基于事故樹的高層建筑火災(zāi)因素分析

基于事故樹的高層建筑火災(zāi)因素分析

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市的中軸線建筑越來(lái)越多。然而，高層建筑一開始就會(huì)起火，火災(zāi)蔓延迅速，救援困難，救援困難。近年來(lái)發(fā)生的許多高層建筑火災(zāi)造成了巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失。例如，2010年，上海靜安膠州路“11.15”號(hào)大型高層建筑大火造成58人死亡，71人受傷。因此，提高高層建筑系統(tǒng)的安全性尤為重要。本文通過(guò)對(duì)高層建筑火災(zāi)的分析，建立了基于高層建筑火災(zāi)的死亡模型。高層建筑火災(zāi)發(fā)生的機(jī)制，確定了火災(zāi)的主要影響因素，為預(yù)防和消防安全提供了基礎(chǔ)。1事域事故樹分析方法事故樹分析(FaultTreeAnalysis,FTA)是安全系統(tǒng)工程的重要分析方法之一,它按邏輯關(guān)系構(gòu)建,尋求防止結(jié)果發(fā)生的措施.事故樹分析首先由美國(guó)貝爾電話研究所于1961年為研究民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)時(shí)提出,1974年美國(guó)原子能委員會(huì)運(yùn)用FTA對(duì)核電站事故進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),發(fā)表了著名的《拉姆遜報(bào)告》.我國(guó)從1978年開始事故樹分析方法的研究,目前已在很多部門和企業(yè)進(jìn)行普及和推廣,并已取得大批成果,促進(jìn)了企業(yè)的安全生產(chǎn).事故樹分析根據(jù)對(duì)象系統(tǒng)的性質(zhì)和分析目的的不同,其分析程序也不同.事故樹分析的一般程序?yàn)?熟悉系統(tǒng)→調(diào)查事故→確定頂上事件→調(diào)查事故原因→繪制事故樹→定性分析→定量分析→制定安全措施,如圖1所示.2高層建筑事故樹的構(gòu)建根據(jù)事故樹編制原則,首先以“高層建筑火災(zāi)”作為頂上事件.頂上事件確定以后,調(diào)查分析造成頂上事件的各種原因,然后用相應(yīng)的事件符號(hào)和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T把它們從上到下分層連接起來(lái).在這個(gè)過(guò)程中將引起頂上事件的基本事件看作頂上事件,采取類似方法繼續(xù)推理向下分析,直到確定最基本的原因事件.以膠州路火災(zāi)事故為對(duì)象,根據(jù)調(diào)查報(bào)告及相關(guān)資料,該事故樹共考慮了17個(gè)基本事件,見表1.構(gòu)建的高層建筑火災(zāi)事故樹如圖2所示.3事故樹的定性分析3.1事故樹基本事件的最小割集事故樹定性分析的目的是根據(jù)事故樹的結(jié)構(gòu)查明頂上事件發(fā)生的途徑,確定頂上事件的發(fā)生模式、起因及影響程度,找出事故樹中基本事件的最小割集,為改善系統(tǒng)安全提供可選擇的措施.最小割集是指能夠引起頂上事件發(fā)生的最低數(shù)量的基本事件的集合.通過(guò)計(jì)算,本事故樹共有86個(gè)最小割集,見表2.3.2基本事件的發(fā)生概率相似時(shí)結(jié)構(gòu)重要度是從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度,即不考慮各基本事件發(fā)生概率,或認(rèn)為各基本事件發(fā)生概率相等時(shí),分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的影響.運(yùn)用近似計(jì)算公式對(duì)結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行計(jì)算,近似計(jì)算公式為式中:Iφ(i)為第i個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù);nj為第i個(gè)基本事件所在Cj的基本事件總數(shù).由上述結(jié)果可知,基本事件X12、X17、X18對(duì)于高層建筑火災(zāi)事故來(lái)說(shuō)比較重要.4基本事件概率重要度的計(jì)算事故樹定量分析主要包括概率重要度分析和臨界重要度分析.概率重要度是考慮基本事件發(fā)生概率的變化會(huì)給頂上事件發(fā)生概率以多大影響;概率重要度分析是利用頂上事件發(fā)生概率Q函數(shù)為一個(gè)多重線性函數(shù)這一性質(zhì),通過(guò)對(duì)自變量qi求偏導(dǎo)數(shù),得出該基本事件的概率重要度系數(shù),即臨界重要度是從敏感度和概率雙重角度衡量各基本事件的重要度標(biāo)準(zhǔn).其定義式為臨界重要度與概率重要度系數(shù)的關(guān)系為由于相關(guān)的高層建筑火災(zāi)致因數(shù)據(jù)庫(kù)還沒有建立,基本事件發(fā)生的概率、各基本事件對(duì)頂上事件的重要程度都難以計(jì)算獲得.可以考慮采用假設(shè)的概率對(duì)高層建筑火災(zāi)中各基本事件的概率重要度和臨界重要度進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)而推測(cè)各基本事件對(duì)于頂上事件的重要程度.本文進(jìn)行3種典型情況的假設(shè).1)第1種情況:考慮所有基本事件概率均為0.1的情況,計(jì)算概率重要度大小和順序.2)第2種情況:考慮其他基本事件概率不變,結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)最大的3個(gè)基本事件X12、X16、X17的概率均為0.05時(shí),計(jì)算概率重要度的大小和順序.3)第3種情況:考慮其他基本事件概率不變,結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)最大的3個(gè)基本事件X12、X16、X17的概率均為0.05,結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)最小的兩個(gè)基本事件X3,X7(由于基本事件X11,X13的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)為0,對(duì)頂上事件沒有影響,故此處選擇了基本事件X3,X7)的概率均為0.2時(shí),計(jì)算概率重要度的大小和順序.對(duì)比上述3種情況可以發(fā)現(xiàn):1)當(dāng)所有基本事件的概率均為0.1時(shí),基本事件X12、X16、X17是概率重要度和臨界重要度最大的3個(gè)基本事件.2)當(dāng)其他基本事件的概率均為0.1,基本事件X12、X16、X17的概率均變?yōu)?.05時(shí),所得到的基本事件的概率重要度和臨界重要度的大小順序與所有基本事件的概率為0.1時(shí)一樣.3)在第2種情況的基礎(chǔ)上,將基本事件X3、X7的概率由0.1變?yōu)?.2,此時(shí)得到的基本事件的概率重要度的大小順序與所有基本事件概率為0.1時(shí)一樣,基本事件X3、X7的臨界重要度(0.490123)略大于X16、X17的臨界重要度(0.486100).在這種情況下,基本事件X3、X7的概率是基本事件X12,X16和X17的概率的4倍,可以認(rèn)為基本事件X16、X17的重要程度相對(duì)于基本事件X3、X7是較高的.通過(guò)上面3種情況分析,可以看出,基本事件X12(自動(dòng)噴淋設(shè)備失效/未安裝)、X16(消防設(shè)備缺乏日常管理)和X17(高層建筑消防配置過(guò)低)的重要程度相對(duì)于其他基本事件要大很多,降低其發(fā)生概率能使頂上事件的發(fā)生概率迅速降低,較其他基本事件能更有效地防控高層建筑火災(zāi).5安裝、消防設(shè)備不足,加強(qiáng)居民消防安全意識(shí)從事故樹定性分析和定量分析的結(jié)果可知,防止高層建筑火災(zāi)事故引起重大人員財(cái)產(chǎn)損失,要從火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)就撲滅火源,防止火勢(shì)蔓延入手,防止基本事件的發(fā)生;對(duì)重要度系數(shù)較大的事件,如自動(dòng)噴淋設(shè)備失效/未安裝、消防設(shè)備缺乏日常管理、高層建筑消防配置過(guò)低等,應(yīng)采取積極措施.1)加強(qiáng)高層建筑的消防配置,特別是民用消防配置,對(duì)高層建筑,應(yīng)配置自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)噴淋裝置、消防通道隔離門等消防設(shè)備,提高消防裝備和施救能力.2)擴(kuò)大城市供水網(wǎng)絡(luò),解決高層建筑火災(zāi)時(shí)消防供水量不足的問題.3)提高高層建筑居民消防知識(shí),安排高層建筑居民消防演習(xí),提高居民自救知識(shí)和能力.4)建立消防設(shè)備日常檢驗(yàn)和維護(hù)的規(guī)章制度,并制定完善高層建筑火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案.5)加強(qiáng)建筑材料安全檢查,嚴(yán)禁使用易燃材料作為建筑材料或者裝修材料.6)加強(qiáng)高層建筑裝修工人等工作人員的安全培訓(xùn),沒有相關(guān)職業(yè)證書的人員不得上崗工作.6高層建筑火災(zāi)事故樹分析運(yùn)用安全系統(tǒng)工程中的事故樹模型對(duì)高層建筑火災(zāi)事故進(jìn)行了分析,得到了事故樹的最小割集.通過(guò)定性分析和定量分析確定了對(duì)高層建筑影響較大的基本事件,對(duì)這些基本事件加以控制可以有效地降低高層建筑火災(zāi)的發(fā)生概率,對(duì)于減少高層建筑火災(zāi)事故的人員財(cái)產(chǎn)損失具有重要作用.從相關(guān)的計(jì)算結(jié)果可以分析得出:1)事故樹作為安全系統(tǒng)工程的重要研究方法,在安全生產(chǎn)、安全管理方面能發(fā)揮重大作用,運(yùn)用在高層建筑火災(zāi)研究上具有