城市公共建筑防火系统层次分析模型与评价
2019-11-07闫金花西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010
闫金花 (西南科技大学土木工程与建筑学院,四川 绵阳 621010)
1 城市公共建筑火灾特征
城市公共建筑人员密集,是火灾的多发场所,容易造成群死群伤事故,是火灾重点防范场所,火灾具有几个特征:①起火因素复杂多样。建筑内部功能复杂,存在着多种火源和大量可燃物,人员密度大,人为因素引起火灾存在着很大的不确定性。②火灾蔓延途径多,烟囱效应显著。城市公共建筑中高层建筑较多,内部的楼梯间、电梯井、管道井、中厅等的烟囱效应显著,火灾蔓延迅速。③人员密集,疏散困难。由于垂直疏散距离远,疏散时间较长,在人员密集的情况下很容易出现踩踏事故,疏散难度加大。④火灾波及面较大,尤其是应注意毗连建筑的防火安全。由于城市建筑密度相对较大,一旦发生火灾,由于热辐射,热对流等原因,会给与其相毗连的建筑带来很大的威胁。⑤火灾扑救难度大。灭火条件不易保证,给火灾扑救带来很大的难度。
2 层次分析模型的建立
城市公共建筑防火系统评价与决策采用层次分析法,首先建立层次分析模型,见图1。
系统目标:保证城市公共建筑的防火安全。
该系统由两个子系统构成,分别为:事前预防系统S1和事后控制系统S2。
图1 城市公共建筑防火系统层次分析模型
事前预防系统S1主要包括3个因素,分别为:A1—控制点火源,A2—预防人的不安全行为,A3—控制物的不安全状态。
事后控制系统S2主要由7个因素组成,分别为:B1—耐火构造与装修,B2—平面布局,B3—防火、防烟分区,B4—消防控制中心、火灾自动报警、自动喷水、自动排烟系统,B5—消火栓、灭火器等,B6—疏散楼梯、安全出口、消防电梯、安全通道等,B7—人的自防自救能力。
下面分别就各因素内容进行分析:
A1—控制点火源。
A2—预防人的不安全行为。公共建筑内存在着大量的可燃物,很容易由于人的不安全行为而触发火灾,如乱扔烟头、违章电气焊,液化气体因管理不善泄漏等,以及人为玩火、纵火等。
A3—控制物的不安全状态。如电源线路老化引起的短路,电气设备自身发生故障产生高温引燃可燃物等。
B1—耐火构造与装修。公共建筑的耐火等级一般为一级,建筑构造应该能够为人员安全疏散提供必要的疏散时间,为消防人员灭火创造有利时机,并能有效防止建筑物结构过早因强度丧失而坍塌。建筑室内外装修应采用不燃或难燃材料,进行阻燃处理,减少材料燃烧释放的热量和有毒烟气等。
B2—平面布局。应合理解决建筑物的位置、防火间距、消防车道等问题。公共建筑的位置应靠近主干道的交通便捷处,这样既便于大量人流的集散,又便于消防人员进行交通组织与疏散。根据城市规划要求,合理确定公共建筑与周围建筑物的防火间距,防止飞火危及周围建筑物。建筑物周围应合理设置消防车道,为消防灭火创造有利条件.
B3—防火、防烟分区。公共建筑一般体量较大,标准层面积也大,为了将火势控制在起火单元,防止火灾向周围蔓延,每层应设置防火、防烟分区,并使用防火墙、耐火楼板、水幕保护的防火卷帘等进行分隔,保证每个防火分区至少有两个出口。防烟分区不应跨越防火分区。
B4—消防控制中心、火灾自动报警、自动喷水、自动排烟系统。公共建筑的消防控制室是指挥管理楼内分散各处的火灾自动报警、自动喷水、自动排烟系统、广播等的中心,在火灾发生时,能够由电气设备进行控制,停止客梯运行,切断电源,接通事故照明电源,开动排烟风机、关闭防火阀、防火门、监测消防梯及消防水泵工作性能等。消防控制中心应设在明显的位置处,并直通室外,靠近建筑物出入口,且应采用耐火墙,并与其它部门进行防火分隔。
B5—消火栓、灭火器等。公共建筑应设置室内外消防给水管道、消防水池、室内外消火栓、消防水泵房、消防水箱、灭火器等,以保证人员救火时使用。
B6—疏散楼梯、安全出口、消防电梯、安全通道等。防烟楼梯和消防电梯都必须有严格的防烟、防火措施,做到疏散人员一经到达这里就可以安全地疏散出去。安全疏散设计要求路线简捷,便于人们在紧急时容易判断,保证至少有两个疏散口,以保证人流疏散畅通。安全出口应分散设置,易于寻找,尽量缩短安全疏散距离,疏散路线上要有在火灾情况下也能容易辨认的疏散标志。
B7—人的自防自救能力。城市公共建筑高层居多,这给消防人员的火灾扑救工作带来困难,而且城市交通容易发生堵塞现象,消防车到达需做的准备工作等都需要一定的时间,因此,在消防车到达之前,应立足于自防自救。
3 层次分析方法
层次分析法是一种定量与定性相结合的方法,先将复杂问题条理化、层次化,构造出问题的层次分析结构模型。层次分析模型一般由目标层、准则层、指标层、方案层等组成,然后通过评判选出最优方案。对判断矩阵的量化采用1~9个标度值表示,建立各层指标的判断矩阵,得出各层指标单排序和总排序权值。为了保证层次分析法得出的结论具有合理性或基本合理性,有必要对判断矩阵的单排序和总排序一致性检验。一般采用CI作为度量判断矩阵偏离一致性的指标:,式中λmax为判断矩阵最大特征值;n为判断矩阵的阶数。为了度量不同阶判断矩阵是否具有满意的一致性,需引入判断矩阵的平均随机一致性指标RI值,1~9阶判断矩阵的RI值见表1。
判断矩阵的平均随机一致性指标值 表1
层次总排序一致性检验指标为:
式中,CI'、RI'和CR'分别为层次总排序的一致性检验指标、平均随机一致性指标和随机一致性比率。若CI'=0,则满足完全一致性;若CI'≠0且CR'<0.1时,则具有满意一致性;否则,应调整有关判断矩阵,重新进行层次单排序和总排序计算。
最后根据排序结果进行方案的择优决策。
4 模型分析
4.1 准则层排序
首先对防火系统层次分析模型准则层进行判断,形成判断矩阵及权重见表2。
准则层排序 表2
4.2 指标层的单排序与总排序
模型指标层对准则层的单排序见表3、表4,指标层对准则层的总排序见表5。
指标层单排序 表3
指标层单排序 表4
指标层总排序 表5
3.3 方案层总排序
方案层的单排序见表6~表14,方案层总排序见表15。
结论:根据方案层总排序的结果,从公共建筑防火安全目标考虑,方案K1最优,其次是方案K3。最后是方案K2。
方案层K-A1单排序 表6
方案层K-A2单排序 表7
方案层K-B1单排序 表9
方案层K-B2单排序 表10
方案层K-B3单排序 表11
方案层K-B4单排序 表12
方案层K-B5单排序 表13
方案层K-B6单排序 表14
方案层K-B7单排序 表15
4 结论
为了有效评价城市公共建筑防火设计方案的优劣,通过对城市公共建筑特大火灾案例分析,建立城市公共建筑防火系统层次分析模型,采用层次分析法进行模型分析,通过对备选方案进行择优,选出最佳防火设计方案。
方案层总排序 表16