基于模糊法评价教学楼火灾风险

2021-06-24梅晓杰

华北科技学院学报 2021年2期

梅晓杰

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 065201)

0 引言

据应急管理部统计，2019年全国共接报火灾23.3万起，死亡人数达1335人。商业场所、宾馆饭店、学校、医院和养老院等火灾重点场所的数量均下降，而高层建筑火灾却同比上涨10%[1]。华北科技学院明德楼建成于2013年，总建筑面积23663 m2，其中地上建筑面积21298 m2，地下建筑面积2365.04平方米,建筑高度46.1 m，属于高层建筑，考虑到导致高层建筑火灾有很多不确定因素，本文采用模糊综合评判法，对明德楼的物料、管理、人为、环境这四个因素进行综合评价，从而将高层建筑火灾可能性这一模糊且难以量化的问题更加清晰并且系统性地呈现出来。

1 高层建筑消防安全评估系统研究现状

1.1 国外消防评估系统研究现状

国际上传统的建筑防火设计大都还是依据传统的防火设计，即“处方式”防火设计方法[2]。“处方式”防火设计是经过大量经验教训以及实验与分析结果整理编制而成的，且设计简单、便于操作，在保证建筑火灾安全方面发挥了不可忽视的作用。近年来随着大量现代化建筑和大型高层建筑的出现，人们发现传统防火设计方法存在着一定的局限性，“处方式”需要对建筑物的耐火结构、防排烟、防火分区、防火间距等方面每项设计都给出详细规定，这种单独设防未对建筑进行整体考虑，有时还会发现实际情况会与条文规定发生冲突，因此在二十世纪七十年代国外出现了性能化防火设计[3]。同传统的防火设计相比，性能化防火设计不必拘泥于传统的标准规范，有利于设计者发挥其创造性，设计方法可以灵活多变，能够对建筑进行综合考虑，以达到消防安全为目标，求取科学合理的设计方法以及成本效益最大化，大大促进了新材料和新技术的使用推广，更能够满足高层建筑以及一些大型建筑的防火设计。

1.2 国内消防评估系统研究现状

相比国外而言，我国性能化防火设计研究起步稍晚，经过多年的研究和发展，我国的消防评估系统得到了长足的发展，但随着经济的不断发展，高层建筑防火设计面临种种挑战，目前主要存在的问题有以下几点：

(1) 缺乏性能化防火设计方面的研究和应用

在二十世纪八十年代，我国才通过海外建筑领域交流了解到性能化防火设计，目前我国的性能化防火设计研究正属于研究阶段，评估方式各式各样，能够参考的历史数据少之又少，因此导致缺少大量的应用实例来支撑消防评估体系的完善。

(2) 缺乏高效的技术手段

目前我国的消防评估系统大多采用的还是传统的“处方法”，无法推进新材料和新技术的应用，很难收集到一些有价值的数据，导致时效性差，浪费大量人力物力。

(3) 缺乏管理组织机构和防火安全教育

一些企业并未认识到防火工作的重要性，不设立管理组织机构或并未让机构的作用得到充分利用，导致员工缺乏防火安全教育，最终很容易导致火灾发生。

2 模糊综合评判法应用方法与步骤

2.1 明德楼消防现状

华北科技学院明德楼是一栋教学楼，其具有的可燃物也较多，多为桌椅、堆积的木材、电脑、实验仪器、书籍等，一旦发生火灾，火灾传播速度将会极为迅速，同时根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017[4]和《建筑灭火器配置设计规范》GB5040-2005[5]综合判断，明德楼的的火灾危险程度可划分为中危险程度。

明德楼一楼有7个出口，4～10楼有两个楼梯口，1～3楼有三个楼梯口，其每个楼层的墙壁材料均为无防护的钢筋混凝土墙及侧抹灰墙，天花板材料是几厘米厚的混凝土，属于二级耐火建筑，允许疏散时间只有5～7 min，因为4层以上的每层楼梯口少且窄，距离长且拥挤，即使在熟悉教学楼建筑格局的情况下，在5～7 min依然不可以安全疏散，且一楼虽然有七个出口，但是有两个常年关闭，影响疏散，严重影响了安全疏散时间。从人员逃生角度来看，一方面，由于明德楼内部构造较为简单，每层结构几乎相同，所以人员能够准确的沿逃生路线撤离。另一方面，明德楼是学校的主教学楼，平时人员比较集中，楼道较窄，在一定程度上增加了逃生的难度。

2.2 构建评价指标体系[6-7]

(1) 评价指标体系是整个评价过程的核心内容，也是评价的基础和前提条件；

(2) 评价指标体系的构建是一个人为主观过程，没有严格意义上的对与错之分，只有合理不合理、完善不完善之分。类似于安全系统工程中的事故树构建。

(3) 理论依据如下:

将评价体系U分成为m个子集Ui，i=1，2，…，m ；即U={U1,U2，…，Um}。

将每个子集Ui又可分为ni个因素，即Ui={ui1，ui2，…，uini}，其中uij表示第i个子集中的第j个因素，若指标体系存在多层子集，则按上述方式依次划分。

根据系统安全分析方法上的相关分析理论，从人、机、环、管四方面来论述可引发明德楼火灾的危险因素。

人为方面：①明德楼属于教学楼，平时课间存在学生抽烟抽烟现象，且无规定的抽烟区域，烟头乱丢现象频发，容易引发火灾。②目前由于大学生面临学习与就业等各种问题，心理压力较大，难免产生扭曲心理从而报复学校，故意纵火。③大部分一般情况下都会抱着侥幸心理，从而无视消防规定，最终导致火灾。

物料方面：①明德楼教室有投影仪、电脑、电灯和监控等电气设备，同时有的楼层还设有烧水锅炉，因此一旦发生电线短路则很容易引发火灾。②教室里有窗帘、大量桌椅等可燃物。③明德楼内有实验室，可能储存一些易燃易爆的化学品。

管理方面：①学生未曾参加过消防培训演练，对防火等方面知识尚有欠缺，配备到位的消防管理人员往往沿袭了以往保安人员的工作体制，没有经过系统培训，不会判断灭火器是否过期.甚至有些消防管理人员根本不知道怎样定期维护、检测、使用消防设施，更谈不上有效起到消防控制作用。②楼层内未设置禁止明火标志，很有可能因为管理不善而造成火灾。③消防管理不到位，没有确立消防安全的责任主体观念，没有制定完善的消防安全制度、消防应急方案，消防管理职能部门和专业人员配备不到位，且一些疏散通道关闭，以及消火栓被一些物品阻挡等意外情况[8]。

环境方面：①未设置良好的避雷装置，雷雨天气可能因闪电造成火灾。②北方天气干燥，这是无法改变的因素，且夏天天气炎热，遇明火易发生火灾。③因为天气干燥，以至于容易发生静电，当存在易燃易爆混合物时则会引起火灾发生。

根据以上分析，构建如图1所示的评价指标体系：

图1 明德楼火灾评价指标体系

2.3 确定权值

(1) 权值就是指这个因素(有的也称指标)在整个分析过程中所占的重要程度。

(2) 权值的确定有多种方法，最简单的就是专家直接打分法(给定法)，其他如最小二乘法、层次分析法、数学折算法等。

根据明德楼的总体布局以及火灾特点，对专家打分以及对工作人员的问卷调查进行综合分析，从而得出相应权值，其具体的权值如表1所示。

表1 权值的确立

2.4 建立备择集

本示例将造成火灾的可能性等级分为四个级别,V={v1，v2，v3，v4}，其中v1～v4分别代表：高、较高、中、低。

相应的区间值及量化值如表2所示。

表2 量化区间表

2.5 确定指标的隶属关系

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰、系统性强的特点，能较好的解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决[7-8]。

以电气设备故障这一指标为例，电气设备故障所造成火灾可能性不能直接用定量的数值来表示，一般通过与标准规范的对照、以往电气设备故障造成火灾的过程、领导的主观认定、专家的打分、学员的问卷调查等方式来评定；通过综合评定，电气设备故障属于高风险的概率为0.6，属于较高风险的概率为0.3，属于中风险的概率为0.1，属于低风险的概率为0。按照相同的方式，可确定所有评价体系中的各个指标，从而得出所有指标的隶属关系矩阵：

其隶属关系如下表3所示。

表3 指标隶属关系

2.6 确定二级指标的评价值

以物料中电气设备故障为例，其因素评价值为：

因此所有因素指标评价值为：

同理可得，其余指标评价值如下表4所示。

表4 二级指标评价值

2.7 确定一级指标的评价值

(1) 指标的评价值确定后，确定子集的评价值有两种方法。一种是常规的加权平均法，一种是模糊矩阵法。二者本质意义上是相同的，只是外在计算方法的表现形式不同。

(3) 模糊矩阵法:首先确定出子集的隶属度矩阵，然后再采用矩阵计算方式求出各个子集的评价值。

子集评价值的计算方法为：

B1=A2∘B2

以材料为例，该子集的评价值为：

同理可得，人为、管理和环境的子集评价值分别为0.744、0.760和0.693，如下表5所示。

表5 一级指标评价值

2.8 确定整个系统的评价值

(1) 同样的道理，子集的评价值确定后，确定整个系统的评价值有两种方法。一种是常规的加权平均法，一种是模糊矩阵法。二者本质意义上是相同的，只是外在计算方法的表现形式不同。

(2) 加权平均法:所有子集的指标值与相应权值相乘后之和，即为该子集的评价值。

(3) 模糊矩阵法:首先确定出整个评价体系的隶属度矩阵，然后再采用矩阵计算方式求出整个评价体系的评价值，计算方法为：

最终得出本评价中系统的总体评价值为：

0.20×0.632+0.35×0.744+0.30×0.760+0.15×0.693=0.71875

表6 综合评价结果

2.9 评价结果分析

根据整体系统的评价值为0.72可知，明德楼的火灾危险性为较高风险，通过对最终评价的进一步分析可得，物料、人为、管理和环境这四个方面中更容易导致火灾发生的因素分别为电气设备、吸烟不慎、缺乏培训演练、天气干燥。因此针对以上分析，我们对于建筑里的电气设备要进行定期检查，并使其处于良好的使用环境，对于学生吸烟情况可设置专门的吸烟区以及规定不得乱扔烟头，同时还应适当进行消防培训演练，提高人们的自我消防意识，从而降低其火灾危险性。