老舊商業(yè)建筑火災危險性評價系統(tǒng)研究

張振文 劉永軍 武 耀 劉洋洋

(沈陽建筑大學土木工程學院，遼寧沈陽 110168)

1 引言

隨著我國城市建設的飛速發(fā)展，火災已經(jīng)成為城市災害的一個重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計從1991年到2003年間商場、市場特大火災191起，傷亡人數(shù)653人。分別占到公共聚集場所特大火災起火次數(shù)的67．7%，傷亡人數(shù)的24．3%［1］。這說明商業(yè)建筑火災在建筑火災中占有重要地位。從表1中列舉的典型商業(yè)火災案例也不難看出，商業(yè)建筑火災造成了財產(chǎn)和人員的巨大損失。尤其是老舊商業(yè)建筑，由于使用時間的增長，結(jié)構(gòu)及防火設備都的老化問題，更是成為了商業(yè)火災的高發(fā)區(qū)。所以對老舊商業(yè)建筑進行火災危險性評價工作并為老舊建筑改造提供依據(jù)顯得十分重要。

2 模糊灰色數(shù)學模型的建立

2．1 建立評價矩陣

評價對象的因素集合為:U={u1，u2，…，um}，對于評價對象一共有m個因素影響。對各個因素的評語集合為 V={v1，v2，…，vn}，將評語分了 n 個。總評價為直積空間U×V上的模糊灰色關系集合為單因素GF矩陣:

表1 1993－2004年典型商業(yè)火災案例統(tǒng)計［2－5］

其中:μij為元素(μij，vij)的隸屬度，vij為元素(μij，vij)的點灰度。~R 這里稱之為模部，R?稱之為灰部。

2．2 建立權(quán)重集合

權(quán)重集合用于描述評價對象與所建立指標集合之間的模糊灰色關系，若未能確定各因素的恰當?shù)臋?quán)重分配，只能掌握各權(quán)重的大概值，則可給出同一層次關于上一層準則的權(quán)重及所對應的點灰度值，可看作GF關系矩陣:

其中:ai為權(quán)重系數(shù)的隸屬度，vj為權(quán)重系數(shù)的點灰度為權(quán)重集合。

2．3 進行綜合評價

為了在評價過程中盡可能的保留信息，在模部運算中采用M(·，?)算子，在灰部運算中采用M(∧，⊕)算子，其綜合評價結(jié)果如下［6］:

同理可將模糊灰色模型擴展成二級、三級甚至更多級數(shù)的評價模型。

3 建筑火災危險性灰度模糊綜合評價過程

3．1 建立影響老舊商業(yè)建筑火災危險性的因素集

影響老舊商業(yè)建筑火災危險性的因素涉及各個方面，根據(jù)火災具有隨機性和確定性的雙重特性綜合考慮后［7］，將影響建筑火災危險性的一級指標劃分為以下六類:U1建筑情況:建筑物的裝修材料、火災荷載、火源位置等都對火災的發(fā)生有重要影響。U2防火系統(tǒng):建筑物所具有的防火系統(tǒng)將決定能否快速撲滅火災，對火災大小有一定控制作用。U3群居特性:人員密度，建筑物內(nèi)人員安全素質(zhì)等也是影響火災危險性的重要因素。U4防火安全管理:完善的火災疏散應急預案、定期維修檢查各種防火設備是提前發(fā)現(xiàn)火災隱患的最佳手段。U5安全疏散設施:合理的安全疏散通道和標記，良好的應急照明能夠保證將人員傷亡降到最低。U6消防安全設計:合理的安全出口設計及防火分區(qū)，正常工作的防火卷簾有助于控制火災的發(fā)展蔓延。基于以上分析相應的可以建立評價指標體系如表2。

3．2 評價指標體系各因素的確定

采用分五段區(qū)間的取值方法來定義定量指標的數(shù)值，以防火安全管理U4為例，U4的二級指標中安全宣傳教育U41、防火應急疏散演習U43、定期檢修與排查防火系統(tǒng)故障間隔時間U45這三個二級指標為定量指標。查閱相關規(guī)范及資料列出U41的相關隸屬度、點灰度如表3。

由于指標因素的多樣性以及國內(nèi)缺乏相關火災調(diào)查資料統(tǒng)計，在評價建筑火災危險性時有出現(xiàn)某些指標無法合理的進行定量分析，只能通過定性分析描述。同樣以防火安全管理U4為例，其中防火安全責任制分配及防火制度建設U42、是否有專職值班人U45為定性分析指標，查閱相關規(guī)范及資料列出U42的相關隸屬度、點灰度如表4。

表2 老舊商業(yè)建筑火災危險性評價一、二指標體系

表3 安全宣傳教育U41(單位:次/年)

表4 防火安全責任制分配及防火制度建設U42

表5 綜合評價系統(tǒng)的安全等級及對應分數(shù)區(qū)間

3．3 利用層次分析法確定權(quán)重集合

利用層次分析法確定同層次中各指標的權(quán)重關系是一種比較成熟的方法，在這不多做介紹。它的優(yōu)點在于能夠減少主觀錯誤，簡化分析過程并有助于判斷者保持思維一致性。引入1－9比率標度法，構(gòu)造各級指標的評判矩陣并檢查評判矩陣的一致性。

3．4 總評估過程

根據(jù)多級評價模型求得各二級隸屬度函數(shù)，組成矩陣。得到最終評價行列式如下:

3．5 評價結(jié)果處理

采用等級參數(shù)評判法［8－10］，將評價集合分為五個等級，并確定各等級的評分區(qū)間及評分參數(shù)如表5。

各等級規(guī)定的參數(shù)分數(shù)列向量C={C1C2C3C4C5}T，則等級參數(shù)評判結(jié)果公式:

然后根據(jù)Y值確定所屬評價等級。對綜合評價灰度采用加權(quán)平均計算公式:

從而得到綜合評價結(jié)果可靠度為1-g(B?)。

4 軟件設計及工程實例運用

4．1 軟件設計

筆者運用編譯軟件VB6．0，根據(jù)以上所述的危險性評價方法自主編譯了“老舊商業(yè)建筑火災危險性評價系統(tǒng)軟件1．0”。這款軟件能針對老舊商業(yè)建筑物進行快速火災危險性評價。評估軟件主要由五個模塊組成，分別為數(shù)據(jù)庫模塊、分析推理模塊、結(jié)果處理及顯示模塊。各模塊通過數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系，如圖1。

評價軟件的窗口界面分為四部分:一級指標界面，二級指標錄入界面，三級指標錄入界面，評價結(jié)果顯示界面。二級指標錄入界面和三級指標錄入界面是對建筑各指標的原始數(shù)據(jù)進行錄入，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，計算模塊從數(shù)據(jù)庫讀入相關數(shù)據(jù)進行計算，整理結(jié)果。四個階段程序相互獨立開發(fā)并通過全程變量數(shù)據(jù)文件傳遞數(shù)據(jù)。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖

4．2 工程實例運用

某商業(yè)大廈建于1987年，1990年開業(yè)，固定資產(chǎn)超億元月人流量超萬次，總建筑面積42 000m2，商廈為五層建筑，頂層是舞蹈學校和健身房，四樓是家具城，二、三層則是商業(yè)大廈最大的承租方大富豪鞋城，一樓是日雜百貨。該建筑采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，耐火等級為一級，項目地市較平坦，位于東北某城市鬧市區(qū)。建筑物之間的具體防火間距滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，消防設備器材都選擇了消防部門核準的產(chǎn)品。假設火源在第一層遠離安全出口處，周圍存在一定數(shù)量可燃物。

對建筑進行詳細調(diào)查，統(tǒng)計其二級指標所需數(shù)據(jù)將其輸入到軟件中。二級指標、三級指標的詳細數(shù)據(jù)及調(diào)查統(tǒng)計由于篇幅有限，本文不進行詳述。錄入過程如圖2－圖6。

圖2 軟件主界面圖

圖3 基本信息界面

圖4 建筑情況界面

進入系統(tǒng)主界面如圖2，單擊“開始”后填寫商場基本信息，填寫完成后點擊“進入指標體系數(shù)據(jù)錄入”，如圖3。填寫建筑情況U1中的指標信息。單擊“確認”后點擊“下一步”，如圖4－圖5。按軟件提示逐步錄入各項指標因素后進入評價界面單擊“進行評價”，在評價結(jié)果窗口處將出現(xiàn)該建筑室內(nèi)火災危險性的綜合評價結(jié)果，如圖6。

圖5 建筑火災荷載密度三級指標界面

圖6 評價結(jié)果界面

4．3 評價結(jié)果與分析

該老舊商業(yè)建筑整體火災危險性評價等級為一般安全，根據(jù)實際情況，該商業(yè)建筑從建成開始并沒有發(fā)生過大的火災事故，這說明該商業(yè)建筑的各項防火指標基本符合國家的相關規(guī)范，自身的火災危險性并不大。然而由于使用時間的增長，建筑的電氣及防火設備的老化程度將進一步加大，所以不能松懈對建筑火災的管理工作，積極排查火災隱患，真正做到“預防為主，安全第一”。

5 結(jié)論與建議

系統(tǒng)軟件通過對某老舊商業(yè)建筑的實際運用，可以看出老舊商業(yè)建筑火災危險性評價指標體系及軟件的評價結(jié)論能夠比較真實的反應該建筑的火災危險性現(xiàn)狀，說明建立的老舊建筑火災危險性評價指標體系是可行的，可用于城市老舊建筑火災危險性評價現(xiàn)狀的實際工作中。

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