基于物元可拓方法的高層建筑防火系統(tǒng)安全評估

雷中英，陳 微 (長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院, 湖北 荊州 434023)

基于物元可拓方法的高層建筑防火系統(tǒng)安全評估

雷中英，陳 微 (長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院, 湖北 荊州 434023)

采用物元可拓方法分析建立了高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評估的可拓評價模型，計算綜合關(guān)聯(lián)度，把火災(zāi)風(fēng)險評估中定性因素與定量因素相結(jié)合，分別從物元微觀評估和物元宏觀評估2個方面對某一高層建筑做了分析評價。綜合評估結(jié)果與消防設(shè)計要求基本吻合，驗(yàn)證了該方法在建筑防火安全評估中的可行性。

物元可拓方法；評價指標(biāo)；安全參數(shù)；防火系統(tǒng)；安全級別

可拓學(xué)是用形式化的工具，從定性和定量2個方面去研究矛盾問題的規(guī)律的一門學(xué)科，它通過建立多指標(biāo)參數(shù)的質(zhì)量評定模型來完整地反映樣品的綜合質(zhì)量水平。自蔡文1983年提出可拓集合以來，從物元分析到可拓學(xué)，可拓學(xué)已經(jīng)初步形成其理論框架，并開始向應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展?？赏胤椒☉?yīng)用主要應(yīng)用在產(chǎn)品質(zhì)量的評價上，但目前也應(yīng)用在高層建筑防火系統(tǒng)綜合評價中。安全參數(shù)評估是從整體上對建筑物的一種宏觀評估方法，但目前建筑物火災(zāi)安全評估方法都沒有考慮這一點(diǎn)，大多以建筑物火災(zāi)的多級評價指標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析評價。針對上述問題，筆者運(yùn)用物元可拓方法，分別從多級評價指標(biāo)體系和安全參數(shù)2個方面分析評價了建筑物的防火系統(tǒng)安全級別,并以江蘇吳江某高層酒店為例對其防火系統(tǒng)安全等級進(jìn)行了評價。

1 物元可拓模型

為了方便說明問題，先給出一般可拓評價方法[1]。

1.1經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元

對高層建筑進(jìn)行防火系統(tǒng)安全評估需要考慮很多評價指標(biāo)，把這些評價指標(biāo)分為幾大類，用C=(C1，C2，…，Cm)表示，每一類Cm也有r個評價指標(biāo)，即Cm=(Cm1，Cm2，…，Cmr)，其中，Cmr表示第m類中第r個指標(biāo)。此時對每一類Cm進(jìn)行一級評估，則有：

(1)

式中，Rmj表示高層建筑防火系統(tǒng)安全評估中第Cm類指標(biāo)的經(jīng)典域物元矩陣；Nmj(j=1,2,…，s)表示高層建筑防火系統(tǒng)安全評估中第Cm類評價指標(biāo)的第j個安全風(fēng)險等級；Xmji是Nmj(j=1,2,…，s)關(guān)于Cmi的量值范圍，稱為經(jīng)典域。節(jié)域指各個指標(biāo)全部等級的值域，因此:

(2)

式中，Pmp表示高層建筑防火系統(tǒng)安全評價Cmi等級的全體；Xmpi為Pmp關(guān)于Cmi所取的量值范圍。很顯然：Xmji?Xmpi(i=1，2，…,n)。

對于待評高層建筑，把所收集的數(shù)據(jù)或分析的結(jié)果用物元表示，可以得到待評物元Rm：

(3)

式中，Pm為待評估的對象；Xmi為對待評建筑防火系統(tǒng)進(jìn)行評估時所得到的具體數(shù)據(jù)。

1.2計算每一類的關(guān)聯(lián)函數(shù)

確定待評高層建筑與不同風(fēng)險等級的關(guān)聯(lián)度，根據(jù)矩的定義，待評對象的特征Cmi關(guān)于第j個等級的關(guān)聯(lián)度由:

ρ(xmi,Xmji)=|xmi-(amji+bmji)/2|-(bmji-amji)/2 (i=1,2,…,n)

(4)

ρ(xmi,Xmpi)=|xmi-(ampi+bmpi)/2|-(bmpi-ampi)/2 (i=1,2,…,n)

(5)

計算關(guān)聯(lián)函數(shù)值:

(6)

然后計算Pm關(guān)于風(fēng)險等級j的關(guān)聯(lián)度:

(7)

式中，ami為Cmi的權(quán)重。

1.3二級評估

確定待評高層建筑P關(guān)于不同安全等級j的綜合關(guān)聯(lián)度為：

(8)

即Kj(P)為待評高層建筑第j級的綜合關(guān)聯(lián)度；am為Cm的權(quán)重分配系數(shù)。

1.4等級評定

若Kjo(P)=maxKj(P)，j∈(1,2,…,s)，則評定P屬于等級jo。令:

(9)

則稱j*為P的安全等級變量特征值[4]，等級變量特征值j*的劃分如表1所示。

表1 變量特征值j*等級劃分表

2 安全參數(shù)評估與等級劃分

安全性分項參數(shù)和綜合評估，如表2所示：

表2 安全性分項參數(shù)和綜合評估表

表3 安全量級指標(biāo)劃分表

表2中，Q表示建筑火災(zāi)危險系數(shù)(Q與建筑層高、建筑類型和人員密度等因素有關(guān))，S1、S2、S3分別表示建筑防火安全參數(shù)、建筑滅火安全參數(shù)、安全疏散安全參數(shù)。

結(jié)合表2和文獻(xiàn)[5]，通過計算可得出各類高層建筑的安全量級指標(biāo)FH。經(jīng)分析，確定5級安全水準(zhǔn)，具體的量值指標(biāo)如表3所示。

3 建筑火災(zāi)安全評價的實(shí)例分析

3.1工程概況

江蘇吳江某高層酒店于2004年6月動土開工，經(jīng)過近4年多的施工建設(shè)，于2008年12月竣工。酒店建筑總高85.2m，建筑面積7.18×104m2，酒店客房間448套，防火設(shè)計建筑分類為一類，耐火等級一級，每層的每個房間都設(shè)有自動噴淋滅火設(shè)施，防火門防火窗和防火卷簾均為甲級，酒店主樓每層劃分為2個水平防火分區(qū)，結(jié)構(gòu)類型采用框架剪力墻，抗震設(shè)防烈度為6度。

3.2評價指標(biāo)與實(shí)測值

各因素等級為物元模糊等級構(gòu)成評價級 ，各因素劃分等級數(shù)要相同。根據(jù)火災(zāi)安全評價的特點(diǎn)，劃分為5個評價等級，即V={v1,v2,v3,v4,v5}={1級，2級，3級，4級，5級}={最安全，安全，較安全，不安全，最不安全}。評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值以區(qū)間的形式給出，實(shí)測值有的有單位，有的是相對評價等級的評分值，其值限定在[1.0，0]，如最安全為[1.0,0.8]，安全為[0.8,0.6]等[6]，第2層因子的實(shí)測值單位和權(quán)重值確定方法參考文獻(xiàn)[7]，如表4所示。

表4 高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測值表

3.3可拓分析評估

1)多級指標(biāo)物元可拓分析評估 通過式(1)～(7)計算可得第2層次因子評估關(guān)聯(lián)度矩陣如下：

表5 各類因素評價結(jié)果

各類因素變量特征值C1C2C3C4j*4.052.352.292.41

通過式(9)進(jìn)一步計算可知各類因素評價結(jié)果，如表5所示。

根據(jù)表5結(jié)合表1可知，該待評建筑各類評價因素C1、C2、C3、C4的安全級別分別為4級、2級、2級、2級。

由表4可知，第1層評價因子的權(quán)重分別為：(0.19，0.38，0.34，0.09)，由公式(8)計算綜合關(guān)聯(lián)度，計算結(jié)果為：

K1(P) =-0.268K2(P) =-0.088K3(P) =-0.171

K4(P)=-0.346K5(P)=-0.519

由公式(9)進(jìn)一步計算得：

表示該待評建筑防火系統(tǒng)安全等級屬于第2級。

表6 安全參數(shù)劃分等級的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值表

2)安全參數(shù)物元可拓評估 根據(jù)表3中高層建筑安全水準(zhǔn)等級的劃分原則，可得到按安全參數(shù)劃分等級的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值，如表6所示。

根據(jù)式(1)～(7)可計算出實(shí)際值關(guān)于各等級的關(guān)聯(lián)函數(shù)值，計算結(jié)果如下：

K1(P)=-0.237K2(P)=0.29K3(P) =-0.145

K4(P) =-0.474K5(P)=-0.562

根據(jù)公式(9)計算得：

表示該待評建筑防火系統(tǒng)安全等級屬于第2級。

3)綜合評估 由于安全參數(shù)物元評估與多級指標(biāo)物元評估2種評估方法相互獨(dú)立，通過以上分析計算結(jié)果可知，該待評建筑安全等級的最后綜合評估結(jié)果為：

K1(P)=-(0.237+0.268)/2 =-0.253K3(P)=(0.29-0.088)/2=0.101

K3(P) =-(0.145+0.171)/2 =-0.158K4(P)=-(0.474+0.346)/2=-0.41

K5(P)=-(0.562+0.519)/2 =-0.541

表示該待評建筑防火系統(tǒng)安全等級屬于第3級。

表7 安全級別變量特征值表

根據(jù)以上計算結(jié)果可知3種不同方法得出的安全級別變量特征值，如表7所示。

通過上述綜合評估表明，江蘇吳江某高層酒店的防火安全水平較高，但仍然存在一定的火災(zāi)危險性。建議在電梯井、樓梯、中庭周圍增設(shè)防火卷簾，加強(qiáng)消防安全管理。

4 結(jié) 語

筆者采用各類指標(biāo)定性定量相結(jié)合的方法，運(yùn)用物元可拓分析理論分別從多級評價指標(biāo)體系和安全參數(shù)2個方面對江蘇吳江某高層酒店進(jìn)行了火災(zāi)風(fēng)險分析評估，最后通過綜合評估確定了該酒店防火系統(tǒng)的安全等級，得出的結(jié)果與消防設(shè)計要求基本吻合，從而說明對待評建筑物的防火安全系統(tǒng)做安全參數(shù)評估和綜合評估是有必要的。

[1]蔡文，楊春艷.可拓工程[M].北京：利學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[2] 胡寶清，張軒，盧兆明.可拓評價方法的改進(jìn)及其應(yīng)用研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報，2003,36(5)：80～84.

[3] 李引擎.建筑防火工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.717～734.

[4] 胡寶清，劉敏.高層建筑火災(zāi)安全模糊評價[J].武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2004,37(5)：67～70.

[5] 陳微.高層建筑防火系統(tǒng)分析評價[D].湖北荊州：長江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，2009.

[6] 毛春艷，周宗放.基于多級物元分析的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評估[J].建筑科學(xué)，2008,24(1) ：25～26.

[7] 王錦國，周志芳，袁永生.可拓評價方法在環(huán)境質(zhì)量綜合評價中的應(yīng)用[J].河海大學(xué)學(xué)報，2002,30 (1)：15～18.

[編輯] 李啟棟

TU927.4

A

1673-1409(2009)02-N104-04

2009-03-12

雷中英 (1966-)，女，1989年大學(xué)畢業(yè)，碩士，副教授，現(xiàn)主要從事建筑工程管理方面的研究工作。