基于模糊法評(píng)價(jià)教學(xué)樓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

梅曉杰

(華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201)

0 引言

據(jù)應(yīng)急管理部統(tǒng)計(jì)，2019年全國共接報(bào)火災(zāi)23.3萬起，死亡人數(shù)達(dá)1335人。商業(yè)場所、賓館飯店、學(xué)校、醫(yī)院和養(yǎng)老院等火災(zāi)重點(diǎn)場所的數(shù)量均下降，而高層建筑火災(zāi)卻同比上漲10%[1]。華北科技學(xué)院明德樓建成于2013年，總建筑面積23663 m2，其中地上建筑面積21298 m2，地下建筑面積2365.04平方米,建筑高度46.1 m，屬于高層建筑，考慮到導(dǎo)致高層建筑火災(zāi)有很多不確定因素，本文采用模糊綜合評(píng)判法，對(duì)明德樓的物料、管理、人為、環(huán)境這四個(gè)因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而將高層建筑火災(zāi)可能性這一模糊且難以量化的問題更加清晰并且系統(tǒng)性地呈現(xiàn)出來。

1 高層建筑消防安全評(píng)估系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1 國外消防評(píng)估系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

國際上傳統(tǒng)的建筑防火設(shè)計(jì)大都還是依據(jù)傳統(tǒng)的防火設(shè)計(jì)，即“處方式”防火設(shè)計(jì)方法[2]。“處方式”防火設(shè)計(jì)是經(jīng)過大量經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及實(shí)驗(yàn)與分析結(jié)果整理編制而成的，且設(shè)計(jì)簡單、便于操作，在保證建筑火災(zāi)安全方面發(fā)揮了不可忽視的作用。近年來隨著大量現(xiàn)代化建筑和大型高層建筑的出現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)防火設(shè)計(jì)方法存在著一定的局限性，“處方式”需要對(duì)建筑物的耐火結(jié)構(gòu)、防排煙、防火分區(qū)、防火間距等方面每項(xiàng)設(shè)計(jì)都給出詳細(xì)規(guī)定，這種單獨(dú)設(shè)防未對(duì)建筑進(jìn)行整體考慮，有時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況會(huì)與條文規(guī)定發(fā)生沖突，因此在二十世紀(jì)七十年代國外出現(xiàn)了性能化防火設(shè)計(jì)[3]。同傳統(tǒng)的防火設(shè)計(jì)相比，性能化防火設(shè)計(jì)不必拘泥于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，有利于設(shè)計(jì)者發(fā)揮其創(chuàng)造性，設(shè)計(jì)方法可以靈活多變，能夠?qū)ㄖM(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到消防安全為目標(biāo)，求取科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法以及成本效益最大化，大大促進(jìn)了新材料和新技術(shù)的使用推廣，更能夠滿足高層建筑以及一些大型建筑的防火設(shè)計(jì)。

1.2 國內(nèi)消防評(píng)估系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

相比國外而言，我國性能化防火設(shè)計(jì)研究起步稍晚，經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，我國的消防評(píng)估系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展，但隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑防火設(shè)計(jì)面臨種種挑戰(zhàn)，目前主要存在的問題有以下幾點(diǎn)：

(1) 缺乏性能化防火設(shè)計(jì)方面的研究和應(yīng)用

在二十世紀(jì)八十年代，我國才通過海外建筑領(lǐng)域交流了解到性能化防火設(shè)計(jì)，目前我國的性能化防火設(shè)計(jì)研究正屬于研究階段，評(píng)估方式各式各樣，能夠參考的歷史數(shù)據(jù)少之又少，因此導(dǎo)致缺少大量的應(yīng)用實(shí)例來支撐消防評(píng)估體系的完善。

(2) 缺乏高效的技術(shù)手段

目前我國的消防評(píng)估系統(tǒng)大多采用的還是傳統(tǒng)的“處方法”，無法推進(jìn)新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，很難收集到一些有價(jià)值的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致時(shí)效性差，浪費(fèi)大量人力物力。

(3) 缺乏管理組織機(jī)構(gòu)和防火安全教育

一些企業(yè)并未認(rèn)識(shí)到防火工作的重要性，不設(shè)立管理組織機(jī)構(gòu)或并未讓機(jī)構(gòu)的作用得到充分利用，導(dǎo)致員工缺乏防火安全教育，最終很容易導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。

2 模糊綜合評(píng)判法應(yīng)用方法與步驟

2.1 明德樓消防現(xiàn)狀

華北科技學(xué)院明德樓是一棟教學(xué)樓，其具有的可燃物也較多，多為桌椅、堆積的木材、電腦、實(shí)驗(yàn)儀器、書籍等，一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)傳播速度將會(huì)極為迅速，同時(shí)根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50084-2017[4]和《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5040-2005[5]綜合判斷，明德樓的的火災(zāi)危險(xiǎn)程度可劃分為中危險(xiǎn)程度。

明德樓一樓有7個(gè)出口，4～10樓有兩個(gè)樓梯口，1～3樓有三個(gè)樓梯口，其每個(gè)樓層的墻壁材料均為無防護(hù)的鋼筋混凝土墻及側(cè)抹灰墻，天花板材料是幾厘米厚的混凝土，屬于二級(jí)耐火建筑，允許疏散時(shí)間只有5～7 min，因?yàn)?層以上的每層樓梯口少且窄，距離長且擁擠，即使在熟悉教學(xué)樓建筑格局的情況下，在5～7 min依然不可以安全疏散，且一樓雖然有七個(gè)出口，但是有兩個(gè)常年關(guān)閉，影響疏散，嚴(yán)重影響了安全疏散時(shí)間。從人員逃生角度來看，一方面，由于明德樓內(nèi)部構(gòu)造較為簡單，每層結(jié)構(gòu)幾乎相同，所以人員能夠準(zhǔn)確的沿逃生路線撤離。另一方面，明德樓是學(xué)校的主教學(xué)樓，平時(shí)人員比較集中，樓道較窄，在一定程度上增加了逃生的難度。

2.2 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[6-7]

(1) 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是整個(gè)評(píng)價(jià)過程的核心內(nèi)容，也是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和前提條件；

(2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建是一個(gè)人為主觀過程，沒有嚴(yán)格意義上的對(duì)與錯(cuò)之分，只有合理不合理、完善不完善之分。類似于安全系統(tǒng)工程中的事故樹構(gòu)建。

(3) 理論依據(jù)如下:

將評(píng)價(jià)體系U分成為m個(gè)子集Ui，i=1，2，…，m ；即U={U1,U2，…，Um}。

將每個(gè)子集Ui又可分為ni個(gè)因素，即Ui={ui1，ui2，…，uini}，其中uij表示第i個(gè)子集中的第j個(gè)因素，若指標(biāo)體系存在多層子集，則按上述方式依次劃分。

根據(jù)系統(tǒng)安全分析方法上的相關(guān)分析理論，從人、機(jī)、環(huán)、管四方面來論述可引發(fā)明德樓火災(zāi)的危險(xiǎn)因素。

人為方面：①明德樓屬于教學(xué)樓，平時(shí)課間存在學(xué)生抽煙抽煙現(xiàn)象，且無規(guī)定的抽煙區(qū)域，煙頭亂丟現(xiàn)象頻發(fā)，容易引發(fā)火災(zāi)。②目前由于大學(xué)生面臨學(xué)習(xí)與就業(yè)等各種問題，心理壓力較大，難免產(chǎn)生扭曲心理從而報(bào)復(fù)學(xué)校，故意縱火。③大部分一般情況下都會(huì)抱著僥幸心理，從而無視消防規(guī)定，最終導(dǎo)致火災(zāi)。

物料方面：①明德樓教室有投影儀、電腦、電燈和監(jiān)控等電氣設(shè)備，同時(shí)有的樓層還設(shè)有燒水鍋爐，因此一旦發(fā)生電線短路則很容易引發(fā)火災(zāi)。②教室里有窗簾、大量桌椅等可燃物。③明德樓內(nèi)有實(shí)驗(yàn)室，可能儲(chǔ)存一些易燃易爆的化學(xué)品。

管理方面：①學(xué)生未曾參加過消防培訓(xùn)演練，對(duì)防火等方面知識(shí)尚有欠缺，配備到位的消防管理人員往往沿襲了以往保安人員的工作體制，沒有經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)，不會(huì)判斷滅火器是否過期.甚至有些消防管理人員根本不知道怎樣定期 維護(hù)、檢測(cè)、使用消防設(shè)施，更談不上有效起到消防控制作用。②樓層內(nèi)未設(shè)置禁止明火標(biāo)志，很有可能因?yàn)楣芾聿簧贫斐苫馂?zāi) 。③消防管理不到位，沒有確立消防安全的責(zé)任主體觀念，沒有制定完善的消防安全制度、消防應(yīng)急方案，消防管理職能部門和專業(yè)人員配備不到位，且一些疏散通道關(guān)閉，以及消火栓被一些物品阻擋等意外情況[8]。

環(huán)境方面：①未設(shè)置良好的避雷裝置，雷雨天氣可能因閃電造成火災(zāi)。②北方天氣干燥，這是無法改變的因素，且夏天天氣炎熱，遇明火易發(fā)生火災(zāi)。③因?yàn)樘鞖飧稍?，以至于容易發(fā)生靜電，當(dāng)存在易燃易爆混合物時(shí)則會(huì)引起火災(zāi)發(fā)生。

根據(jù)以上分析，構(gòu)建如圖1所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：

圖1 明德樓火災(zāi)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3 確定權(quán)值

(1) 權(quán)值就是指這個(gè)因素(有的也稱指標(biāo))在整個(gè)分析過程中所占的重要程度 。

(2) 權(quán)值的確定有多種方法，最簡單的就是專家直接打分法(給定法)，其他如最小二乘法、層次分析法、數(shù)學(xué)折算法等。

根據(jù)明德樓的總體布局以及火災(zāi)特點(diǎn)，對(duì)專家打分以及對(duì)工作人員的問卷調(diào)查進(jìn)行綜合分析，從而得出相應(yīng)權(quán)值，其具體的權(quán)值如表1所示。

表1 權(quán)值的確立

2.4 建立備擇集

本示例將造成火災(zāi)的可能性等級(jí)分為四個(gè)級(jí)別,V={v1，v2，v3，v4}，其中v1～v4分別代表：高、較高、中、低。

相應(yīng)的區(qū)間值及量化值如表2所示。

表2 量化區(qū)間表

2.5 確定指標(biāo)的隸屬關(guān)系

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法。該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好的解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決[7-8]。

以電氣設(shè)備故障這一指標(biāo)為例，電氣設(shè)備故障所造成火災(zāi)可能性不能直接用定量的數(shù)值來表示，一般通過與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的對(duì)照、以往電氣設(shè)備故障造成火災(zāi)的過程、領(lǐng)導(dǎo)的主觀認(rèn)定、專家的打分、學(xué)員的問卷調(diào)查等方式來評(píng)定；通過綜合評(píng)定，電氣設(shè)備故障屬于高風(fēng)險(xiǎn)的概率為0.6，屬于較高風(fēng)險(xiǎn)的概率為0.3，屬于中風(fēng)險(xiǎn)的概率為0.1，屬于低風(fēng)險(xiǎn)的概率為0。按照相同的方式，可確定所有評(píng)價(jià)體系中的各個(gè)指標(biāo)，從而得出所有指標(biāo)的隸屬關(guān)系矩陣：

其隸屬關(guān)系如下表3所示。

表3 指標(biāo)隸屬關(guān)系

2.6 確定二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值

以物料中電氣設(shè)備故障為例，其因素評(píng)價(jià)值為：

因此所有因素指標(biāo)評(píng)價(jià)值為：

同理可得，其余指標(biāo)評(píng)價(jià)值如下表4所示。

表4 二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值

2.7 確定一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值

(1) 指標(biāo)的評(píng)價(jià)值確定后，確定子集的評(píng)價(jià)值有兩種方法。一種是常規(guī)的加權(quán)平均法，一種是模糊矩陣法。二者本質(zhì)意義上是相同的，只是外在計(jì)算方法的表現(xiàn)形式不同。

(3) 模糊矩陣法:首先確定出子集的隸屬度矩陣，然后再采用矩陣計(jì)算方式求出各個(gè)子集的評(píng)價(jià)值。

子集評(píng)價(jià)值的計(jì)算方法為：

B1=A2°B2

以材料為例，該子集的評(píng)價(jià)值為：

同理可得，人為、管理和環(huán)境的子集評(píng)價(jià)值分別為0.744、0.760和0.693，如下表5所示。

表5 一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值

2.8 確定整個(gè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)值

(1) 同樣的道理，子集的評(píng)價(jià)值確定后，確定整個(gè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)值有兩種方法。一種是常規(guī)的加權(quán)平均法，一種是模糊矩陣法。二者本質(zhì)意義上是相同的，只是外在計(jì)算方法的表現(xiàn)形式不同。

(2) 加權(quán)平均法:所有子集的指標(biāo)值與相應(yīng)權(quán)值相乘后之和，即為該子集的評(píng)價(jià)值。

(3) 模糊矩陣法:首先確定出整個(gè)評(píng)價(jià)體系的隸屬度矩陣，然后再采用矩陣計(jì)算方式求出整個(gè)評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)值，計(jì)算方法為：

最終得出本評(píng)價(jià)中系統(tǒng)的總體評(píng)價(jià)值為：

0.20×0.632+0.35×0.744+0.30×0.760+0.15×0.693=0.71875

表6 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

2.9 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)整體系統(tǒng)的評(píng)價(jià)值為0.72可知，明德樓的火災(zāi)危險(xiǎn)性為較高風(fēng)險(xiǎn)，通過對(duì)最終評(píng)價(jià)的進(jìn)一步分析可得，物料、人為、管理和環(huán)境這四個(gè)方面中更容易導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的因素分別為電氣設(shè)備、吸煙不慎、缺乏培訓(xùn)演練、天氣干燥。因此針對(duì)以上分析，我們對(duì)于建筑里的電氣設(shè)備要進(jìn)行定期檢查，并使其處于良好的使用環(huán)境，對(duì)于學(xué)生吸煙情況可設(shè)置專門的吸煙區(qū)以及規(guī)定不得亂扔煙頭，同時(shí)還應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行消防培訓(xùn)演練，提高人們的自我消防意識(shí)，從而降低其火災(zāi)危險(xiǎn)性。

3 結(jié)論

(1) 依據(jù)消防安全系統(tǒng)工程原理，結(jié)合明德樓消防現(xiàn)狀構(gòu)建了高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2) 應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行火災(zāi)評(píng)價(jià)，得出明德樓火災(zāi)危險(xiǎn)因素中電氣設(shè)備、吸煙不慎、缺乏培訓(xùn)演練和天氣干燥這幾個(gè)因素影響較大。

(3) 對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，明確危險(xiǎn)性較大的指標(biāo)，并提出針對(duì)性建議與措施。

(4) 科學(xué)合理化評(píng)估建筑火災(zāi)的危險(xiǎn)性，對(duì)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)源辨識(shí)、隱患管理、火災(zāi)防治等具有重要意義。