商業(yè)建筑重特大火災(zāi)事故防控策略分析

閆金花講師

(西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院,四川 綿陽 621010)

0 引言

商業(yè)建筑內(nèi)部空間大,火災(zāi)荷載大,沒有或缺少實體分隔,火災(zāi)從初起到蔓延的過程發(fā)展迅速,火勢猛烈,撲救難度大,造成的損失也很大。目前,我國面積大于5萬m2的大型商業(yè)綜合體超過5000座,其中10萬m2以上的超過1400座,且仍呈繼續(xù)增長態(tài)勢[1]。對于建筑火災(zāi)風(fēng)險的研究主要集中于對單體建筑火災(zāi)風(fēng)險的評估,如Hansen等[2]建立一種火災(zāi)風(fēng)險模型(Fire Risk Model),可根據(jù)高層建筑的建筑特征、消防安全特征對居住者的生命安全水平和財產(chǎn)損失風(fēng)險水平進行評估;Li等[3]提出高層建筑火災(zāi)評估指標(biāo)體系,并采用灰色關(guān)聯(lián)度、層次分析法和模糊評估法建立數(shù)學(xué)模型,可應(yīng)用于高層建筑火災(zāi)風(fēng)險分析中;Matellini等[4]提出利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型研究住宅火災(zāi),以提高住宅火災(zāi)安全評估的可信度。這些研究多集中于高層建筑和住宅,較少涉及商業(yè)建筑,而且主要是針對單體建筑進行火災(zāi)風(fēng)險評估,不能對目前已有建筑尤其是商業(yè)建筑的總體消防滅火水平進行有效評估,而且很多指標(biāo)在評估過程中過度依賴專家的經(jīng)驗和知識背景。由于各位專家的研究領(lǐng)域及工作性質(zhì)不同,因此在評估過程中無法更客觀和全面地進行指標(biāo)打分,從而影響了評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

我國在消防滅火方面的研究多集中于消防滅火戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的研究和消防管理對策分析,對滅火過程中的隱患研究甚少。筆者認為滅火過程不應(yīng)只包含消防滅火這一個階段,還應(yīng)該從系統(tǒng)、發(fā)展的觀點來看待消防滅火過程。從發(fā)現(xiàn)火災(zāi)到滅火的全過程中,存在諸多影響因素,如火災(zāi)自動報警、初期人員報警、滅火裝備、滅火條件等,這些都有可能導(dǎo)致滅火的失敗。本文通過對已發(fā)生重特大火災(zāi)事故的商業(yè)建筑進行消防滅火分析,建立火災(zāi)模糊故障樹模型[5-6],數(shù)據(jù)分析方面采用區(qū)間上的L-R型模糊數(shù)的分布函數(shù)作為模糊故障樹中基本事件概率的隸屬函數(shù)[7-8],然后通過模糊故障樹分析,得到系統(tǒng)模糊數(shù)的總體概率分布函數(shù),最后通過敏感度分析,給出商業(yè)建筑滅火過程的防火策略,從而有效消除大空間商業(yè)建筑的消防隱患。

1 消防滅火故障樹模型

特別重大火災(zāi)指造成30人以上死亡,或者100人以上重傷,或者1億元以上直接財產(chǎn)損失的火災(zāi);重大火災(zāi)指造成10人以上30人以下死亡,或者50人以上100人以下重傷,或者5000萬元以上1億元以下直接財產(chǎn)損失的火災(zāi)(源自公安部辦公廳公傳發(fā)[2007]245號《關(guān)于調(diào)整火災(zāi)等級標(biāo)準(zhǔn)的通知》)。通過對我國商業(yè)建筑重特大火災(zāi)事故進行統(tǒng)計調(diào)查,全過程分析消防滅火失敗的原因,可知:消防滅火與火災(zāi)自動報警時間是否延遲、初期人員報警延遲、室外消火栓是否有效發(fā)揮作用、消防裝備條件、起火位置隱蔽、滅火條件、施工現(xiàn)場是否有人監(jiān)管、消防通道是否暢通、建筑物內(nèi)是否設(shè)置有消防電梯、安全通道是否上鎖等情況都有關(guān)聯(lián)。當(dāng)滅火時間延遲和滅火條件不具備同時發(fā)生時會導(dǎo)致消防滅火失敗,而滅火時間延遲是由火災(zāi)報警時間延遲或報警后消防車到達延遲造成,火災(zāi)報警時間延遲是由初期火災(zāi)發(fā)現(xiàn)延遲或人員報警延遲造成,初期火災(zāi)發(fā)現(xiàn)延遲是由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)報警失敗且人員察覺火災(zāi)發(fā)生時間延遲造成?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)報警失敗是由未安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)或安裝后被拆除等基本事件造成,用b1,b2,…,b6表示;人員察覺火災(zāi)發(fā)生時間延遲是由值班人員未及時巡查等基本事件造成,用c1,c2,c3表示;人員報警延遲是由報警電話未設(shè)置或設(shè)置不當(dāng)?shù)然臼录斐?用l1,l2,…,l4表示;滅火條件不具備是由消防通道不暢等基本事件造成,用l5,l6,…,l16表示。報警后消防車到達延遲和滅火戰(zhàn)術(shù)不適當(dāng)為非基本事件,不做討論,由此建立商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹模型,如圖1。

2 故障樹模糊分析

2.1 隸屬函數(shù)

為確定系統(tǒng)中各基本事件的概率,需要選用合適的模糊分布來確定其模糊數(shù)的隸屬函數(shù)?？紤]到各基本事件的概率是在[0,1]之間的某一值左右波動,選用中間型的模糊分布較為合適。在中間型模糊分布中,線性分布的基本事件發(fā)生概率的模糊數(shù)是直線與橫軸的2個交點之間的區(qū)間,其隸屬度在[0,1]之間變化,而在這一區(qū)間外點的隸屬度為0;在非線性分布中,基本事件概率分布在某一點處為峰值點,其隸屬度為1,由該峰值點處向左、右無限延伸,取概率值[0,1]之間的各點的隸屬函數(shù)作為基本事件概率的模糊分布,不存在隸屬度為0的點[9-12]。由于火災(zāi)數(shù)據(jù)的缺乏,無法判定基本事件概率模糊數(shù)中隸屬度為0的點,無法將其概率限制在某一區(qū)間內(nèi),因此,選用非線性的模糊分布較為合適,考慮到基本事件概率是在[0,1]之間的某一值附近波動,于是選取[0,1]區(qū)間上對稱的L-R型模糊數(shù)的分布函數(shù)作為模糊故障樹中基本事件概率的隸屬函數(shù),記為(m,α,β),m為模糊數(shù)的均值,α、β為模糊數(shù)的左、右分布,概率均值的隸屬度取1。

圖1 商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹Fig.1 The fault tree for the fire extinguishing in commercial buildings

x∈R

(1)

x∈R

(2)

x∈R

(3)

其中,mj,mk,mn分別為基本事件bj,ck,ln概率模糊數(shù)的最大似然估計。

圖2 基本事件模糊數(shù)的分布Fig.2 The of distribution of the fuzzy number of the basic events

2.2 總體概率分布函數(shù)

商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)為:

ψ=[(b1+b2+…+b6)·(c1+c2+c3)+(l1+l2+l3+l4)]·(l5+l6+…+l16)

其中:b1與b2,…,b6之間互斥,b2,…,b6之間相互獨立;c1,c2,c3之間相互獨立;l1,l2,l3,l4之間相互獨立;l6與l7,…,l10之間互斥,l7,…,l10之間相互獨立;l5,l11,…,l16之間相互獨立。

總體概率分布函數(shù)為:

(4)

2.3 敏感度分析

應(yīng)用泛函分析中距離的概念定義模糊敏感度,從而反映出模糊集之間的整體差異。

1 若U={u1,u2,…,ur}是有限集,定義

(5)

2 若U=[a,b]是實數(shù)集上有限閉區(qū)間時,定義

(6)

對于有界模糊數(shù),可以利用模糊數(shù)的中值來計算模糊重要度。

可推導(dǎo)得:

(7)

仍為有界模糊數(shù),其中值為mTe[19～21]。

STi=mTe-mTie≥0

(8)

3 應(yīng)用分析

調(diào)查并分析商業(yè)建筑特大火災(zāi)案例情況[22],根據(jù)公式(1)-(3),得到消防滅火失敗故障樹各基本事件模糊數(shù)的均值及左、右分布,見表1。

表1 基本事件模糊數(shù)的均值及左、右分布Tab.1 The mean value, and the left and right distributions of the fuzzy number of basic events

由式(4),得到商業(yè)建筑消防滅火失敗模糊故障樹總體概率分布函數(shù):

根據(jù)式(7)、(8),得到商業(yè)建筑消防滅火失敗故障樹各基本事件的模糊敏感度,見表2。

對基本事件的模糊敏感度結(jié)果進行分析得知:

(1)c1事件——值班人員未及時巡查對消防滅火的影響最大;其次是b1事件——未安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)或安裝后被拆除,兩者對滅火失敗模糊故障樹頂事件的影響最大,影響的模糊敏感度數(shù)量級達到10-1。

(2)在人員察覺火災(zāi)發(fā)生的時間延遲事件中,l3事件——發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后未及時報警對故障樹頂事件的影響最大,影響的模糊敏感度數(shù)量級達到10-2。

表2 基本事件的模糊敏感度Tab.2 The fuzzy sensitivity of basic events

(3)在消防裝備落后事件中,l11事件——消防車功率小、質(zhì)量差、數(shù)量少,l12事件——消防人員個人防護裝備配備情況差對故障樹頂事件的影響最大。

(4)在室外消火栓情況中,l8事件——室外消火栓供水不足對消防滅火的影響最大。

(5)在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中,b2事件——火災(zāi)自動報警系統(tǒng)被關(guān)閉對故障樹頂事件的影響最大。

(6)施工過程中的c3事件——施工人員思想麻痹,施工現(xiàn)場無人監(jiān)管的問題突出。

(7)在消防設(shè)施中,l5事件——消防通道不暢問題最突出。

(8)c2事件——起火位置隱蔽,不易被發(fā)現(xiàn),如吊頂?shù)忍幓馂?zāi)發(fā)生時不易被發(fā)現(xiàn),當(dāng)人員察覺到火災(zāi)發(fā)生時,往往火災(zāi)已經(jīng)發(fā)展到難以撲滅的程度。雖然對消防滅火影響較小,但火災(zāi)發(fā)現(xiàn)晚造成的損失較為嚴重,因此,針對這一點,應(yīng)注意預(yù)防。

綜上分析,結(jié)果與實際相符,報警延遲對消防滅火的影響最大,因此大空間商業(yè)建筑首先應(yīng)加強日常人員的巡查工作,發(fā)現(xiàn)火災(zāi)及時報警,同時安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)并保證其處于開啟狀態(tài);其次應(yīng)改善消防滅火裝備以及消防車、消防人員個人防護裝備配備情況;最后應(yīng)解決室外消火栓供水不足的問題,這樣才能有效地提高商業(yè)建筑消防滅火的可靠度。

4 結(jié)論

(1)通過對已發(fā)生重特大火災(zāi)事故的商業(yè)建筑進行分析,建立了商業(yè)建筑消防滅火模糊故障樹模型,評估了我國目前商業(yè)建筑的總體消防滅火水平。

(2)找到已建商業(yè)建筑內(nèi)部確實存在的消防隱患,通過模糊敏感度分析,給出了商業(yè)建筑消防滅火的策略,可以有效地提高商業(yè)建筑消防滅火的可靠度。

(3)所建立的模型對于商業(yè)建筑的滅火處置和滅火過程中所遇到的困難沒有做更多的討論,還可以做進一步的細化研究,使模型趨于更加完善。