聞英男

北京市東城區(qū)消防救援支隊(duì)，北京 100010

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各地出現(xiàn)了大量高層建筑，其節(jié)約城市用地的同時(shí)也帶來了許多消防安全問題。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，會造成嚴(yán)重后果，對高層建筑進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估非常重要。國內(nèi)外很多學(xué)者研究建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。盧健等[1]利用層次分析法建立高層建筑評價(jià)指標(biāo)體系，從消防安全、消防規(guī)劃、智能化信息管理等方面對高層建筑安全狀況進(jìn)行評價(jià)。吳鐳[2]分析大型商業(yè)綜合體在安全疏散、防火分區(qū)方面存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出構(gòu)建高效疏散引導(dǎo)系統(tǒng)、環(huán)形疏散流線、對防火分隔進(jìn)行透明化設(shè)計(jì)等安全疏散和防火分區(qū)優(yōu)化思路。苑小晶[3]應(yīng)用層次分析法、模糊綜合評價(jià)法、專家打分法對某商場的消防安全能力進(jìn)行分析，從建筑空間結(jié)構(gòu)、日常消防管理、滅火救援設(shè)施等方面建立評價(jià)指標(biāo)體系，采用模糊綜合評價(jià)法對商場進(jìn)行實(shí)例評估。徐敏等[4]建立基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型。田玉敏等[5]將概率方法與模糊評價(jià)方法相結(jié)合，建立高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的概率模糊綜合評價(jià)模型。目前，對高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法與理論的研究比較豐富，大部分研究集中于模糊綜合評價(jià)方法的應(yīng)用，將事件樹分析方法應(yīng)用到高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估中的研究較少。

1 事件樹分析方法簡介

事件樹分析方法(Event Tree Analysis，簡稱ETA)起源于決策樹分析，是建立在概率論和運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)上的一種定量風(fēng)險(xiǎn)分析方法。事件樹分析方法最初用于系統(tǒng)可靠性分析，目前廣泛用于事故分析領(lǐng)域。事件樹分析以初始事件為起點(diǎn)，按分支事件發(fā)生發(fā)展的時(shí)間順序由初始事件推導(dǎo)可能的后果事件。事件樹既可以直觀反映整個(gè)事件的動態(tài)變化過程，預(yù)測事故及不安全因素，估計(jì)事故可能后果；又可以定量計(jì)算各階段和最終事故概率，從而對可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析[6]。

事件樹基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括初始事件、分支事件和后果。(1)初始事件是可能引發(fā)系統(tǒng)安全后果的內(nèi)部故障或外部事件。(2)分支事件是在初始事件發(fā)生后，可能按一定順序相繼發(fā)生的其他事件，這些事件可能是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中所決定的某些設(shè)施的啟動，也可能是系統(tǒng)外部正常或非正常事件的發(fā)生。每一分支事件只能取完全對立的兩種狀態(tài)(成功或失敗，正?；蚬收?，安全或危險(xiǎn)等)之一，直到出現(xiàn)后果為止。(3)后果是由初始事件和分支事件的發(fā)生或不發(fā)生所產(chǎn)生的結(jié)果。

圖1 事件樹基本結(jié)構(gòu)圖

事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法就是將事件樹分析方法應(yīng)用于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估領(lǐng)域，將火災(zāi)事故發(fā)生的可能性、消防系統(tǒng)成功概率和火災(zāi)后果結(jié)合起來度量火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法充分考慮可能出現(xiàn)的火災(zāi)場景、可能造成的火災(zāi)損失后果及發(fā)生概率等。

2 高層建筑事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法構(gòu)建

事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法主要包括五個(gè)步驟：風(fēng)險(xiǎn)容忍度確定、事件樹構(gòu)建、火災(zāi)場景發(fā)生概率計(jì)算、火災(zāi)損失后果計(jì)算、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)容忍度確定

風(fēng)險(xiǎn)容忍度就是人們可以承受的風(fēng)險(xiǎn)大小，超出范圍就必須采取措施。風(fēng)險(xiǎn)容忍度一般用傷亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失折合貨幣值來度量。實(shí)踐中，可以通過一段時(shí)期內(nèi)(通常是一年)人員遭受火災(zāi)而導(dǎo)致死亡的概率、建筑發(fā)生火災(zāi)造成一定財(cái)產(chǎn)損失的概率來綜合確定風(fēng)險(xiǎn)容忍度。確定火災(zāi)中人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失可接受風(fēng)險(xiǎn)水平是一個(gè)復(fù)雜問題，它既涉及工程技術(shù)問題，也涉及人們心理素質(zhì)、道德觀念和經(jīng)濟(jì)承受能力等；它不僅受技術(shù)手段影響，而且還涉及政治、經(jīng)濟(jì)、健康和環(huán)境等領(lǐng)域。目前，我國對風(fēng)險(xiǎn)容忍度的研究還處于起步階段，還沒有出臺相應(yīng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)容忍度標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要借鑒國外經(jīng)驗(yàn)與成果，同時(shí)結(jié)合我國相關(guān)法律法規(guī)來確定。

2.2 事件樹構(gòu)建

事件樹主要由火災(zāi)初始事件、路徑事件、事件樹分支邏輯結(jié)構(gòu)組成。(1)火災(zāi)初始事件是構(gòu)建事件樹的第一要件，它是在火災(zāi)事故未發(fā)生時(shí)，可能導(dǎo)致事故發(fā)生的危害事件或危險(xiǎn)事件，如設(shè)備短路、人為操作失誤、縱火等?；馂?zāi)初始事件通常通過歷史火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)分析、場景辨識工作表等方法來確定。確定火災(zāi)初始事件必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：一是火災(zāi)事故后果超過了社會風(fēng)險(xiǎn)容忍度；二是該事件出現(xiàn)的概率不能過低。(2)路徑事件是火災(zāi)初始事件后序發(fā)生的事件，是影響火災(zāi)蔓延或限制火災(zāi)初始事件發(fā)展的各相關(guān)因素。路徑事件主要有燃料性質(zhì)(熱釋放速率)、火焰?zhèn)鞑ヅc二次引燃、通風(fēng)作用、結(jié)構(gòu)失效、火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、被動防火措施(防火間隔、防火墻等)、人工滅火系統(tǒng)、空間限制等。(3)事件樹分支邏輯結(jié)構(gòu)一般遵循由左至右的順序，從火災(zāi)初始事件開始，按照事件發(fā)展過程逐層展開，用樹枝代表事件的發(fā)展途經(jīng)。一般用上分支表示系統(tǒng)成功，下分支表示失敗，事件樹不同分支對應(yīng)不同的火災(zāi)事故后果。

2.3 火災(zāi)場景發(fā)生概率計(jì)算

用事件樹進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估，要確定事件樹初始事件、各分支事件的發(fā)生概率。目前，常用的方法主要有概率統(tǒng)計(jì)分析方法、專家打分法等。概率統(tǒng)計(jì)分析方法以過去事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用大數(shù)定律與正態(tài)分布規(guī)律，對事故數(shù)據(jù)進(jìn)行定量預(yù)測，具有比較好的準(zhǔn)確性。專家打分法是通過匿名方式征詢有關(guān)專家的意見，對專家意見進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、分析和歸納，客觀綜合多數(shù)專家經(jīng)驗(yàn)與主觀判斷，經(jīng)過多輪意見征詢、反饋和調(diào)整后，對研究目標(biāo)的權(quán)值及可信度進(jìn)行分析的方法。專家打分法可以對大量難以采用技術(shù)方法進(jìn)行定量分析的因素作出合理估算。

2.4 火災(zāi)損失后果計(jì)算

火災(zāi)損失后果分為直接損失和間接損失。直接損失包括人員傷亡，建筑、設(shè)備和其他各類財(cái)產(chǎn)被燒毀、燒損等所造成的損失。間接損失包括因火災(zāi)而停工、停產(chǎn)、停業(yè)所造成的損失，傷亡人員經(jīng)濟(jì)收入的降低及治療、善后費(fèi)用等。在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估中，為統(tǒng)一風(fēng)險(xiǎn)量化結(jié)果，往往將風(fēng)險(xiǎn)后果與等價(jià)貨幣值聯(lián)系起來考慮。根據(jù)《最高人民法院關(guān)于審理人身損害賠償案件適用法律若干問題的解釋》，我國公民死亡賠償金一般為40萬元左右，因此，以40萬元作為生命等價(jià)貨幣值。

2.5 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

在獲得火災(zāi)發(fā)生概率及火災(zāi)損失的基礎(chǔ)上，通過式(1)計(jì)算各火災(zāi)場景的風(fēng)險(xiǎn)大小。

Ri=Pi×Ci(1)

式中，Ri為風(fēng)險(xiǎn)；Pi為火災(zāi)場景發(fā)生概率；Ci為火災(zāi)損失。

各火災(zāi)場景風(fēng)險(xiǎn)值總和即為總風(fēng)險(xiǎn)R，通過式(2)計(jì)算。

生命風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、總風(fēng)險(xiǎn)的等價(jià)貨幣值分別按照式(3)、式(4)、式(5)計(jì)算。

RY=RYL+RYD(5)

式中，RYL為生命風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值；RL為生命風(fēng)險(xiǎn)；Y為生命貨幣值；P為火災(zāi)發(fā)生概率；RYD為財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值；RD為財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級；RYDu為RD所屬財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間上閾等價(jià)貨幣值；RYDl為所屬財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間下閾等價(jià)貨幣值；RDu為RD所屬財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間上閾值；RDl為所屬財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間下閾值；RY為總風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值。

評估得出的結(jié)果與可接受火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平相比較，低于可接受水平，則目標(biāo)處于安全狀態(tài)；高于可接受水平，則目標(biāo)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大，必須制定安全措施使風(fēng)險(xiǎn)水平降低到可接受水平范圍內(nèi)。

3 高層建筑事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法實(shí)例應(yīng)用

3.1 實(shí)例概況

某高層建筑為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，耐火等級為一級，地上10層，地下1層，總高度40.1 m，占地面積1 490 m2，總建筑面積12 608 m2。該建筑設(shè)兩部疏散樓梯，一部為室內(nèi)封閉樓梯，一部為外置敞開式疏散樓梯，1～4層設(shè)置相互貫通的自動扶梯。整棟建筑設(shè)置火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)和水噴淋滅火系統(tǒng)，自動扶梯四周設(shè)置耐火極限為3 h的防火卷簾。建筑1～4層為商業(yè)區(qū)，以經(jīng)營服裝百貨為主，1層設(shè)有4個(gè)出口；5～10層為辦公區(qū)，每層南北向平行布置寫字間；地下1層為設(shè)備層，設(shè)有水泵房、消防水池間及發(fā)電機(jī)房等。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)容忍度確定

風(fēng)險(xiǎn)容忍度是可接受火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平，按照國際一般認(rèn)可的生命風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，選取1.0×10-4人·年-1作為可接受生命風(fēng)險(xiǎn)水平；可接受財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)水平以不發(fā)生較大、重大、特別重大火災(zāi)為準(zhǔn)，直接財(cái)產(chǎn)損失以不超過1 000萬元為限?？傦L(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值也以不超過1 000萬元為限。

3.3 事件樹構(gòu)建

考慮到儲油間柴油儲存量比較少，且地下1層活動人員較少，火災(zāi)危險(xiǎn)性較小，寫字間人員較為固定，火災(zāi)荷載相對較低，選取起火部位為火災(zāi)荷載較密集的商場服裝柜臺?？紤]最不利情況，選定初始起火部位為1層商場自動扶梯附近服裝柜臺。事件樹結(jié)構(gòu)如圖2所示，分支事件有起火時(shí)間、被人發(fā)現(xiàn)、被人撲滅、探測系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、防火卷簾和噴淋系統(tǒng)。

圖2 事件樹結(jié)構(gòu)圖

3.4 事件概率設(shè)定

參考相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料[7-9]，設(shè)定初起火災(zāi)概率、起火被人發(fā)現(xiàn)概率、消防設(shè)施啟動成功概率等，如表1所示。白天商場營業(yè)區(qū)一旦發(fā)生火災(zāi)，會立即被人發(fā)現(xiàn)，因此設(shè)定火災(zāi)被人員發(fā)現(xiàn)的概率為1。夜晚商場只有值班人員，巡視時(shí)間間隔在2 h以上，很難第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，因此在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)動作前，設(shè)定被人發(fā)現(xiàn)的概率為0。

3.5 火災(zāi)場景發(fā)生概率計(jì)算

各火災(zāi)場景出現(xiàn)的概率可通過初始起火發(fā)生概率與分支事件發(fā)生概率的乘積求得。通過計(jì)算，火災(zāi)場景A1～A19出現(xiàn)概率分別為：0.154 0,0.080 9,0.027 0,0.008 0,0.002 7,0.009 0,0.003 0,0.000 9,0.000 3,0.022 3,0.112 4,0.037 5,0.011 1,0.003 7,0.012 5,0.004 2,0.001 2,0.000 4,0.031 0。

表1 事件概率設(shè)定表

3.6 火災(zāi)危害后果計(jì)算

3.6.1 處于危險(xiǎn)環(huán)境人數(shù)計(jì)算

計(jì)算處于危險(xiǎn)環(huán)境中的人數(shù)，需要確定疏散所需時(shí)間和可用疏散時(shí)間。建筑內(nèi)總疏散人數(shù)為2 905人，其中1～4層分別為337人、400人、362人、282人，5～10層均為254人。利用EVACNET軟件對疏散所需時(shí)間進(jìn)行模擬計(jì)算，利用FDS對火場進(jìn)行模擬，計(jì)算可用疏散時(shí)間，環(huán)境初始條件與邊界條件設(shè)定見表2。以臨界高度上下部煙氣平均溫度分別不超過180 ℃和65 ℃為臨界值，得到火場達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間，與EVACNET軟件模擬結(jié)果進(jìn)行對比，計(jì)算處于危險(xiǎn)環(huán)境的人數(shù)(見表3)。

表2 環(huán)境初始條件與邊界條件設(shè)定表

3.6.2 火災(zāi)財(cái)產(chǎn)損失計(jì)算

不同火災(zāi)場景導(dǎo)致的火災(zāi)損失不同，財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級也不同。為計(jì)算方便，用1～5數(shù)字代表“可以忽略不計(jì)”“低級”“中級”“高級”“災(zāi)難級”5個(gè)財(cái)產(chǎn)損失等級。該建筑投資總額約為8 000萬元，根據(jù)不同火災(zāi)后果情況，設(shè)定5個(gè)財(cái)產(chǎn)損失等級對應(yīng)的損失貨幣值D(萬元)分別為：D<10，10≤D<100，100≤D<1 000，1 000≤D<5 000，D≥5 000。通過分析事件樹中不同路徑成功與否來判定財(cái)產(chǎn)損失等級(見表3)。

3.7 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估

采用各火災(zāi)場景發(fā)生概率和火災(zāi)后果量化值，通過式(1)計(jì)算得出各火災(zāi)場景生命風(fēng)險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，具體結(jié)果見表3。該建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)即為各火災(zāi)場景風(fēng)險(xiǎn)值的總和，按式(2)火災(zāi)計(jì)算，生命風(fēng)險(xiǎn)即人員死亡的風(fēng)險(xiǎn)為4.574×10-4人·年-1，財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)為0.875。根據(jù)式(3)、式(4)、式(5)計(jì)算得到生命風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、總風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值，分別為4 440.78萬元、8.75萬元、4 449.53萬元。該建筑生命風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于可接受生命風(fēng)險(xiǎn)水平(1.0×10-4人·年-1)，總風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值遠(yuǎn)大于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平(1 000萬元)，需要采取有效安全措施。

表3 各火災(zāi)場景危害后果

4 結(jié)論

通過構(gòu)建高層建筑事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法和實(shí)例應(yīng)用研究，得出以下結(jié)論：(1)事件樹分析方法層次清晰、分析過程符合人的邏輯思維過程，可以定量分析研究火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大小，實(shí)例應(yīng)用表明，具有應(yīng)用于高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估的可行性和優(yōu)越性；(2)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估中綜合考慮生命風(fēng)險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)用等價(jià)貨幣值代表總風(fēng)險(xiǎn)，能比較全面直觀反映高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大小；(3)將事件樹火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估方法應(yīng)用于某高層建筑，得出總火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)貨幣值為4 449.53萬元、生命風(fēng)險(xiǎn)為4.574×10-4人·年-1，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。