。

5.3 提升安全管理水平、完善消防救援设施

近些年，传统村落与古建筑的保护成为研究热点，但仍要通过管理与设施防患于未然。谢天光［24］认为公共消防设施应与其他基础设施同步配套建设，加强消防设施的配置。因此，要在提升安全管理水平的同时，完善消防设施的布局。应在消防救援5 分钟必达的范围内设置微型消防站、投放微型消防车，加强消防设施的日常维保工作；日常的消防安全管理工作不可大意，消防管理人员应当在日常检查过程中认真贯彻“预防为主，防消结合”的方针。

5.4 加快智慧消防平台建设

现有火灾探测报警设备的报警信息汇聚到控制器即止，无法实时掌握报警情况。消防救援人员无法掌握消防栓管网水压情况，而安防视频只用于常规安防，未将该系统资源应用于消防管理。传统村落的使用业态改变，但电气火灾监测系统暂缺。应加快智慧消防与火灾风险评估的技术融合，完善评价和结果。

6 结语

传统村落中，火灾因素具有不确定性特征。本文采用层次分析法、熵权法和模糊评价方法，重点考虑各指标与火灾发生的关联性，建立相应的火灾因素评价模型，并将该模型应用于传统村落中，结合该村落的智慧消防设施布局情况，为徽州村落的火灾风险评估和提升提供借鉴。智慧消防体系将人防、机防、物防三方面相结合，做到防患于未然，极大降低了火灾风险，是防止传统村落火灾发生的重要措施。未来，各传统村落消防单位应加快智慧消防技术的普及力度，完善智慧消防的软硬件配置，因地制宜地布置相应设施，加大专业技术人员的投入，带动智慧消防体系建设。