基于火灾风险的城市建筑群脆弱性研究

陈云国

摘要：城市建筑群是城市中若干相邻建筑物构成的、在空间组织上紧密联系的建筑总和，已经成为塑造城市空间的重要力量。密布的城市建筑群在优化城市功能、便利人们生活的同时，其潜在的灾害和灾难风险也决定了其脆弱性。以火灾风险为主要考量，研究了城市建筑群脆弱性问题。通过将火灾风险融入脆弱性基本理论，分析城市建筑群的火灾脆弱性及其风险；并提出了构建面向火灾风险防范的城市建筑群去脆弱性机制的基本思路和具体路径。包括：减少城市建筑群致灾因子、降低城市建筑群敏感性以及增加城市建筑群抵抗性。

关键词：城市建筑群；脆弱性；火灾风险

中图分类号：F293 文献标识码：B

文章编号：1001-9138-（2018）03-0066-73 收稿日期：2018-01-16

1 引言

随着社会经济的发展、城市化水平的提高、城市人口的增长以及城市内经济要素联系的日渐紧密，城市内的建筑物数量和密度均在增加，使得城市建筑在空间上的分布越来越密集。因此，反映城市物质形态的建筑群已逐渐成为塑造城市空间的重要力量，是城市居民集中从事政治、经济、社会活动和居住行为的主要空间载体（叶瑞克等，2017）。然而，密布的城市建筑群在优化城市功能、便利人们生活的同时，其潜在的灾害和灾难风险也给城市管理带来诸多挑战：一方面，城市建筑群是包括台风和地震等自然灾害的典型承载体；另一方面，相对于单体建筑，城市建筑群的火灾风险急剧增加。由于建筑群人员密集、建筑物集中、资本集聚，建筑群火灾通常具有火势蔓延快、人员疏散难、救援难度高、次生灾害多等特点，其一旦发生，既会在物理意义上发生与扩散，也会是一项社会性过程（Jennings，1999），对人民群众及社会经济发展所可能造成的巨大损失不容小觑。

鉴于此，承袭脆弱性研究已成为自然灾害、全球变化、可持續发展等领域热点问题的研究趋势，近年来已有学者开始以城市建筑群为研究对象开展相应的研究，主题涉及城市建筑群在某个具体方面的脆弱性以及减灾防灾等问题。例如，齐文华等（2012）对建筑群在地震灾害中的脆弱性和损失风险进行了分析；辜智慧等（2016）建立耦合自然脆弱性和社会脆弱性的综合概念评估模型，对广东省建筑群台风综合脆弱性进行了等级评估；逄文博和高锐（2017）提出城市公园绿地系统是城市建筑群防灾减灾的核心载体。然而，尽管火灾风险是城市建筑群脆弱性的重要来源，但目前还未有学者开展基于火灾风险的城市建筑群脆弱性研究。

虽然如此，学术界对城市火灾风险本身的研究已经有较为全面的体系。国外的研究大都以美国、英国、加拿大、澳大利亚等发达国家为研究区域（Asgary et al.，2010；Corcoran et al.，2011；Gaither et al.，2011），首先聚焦城市火灾类别划分、火灾影响因素、火灾扩散等问题（Cova et al.，2005；Asgary et al.，2010）；在此基础上，运用质性分析、半量化或量化研究等方法进行火灾风险评估，例如，Magnusson et al.（1996）基于随机过程对火灾事件进行模拟，提出了可靠性理论与量化风险分析方法；Lin et al.（2015）建立数值模型，通过模拟一家纺织厂的火灾案例，对城市火灾产生原因与结果进行逻辑分析，并指出预防火灾发生的控制措施。由于火灾风险评估有利于客观、准确地认识火灾的危害度及其可能造成的损失，进而为火灾防范、火灾扑救等提供科学依据；因此国内的研究主要集中于城市火灾风险评估，研究对象既有地下轨道交通、超高层建筑等特定类型建筑，也有化工生产企业等特定类型企业，采取的研究方法通常是系统聚类分析法（廖曙江，2006）、灰色关联分析法（万金保，2010）、层次分析法（李炎锋等，2010）、模糊评价法（伍爱友，2004）、故障树法（赵一姝，2012）等，并综合运用地理信息系统技术、决策支持系统等计算机技术，得到防范或降低火灾风险的有效措施。这些研究涉及的范围比较宽泛，在针对特定的城市建筑群火灾问题的研究上，仅有庞素琳等（2016）基于多主体协同治理的思维提出了城市密集建筑群火灾风险管理方法和思路。

综上，本文将以城市建筑群为研究对象，关注以火灾风险为主要考量的城市建筑群脆弱性问题。和上述已有研究成果相比，通过将城市建筑群的火灾风险与其脆弱性相关联，既是对城市火灾风险研究的聚焦和深化，也是对城市建筑群脆弱性研究的有效补充。具体地，本文将首先解析城市建筑群的结构特征；然后将火灾风险融入脆弱性基本理论，分析城市建筑群的火灾脆弱性及其风险；最后提出面向火灾风险防范的城市建筑群去脆弱性机制，从而为防范城市建筑群火灾风险提供启示。

2 城市建筑群特征分析

随着新型城镇化建设进程的逐步加快，为实现城市不同生活单元及其空间功能的有效利用，我国城市在功能布局与空间布局上逐渐向优化和协调的方向发展，城市建筑群就是这种发展方向的产物。相对于微观的单体建筑和宏观的城市，城市建筑群是一个中观概念，是单体建筑能否构成具有功能完备、空间协调的城市决定因素。据《中国大百科全书》的定义，城市建筑群是指城市中若干相邻建筑物构成的、在空间组织上紧密联系的建筑总和。因此，建筑群既包括若干互相关联的建筑单体所组成的建筑群体，也包括一定区域内的分布在其周边的环境。其具体特征表现在空间布局和功能布局两个方面。

2.1 城市建筑群空间布局特征

空间组织的紧密联系是若干单体建筑之所以成为城市建筑群的根本原因。从城市内各种类型建筑群的空间结构而言，不同类型城市建筑群在空间上的布局决定了城市景观。通常而言，城市中心建筑群是“点”，干道建筑群是“线”，住宅建筑群是“面”，“点”“线”“面”互相结合、互相协调，共同产生整体的城市景观效果。在城市建筑群的横向空间布局上，首先，建筑群应该充分结合地形、利用地形、并同周围的自然环境取得有机联系；其次，建筑群的空间组织、色彩和体型应当美化城市景观；最后，建筑群在群体空间形式上，要体现历史文化传统。在城市建筑群的纵向空间布局上，现代城市建筑群的建筑物高度都有跃升，集中了很多超高层和高层建筑，并且，为了改善地下交通环境、进行商业开发和市政工程建设，建筑物的地下空间都在不断延伸。这相应地增加了结构、疏散等安全隐患。

2.2 城市建筑群功能布局特征

城市建筑群并不是多栋单体建筑物在物理空间的简单集聚，而是具有功能的互补性和集聚性，共同构成相对独立的具有完善功能的生活和工作单元。因此，城市建筑群在功能布局上有典型的“分工+集聚”相结合的特征。其商业空间形态往往呈现块状集聚，由若干栋购物中心等构成集购物、餐饮、娱乐、观光等活动于一体的商业集合体，吸引了城市最多的人流和资源，其居住空间往往呈现连片集聚。房地产市场化发展与商品住宅的出现促使以社区为核心的居住空间表现为依区位、交通、环境等连片集聚。此外，城市建筑群室内空间功能多元化、复杂化，是多功能、复合型并相互作用的高度集约式复合空间，基本具备了现代城市的全部功能。最后，城市建筑群内部一般能实现公共资源共享。

3 基于火灾风险的城市建筑群脆弱性构成

根据脆弱性的定义（Turner等，2003），脆弱性是系统暴露于灾害、压力、扰动下可能产生的伤害，包括暴露程度、敏感性和抗逆力。由此，城市建筑群脆弱性是指城市建筑群安全系统受火灾风险致灾因素所影响的可能性与敏感性，及建筑群受影响的抵抗力与抗逆力。

3.1暴露量

城市建筑群的暴露程度是指暴露在火灾影响范围内建筑群的数量和价值，如房屋、人口、道路、财产等。暴露程度越高，建筑群受火灾威胁的概率越大，脆弱性越高。

由于现代建筑多使用钢筋混凝土作为建筑材料，使用塑钢板、PVC板等作为装饰材料，前者在500℃高温下15分钟便失去支撑作用，后者易燃会加重建筑物火灾荷载，导致整个建筑受灾威胁非常大。同时，建筑物内工作人员数量多，建筑群内部或周边的公众密集，日均流量大，疏散困难，暴露度高。此外，火灾发生往往伴随着房屋、公共交通、供电供气基础设施等城市生命线工程被波及甚至破坏，导致受灾范围与规模扩大。

3.2敏感性

城市建筑群的敏感性由建筑群本身物理特性所决定接受一定强度打击后受损的难易程度。典型城市灾害隐患包括高强开发与高密集聚的城市中心区、防灾基础设施落后的棚户区、高危产业集聚的工业园区等。

就城市中心区而言，由于目前城市内集居住、办公、娱乐等多功能于一体的建筑群大量出现，建筑物之间楼间距缩小，公众聚集，通道狭窄。一旦发生火灾，火势既可能在同一楼宇的不同楼层蔓延，又可能在不同楼宇之间蔓延，所可能造成的人员伤亡和经济损失后果不堪设想。

就棚户区而言，上文提到四种居住空间，别墅区、中高档住宅和经济适用住宅通常在居住功能、建筑质量上能满足相关要求；而棚户区是简易房屋和棚厦房屋的集中区域，虽然在区位上属于城市，但在土地权属和管理环境方面仍保留原有的模式，通常用地混乱，建筑密度高、居住环境差、道路设施缺乏系统性。因而，居住建筑中棚户区的敏感性很大。如2011年4月25日北京市大兴区旧宫镇一栋四层楼房的“三合一”建筑，渝云服装加工厂因现场存放的电动三轮车电气故障引发火灾；无独有偶，2017年11月18日北京发生的大兴火灾，受灾的聚福园公寓地下一层，地上两层，局部三层，是集生产经营、仓储、住人等于一体的“三合一”“多合一”建筑，这些建筑质量达不到防火标准，在火灾发生后酿成惨剧。

就工业园区而言，无论城市中心还是城市周边的工业园区，其敏感性强度较大。如2010年7月16日，大连新港附近中石油输油管道起火爆炸；2013年11月22日，青岛黄岛中石化输油管道爆炸，造成大量人员伤亡。类似事件的发生从侧面反映出工业园区敏感度大，高危作业所可能引发的火灾隐患巨大。

3.3抗逆力

火灾事件的发生与演化具有连锁性，当城市内单一建筑物发生火灾时，由于楼宇密集，灾情可能迅速扩散并危及周围其他建筑，引发更大范围、更大波及面的火灾灾难。由于城市建筑群的受灾对象集中，人口密集，造成火灾事件应急响应困难。

一方面，公众在事故发生时，应急反应能力较低，无法正确使用消防设备，加之其對建筑物的疏散通道不熟悉，火灾事件可能演化为建筑物内发生人员拥挤踩踏的公共安全事件。

另一方面，由于应急响应过程中所涉及的应急主体掌握的信息不完全，不同人员或不同部门在消防救援时合作，易因应急指挥协同不畅，或者救援人员所掌握的信息有限，而无法在最佳救援时间完成营救。

4 基于火灾风险的城市建筑群脆弱性形成机理与风险识别

灾害（Disaster）是多种要素综合作用的复杂局系统（史培军，1999），该系统由孕灾环境（Environment）、致灾因子（Harzard）和承灾体（System）综合作用，D=E∩H∩S。相应的，本文所指称的承灾体为城市建筑群，而致灾因子指火灾及引发火灾的各种因素，孕灾环境是城市及其内部的生产生活。

4.1脆弱性形成机理

城市建筑群火灾的致灾过程可以看作是建筑群在火灾扰动下引发脆弱性的过程。结合上文对建筑群结构特征与脆弱性的分析，得到基于火灾风险的城市建筑群脆弱性形成机理。如图1所示，当火灾事件发生时，在事件与城市及城市建筑群属性相耦合的情况下，基于暴露量、敏感性、抗逆力所构成的城市建筑群脆弱性凸显。

4.2火灾风险识别

根据系统理论，分别从“人”“机”“环”等三个维度及引发火灾和应对火灾中可能存在的风险进行识别，如图2所示。

“人”方面的风险包括人为因素和管理因素。具体而言，人为因素包括人为纵火、施工作业不安全、违规操作设备、受灾人群缺乏自救互救意识、应急响应不畅；管理因素包括消防演练不足、公众防火培训不足、消防法制不完善、消防安全管理不到位、消防力量配置失效等。

“机”方面的风险包括建筑物本身的物质因素和技术因素。从建筑物建设角度看，诸如内部装修违规、耐火等级不达标、缺少防火分区、监控存在盲点等；从应急疏散角度看，疏散标注不明显、自动灭火装置失灵、自动报警装置失灵、通风排烟管道堵塞、安全出口数量不足等，这些因素均可能导致火灾事件发生或灾害问题升级。

“环”方面的风险包括环境因素。既包括产生火灾的自然原因，如雷电、干旱、地震等自然灾害引发的火灾次生灾害，也包括易燃易爆物品、放射性物质等自燃所致。

5 基于火灾风险防范的城市建筑群去脆弱性机制构建

城市建筑群的脆弱性来源于自然环境（environmental）、社会结构（social）、经济结构（economic）、基础设施建设环境（physical）等（UNISDR，2004），因此，减灾对策可以区分为人与建筑物的结构性减灾、基础设施结构性抗灾性、限制城市开发强度并分散人群降低城市环境受损程度的非结构性减灾、建立灾害保险等方面。参照程聪慧和郭俊华（2016）对城市安全系统去脆弱性的基本思路，由于城市人群密集等客观因素无法改变，因此，在构建城市建筑群去脆弱性机制时将其划分为避免致灾因子、降低暴露量及增强抵抗性三个方面，如图3所示，并分别予以阐述具体实施路径。

5.1减少城市建筑群致灾因子

一是增强城市建筑群安全性能。在建筑物内部的消防通道设置、防火分区、防火装备设计等方面积极着力，尤其是对历史较长的建筑，更应及时邀请专业人员加固防火设施，集中开展老旧高层公共建筑隐患排查整治等。

二是加强日常防火排查。建筑群内工作人员应加强日常监督管理工作，关注防火设备的日常维护，并时刻排除火灾隐患，尤其是人流量较大的时间段内、气候变化较大的季节，更要加大监管力度。

5.2 降低城市建筑群敏感性

一是严格消防行政审批。行政审批是源头管控的重点，消防行政审批关系着社会面消防监督的难度和火灾风险控制水平。因此，应当充分发挥消防行政审批从源头上降低城市建筑群敏感性的作用，通过加强对高层建筑新建、改建、扩建工程的准入许可，集中开展老旧高层公共建筑隐患排查整治等行动，排除各类城市建筑群的潜在火灾隐患。

二是加强低质量城市建筑群的升级改造。城市建筑群不仅包括以CBD为代表的现代建筑群，也有很多以集中连片棚户区为代表的低质量建筑群。相对而言，后者的火灾风险更大，是城市的主要火灾隐患地区。因此，应当将低质量城市建筑群的升级改造作为城市建筑群去脆弱性的重要手段。对于暂时不具备改造条件的，应当通过有效的防火措施加强消防管理，例如加装现代火灾自动报警系统，尽量减少火灾的蔓延和造成的生命财产损失。

5.3增强城市建筑群抵抗性

一是提高市民自身的自救常识。借助避难层进行火灾疏散逃生，是超高层楼宇火灾中被困人员自救的最佳途径。

二是增强城市公共消防设施建设。全国大多数城市，甚至经济相对发达的城市，都存在消防基础建设滞后，消防通道、水源规划及消火栓设置不足，消防站配置率偏低等问题。消防供水和消防车通道的建设也存在不少问题。如部分社区、街道消火栓数量未达标、消防车道被堵塞占用，生命通道被占用严重危害了公共安全。尽可能让本辖区消防站點配置足够的资源，以达到时间距离最短、增援调配范围最小。

三是有效安排应急响应基础物资。如果某一类资源特别短缺，应优先增配该资源；当某类资源已满足需求的情况下，不应再增配该类资源，否则增加的为无效资源；在各类资源都已满足需求的情况下，如有条件再增加资源，应优先配置到与多个危险源时间距离较短的站点，以提高资源的共享能力。

四是建立多主体协同应急指挥体系。应加强多主体、跨部门信息沟通与整合，在火灾防控的实时联动方面建立系统平台，保证事件信息上传下达的准确性，使消防、公安、交通、医疗、环保等多部门各司其职。

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