高层建筑电气火灾隐患因子定量分析方法研究

高层建筑电气火灾隐患因子定量分析方法研究

刘洋

天津市建筑设计研究院有限公司     天津市       300000  

摘要：对高层建筑电气火灾隐患因子进行筛选，运用解释结构模型(ISM)分析各隐患因子之间复杂的逻辑关系;再运用交叉影响分析(CIA)和马尔科夫链预测相结合的方法，计算各隐患因子的交叉概率，根据修正后的稳态概率大小，对隐患因子概率对比分析和排序。该方法对高层建筑火灾隐患因子排查阶段的定量化以及后续的信息化管理工作具有推动作用。

关键词：高层建筑；电气火灾；解释结构模型(ISM)；交叉影响分析法(CIA)；

为了对高层建筑电气火灾隐患排查进行定量化分析，采用解释结构模型构建高层建筑电气火灾隐患因子的复杂逻辑模型;在利用德尔菲法确定隐患因子初始概率的基础上，经过交叉影响分析法求解交叉影响概率矩阵;引入马尔科夫链修正各隐患因子交叉影响后的概率，得到火灾隐患因子的稳态概率矩阵。

一、高层建筑火灾事故的特点

高层建筑一旦发生火灾，相比起低层建筑，容易出现火情中心不易确定、火灾扩散速度快、火灾发生前缺乏预警等不利因素，因此，高层建筑火灾消防工作相比起低层建筑而言也较为困难。一旦发生火灾，如果没能够及时进行消防处理，容易造成比低层建筑更为严重的生命财产损失。近年来，我国发生了多起高层建筑火灾事件，造成了重大损失，高层火灾主要存在以下几种特征：

1. 火势蔓延途径多、危害大、蔓延快。一旦发生火灾，如果建筑物中存在空气流通管道，火灾形成的烟雾就能够顺管道的扩散方向形成贯通整个建筑物的火柱。有实验表明，火灾建筑物中能够形成空气流通的通道，在高温支持下，能够将空气流动速度扩大十倍左右，在短时间内就能将火灾中形成的烟雾扩散至整个建筑物。在高层建筑物中，为了方便通风、通行，备有电梯间、电缆井、管道井等多种设施，此类通道中空气畅通无阻，在火灾时期能够形成纵向扩散作用，使得某一处的火焰烟雾在短时间内扩散至整个建筑物，大大增加了高层建筑物消防难度。这一情况广泛出现在我国众多高层建筑火灾事件之中。
2. 疏散困难，容易造成重大伤亡事故。高层建筑往往楼层高，每一楼层中容纳的人口数量众多。在火灾发生时，人群的数量和楼层的高度都不利于迅速的安全撤离。而根据上文提到的烟雾扩散原理，高层建筑发生火灾，烟雾将在短时间扩散至整个建筑物，因此对于人们安全疏散带来了更大的困难。在火灾期间，人们一般采用楼梯进行安全疏散，行进速度较慢，一旦受到烟雾侵袭，群众生命安全将受到重大威胁。
3. 扑救困难高层建筑高度较高，仅仅依靠消防人员在建筑物外部进行喷水扑救困难重重，因此，高层建筑消防工作往往依靠建筑物内部的消防装置。如果建筑消防设备陈旧，无法发挥作用，高层建筑物火灾扑救工作展开就较为艰难。在一般高层建筑火灾现场，消防人员往往因为浓烟扩散、火势较大而难以展开工作。当前我国消防工作针对高层建筑未能形成较为成熟的经验和指导，高层建筑发生大型火灾时，供水、水压等都无法满足现场需求。高层建筑本身对消防安全的考虑不足，缺乏消防电梯，浪费消防人员体力，从而也导致高层建筑火灾扑救工作困难程度加深。

4.功能复杂，火险隐患多。高层建筑因为容量大，所处地理位置优越，往往汇集了多种建筑使用方式，内部包含多个商家或企业，不同的管理单位，针对消防安全的指导和教育参差不齐，建筑物使用人员平时的行为就存在一定的火灾隐患。例如，占用消防通道，在安全出口处堆放易燃物质，使疏散通道在火灾时期成为重灾区域。部分企业办公区域缺乏消防意识，可燃物众多，员工缺乏消防安全教育，公司也缺乏火灾安全管理能力，从而造成火灾隐患。一旦发生火灾，高层建筑疏散困难，人民生命财产安全受损严重。

二、高层电气火灾隐患因子的筛选

火灾隐患因子是指可能导致火灾发生或促进火灾发展的各类潜在的不安全因子。高层建筑电气火灾事故的发生是由隐患因子受外界刺激转化而导致的。高层建筑自身电气的复杂性导致了电气火灾事故原因的多元性，而且1次事故的发生往往是多个隐患因子共同作用的结果。筛选隐患因子是后续治理工作的重要一环。对火灾要素的划分方法并结合德尔菲法，将12位从事电气及火灾安全等相关工作、具有丰富电气知识与实践经验的专家的调查问卷整理分析，获取高层建筑电气火灾影响因子的4个类目，分别为致灾体、火场环境、受灾体和火灾驱动因素。

三、建立解释结构模型

1.通过对高层建筑电气火灾隐患因子的级间分析，得到的多层递阶解释结构模型，高层建筑电气火灾隐患因子的ISM反映了隐患因子间复杂的逻辑关系。根据高层电气火灾发生机理，可将隐患因子划分为事前隐患因子、事中隐患因子、深层隐患因子。导致事故发生的直接因子称为事前隐患因子。影响因子导电状况、绝缘状况等转化为短路、漏电等情形，是成为导致火灾发生的最直接的隐患因子，是在隐患排查时首要治理的相关要素。事中隐患因子，作用于事故发生后，其作用是促进事故的发展导致事故后果的扩大，灭火救援力量、建筑自身安全水平等状态变化形成影响趋势。深层隐患因子的变化和联系是高层建筑火灾产生和扩大的本质原因。

2.隐患因子的交叉影响分析。在解释结构模型定性分析高层建筑电气火灾隐患因子之间内在关系的基础上，采用交叉影响分析法与马尔科夫链预测法相结合的方法进行隐患因子排查的定量分析。交叉影响分析是1种充分考虑因子之间相互影响的方法，综合了定性分析和定量分析的优势，系统地分析和预测目标在未来的发展趋势中，由于某些因子的变化而引起其他因子发展趋势概率的变化过程。马尔科夫链预测模型，是根据因子目前的状况预测未来各个时刻变动状况的1种方法，其原始模型是马尔科夫链。因此，运用CIA法模拟各隐患因子发展情况，并借助马尔科夫链的预测概念修正了各隐患因子在交叉影响后的概率，从而得到隐患因子的稳态概率大小。CIA法与马尔科夫预测法结合的分析步骤为4步:初始值的确定、影响程度的确定、计算交叉影响概率和概率修正。（1）隐患因子初始概率的确定。初始概率一般用“0”到“1”之间的数字表示，“0”代表因子在未来不会产生影响，“1”代表因子在未来肯定会产生影响。（2）确定交叉影响程度。影响的程度可按影响效果的大小和影响的正负给出，一般分为7个类别。其中，K表示影响方向，正向时K为+1，表示1个因子产生影响对另1个因子有激励作用;负向时K为－1，表示为抑制作用，S表示影响程度。（3）计算交叉概率。如果隐患因子Dn产生影响，则其余因子的初始概率必然会受到Dn的影响，则其间的关系可由ward和Cordn在1968年提出的计算交叉影响经验公式来表示，简化形式为:

式中:P(0)n为因子Dn的初始概率;Pn'为考虑其他因子受影响后的交叉概率;KS为隐患因子间相互影响值。由上式计算各隐患因子之间的交叉影响概率。

（4）概率修正。为了消除由于专家评定的影响程度不同导致获得各隐患因子间的交叉影响概率的数据不足的问题，借助马尔科夫链的稳态特性对18个隐患因子的交叉影响概率进行修正。对交叉概率矩阵作归一化计算:得出交叉概率矩阵作归一化结果P'。马尔可夫链稳定状态的概率矩阵P(n):经多次转移后求得初始状态马尔可夫稳态矩阵P(n)为:校正后的隐患概率计算:马尔科夫链稳定状态的概率矩阵P(n)为交叉影响各隐患因子发生的概率比重，乘以初始概率之和，得到各隐患因子的校正概率P″(0)。

总之，通过对修正后的稳态概率的对比和排序，明确了高层建筑电气火灾隐患排查和管控的重点;为高层建筑电气火灾隐患的排查和治理工作提出了一种定性和定量相结合的方法。

参考文献;

［1］张萍．建筑电气火灾原因分析及研究．2019.

［2］王红英．浅谈高层建筑电气火灾隐患因子定量分析方法研究.2021.