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文檔簡介

高層建筑火災風險分析文獻綜述1. 概述近年來,隨著我國城市建設(shè)的步伐加快,建筑用地日益緊張,使建筑物向高空發(fā)展,城市的高層、超高層建筑數(shù)量日益增多。截止2011年底,我國高層建筑數(shù)量超過162000棟,其中超高層建筑高達1500余棟1。與此同時,我國高層建筑火災也呈不斷上升的趨勢,而且火災規(guī)模越來越大,危害也越來越嚴重。據(jù)中國消防年鑒2統(tǒng)計,20022006年7年間全國共發(fā)生高層建筑火災1054起,而20072009年僅3年全國就發(fā)生了2040起,增長了3.5倍。同時由于高層建筑人群高度密集、財產(chǎn)高度集中,其火災發(fā)生給人民群眾的生命財產(chǎn)造成了巨大損失。據(jù)公安部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)表明,我國城市社區(qū)火災逐年呈明顯上升趨勢,尤其是高層建筑火災占相當比例3,因此針對高層建筑現(xiàn)有的火災隱患狀況、分析評價其風險,并提出有效對策具有重要的現(xiàn)實意義。2. 高層建筑火災特點及其風險綜述2.1 高層建筑火災特點通過閱讀大量的文獻以及國內(nèi)外的一些典型高層建筑火災案例4-12得出,高層建筑火災的主要特點是蔓延迅速,易形成煙囪效應(yīng),極易向上迅速蔓延,導致數(shù)個樓層同時燃燒,形成立體火災,而且熱煙毒氣危害嚴重,直接威脅著人們的生命安全。其火災特點可以概括為以下四個方面。1) 火勢蔓延途徑多,速度快,危害嚴重2) 安全疏散困難,容易造成群死群傷事故3) 空間和功能復雜,起火因素多4) 消防滅火設(shè)施不夠完備,撲救困難2.2 高層建筑火災風險分析通過查閱相關(guān)文獻7-15及我國的數(shù)起重特大高層建筑火災事故案例分析可知,當前我國高層建筑面臨的火災風險主要表現(xiàn)在以下幾個方面:火災從外墻面突破防火分區(qū)、火災從建筑內(nèi)部突破防火分區(qū)、疏散通道安全可靠性不夠。此外,防火分區(qū)內(nèi)部的房屋或功能區(qū)域大量使用可燃或易燃的裝修材料、家具組件及電器,以及存放大量可燃物品也給高層建筑帶來了潛在的火災隱患。3.2.1 火災從外墻面突破防火分區(qū)1) 外墻保溫材料及系統(tǒng)阻止火焰蔓延的能力不足2) 幕墻系統(tǒng)的防火設(shè)計存在缺陷3) 廣告裝飾牌的設(shè)置缺乏必要的防火規(guī)定4) 陽臺雨棚的防火要求不明確3.2.2 火災從內(nèi)部突破防火分區(qū)火災從建筑內(nèi)部突破防火分區(qū)是建筑火災水平、垂直蔓延的主要途徑。在高層建筑火災事故案例中發(fā)現(xiàn),建筑往往存在防火分區(qū)開口處的防火門、防火卷簾的安裝使用不正確問題和建筑中各種豎向管井和孔洞未按規(guī)范要求嚴格封堵或者封堵不合理的問題。3.2.3 疏散通道被燃燒煙氣封鎖盡管我國建筑設(shè)計防火規(guī)范針對疏散樓梯、避難層(間)和防火門(窗)進行了相關(guān)規(guī)定,但是從近年來國內(nèi)高層建筑發(fā)生的一系列惡性火災事故來看,我國高層建筑疏散樓梯、避難層(間)的安全性和防火門(窗)在實際使用過程中的可靠性還存在一些問題。主要表現(xiàn)為:封閉樓梯間、防煙樓梯間及前室所用的防火門不能保持關(guān)閉狀態(tài);防火門不具備防煙功能。3.2.4 滅火救援能力無法達到相應(yīng)的高度我國現(xiàn)有消防車的供水能力和供水器材的耐壓強度一般達不到高層建筑的高度,且現(xiàn)有固定消防設(shè)施無論在研發(fā)、設(shè)計上,還是在施工、管理方面,都存在一定的缺陷,舉高消防車和消防直升機由于受施展空間的限制,其作用也有限。3.2.5 人員密集場所的火災風險高層建筑層數(shù)多,面積大,可燃和易燃材料多,且人員集中,建筑結(jié)構(gòu)復雜,一旦發(fā)生火災,火勢會迅速蔓延,而疏散十分困難,對人員的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重的威脅。3. 國內(nèi)外火災風險評價研究現(xiàn)狀綜述3.1 國外研究現(xiàn)狀20 世紀 80 年代中期,加拿大國家研究院(National Research Council of Canada,NRCC)在渥太華建造了一座 10 層火災研究實驗塔,用于開展煙氣控制系統(tǒng)的全尺寸實驗研究,并出版了煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計一書,其內(nèi)容包括煙氣控制系統(tǒng)基本概念、計算機分析、樓梯間加壓、區(qū)域煙氣控制以及一些可以接受的測試方法等,為暖通工程師進行防火設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)指導。1990年,美國提出評估特定場所內(nèi)使用產(chǎn)品火災風險的FRAMEworks方法16。1992 年美國提出了第一個被廣泛采用的防火安全分析與設(shè)計的性能化方法:“火災致?lián)p評估(FIVE:FireInduced Vulnerability Evaluation)方法” 17。1993年,美國提出了建筑防火評估方法(The Building Fire Safety EvaluationMethod, BFSEM )18。澳大利亞提出風險評估模型(RAM:Risk Assessment Modeling)19。1994年,Satoh等人也對高層建筑內(nèi)中庭大空間內(nèi)煙氣運動進行了一些小尺寸和全尺寸的煙氣研究。英國的用來評估住宅人員生命安全的Crisp II20 。1995年,日本提出了建筑物綜合防火安全設(shè)計方法21。加拿大提出了FIRECAM方法22。1998年,澳大利亞提出了新的風險評估模型(CESARE-RISK模型)23。2000 年 Tanaka等人利用小尺寸豎井實驗臺,對豎井結(jié)構(gòu)煙氣羽流特性進行了一些實驗研究,利用簡單的量綱分析僅提出了開放豎井內(nèi)煙氣羽流上升時間的確定因素。2004年Chow對豎井內(nèi)煙氣運動進行了尺度模擬,推算出了相應(yīng)煙氣運動時間經(jīng)驗公式。目前,國外高層建筑防火研究主要研究火災中煙氣運動規(guī)律及控制理論。研究方法主要采用理論模擬方法和實驗方法。RONALDGREHM 等建立了評估世界貿(mào)易中心火災行為的模型。3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國關(guān)于火災風險評估的研究相對發(fā)達國家起步較晚,但隨著近年來與國外相關(guān)研究機構(gòu)的交流,目前已經(jīng)開展了火災風險評估方面的研究,并取得了一定的成果。1989年,中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室的成立標志著我國的火災基礎(chǔ)科學研究邁出了新的一步。1995年,范維澄等24運用火災規(guī)律雙重性理論,探討建筑火災綜合模擬評估的理論框架,以影院、會堂類大空間建筑為例,運用一些可調(diào)試的模擬方法、統(tǒng)計分析及其模型,給出了在火災評估具體環(huán)節(jié)和應(yīng)用程式上的量化描述。1996年,公安部天津消防研究所開始研究火災模擬的相關(guān)方法。特別是在“九五”期間,公安部天津消防研究所在國外相關(guān)程序的基礎(chǔ)上,開發(fā)了主要針對大型地下商場人員疏散的模型Egress,該模型在考慮人流方面具有突出的特點。1998年,由加拿大國家研究委員會研究的計算機風險費用評估模型被用來標明高層辦公建筑的經(jīng)濟合理的防火設(shè)計(火災風險評估與費用估價模型)是一種用于評估建筑內(nèi)部居住者生命風險和預期的財產(chǎn)損失的計算機模型25。2001年,韓新26等以性能化建筑設(shè)計防火規(guī)范為背景,以消防安全工程學的實際發(fā)展水平和我國現(xiàn)行建筑設(shè)計防火規(guī)范為基礎(chǔ),初步建立了建筑火災危險性評估性能化方法的基本框架,確定了此框架所應(yīng)具有的基本假定、主要特性、功能和三角形模塊結(jié)構(gòu),系統(tǒng)闡述了相應(yīng)評估方法的基本內(nèi)容。2002年,杜紅兵27等針對高層建筑火災的安全問題,參考高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范并征求有關(guān)專家意見,建立了高層建筑火災風險的多級多層次評價因素集,運用層次分析法確定了各評價因素的權(quán)重。根據(jù)模糊綜合評價原理提出了高層建筑火災風險的模糊綜合評價模型,并應(yīng)用此模型對某高層建筑的火災風險進行了評價,得到此建筑的火災安全等級。2003年,王鵬飛28等應(yīng)用模糊數(shù)學方法對商場火災進行了研究,建立了評價商場火災的模糊評價模型,并討論了指標體系的建立及量化和權(quán)重的處理方法。徐敏等29通過對模糊綜合評價和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價進行分析比較,表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)的處理方法更符合火災風險評價的非線性特征。針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷入局部極小而引起評價指標權(quán)值分布不合理的缺陷,提出運用遺傳算法克服神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷,在此基礎(chǔ)上建立了基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑火災風險評價模型,研究實例證明了此模型的可行性。2004年,盧兆明等30將灰色系統(tǒng)中的灰關(guān)聯(lián)分析方法與高層建筑中對火災風險有影響的因子相結(jié)合,建立了高層建筑火災風險評估的灰關(guān)聯(lián)評估模型。在該模型中對權(quán)重的選取、多層次的灰關(guān)聯(lián)綜合評判進行了方法上的研究,最后對高層建筑火災風險評估進行了實例分析。 2006年,王振等31應(yīng)用區(qū)間層次分析法(IAHP)對高層建筑火災安全因素進行了研究。2007年,毛春艷等32應(yīng)用物元分析法對高層建筑火災風險進行了研究。2008年,毛春艷等33應(yīng)用多級物元分析法對高層建筑火災風險進行了研究。2009年,徐少波34針對高層建筑消防設(shè)計的一系列問題,根據(jù)大型高層建筑火災風險的22個評價指標并根據(jù)實際問題確定了因素分類,建立起高層建筑火災風險評估的灰色關(guān)聯(lián)評估模型。2010年,萬金寶等35應(yīng)用灰色模糊綜合評估法對高層建筑火災風險評估進行了研究。2011年,龍騰騰6等在借鑒了事故致因理論的基礎(chǔ)上,對高層建筑火災風險進行了全面的分析。辛晶等36基于云理論的基礎(chǔ)建立了云模型,運用該模型對高層建筑火災風險進行了評估。2012年,王旭文11均采用了事故樹分析的方法對高層建筑火災風險進行評估分析。2013年,曹功立37將模糊數(shù)學中相關(guān)原理引入到層次分析法中,通過構(gòu)建FAHP-FCE模型對高層建筑火災風險進行評估目前,基于火災動力學與小樣本統(tǒng)計理論耦合的火災風險評價方法是未來的發(fā)展方向。如何結(jié)合動力學理論與統(tǒng)計理論,發(fā)展建立在對火災演化機理和規(guī)律認識基礎(chǔ)上的事故樹分析等危險性統(tǒng)計評價方法,是火災風險方法學的重要研究課題。4. 本文的研究內(nèi)容及方法4.1 研究技術(shù)路線圖評估模型確定高層建筑火災風險安全評估模型高層建筑火災風險事故樹分析指標體系的建立高層建筑火災風險模糊綜合評價模型AHP結(jié) 論應(yīng)用案例分析檢驗文獻綜述撰寫論文國外建筑火災風險分析研究現(xiàn)狀國內(nèi)建筑火災風險分析研究現(xiàn)狀高層建筑火災特點及風險分析高層建筑火災風險分析研究目標:通過理論分析及火災評估方法對高層建筑火災風進行分析研究資料收集著作期刊網(wǎng)絡(luò)檢索高層建筑火災事故案例及評價方法研究與高層建筑火災風險研究相關(guān)的前人研究的成果有關(guān)高層建筑火災防控等書籍標準及年鑒高層建筑防火設(shè)計的標準及中國消防年鑒圖1研究技術(shù)路線圖4.2 主要研究內(nèi)容本文在前人研究的基礎(chǔ)上,運用安全系統(tǒng)工程、建筑防火、人機工程學等安全工程的相關(guān)專業(yè)知識,統(tǒng)計歸類高層建筑火災的特點及各種風險,得出引發(fā)高層建筑火災的主要原因和起火的重點部位。采用事故樹分析方法,應(yīng)用安全系統(tǒng)工程理論,判斷特定事故,對頂上事件進行演繹分析,層層剖析其發(fā)生的基本原因和典型故障,預測引發(fā)高層建筑重大或特大火災事故的可能事件。采用定性和定量分析相結(jié)合的方法,對高層建筑火災風險進行評估分析,并對易失控的初始事件進行量化,得出預防高層建筑火災基本事件結(jié)構(gòu)的重要度順序。結(jié)合上述事故樹分析法辨識出的火災風險,運用事故致因理論和相關(guān)的安全分析方法尋找出各指標之間的層次關(guān)系,從而建立一套完整、科學的指標體系。指標的選取是模型建立的基礎(chǔ),本文通過文獻綜述,政府相關(guān)消防規(guī)定,事故樹分析等總結(jié)出了各項指標,并對每個指標做出詳細說明,以驗證其正確性和合理性。選擇合適的理論和方法對指標進行篩選并對指標的有效性進行驗證是保證評價結(jié)果客觀準確的關(guān)鍵,這是本文重點討論的內(nèi)容?;谀:恢屡袛嗑仃嚨膶哟畏治龇ê湍:C合評價兩種方法相結(jié)合對高層建筑火災風險進行評價也是文章內(nèi)容的主要內(nèi)容。最后,本文通過典型案例分析將兩方面聯(lián)合起來以對高層建筑的火災風險進行評估,以驗證模型的科學性與實用性,為高層建筑在火災防治方面提供參考。4.3 主要研究方法本文首要方法:事故樹分析方法、層次分析法和模糊綜合評價法;支持方法有:文獻資料法、綜合分析法、調(diào)查法、經(jīng)驗案例實證法;輔助方法:圖表法、定性和定量方法。首先查閱國內(nèi)外關(guān)于火災風險評估的文獻,了解國內(nèi)外關(guān)于高層建筑火災風險評估的研究情況,然后通過對比分析目前主要的火災風險評估方法存在的問題,確定本篇論文所要采用的研究方法,即事故樹分析法、層次分析法與模糊綜合評價相結(jié)合的方法,建立相應(yīng)的評估模型。最后采用案例分析法,選取典型案例,以實證研究驗證方法的科學性及合理性。4.4 創(chuàng)新點及局限性1) 創(chuàng)新點高層建筑火災風險評價指標體系的建立。在把握指標體系構(gòu)建的六個基本原則的基礎(chǔ)上,結(jié)合高層建筑火災的特點與事故樹分析結(jié)果,運用事故致因理論及相關(guān)的安全分析方法,參照文獻綜述確定了影響高層建筑火災風險的若干指標。指標確定之后,經(jīng)過分析篩選,對指標進行信度和效度分析,建立了行之有效的指標體系。本文首次提出將事故樹分析法、層次分析法和模糊綜合評價結(jié)合起來的評價方法。首先通過事故樹分析法對風險進行了首次定性、定量分析,在此系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上建立了高層建筑火災風險評價指標體系,然后采用層次分析法和模糊綜合評價確定了模糊綜合評價模型,最后通過典型案例分析,驗證模型在研究火災風險方面的適用性。2) 局限性高層建筑結(jié)構(gòu)越來越復雜,評估指標之間的耦合性越來越大,因此,還需進一步研究高層建筑物火災風險評估指標體系和各評價指標的標準值。5. 小結(jié)結(jié)合高層建筑火災特點、風險分析與國內(nèi)外高層建筑火災風險研究現(xiàn)狀,以及頻繁發(fā)生的火災安全事故給社會帶來的巨大的人和物的損失,本文提出了將事故樹分析法、層次分析法和模糊綜合評價結(jié)合起來的評價方法。然后,介紹了文章所使用的研究內(nèi)容,研究方法和技術(shù)路線,最后對于文章的研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點也做了簡要介紹。參考文獻1盧國建.高層建筑及大型地下空間火災防控技術(shù)M.北京:國防工業(yè)出版社,2014:1-3.2公安部消防局.中國消防年鑒M.香港:國際文化出版社,2012.3陳炳龍.高層建筑大廈防火安全淺析J.安全管理,2005(2):30-31.4王劍文,曹剛.當前我國高層建筑消防安全管理現(xiàn)狀及對策研究J.中國應(yīng)急救援,2013(5):18-20.5陳景來.高層建筑火災成因及預防對策分析J.低溫建筑技術(shù),2014(2):149-1506龍騰騰,王輝東,王秋華,張輝.高層建筑火災事故致因理論模型構(gòu)建及研究J.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù),2011,7(5):16-17.7孫建東.關(guān)于高層建筑火災事故的防控措施探析J.科技創(chuàng)新導報,2015(1):232-233.8高漢卿.淺談高層建筑存在火災危險性J.江西化工,2014(1):224-2259魯磊,洪克寬,楊慶軍,鄒媛.高層建筑火災特性與防控對策研究J.火災科學,2010(2):92-94.10肖冰.高層建筑典型功能區(qū)火災風險分析與人員逃生研究D.廣州:華南理工大學,2010:4-5.11王旭文.對高層建筑火災風險的分析及對策研究J.中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(4):164.12倪明.超高層民用建筑火災危險性分析和火災防范J.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2014(8):28-30.13鄭樂.高層建筑火災風險分析及對策研究J.中國安全科學學報, 2009 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