火灾风险评估方法及工程实例应用.pdf

火灾风险评估方法及工程实例应用谢晓刚，胡忠日，梅秀娟，唐胜利，金素艳(公安部四川消防研究所，四川成都6 1 0 0 3 6)摘要：利用火灾风险评估中的定量分析方法，针对某工程实例说明确立危险源、火灾场景、风险分级等建立危险性分析步骤，结合模拟计算火灾增长、烟气运动及火灾后果的研究，以建筑中人员安全为出发点，分析人员受到火灾威胁的风险。关键词：火灾场景；火灾风险评估；事故树分析中图分类号：X 9 1 3，X 9 2 8文献标志码：B文章编号：1 0 0 9 0 0 2 9(2 0 0 9)0 1 一0 0 2 9 一0 4风险评估是火灾科学和消防工程今后发展的重点。当前，全球对火灾科学防治越来越高的要求促使火灾安全工程在技术层面上必须发生以下3 个转变：(1)由被动式的灾害防治技术向以“清洁阻燃、智能探测、清洁快速定位”为主要环节的主动式灾害防治技术的转变；(2)由传统的“规格式”设计向科学的安全工程设计的转变；(3)由火灾防治的传统管理模式向科学管理和应急预案模式的转变。其中第二个转变的核心部分就是对火灾风险评估方法学的研究与开展。迄今，火灾风险评估方法学已成为火灾科学基础研究中的一个重要课题，其研究内容同时涉及到灾害的自然属性和社会属性两个方面。在火灾机理和规律已有知识的基础上，运用数值模拟技术、统计理论、随机过程理论和模糊数学理论的火灾风险评估方法已经开始受到学术界的广泛重视，其基础理论方面的研究方兴未艾。1 火灾风险及风险评估方法火灾风险通常定义为潜在火灾事件产生的后果及其发生的概率，火灾风险评估的基本方法是将为降低火灾危险而投入的费用与风险降低程度进行比较。火灾风险的基本表达式为式(1)。R=2(P i X C i)(1)式中：只为单个火灾事件的发生概率；C i 为该事件产生的预期后果。火灾风险评估方法有很多，大体可分为定性分析方法、半定量分析方法和定量分析方法。定量分析是以统计方法的事故概率计算和火灾动力学的火灾后果计算为基础的。长期以来，由于火灾事故数据资料的缺乏造成准确计算火灾事故的概率很困难，而且在相当多的场合根本无法得到这种概率。因此，火灾风险评估仍以定性分析方法和半定量分析方法为主。近年来，随着蔺防科争与置术2 0 0 9 年1 月第2 8 卷第1 期：i 建筑防火设计i火灾动力学理论的不断完善以及小样本火灾事件统计方法研究的不断深入，定量分析方法中一些关键技术的掌握，定量分析方法已成为当前最引人注目、发展最快的火灾风险评估方法；同时，随着性能化防火设计的发展，人们也需要更加精确的火灾风险评估方法。2 案例分析笔者以保障生命安全为消防安全目的，通过某球幕影院的火灾风险评估示范如何应用事故树分析方法分析火灾风险。该球幕电影院由3 部分组成，入白大厅、展示厅和球幕观众厅。入口大厅面积8 9 1m 2，设为1 个防火分区；2 层展示厅面积1 5 5m 2，设为1 个防火分区；球幕观众厅面积4 5 21 1 3 2，其中观众厅室面积2 5 5m 2，设为1 个防火分区。每个防火分区的安全出口不少于2 个。该建筑属一类高层建筑，在球幕电影院不具备自然排烟条件的剪刀楼梯间，设置2 套独立的机械加压送风系统，送风量为2 71 7 4m 3 h；球幕电影院设有机械排烟系统，排烟量参考高层民用建筑设计防火规范按其空间每小时6 次换气进行设计。球幕影院属于一级保护对象，设有火灾自动报警及消防联动控制系统，由于球幕影院建筑设计的特殊性，在球幕上无法装设感烟探测器，故在球幕的马道内设置空气采样探测器，设置临时高压消火栓给水系统，供整个综合楼灭火。球幕影院的自动喷水灭火系统按中危险I 级设计，喷水强度为8L(m i n m 3)，作用面积1 6 01 3 1 2，火灾延续时间1h。球幕电影院内建筑净空高度大于8m，采用大空间智能型自动喷水灭火系统；在6 6m 层(展示厅)设自动喷水灭火系统，除不宜用水灭火的地方均设置湿式自动喷水灭火系统。2 1 设定火灾场景(1)确定火灾位置。选择较为不利的起火位置，分别选取球幕影院上半部分和下半部分的中间位置。(2)火灾类型的分析。在球幕影院中，可能的火源有电器故障、可燃物过热、易燃品管理不善或操作不当、放火、吸烟等；燃料包括座椅、观众带入的可燃物、电器缆线等，可燃装饰材料也是潜在的引火源。(3)潜在的火灾危害。通过统计数据及请教专业2 9 万方数据人员进行分析确定。(4)系统对火灾的影响。假定该球幕影院具有完善的主动防火(如消防联动、自动灭火等系统)、被动防火和疏散系统。(5)人员响应的影响。如人员发现火灾可能会实施手动灭火、消防管理人员会在现场协助疏散等。(6)事故树。构建一个代表各因素可能状态的事故树，事故树的一条路径就代表一个需要考虑的火灾场景。构建事故树由一个初始状态开始，如从引燃开始，然后构建一个分叉，再在分叉上添加反映下一因素可能状态的分支。重复这一过程直到所有可能状态都被联系起来。每一分叉的构建都是以上级事件的发生为基础的。图1 描述了针对该案例的事故树。上下火灾手动自动喷水捧烟系统右上部门火灾位置灭火灭火系统有效性是省开启场景S lS 2一只否l一墨南2=而S 3S 4#部分中间位置I否Z j=哥了S 5瓦叫否南S 6S 7S 8P2凼墨南，=05S 9商量刮。f 7S l Ol 否I 夏i：莉t：=：=：田星S l lS 1 2圈1 球幂电影院火灾的摹件树(7)概率分析。利用现有的可靠数据或工程判断，估计每种状态发生的概率，概率可以填写到事故树上。通过将场景路径上的所有概率相乘估计每个场景的相对概率。以火灾发生在球幕影院上半部分中间位置为例。利用统计数据和工程判断对各个条件概率估计如下：P。=0 5(火灾发生在电影院的上半部分中间位置)；P 1 1=0 5(手动灭火成功)；P=0 5(手动灭火失败)；P。2。=0 9(自动喷水系统灭火成功)；尸。=0 1(自动喷水系统灭火失败)；P 1 2-2-。=0 8(排烟系统有效)；P 2 2=0 2(排烟系统无效)；P。2 2 1 l=P 1 2 t 2 2 1=0 7(上部右门开启)；P 1 2 2 1 2=P 1 2 2 2 2 0 3(上部右门关闭)。(8)利用工程判断估计每个场景的后果。后果应3 0用合适的量度来表示，如人员伤亡(伤亡人数)或火灾损失。利用工程判断估计的后果可能存在误差，也会影响火灾场景风险等级的划分，实际应用中估计的后果应尽可能保守并与其他场景估计的后果具有合理的趋势，用于评估的火灾场景数量也可适当增加，以保证其代表性和准确性。一般情况下，后果的估计还应考虑时间的影响。在该球幕影院中采用受到火灾威胁的人员数量表示场景后果C，在此处不再考虑时间的影响(如人员逃生时间)。对球幕影院的疏散人数参考座位数来确定，上半部分为9 5 人，下半部分为9 0 人，以火灾发生在球幕影院上半部分中间位置为例，各场景对应的后果如表1 所示。裹1 火灾发生在球幕影院上半部分中间位置各场景的后果火灾场景估计后果人S 1C s z=0S 2C s 2=0S 3C s 3=1 8S 4C“=2 3S 5C s 5=3 lS 6C s B=6 1(9)风险分级。将场景以相对风险为序进行分级，相对风险由场景后果的量度和场景发生概率的乘积来估计，见表2。裹2 场景的风险分级火灾场景概率(P，)后果(C i)风险(P，C i)等级S 10 2 5 0，OO9S 20 2 2 5O09S 3O 0 1 41 80 2 5 21S 40 0 0 62 3O 1 3 85S 50 0 0 353 1O 1 0 856S 60 0 0 156 10 0 9 157S 70 2 5 0OO9S 80 2 2 50O9S 9O 0 1 051 50 1 5 753S 1 00 0 0 451 90 0 8 558S 1 10 0 0 72 50 1 7 52S 1 20 0 0 34 80 1 4 44(1 0)火灾场景的确定及说明。选择风险等级最高的场景进行量化分析，设计应当考虑这些具有潜在严重后果的火灾。对该球幕影院：火灾发生在上半部分中间位置，场景S 3、S 4、S 5 和S 6 具有不同的风险，笔者以风险值最高的火灾场景S 3 为例进行分析；火灾发生在下半部分中间位置，场景S 9、$1 0、S 1 1 和$1 2 具有不同的风险，笔者以风险值较高的火灾场景S 1 1 为例进行分析。F i r eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y。J a n u a r y2 0 0 9 V o l2 8，N o 1 万方数据2 2 模拟计算。为评估该球幕电影院的火灾风险，须对球幕电影院选定场景的人员疏散及烟气蔓延特性模拟计算。(1)人员安全疏散判定标准。火灾发展到致使环境条件达到人体耐受极限的时间(A S E T)必须大于从火灾发生到人员疏散到安全地点所用的时间(R S E T)。(2)人员生命安全判据。如果热烟层距地板高度大于2m，则热烟层的温度不超过1 8 0；如果热烟层距地板高度小于2I T I，则热烟层的温度不超过5 0，且能见度不小于1 0m；二氧化碳体积分数不得超过1，一氧化碳体积分数不得超过0 2 5。(3)安全余量。在特定的火灾场景下，如果保证人员逃离到安全地带的时间小于火灾发展到不可忍受的条件的时间，则可实现人员疏散安全。这个关系中应加入一个适当的安全余量，以考虑假设和计算中的不确定性。通过敏感度分析，以及非常保守的变量输入，来决定这些输入变量对模拟计算结果的影响。如果认为合适，可以减少安全余量或不考虑。(4)火灾烟气蔓延特性模拟计算。表3 为球幕影院对选定火灾场景的有关参数设置，表4、表5 为选定火灾场景对应模拟计算结果的统计。裹3 火灾场景S 3 和S 1 1 设定参数可移动火灾荷载密度q l M U m 24 0 0可燃物火灾增长系数u f k W s 20 0 5 6墙面装饰材料火灾增长率a m k W s 20 0 1 4火灾增长速率a k W s 20 0 7设计的最大热释放速率M W6火灾达到最大热释放速率时间s2 9 1 8表4 模拟结果统计表(火灾场景s 3)上层烟气温度达到1 8 0C 时间s3 6 8下层烟气温度达到5 0 时间s3 6 8五层上方2m 处的C 0 2 体积分数达到1 的时间s2 0 4五层上方2m 处的C O 体积分数达到0 2 5 的时间s 9 0 0五层地面2m 处能见度下降到1 01 T I 时间s1 2 7A S E T s1 2 7表5 模拟结果统计衰(火灾场景S 1 1)上层烟气温度达到1 8 0 时间s5 1 2下层烟气温度达到5 0C 时间85 1 2五层上方2m 处的C 0 2 体积分敬达到1 的时间52 2 3五层上方2m 处的C O 体积分数达到0 2 5 的时间s 9 0 0五层地面2m 处能见度下降到1 0m 时间s1 4 4A S E T s1 4 4(5)人员疏散模拟计算。人员疏散时间按火灾报警时间、人员的疏散预动时间和人员从开始疏散至到达安全地点的行动时间之和计算，R S E T=丁d+丁呻+诗防科学与g，K 2 0 0 9 年1 月第2 8 卷第1 期丁。图2 为球幕电影院人员的疏散路线(考虑其中一个出口不能使用的不利场景)，表6 为人员疏散总时间的计算结果。图2 球幕电影院人员的疏散路线图表6 疏散总时间统计l 计算缨人数报警时间疏散预动时间行动时间疏散总时间了d s丁。他s丁sR S E T s 1 8 52 06 08 616 62 3 风险分析结合人员疏散时间和烟气蔓延特性的计算结果，按照人员安全疏散判定标准，对于火灾场景S 3 和火灾场景S 1 1 均有A S E T R S E T，即人员没有足够的时间逃生。表7 为选定火灾场景A S E T、R S E T 对照表。裹7 选定火灾场景A S E T R S E T 对照表l 火灾场景A S E T sR S E T s安全余量ss 312 71 6 6-3 9S l l1 4 41 6 62 2表8 描述了选定火灾场景中球幕影院各出口安全疏散人数和未成功疏散人数的统计情况。表8 选定火灾场景中球幕影院各出口安全疏散人数和未成功疏散人数统计表火灾场景出口编号安全疏散人数未成功疏散人数出口3 34 61 9S 3出口3 44 41出口3 56 01 5出口3 33 03 5S 1 1出口3 43 31 2出口3 54 82 7在火灾场景S 3 中，设计疏散人数共计1 8 5 人，在烟气达到危险临界时间1 2 7S 时，该场景成功疏散了1 5 0人，未成功疏散人数为3 5。由表2 得到火灾场景S 3 的概率P。=0 0 1 4，人员不能成功疏散的后果C 3=3 5 人，则该火灾场景中将受到火灾威胁的人员风险值为P s C a=0 4 9 人。在火灾场景S 1 1 中，设计逃生人数共计1 8 5 人。在烟气达到危险临界时间1 4 4s 时，该场景成功疏散了1 1 1 人，未成功疏散人数为7 4。由表2 得到火灾场景S 1 1的概率P。=0 0 0 7，人员不能成功疏散的后果C。=7 43 1 万方数据人，则该火灾场景中将受到火灾威胁的人员风险值为尸l l C 1 l=0 0 0 7 7 4=0 5 1 8 人。通过火灾风险评估的计算分析，该球幕影院现有的消防设计方案不能保证人员的安全疏散，应对消防设计方案进行调整优化，如调整机械排烟量，在适当位置增设机械补风口等，笔者所在课题组在后续研究中，对球幕影院的消防设计方案优化后重新进行了火灾风险评估并取得了很好的效果，保证了该部分建筑内人员的安全。3 结语在事故树分析的基础上，通过对某球幕影院火灾风险评估的案例分析，描述了火灾风险评估的基本步骤及基本方法。火灾风险评估不仅可对建筑消防设计方案进行评估，还可以对现有的建筑消防安全性能进行评估，且可以应用到有关性能化消防法规中，促进我国建筑消防安全性能化设计的发展。在目前开展的性能化设计评估工作中，火灾场景的确定是关键技术，能体现性能化设计评估结果是否具有代表性及准确性。火灾风险评估方法的初步研究，虽然由于存在统计数据的不足和工程判断的误差，火灾风险评估量化结果的准确程度尚嫌不够但对火灾场景的确定提供了一个新的思路，火灾风险评估结果能基本体现建筑的消防安全性能，并在此基础上指导优化消防设计方案。参考文献：1 易立新，郭立平火灾风险评价的随机过程模型 J 武警学院学报，1 9 9 7，(4)：1 0 1 2 2 3 田玉敏，刘茂高层建筑火灾风险的概率模糊综合评价方法口 中国安全科学学报，2 0 0 4，(9)：9 9-1 0 3 I s 杜霞张欣，刘庭全，等国外区域火灾风险评估技术及应用现状 J 消防科学与技术，2 0 0 4，2 5(2)：1 3 7 1 3 9 4 卢兆明，胡宝清，陆君安，等高层建筑火灾风险灰关联评估 J 武汉大学学报(工学版)，2 0 0 4。(5)：6 2 6 6 5 李志宪，杨漫红，周心权建筑火灾风险评价技术初探 J 中国安全科学学报，2 0 0 2，(5)：3 0-3 4 T h ee l e m e n t a r ys t u d yo ff i r er i s ka s s e s s m e n tm e t h o da n da p p l i c a t i o ni nt h ep r a c t i c a le n g i n e e r i n gX I EX i a o g a n g，H UZ h o n g r i，M E IX i u j u a n，T A N GS h e n g l i J I NS u y a n(S i c h u a nF i r eR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM P S S i c h u a nC h e n g d u6 1 0 0 3 6，C h i n a)3 2科技信息公共疏散通道通风数字化模型及解决方案与排烟加压系统相比，自然通风作为控制烟雾的一种方法，在设计阶段所花的时间很少，因此需要较少的日常维护。此外，系统的费用减少了5 0。最近，斯旺西大学的科学家与烟气控制协会一起开发了用于建筑物公共疏散通道的数字化模型及解决方案，大大节省了用户在建筑物设计时所耗费的时间与成本。例如，安装工人可以选择相关的模块化组件，如根据被防护楼层数和通风井大小选择通风机模块。主通风器的选择已成为一个标准化产品，以减少生产所需的时间和按需定制所产生的额外成本。这也确保遵守建筑物规例，而不需要与审批机构协商，从而消除了审批机构的相关风险，以及消除了相关消防工程解决方案的相关风险，并确保快速通过建筑物规则的审批程序。赵婷供稿A b s t r a c t：B a s e do nt h ef i r er i s ka s s e s s m e n tm e t h o dw h i c hp r o v i d e sa ne v i d e n c ea n ds u p p o r ti np r e v e n t i n g，c o n t r o l l i n ga n de x t i n g u i s h i n gf i r e，f i r eh a z a r dc a nb ek n o wm o r ei m p e r s o n a l l ya n dp r e c i s e l y T h ef i r er i s ka s s e s s m e n tm e t h o dc a np r o m o t ed e v e l o p m e n to ft h ep e r f o r m a n c e b a s e df i r ed e s i g na n dg u i d et h ef i r ee n g i n e e r i n g I th a sag r e a ti n f l u e n c eo nf i r ea n di n s u r a n c ee t c A m o n gt h e s em e t h o d s，t h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s e sm e t h o dd e v e l o p e dm o s tf a s ta n do b t a i n e dag r e a ta t t e n t i o n A ne n g i n e e r i n ge x a m p l ei si n c l u d e di nt h i sa r t i c l et oi l l u s t r a t ef i r eh a z a r da n a l y s e ss t e p sb yd i s c e r n i n gf i r es o u r c e，s e l e c t i n gf i r es c e n a r i oa n dr a t i n gf i r er i s k F u r t h e r，f i r er i s ko fo c c u p a n t ss u f f e r e df i r et h r e a th a sb e e na n a l y z e dp l a c i n go no c c u p a n t s s a f e t yb ys i m u l a t i n gf i r ed e v e l o p m e n tts m o k em o v e m e n ta n ds t u d y i n gf i r ec o n s e q u e n c e K e yw o r d s：f i r es c e n a r i o；r i s ka s s e s s m e n tIf a u l tt r e ea n a l y c i s作者简介：谢晓刚(1 9 7 3 一)，男，四川大竹人，公安部四川消防研究所助理研究员，硕士，主要从事建筑防火研究，四川省成都市金牛区金科南路2 3 3 号I P 科技中心三栋二楼，6 1 0 0 3 6。收稿日期：2 0 0 8 一0 8 2 5F i r eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y，J a n u a r y2 0 0 9，V o l2 8 N o 1 万方数据火灾风险评估方法及工程实例应用火灾风险评估方法及工程实例应用作者：谢晓刚，胡忠日，梅秀娟，唐胜利，金素艳，XIE Xiao-gang，HU Zhong-ri，MEIXiu-juan，TANG Sheng-li，JIN Su-yan作者单位：公安部四川消防研究所,四川,成都,610036刊名：消防科学与技术英文刊名：FIRE SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：2009,28(1)参考文献(5条)参考文献(5条)1.易立新;郭立平 火灾风险评价的随机过程模型 1997(04)2.田玉敏;刘茂 高层建筑火灾风险的概率模糊综合评价方法期刊论文-中国安全科学学报 2004(09)3.杜霞;张欣;刘庭全 国外区域火灾风险评估技术及应用现状期刊论文-消防科学与技术 2004(02)4.卢兆明;胡宝清;陆君安 高层建筑火灾风险灰关联评估期刊论文-武汉大学学报(工学版)2004(05)5.李志宪;杨漫红;周心权 建筑火灾风险评价技术初探期刊论文-中国安全科学学报 2002(05)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.郑红梅.陈国良.王玮.刘梅.ZHENG Hong-mei.CHEN Guo-liang.WANG Wei.LIU Mei 火灾风险评估相关概念辨析期刊论文-中国安全科学学报2008,18(6)2.宋淑艳 火灾风险评估方法期刊论文-消防技术与产品信息2008(3)3.杜霞.张欣.刘庭全.马玉河 国外区域火灾风险评估技术及应用现状期刊论文-消防科学与技术2004,23(2)4.连旦军.董希琳.吴立志 城市区域火灾风险评估综述期刊论文-消防科学与技术2004,23(3)5.李申.朱磊.LI Shen.ZHU Lei 大型综合公共建筑的火灾风险评估期刊论文-武警学院学报2010,26(12)6.张欣.王宝伟.杜霞.李晋.吴彩虹.ZHANG Xin.WANG Bao-wei.DU Xia.LI Jin.WU Cai-hong 城市区域火灾风险评估方法探讨期刊论文-消防科学与技术2006,25(2)7.陶亦然.TAO Yi-ran 基于古斯塔夫法的大型购物中心火灾风险评估期刊论文-消防科学与技术2010,29(3)8.杨阳.王铁松.周传贤.YANG Yang.WANG Tie-song.ZHOU Chuan-xian 商贸市场火灾风险评估方法期刊论文-中国安全生产科学技术2007,3(4)9.王大博 火灾风险评估引入消防站布局的实践与思考学位论文200910.王跃琴.Wang Yueqin 火灾风险评估方法的选择与评价期刊论文-消防技术与产品信息2011(1)本文链接：http:/