基于时空因子驱动的故宫古建筑火灾风险评估方法

doi:10.7523/j.ucas.2024.075

摘要/Abstract

摘要：

基于故宫古建筑的时间特性和空间特征，结合风险管理理论，综合考虑致灾因子危险性、承灾体敏感性、损失控制性等因素，构建故宫古建筑火灾风险因子数据集。利用熵加权的TOPSIS算法构建古建筑火灾风险指数计算模型获取古建筑间的相对火灾风险，并基于2014—2019年月度故宫时空因子数据进行古建筑火灾风险评估。结果表明，故宫火灾综合风险指数分布在0.23~0.58，中轴线区域上的火灾综合风险高于其他分区且高风险等级的古建筑数量在7、8月最多；危险性和敏感性指数在中轴线区域以及西北和东北区较高，控制性指数在中轴线区域的中部和南部以及西北和东北区的中心区域较高，这分别意味着它们暴露于火灾的危险程度高，受到火灾扰动影响的程度大，但在受到火灾扰动后的响应和应对能力强。结合GIS形成的故宫单体古建筑的时间序列火灾综合风险地图，可以为相关部门制定古建筑火灾管理规划以及资源重点配置提供信息指导。

关键词: 古建筑, 火灾, 风险评估, 熵权法, GIS, 时空因子

Abstract:

Fire poses the greatest threat to the cultural heritage of timber buildings. The fire risk assessment of ancient buildings in the Palace Museum， the world’s largest remaining ancient palace complex， aids in the management， protection， and fire prevention efforts of the heritage site. This study constructed a dataset of fire risk factors， taking into account the hazard of causal factors， the sensitivity of disaster-bearing bodies， and loss control lability， reflecting the temporal and spatial characteristics of the Palace Museum’s ancient buildings. Utilizing the entropy-weighted TOPSIS algorithm， a fire risk index calculation model was developed to determine the relative fire risk among ancient buildings. This assessment was performed using the monthly spatio-temporal factor data of the Palace Museum from 2014 to 2019. The findings reveal that the comprehensive fire risk index of the Palace Museum ranges from 0.23 to 0.58， with the central axis area exhibiting the highest fire risk， especially in July and August. Hazard and sensitivity indices are higher in the central axis， northwestern， and northeastern zones， whereas the control index is higher in the central and southern parts of the central axis area as well as in the northwestern and northeastern zones. These areas are thus more susceptible to fire hazards， more impacted by fire disturbances， and possess a stronger response and coping capacity post-disturbance. In conjunction with GIS， the comprehensive time-series fire risk map of individual ancient buildings in the Palace Museum offers valuable insights for relevant departments to develop fire management plans and allocate resources for ancient buildings.

Key words: ancient buildings, fire, risk assessment, entropy weight method, GIS, spatio-temporal factors

中图分类号:

K909

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图/表 12

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一级指标	二级指标	三级因子	因子描述	正负向	参考来源
致灾因子（H）	点火	用电设施数量	单体古建筑内的用电设施数量	+	[6, 27-28]
	点火	燃气使用情况	单体古建筑内是否使用燃气	+	[6, 27-28]
	可燃物	木质结构元素复杂程度	单体古建筑木质结构元素的复杂程度	+	[29-31]
		文物数量	单体古建筑内的可移动文物数量	+	[28, 32]
		植被密度	单体古建筑在30 m范围内的植被面积	+	[28]
	环境	*最高温度	古建筑群所在区域的每月最高温度	+	[22, 33]
		*降水量	古建筑群所在区域的每月平均降水量	-	[22, 33]
		*相对湿度	古建筑群所在区域的每月平均相对湿度	-	[22, 33]
承灾体（S）	建筑物	建筑物面积	单体古建筑的屋顶面积	+	[28]
		建筑物功能	单体古建筑的功能属性	+	[19, 27, 30]
		开放程度	单体古建筑对游客的开放程度	+	[34]
		建筑间距	单体古建筑间的最邻近距离	-	[28, 35]
		水系距离	单体古建筑的几何中心到水系（路口）的距离	-	[36]
		道路穿行度	单体古建筑在30 m范围内的道路穿行度	-	[6, 37]
	人员	*游客数量	古建筑群所在区域的每月累计游客数量	+	[22, 26, 30]
损失控制因子（C）	消防与安全管理	消防管理等级	单体古建筑的消防管理等级	-	[38]
		安全保护等级	单体古建筑的安全保护等级	-	[20, 38]
		消防站距离	单体古建筑的几何中心到消防站的欧氏距离	+	[38]
		工作人员数量	单体古建筑内的工作人员数量	-	[38]
	技术防范	防护圈数量	单体古建筑的防护圈数量	-	[39]
		火灾探测系统密度	单体古建筑内的火灾探测系统密度	-	[27, 36]
		火灾报警系统数量	单体古建筑在30 m范围内的火灾报警系统数量	-	[27-28]
		消防给水系统数量	单体古建筑在30 m范围内的消防给水系统数量	-	[20, 28]
		应急照明及疏散指示系统数量	单体古建筑的应急照明及疏散指示系统数量	-	[27, 32, 35]

一级指标	二级指标	三级因子	因子描述	正负向	参考来源
致灾因子（H）	点火	用电设施数量	单体古建筑内的用电设施数量	+	[6, 27-28]
	点火	燃气使用情况	单体古建筑内是否使用燃气	+	[6, 27-28]
	可燃物	木质结构元素复杂程度	单体古建筑木质结构元素的复杂程度	+	[29-31]
		文物数量	单体古建筑内的可移动文物数量	+	[28, 32]
		植被密度	单体古建筑在30 m范围内的植被面积	+	[28]
	环境	*最高温度	古建筑群所在区域的每月最高温度	+	[22, 33]
		*降水量	古建筑群所在区域的每月平均降水量	-	[22, 33]
		*相对湿度	古建筑群所在区域的每月平均相对湿度	-	[22, 33]
承灾体（S）	建筑物	建筑物面积	单体古建筑的屋顶面积	+	[28]
		建筑物功能	单体古建筑的功能属性	+	[19, 27, 30]
		开放程度	单体古建筑对游客的开放程度	+	[34]
		建筑间距	单体古建筑间的最邻近距离	-	[28, 35]
		水系距离	单体古建筑的几何中心到水系（路口）的距离	-	[36]
		道路穿行度	单体古建筑在30 m范围内的道路穿行度	-	[6, 37]
	人员	*游客数量	古建筑群所在区域的每月累计游客数量	+	[22, 26, 30]
损失控制因子（C）	消防与安全管理	消防管理等级	单体古建筑的消防管理等级	-	[38]
		安全保护等级	单体古建筑的安全保护等级	-	[20, 38]
		消防站距离	单体古建筑的几何中心到消防站的欧氏距离	+	[38]
		工作人员数量	单体古建筑内的工作人员数量	-	[38]
	技术防范	防护圈数量	单体古建筑的防护圈数量	-	[39]
		火灾探测系统密度	单体古建筑内的火灾探测系统密度	-	[27, 36]
		火灾报警系统数量	单体古建筑在30 m范围内的火灾报警系统数量	-	[27-28]
		消防给水系统数量	单体古建筑在30 m范围内的消防给水系统数量	-	[20, 28]
		应急照明及疏散指示系统数量	单体古建筑的应急照明及疏散指示系统数量	-	[27, 32, 35]

数据名称	数据来源	数据类型	分辨率
谷歌卫星影像	谷歌地球（http://earth.google.com/）	栅格	0.6 m
气象数据	故宫自动气象观测站	文本	—
古建筑信息数据	故宫安全技术处	文本	—
设施分布数据	故宫安全技术处	矢量	—
消防安全检测数据	故宫安全技术处	文本	—

数据名称	数据来源	数据类型	分辨率
谷歌卫星影像	谷歌地球（http://earth.google.com/）	栅格	0.6 m
气象数据	故宫自动气象观测站	文本	—
古建筑信息数据	故宫安全技术处	文本	—
设施分布数据	故宫安全技术处	矢量	—
消防安全检测数据	故宫安全技术处	文本	—

因子名称	因子数据值	因子表征值
燃气使用情况	（否，是）	（0， 1）
文物数量	（无，少，中，多）	（0， 1， 2， 3）
木质结构元素复杂程度	（简单，一般，复杂）	（1，2，3）
建筑物功能	（空置殿，库房，原状陈列殿，办公室，商店，展厅）	（1，3，3，4，4，5）
开放程度	（否，是）	（0， 1）
消防管理等级	（低，中，高）	（1，2，3）
安全保护等级	（低，中，高）	（1，2，3）
工作人员数量	（无，少，中，多）	（0， 1， 2， 3）