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城市区域消防安全风险诊断与自适应机制研究

张宇栋  
【摘要】:城市系统集合巨量要素,构造致密而繁杂,其中蕴含和承载着严峻的火灾风险,不仅对居民的生命财产安全构成直接威胁,而且挑战着城市运行和发展的稳态基础。伴随科技的不断进步和社会经济的快速发展,城市致灾因子急剧增多,灾害机理愈加复杂,更广泛的未知影响牵连着消防安全问题在城市中与日俱显。虽然火灾风险演化与致灾危害在时空上是有限的,但城市火灾风险治理并非仅是区域的、局部的微观问题,通常所涉及的深层次本质在于城市的系统性矛盾。尽管关于城市消防安全领域无论是相关工程技术还是管理方法机制都获得了较丰硕的理论和实践积累,但在城市及社会发展新形势下仍存亟待解决的片面环节。利用和迎合我国智慧城市建设与应急管理改革双重叠加的历史契机,借助大数据思维,基于城市系统特性,结合一系列科学的技术、方法和理论,探索在适当区域单元尺度下的城市火灾风险诊断模型和消防应急管理自适应机制,从而为城市的风险治理现代化提出完整、先进、可靠的方法理论模型与思路,不失为积极有益的创新研究。本文以城市系统为研究对象,通过划分网格确立消防安全问题的单元对象,引入复杂适应系统(CAS)、灰色系统相似关联分析、大数据与情报科学等为理论基础,由文献研究为始,按照严格的逻辑展开探究,从如下5个方面分别概述主要涉及的研究内容及取得的成果创新:(1)通过文献调研,对城市灾害、城市安全、消防与应急等方面进行了全面分析,梳理了城市消防安全的多重交叉研究现状,并结合我国城市发展实际讨论提出问题需求。本文分析认为:对火灾风险的辨识与感知是城市消防安全管理的优先行动;探索挖掘大数据隐含的城市火灾知识内涵获得客观风险诊断,是突破火灾机理知识局限瓶颈的方法路径;风险评判所考虑的参量由静态的判断瞬时要素状态向动态的要素状态变化趋势转变,将改善城市火灾风险的诊断精准程度;消防安全与应急管理协同的关键是在有限资源力量下的构建匹配和适应风险变化的消防应急能力。(2)通过对城市系统安全结构及城市火灾风险系统特征的研究,探索城市系统安全的科学内涵和理论框架,完善了城市火灾风险全要素影响的理论支撑。利用熵理论与耗散结构分析了城市系统控制熵增量和引入负熵流维持运行和发展安全的本质。借助韧性城市概念从系统科学视角分析城市的空间、功能、结构等关键属性、系统本体及多层面耦合影响。通过分析城市系统常态、应变和失效结构开展城市系统安全结构理论论述,挖掘城市灾害演化的内在规律。聚焦城市火灾风险系统,分析城市承灾体的脆弱性构成原理,透过系统秩序性角度揭示城市火灾演化规律。提出从“大安全”向“大应急”进化的思想,分析火灾风险诊断、消防应急准备与处置的功能任务需求。梳理出城市火灾风险涉及的要素类型及典型要素实例。(3)通过城市区域网格化与风险要素信息化,为城市区域火灾风险治理创新模式搭建前置的组织信息资源整合与基础条件准备。一方面,分析提出城市面向消防安全的区域单元地理网格化原理及其划分规则。另一方面,以城市网格为火灾风险治理的区域单元,在智慧城市平台基础下,分析归结末端多源异构信息资源;在安全信息视域下,结合情报科学研究风险信息的迭代运机理;为规避关于城市火灾的知识瓶颈和风险研判过程中的主观影响,提出基于大数据思想的风险诊断情报体系。(4)利用城市区域单元的全要素状态全息火灾风险特征,基于灰色系统理论提出了创新的火灾风险诊断数学模型。该模型依据网格单元客观的要素状态信息并参照实际火灾案例信息,通过相似关联分析诊断火灾风险情况。随着模型参照案例和观测单元数据积累的不断丰富,对城市区域火灾风险诊断的精确度和敏感度将随之提高,从而推动模型的自适应进化,为消防安全与应急管理工作提供准确的决策支持。通过归结风险诊断的实践路径并加以拓展,提出基于风险诊断的灰色灾变演化趋势预测和城市区域火灾风险分布预警云图等应用。(5)基于CAS理论定性阐述城市消防安全与应急管理的自适应机制,基于“风险-能力”叠加效应分析,得出高原发风险与低适应能力共振导致火灾发生的原理,揭示消防应急工作之核心要义在于能力对风险的适应。在分析驱动自适应机制的动力结构和自适应机制驱动城市韧性的理论基础上,将“情景-应对”模式引入城市区域安全结构的秩序管理。借助能力成熟度模型,引入BP-DEMATEL算法探求消防应急能力的分析评价方法,并结合风险诊断模型输出结果构建消防安全“风险-能力”综合分析框架和自适应闭环模式。进而对应提出并阐述了城市自适应机制构建与发展举措,以及包括危险源分级管控、隐患排查治理和险兆事件处置三项工作内容的“三预控”任务框架。


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