FTA分析方法在大型商场火灾风险预测方面的应用

□ 李志锋 左秋玲

近年来，我国的商场发生了许多新的变化，已经由过去单一的、小规模的商店，发展为形式多样、功能复杂的商业群体，集购物、休闲、娱乐为一体的 “shopingmall”、高层综合商厦、大型超市、大型地下商场不断涌现。目前，由于偏重经济效益和不断追求建筑形式新颖等主、客观原因，致使这些场所不同程度地存在着管理不善、制度不落实、消防意识差，以及硬件设施不到位、不配套、性能差等火灾隐患。

大型商场的火灾特点是：空间大，功能复杂，火灾荷载大，人员集中，火灾时易产生高温有毒烟气，人员疏散困难，火灾扑救困难等，这都给消防工作带来了许多新的课题。本文针对大型商场火灾的特点，运用事故树的方法对其火灾风险危险性进行预测。

一、火灾事故隐患与火灾事故的关系分析

美国安全工程师H.W.Heinrich统计分析了55万起事故之后，提出了事故三角形。根据海因里希的事故法则，可以分析事故所造成的人身伤害程度与事故发生起数之间的关系，即在每330个事故中，会造成死亡、重伤事故1次，轻伤、微伤事故29次，无伤事故300次。

该法则表明：尽管事故的发生是小概率现象，单起事故伤害程度的大小受偶然因素支配，但从大样本量统计分析，事故是有规律的。如果同类轻微伤害事故或事件多次发生，当达到一定的概率后，必然发生重大伤害事故。为了预防事故的发生，必须分析无伤害事件的原因，在发生重大伤害事故之前，采取预防对策，消除或监控产生事故的根源。按照海因利希法则推论，重大危险源与重大火灾隐患及火灾事故的关系，可用图1表示。

图1 事故隐患与事故关系

二、Fault Tree Analysis分析法

FTA（Fault Tree Analysis）方法又称事故树分析法，20世纪60年代初，由美国贝尔研究所首先提出，最初用在导弹的控制系统设计上，为预测导弹发射的随机失效概率作出了贡献，以后在波音飞机安全性分析及商用核电站安全分析等方面的应用，均取得了很好的成果。

FTA分析法的主要功能就是发现和查明系统内固有的或潜在的危险因素，明确系统的缺陷，为改进人机系统的安全设计与制定安全技术措施提供依据，其中发生概率最大的事故就是系统的薄弱环节，找出这种事故模式就可知道应采取措施加强薄弱环节，即减小这种事故模式的发生概率，从而提高系统的可靠性。还可以判明人机系统中事故发生的重点环节以及关键部位，为操作人员提供作业控制的要点寻找导致系统事故的全部事故模式。

FTA分析法中计算顶上事件的概率，通常先求出导致顶上事件发生的最小基本事件的集合，即先求事故树的最小割集。每个最小割集对应于一种事故模式。一种事故树的最小割集有若干个，各最小割集即是事故最可能的危险源。

目前，新型的高层商业楼由于人员较多、裙房体量大、沿街铺面多、用途功能复杂等特点，其潜在的火灾发生概率相当大。因此，对其进行火灾危险性分析对有效减少火灾的发生是十分重要的。

三、实例分析

某商场共有七层，一至六层为主营业区。首层比较宽敞，绝大部分商品可燃性不强；二层主要经营电视、音响等家电产品；三至五层经营的商品多为服装、鞋帽和家具等易燃品；六层主要为服装生产厂家的展销区，其服装齐全，多为皮、毛、丝绸、化纤等材料，很多衣物挂在架上，并且连成一片；七层为商场的办公区，根据需要使用轻质建筑材料，分隔为许多小间办公室和若干会议室。

该商场设有自动扶梯，将一至六层连起来。大楼内共安装了三部电梯，两部为普通电梯，位于大楼西北角，主要供货运用，一部为消防电梯，位于大楼东南角。主楼梯设在大楼的东侧为敞开式楼梯，将各层营业区相连，是顾客通行的主要通道，同时也可能成为烟气跨楼层蔓延的基本途径。商场内还使用了多种电力设施与电器设备，如变配电装置、电气线路、照明系统和许多临时插座，大楼内已安装了火灾探测系统和自动喷水灭火系统。

笔者遵循FTA的有关原则，建立了此类大型商业建筑的事故树，如图2所示。图中各层事件均以相同首字母编号，顶事件编号为T，基本事件和条件事件以X开头编序号，其它中间事件按由上至下的顺序以A、B、C为开头分别编号。

图2 大型商场的事故树分析

对于图2中的事故树按照布尔代数法计算则有：

由上述计算结果可知，顶上事件为n=25个交集的并集，这25个交集即为该事故树的最小割集，即：

{X2’ ， X1}， {X2’ ， X2}， {X2’ ， X3}，{X3’ ， X4}， {X3’ ， X5}， {X4’， X6}， {X4’ ，X7}， {X4’ ， X8}， {X4’ ， X9}， {X5， X10}，{X5’， X11}， {X6’， X12}， {X6， X13}， {X7’ ，X14}， {X7’ ， X15}， {X7， X16}， {X7， X17}，{X7’， X18}， {X8’， X19}， {X8’， X20}， {X8，X21}， {X8’， X22}， {X9， X23}， {X9’， X24}，{X9，X25}，分别对应于导致顶上事件发生的25种火灾事故发生模式。

在实际火灾事故的预测中，顶上事件发生的概率 （Qs）一般采用近似的独立事件和概率公式，即：

式中：q（Mi）为第i个最小割集的发生概率。

从事故树分析可以看出，树中的基本事件和条件事件都是可能构成火灾事故的源事件，它们共同构成火灾发生可能的25种模式，即火灾事故的路径模式。各条火灾事故路径发生的概率将会不同，发生概率大的路径模式上的源事件应是重点控制的事件。由于基本事件发生的概率难于确定，而且基本事件发生的概率是因时因地而变，即是时间和环境变化的函数，因此很难准确从理论的概率去分析确定哪种火灾事故路径模式发生概率最大。在实际大型商场火灾火灾概率预测中，要由预测者借助工程经验因时因地具体分析确定采取的措施。

四、结论

（一）笔者结合实例提出了针对大型商场火灾风险预测的FTA分析方法，其中包括火灾因素的分析、事故概率的计算，案例中大型商场火灾事故的路径模式共有25种。

（二）大型商场火灾风险的FTA分析方法是火灾安全工程预测方法在建筑火灾风险评价中的具体应用。它可以为商场建筑性能化防火设计方法提供可靠的依据，使建筑火灾防治对策和措施更加科学、合理和有效。