建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的數(shù)學(xué)模型研究

1、建筑火災(zāi)的貨幣等價(jià)數(shù)學(xué)模型評估方法初探方甫兵1 白羽 1(1昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650051摘要:本文首先回顧了建筑火災(zāi)評估的幾種常用方法和其數(shù)學(xué)模型,然后對其評估方法和數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用作了簡單的介紹,最后提出了自己的建筑火災(zāi)評估方法和建筑火災(zāi)的貨幣等價(jià)數(shù)學(xué)模型,并作了詳細(xì)的闡述。 關(guān)鍵詞:建筑火災(zāi)評估;貨幣等價(jià);數(shù)學(xué)模型0:引言火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估是建筑物性能化放防火設(shè)計(jì)的依據(jù),是消防設(shè)施和消防力量分布,城市規(guī)劃的根據(jù),也是科學(xué)消防決策的依據(jù),其重要性是不言而喻的,國內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估始于八十年代,建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估其核心是評估的數(shù)學(xué)模型,國內(nèi)外的建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法不一,在半定量評估方法

2、中,其評估數(shù)學(xué)模型也五花八門。應(yīng)用半定量評估的建筑火災(zāi)評估時(shí),能不能用一種普遍通用的半定量評估方法,建立統(tǒng)一的評估數(shù)學(xué)模型?本文在這方面提出了自己的方法,試圖用等價(jià)貨幣的思想,建立相應(yīng)的評估數(shù)學(xué)模型,試圖形成統(tǒng)一的建筑火災(zāi)評估方法。1:建筑火災(zāi)常用評估方法根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的場合不同,火災(zāi)主要分為建筑火災(zāi)、森林草原火災(zāi)、化工煤礦火災(zāi)和交通工具火災(zāi)等類型。建筑火災(zāi)有自己的特點(diǎn):建筑是人類居住、人口較高度密的場所,也是人類財(cái)富聚集的地方,特別是隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展出現(xiàn)的大中城市和城市中的高層建筑是人、財(cái)、物的高密區(qū)。建筑火災(zāi)發(fā)生往往會引起人口傷亡和財(cái)物損失嚴(yán)重。建筑由于結(jié)構(gòu)形式和使用功能的多樣性,火災(zāi)

3、評估的方法很多,以下是幾種常用的建筑火災(zāi)評估方法:1.1根據(jù)建筑的使用功能不同相應(yīng)建立的火災(zāi)評估有:監(jiān)獄建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估【1】,商貿(mào)市場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估【2】賓館火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估【3】等。1.2根據(jù)建筑所處位置不同的區(qū)域火災(zāi)評估有:蘇州古城區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行等級劃分【4】,開封市火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分析【5】等。2:建筑半定量火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的主要數(shù)學(xué)模型半定量火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法通過建立的數(shù)學(xué)模型將對象的危險(xiǎn)狀況表示為某種形式的風(fēng)度值,從而區(qū)分出火災(zāi)的危險(xiǎn)程度。近幾年來,隨著小樣本火災(zāi)事件統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)學(xué)研究的不斷深入,半定量的分析方法已成為發(fā)展較快的評估方法。2.1基于模糊數(shù)學(xué)的層次分析法層次分析法(Analy

4、tical Hierarchy Process,簡稱AHP ,是一種有效多目標(biāo)的分析方法,把決策規(guī)劃過程中定性分析和定量分析有機(jī)結(jié)合起來,用一種統(tǒng)一方式進(jìn)行優(yōu)化處理。應(yīng)用AHP 主要有這樣的三個(gè)步驟:首先,按照因素的相互關(guān)系和隸屬關(guān)系,依不同層次聚集組合,形成多層次的分析結(jié)構(gòu)模型;其次根據(jù)專家打分給每一層次的相對重要性給予量化處理確定權(quán)中系數(shù),形成評估數(shù)學(xué)模型模糊矩陣,應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的方法,檢驗(yàn)一致性,直到滿意結(jié)果;最后根據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn)和模糊計(jì)算,給出評估結(jié)果。此方法存在的主要問題:(1檢驗(yàn)一致性非常困難,一致性標(biāo)準(zhǔn)0.1缺少科學(xué)依據(jù);(2考慮因素繁多,權(quán)中系數(shù)較難確定等。2.2Gustav 法【6

5、】火災(zāi)危險(xiǎn)性包括對建筑物本身的破壞及建筑物內(nèi)部人員和財(cái)產(chǎn)損失兩個(gè)方面,常把火災(zāi)對建筑物本身的破壞用GR 表示,火災(zāi)對建筑物內(nèi)人員的傷害和財(cái)產(chǎn)損壞用IR 表示,二個(gè)方面的危險(xiǎn)度共同決定了建筑物的危險(xiǎn)度。2.2.1Gustav 法建筑物的風(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)學(xué)模型火災(zāi)危險(xiǎn)度GR 的數(shù)學(xué)模型: i i(B L W R M Q C Q GR += (1式中Q M 為可移動的火災(zāi)負(fù)荷因子,表示建筑物室內(nèi)可移動燃燒物對GR 的影響,此值由火災(zāi)平均密度確定。C 為易燃性因子,表示可燃物的易燃性能,此值由可燃物等級確定。B 為火災(zāi)區(qū)域及位置因子,表示建筑物火災(zāi)區(qū)域?qū)缁鸹顒与y易程度的影響,此值由滅火活動難易程度決定。L

6、 為滅火速度因子,表示滅火設(shè)施及人為滅火能力的因素,此值由滅火能力等級決定.。W 為建筑物耐火因子,表示建筑物的耐火能力,此值由耐火能力等級決定。R i 為危險(xiǎn)度減少因子,表示火災(zāi)危險(xiǎn)度下降因子。Gustav 法建筑物的人和物風(fēng)險(xiǎn)分析數(shù)學(xué)模型。建筑內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)度IR 的數(shù)學(xué)模型IR H D F = (2 H 為人員受危險(xiǎn)因子,表示建筑物內(nèi)人員對建筑物疏散通道的熟悉程度,人員多少,自救能力。 D 為財(cái)產(chǎn)危險(xiǎn)因子,表示建筑物內(nèi)財(cái)產(chǎn)的價(jià)值,數(shù)量和損失情況,此值由財(cái)產(chǎn)受危險(xiǎn)程度決定。 F 為煙氣因子,表示煙氣的毒性,濃度及危害性程度,此值由煙氣的危險(xiǎn)程度決定。2.2.2建筑物本身及人和物風(fēng)險(xiǎn)評估的綜合數(shù)

7、學(xué)模型【7】(,A BR f A B C C += (3此數(shù)學(xué)模型表示公共建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)(R是由建筑物固有風(fēng)險(xiǎn),建筑物內(nèi)人員風(fēng)險(xiǎn)(B,以及控制風(fēng)險(xiǎn)能力(C三個(gè)因素共同決定, 、為無量剛系數(shù)。A 與建筑物可燃物荷載,可燃物易燃性能、建筑物面積以及火災(zāi)蔓延難易程度等因素相關(guān)。B 與建筑物內(nèi)人員數(shù)量、發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生煙氣毒性的大小、人員特征、建筑物消防設(shè)置等因素相關(guān)。C 與消防隊(duì)滅火能力、消防隊(duì)與建筑物之間距離、建造物高度、建筑物消防設(shè)施等因素相關(guān)。2.3.作業(yè)條件危險(xiǎn)性評估法【8】作業(yè)條件危險(xiǎn)性評估法是一種簡單化了的,評估建筑物內(nèi)人員在具有潛在危險(xiǎn)性環(huán)境中的半定量評估方法,作業(yè)條件危險(xiǎn)性評估法用與系統(tǒng)

8、風(fēng)險(xiǎn)評估的三種因素指標(biāo)之積來評估工作人員風(fēng)險(xiǎn)大小,其數(shù)學(xué)模型為D LEC = (4 D 為風(fēng)險(xiǎn)性的大小L 為事故發(fā)生的幾率E 為人員在危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度C 為事故發(fā)生后可能造成的后果2.4其他常用評估方法張一先等應(yīng)用事件樹概率不確定的數(shù)學(xué)模型對商場火災(zāi)作了半定量的分析【9】 。美國道(DOW化學(xué)公司依據(jù)以往事故的統(tǒng)計(jì)資料、物質(zhì)的潛在能量和現(xiàn)行安全防火措施建立危險(xiǎn)逐步推算的數(shù)學(xué)模型指數(shù)評估法【8】42-83。2.5.以上建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的共同點(diǎn):1.數(shù)學(xué)模型的建立不統(tǒng)一,種類多以上公式(1到(4這些評估建立的數(shù)學(xué)模型各有特點(diǎn),還有更多的數(shù)學(xué)模型,可見種類多。2.評估標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,主觀性強(qiáng)評估標(biāo)準(zhǔn)

9、有的根據(jù)優(yōu)良差等級付值法給出標(biāo)準(zhǔn),有的是根據(jù)規(guī)范查表法給出相應(yīng)的數(shù)值,或是根據(jù)專家打分和經(jīng)驗(yàn)給出評估標(biāo)準(zhǔn).這些評估標(biāo)準(zhǔn)受客觀因素影響大,帶有較強(qiáng)的主觀性。3:火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析法李楨把項(xiàng)目管理學(xué)科中的風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析法引進(jìn)火災(zāi)評估【10】,建立火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣,如圖一, 概火災(zāi)事件發(fā)生概率高低概評估陣矩風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)火圖一利用象限分析法:第一象限:易發(fā)生,損失不大;第二象限:易于發(fā)生,損失巨大,火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高的象限;第三象限:不易發(fā)生,即使發(fā)生損失也不大;第四象限:不易發(fā)生,一旦發(fā)生就造成極大的損失。矩陣分析法:在矩陣上繪制出風(fēng)險(xiǎn)性“等高線”,表示在同一條等高線上火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性相等。在矩陣上劃分底風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)

10、險(xiǎn)三個(gè)區(qū),此方法是定性的分析方法。本文提出了定量的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法,更加直觀的風(fēng)險(xiǎn)表示方法為消防和決策及相關(guān)部門提供依據(jù)。4.貨幣等價(jià)評估數(shù)學(xué)模型火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)通常認(rèn)為具有二個(gè)基本要素:發(fā)生火災(zāi)事件的可能性即幾率,另一個(gè)因素是火災(zāi)事件發(fā)生后引起的人、財(cái)、物等的傷亡和損失以及引起的社會不利影響。因此,火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)通常定義為:火災(zāi)事件發(fā)生的幾率乘以火災(zāi)引起的損失期望值來衡量。1.火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度數(shù)學(xué)表達(dá)式其數(shù)學(xué)基本表達(dá)式如下:i (P R=i i C C (5R 為火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)程度,i P 為某個(gè)火災(zāi)發(fā)生的概率,i C 為該事件發(fā)生的損失,C 為抵抗風(fēng)險(xiǎn)能力。2.建筑火災(zāi)引起的主要損失火災(zāi)發(fā)生后,往往會造成人、財(cái)

11、、物等的傷亡和損失以及社會的不利影響等無形損失。2.1人員的傷亡(人C 1火災(zāi)的發(fā)生往往會對人員造成傷害和死亡,甚至群傷群亡,其損失可以根據(jù)一個(gè)人一生的收入計(jì)算表示。2.2財(cái)產(chǎn)的損失(財(cái)C 2和建筑物的破壞(物C 3根據(jù)設(shè)備、家具等財(cái)物的價(jià)值,直接用貨幣等價(jià)表示。2.3環(huán)境的破壞C 4火災(zāi)對環(huán)境的破壞主要是有毒氣體的釋放,對大氣層以及事發(fā)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的不利影響。對環(huán)境的破壞程度主要可以按其恢復(fù)時(shí)間來計(jì)算,結(jié)合火災(zāi)產(chǎn)物以及火災(zāi)過程釋放的毒氣,對土壤、水、大氣的污染,選定相應(yīng)的等價(jià)貨幣值表示。2.4社會的不利影響C 5主要有生產(chǎn)、生活的中斷、合同的終止、給人民造成的心靈傷害等無形損失,其損失可以由法庭

12、判決類似案件的賠償金額計(jì)算表示。3.建筑火災(zāi)抵抗能力建筑火災(zāi)控制能力與消防力度、消防設(shè)備等抵抗火災(zāi)能力因素有關(guān),基于以往的建筑火災(zāi)發(fā)生條件概率為單位“1”,如果消防力度、消防設(shè)備等抵抗火災(zāi)能力因素提高一倍,其余條件相同的情況下,建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度下降一倍。4.建筑火災(zāi)概率Pi計(jì)算可以根據(jù)火災(zāi)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),對每個(gè)火災(zāi)事件發(fā)生的概率Pi計(jì)算得到。5.給出貨幣等價(jià)結(jié)果表示火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度火災(zāi)引起的損失用貨幣形式表示出來.根據(jù)公式(1計(jì)算出火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的等價(jià)貨幣形式表示形式,計(jì)算出單體建筑或建筑區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度,此方法也適合森林與草原火災(zāi),化工煤礦火災(zāi)及交通工具火災(zāi)等應(yīng)用。5:結(jié)束語建筑火災(zāi)評估貨幣等價(jià)評估數(shù)

13、學(xué)模型方法根據(jù)常用的半定量方法總結(jié)提出來的.但與以往的評估數(shù)學(xué)模型又有獨(dú)道之處,此方法只在理論上的分析,其科學(xué)性還要在實(shí)際工程中應(yīng)用檢驗(yàn)。參考文獻(xiàn):1張樹平,馮需.監(jiān)獄建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估研究J.消防科學(xué)和技術(shù),2007,26(4:399-4012楊陽,王鐵松,周傳賢.商貿(mào)市場火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法J.中國安全生產(chǎn)科學(xué)和技術(shù),2007,3(4:95-983黃濤.賓館火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估初探.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)J,2007, 24(1:75-774張一先,卞志浩.蘇州古城區(qū)火災(zāi)危險(xiǎn)性分級初探J.消防科技與產(chǎn)品信息,2003,2:10-125揚(yáng)立.開封市火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分析D.碩士學(xué)位論文.西安:西安建筑科技大學(xué),20056范維澄,孫金華,陸守香等著.火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法學(xué)M.北京,科學(xué)技術(shù)出版社,200