Fire risk assessment method for ancient buildings in the Palace Museum based on spatio-temporal factors

doi:10.7523/j.ucas.2024.075

Abstract

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

CLC Number:

K909

Yating LEI, Zhanfeng SHEN, Xinwei YANG, Bo WANG, Jinzhou LIU, Wenqi KOU, Chi ZHANG. Fire risk assessment method for ancient buildings in the Palace Museum based on spatio-temporal factors[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2026, 43(4): 507-518.

Figures/Tables 12

References 45

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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）