《Journal of Building Engineering》：Visualized Fire Risk Assessment for Complex Urban Public Spaces Based on the Improved FRAME
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火灾风险评估方法在复杂城市公共空间的应用研究。通过改进的FRAME方法整合熵权法构建多源火灾风险模型，结合Revit-MassMotion三维可视化疏散模拟，揭示商业综合体火灾风险特征及疏散瓶颈。研究显示餐饮和停车场风险值最高，楼梯间和疏散通道存在最大拥堵风险，整体风险等级达中等偏上。
许慧|常晴晴|黄丽芳|宁娇娇
重庆邮电大学经济管理学院，中国重庆400065
摘要
随着城市化进程的加快，复杂城市公共空间（CUPSs）中的火灾风险日益增加，这对城市可持续性和居民安全构成了严峻挑战。特别是商业综合体，由于其复杂的空间结构、多样的经营业态和高人口密度，给消防安全管理带来了重大挑战。为应对这些挑战，本研究提出了一种改进的工程火灾风险评估方法（FRAME），该方法针对复杂商业综合体的火灾特性进行了定制，以实现精确的风险识别和动态火灾预防控制。在方法论上，引入了熵权重法来构建火灾风险比率模型，用于计算建筑物内多功能楼层的潜在风险权重，从而更有效地将通用指标与地区特定因素相结合。同时，基于Revit和MassMotion开发了一个三维视觉疏散模型，对六种火灾情景下的疏散过程进行动态模拟和定量分析。改进后的FRAME能够有效识别高风险区域和疏散瓶颈，显著提高了火灾风险评估的精确度和应急响应策略的科学性。结果显示，餐饮和停车楼层具有最高的潜在风险权重，而娱乐和零售楼层的风险相对较低。计算出的火灾风险值范围为1.241至1.859，表明整体风险处于中高水平。疏散模拟进一步表明，在多个火源和不确定火源位置的情况下，拥堵主要集中在楼梯间、疏散走廊和建筑出口，最大疏散时间为717秒。本研究建立了一个可视化和量化的火灾风险评估框架，不仅为商业综合体的消防设计和应急管理提供了技术支持，还为提升复杂城市公共空间的消防安全治理提供了可借鉴的科学指导，促进了城市的韧性和可持续发展。
引言
复杂城市公共空间（CUPSs）是指具有多层结构、多功能整合和高人口密度的城市公共环境，它们在城市流动性和公共生活中发挥着核心作用，但其复杂的结构和高人口密度也给城市安全和可持续发展带来了挑战[1]。这些空间表现出明显的系统性复杂性，是复杂系统的典型代表。典型的例子包括综合铁路交通枢纽、多层轨道交通站和大型商业综合体[2]。其中，商业综合体整合了零售、办公、住宅、展览、餐饮和文化娱乐等多种城市功能，形成了一个满足公众在消费、娱乐和出行方面多样化需求的协同生态系统[3][4]。近年来，中国多个城市出现了以大型商业综合体为代表的CUPSs[5]。截至2024年，中国的商业综合体总数达到4,362个，当年新增了223个综合体[4]。
虽然CUPSs促进了公众流动性和消费，但由于其复杂的系统结构和高人口密度，也面临更高的安全风险[6]。近年来，不同国家发生了多起重大公共建筑火灾事件。例如，2017年英国伦敦的格伦费尔塔在采用易燃外墙材料进行翻新后发生火灾，导致72人死亡。2022年，中国东胜区鄂尔多斯购物中心电气线路短路引发火灾，造成2人死亡[3]。2023年，南非约翰内斯堡的一栋五层建筑因易燃材料迅速蔓延火灾，导致77人死亡和33人受伤。根据CTIF（国际火灾预防与扑灭技术委员会）发布的《世界火灾统计报告》，2022年55个调查国家（总人口17亿，占全球人口的五分之一）共记录了6400万次紧急呼叫，其中370万次与火灾相关[7]。截至2024年，中国的消防救援服务共响应了908,000起火灾事件，造成2,001人死亡、2,665人受伤，直接经济损失达77.4亿元人民币[8]。CUPSs通常位于城市商业中心，并与地铁站相连，具有高人口密度。发生火灾时，有限的疏散路线和低空间辨识度可能导致踩踏等二次伤害，从而增加救援难度和人员伤亡风险[9]。此外，商业综合体通常包含大型地下设施，如超市、停车场和连接城市轨道交通系统的走廊。由于这些区域的空间相对封闭，在火灾期间烟雾排放面临重大挑战，可能导致比地上空间更严重的后果。据统计，地下空间火灾的死亡人数大约是高层建筑火灾的5到6倍，直接经济损失则是其1到3倍[10]。根据中国各省消防救援机构官方网站发布的火灾案例和事故报告统计，过去十年全国商业综合体共发生了约96起火灾事件。其中，河南省洛阳东都商业大楼火灾是一起特别灾难性的事件，由不当的翻新活动引发，导致309人死亡（中毒和窒息），7人受伤，直接经济损失达275万元人民币。这一悲剧是中华人民共和国成立以来中国最严重的火灾灾难之一[11]。此外，商业综合体对电气系统的依赖程度很高，维护不善或设备老化容易导致电气火灾。例如，2013年广州建业大厦因短路引发火灾，造成5人死亡、14人受伤；2018年四川“浩鑫”贸易城因短路引发火灾，导致1人死亡；2024年云南华泰市场因燃气管线短路引发火灾，导致3人死亡。因此，对CUPSs，尤其是大型商业综合体进行火灾风险评估对于识别潜在风险、提升城市韧性、支持可持续城市发展以及改善安全管理能力、防止类似事件的发生具有重要意义[12]。
基于上述背景，本研究提出了一种改进的工程火灾风险评估方法（FRAME），用于CUPSs的火灾风险评估。该方法通过将定量建模与动态模拟相结合，在两个方面改进了传统模型。一方面，引入熵权重法（EWM）构建火灾风险比率模型，定量确定多火源情景下每层的潜在风险值，弥补了传统模型在综合多情景评估方面的局限性；另一方面，开发了Revit-MassMotion模拟模型进行动态疏散分析，提取疏散时间以计算简化后的疏散因素，并识别关键疏散节点和瓶颈区域。基于量化的火灾风险评估和疏散模拟结果，本研究为CUPSs建立了一个具备韧性的消防安全框架，不仅增强了火灾风险评估和管理的系统性和实用性，还为加强城市韧性、确保公共安全和促进可持续城市发展提供了科学参考。
本研究的结构如下：第二部分为文献综述；第三部分描述了研究方法，包括研究模型、研究方法、研究区域和数据来源；第四部分介绍了动态疏散分析，包括模拟假设、研究中使用的软件以及疏散模拟的设计；第五部分展示了改进后的FRAME方法的研究结果；第六部分分析了改进后的FRAME中指标的影响因素以及疏散模拟中的三个关键节点。
文献综述
中华人民共和国应急管理部发布的《国家应急管理体系规划（2021-2025年）》明确提出了改进重大城市安全风险的预防和控制措施，建立风险监测和预警系统，并加强应急救援和响应能力。在国家政策的指导下，近年来城市火灾风险评估研究取得了持续进展。
改进后的FRAME及其适用性
FRAME是一种成熟的建筑火灾风险评估方法[16][26]。该方法最初由瑞士工程师M. Gretener为财产风险评估开发，随后在法国和比利时通过应用和验证得到了进一步完善。经过四十多年的持续发展和实际应用，它已被证明是一种可靠且有效的建筑火灾风险评估方法[16]。FRAME既适用于新建建筑，也适用于现有建筑。六种火灾情景的假设
基于重庆南坪万达商业综合体的功能布局和运营特点，本研究设计了六种火灾情景。系统地考虑了关键变量，如火源数量、点火位置、建筑楼层和人口密度，以构建支持后续疏散建模和风险评估的代表性模拟案例。情景设计的原则总结在表7中，详细假设如下：潜在风险值和熵权重
在改进后的FRAME中（计算公式和参数设置见表1和表A.1-表A.5），使用公式(5)计算商业综合体每层的潜在风险值（），结果如图7(a)所示。为了确保每种火灾情景（大多数涉及两层或更多楼层）的潜在风险值（）的准确计算，火灾风险比率模型指标根据公式(25)-(28)（图8）进行了计算。火灾风险值及其变化趋势
六种火灾情景的火灾风险值（）根据公式(1)计算，并根据表3的定义分为不同的火灾风险等级。结果如图10所示。评估结果表明，六种情景的火灾风险值主要处于中高水平。其中，情景1的风险值最高，为1.859，属于表3规定的1.6-2.0范围内，表明该情景下的火灾可能导致
结论
随着城市商业综合体、大型交通枢纽和其他公共空间的持续扩张和功能整合，人群密度不断增加，功能区域的空间布局也变得越来越复杂。发生火灾时，这些环境容易发生人员被困和次生灾害风险，对城市韧性和公共安全构成挑战。在原有FRAME的基础上，本研究开发了CRediT作者贡献声明
黄丽芳：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论、数据分析。宁娇娇：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论、数据分析、数据管理。许慧：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、监督、软件使用、资源协调、项目管理、方法论、资金筹集、数据分析、概念构思。常晴晴：撰写——审稿与编辑、撰写
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
