基于物元可拓方法的高层建筑防火系统安全评估

雷中英，陈 微 (长江大学城市建设学院, 湖北 荆州 434023)

基于物元可拓方法的高层建筑防火系统安全评估

雷中英，陈 微 (长江大学城市建设学院, 湖北 荆州 434023)

采用物元可拓方法分析建立了高层建筑火灾风险评估的可拓评价模型，计算综合关联度，把火灾风险评估中定性因素与定量因素相结合，分别从物元微观评估和物元宏观评估2个方面对某一高层建筑做了分析评价。综合评估结果与消防设计要求基本吻合，验证了该方法在建筑防火安全评估中的可行性。

物元可拓方法；评价指标；安全参数；防火系统；安全级别

可拓学是用形式化的工具，从定性和定量2个方面去研究矛盾问题的规律的一门学科，它通过建立多指标参数的质量评定模型来完整地反映样品的综合质量水平。自蔡文1983年提出可拓集合以来，从物元分析到可拓学，可拓学已经初步形成其理论框架，并开始向应用领域发展。可拓方法应用主要应用在产品质量的评价上，但目前也应用在高层建筑防火系统综合评价中。安全参数评估是从整体上对建筑物的一种宏观评估方法，但目前建筑物火灾安全评估方法都没有考虑这一点，大多以建筑物火灾的多级评价指标为基础进行分析评价。针对上述问题，笔者运用物元可拓方法，分别从多级评价指标体系和安全参数2个方面分析评价了建筑物的防火系统安全级别,并以江苏吴江某高层酒店为例对其防火系统安全等级进行了评价。

1 物元可拓模型

为了方便说明问题，先给出一般可拓评价方法[1]。

1.1经典域、节域和待评物元

对高层建筑进行防火系统安全评估需要考虑很多评价指标，把这些评价指标分为几大类，用C=(C1，C2，…，Cm)表示，每一类Cm也有r个评价指标，即Cm=(Cm1，Cm2，…，Cmr)，其中，Cmr表示第m类中第r个指标。此时对每一类Cm进行一级评估，则有：

(1)

式中，Rmj表示高层建筑防火系统安全评估中第Cm类指标的经典域物元矩阵；Nmj(j=1,2,…，s)表示高层建筑防火系统安全评估中第Cm类评价指标的第j个安全风险等级；Xmji是Nmj(j=1,2,…，s)关于Cmi的量值范围，称为经典域。节域指各个指标全部等级的值域，因此:

(2)

式中，Pmp表示高层建筑防火系统安全评价Cmi等级的全体；Xmpi为Pmp关于Cmi所取的量值范围。很显然：Xmji⊂Xmpi(i=1，2，…,n)。

对于待评高层建筑，把所收集的数据或分析的结果用物元表示，可以得到待评物元Rm：

(3)

式中，Pm为待评估的对象；Xmi为对待评建筑防火系统进行评估时所得到的具体数据。

1.2计算每一类的关联函数

确定待评高层建筑与不同风险等级的关联度，根据矩的定义，待评对象的特征Cmi关于第j个等级的关联度由:

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)

计算关联函数值:

(6)

然后计算Pm关于风险等级j的关联度:

(7)

式中，ami为Cmi的权重。

1.3二级评估

确定待评高层建筑P关于不同安全等级j的综合关联度为：

(8)

即Kj(P)为待评高层建筑第j级的综合关联度；am为Cm的权重分配系数。

1.4等级评定

若Kjo(P)=maxKj(P)，j∈(1,2,…,s)，则评定P属于等级jo。令:

(9)

则称j*为P的安全等级变量特征值[4]，等级变量特征值j*的划分如表1所示。

表1 变量特征值j*等级划分表

2 安全参数评估与等级划分

安全性分项参数和综合评估，如表2所示：

表2 安全性分项参数和综合评估表

表3 安全量级指标划分表

表2中，Q表示建筑火灾危险系数(Q与建筑层高、建筑类型和人员密度等因素有关)，S1、S2、S3分别表示建筑防火安全参数、建筑灭火安全参数、安全疏散安全参数。

结合表2和文献[5]，通过计算可得出各类高层建筑的安全量级指标FH。经分析，确定5级安全水准，具体的量值指标如表3所示。

3 建筑火灾安全评价的实例分析

3.1工程概况

江苏吴江某高层酒店于2004年6月动土开工，经过近4年多的施工建设，于2008年12月竣工。酒店建筑总高85.2m，建筑面积7.18×104m2，酒店客房间448套，防火设计建筑分类为一类，耐火等级一级，每层的每个房间都设有自动喷淋灭火设施，防火门防火窗和防火卷帘均为甲级，酒店主楼每层划分为2个水平防火分区，结构类型采用框架剪力墙，抗震设防烈度为6度。

3.2评价指标与实测值

各因素等级为物元模糊等级构成评价级 ，各因素划分等级数要相同。根据火灾安全评价的特点，划分为5个评价等级，即V={v1,v2,v3,v4,v5}={1级，2级，3级，4级，5级}={最安全，安全，较安全，不安全，最不安全}。评价指标标准值以区间的形式给出，实测值有的有单位，有的是相对评价等级的评分值，其值限定在[1.0，0]，如最安全为[1.0,0.8]，安全为[0.8,0.6]等[6]，第2层因子的实测值单位和权重值确定方法参考文献[7]，如表4所示。

表4 高层建筑火灾风险评价指标的标准值与实测值表

3.3可拓分析评估

1)多级指标物元可拓分析评估 通过式(1)～(7)计算可得第2层次因子评估关联度矩阵如下：

表5 各类因素评价结果

各类因素变量特征值C1C2C3C4j*4.052.352.292.41

通过式(9)进一步计算可知各类因素评价结果，如表5所示。

根据表5结合表1可知，该待评建筑各类评价因素C1、C2、C3、C4的安全级别分别为4级、2级、2级、2级。

由表4可知，第1层评价因子的权重分别为：(0.19，0.38，0.34，0.09)，由公式(8)计算综合关联度，计算结果为：

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

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

由公式(9)进一步计算得：

表示该待评建筑防火系统安全等级属于第2级。

表6 安全参数划分等级的标准值与实际值表

2)安全参数物元可拓评估 根据表3中高层建筑安全水准等级的划分原则，可得到按安全参数划分等级的标准值与实际值，如表6所示。

根据式(1)～(7)可计算出实际值关于各等级的关联函数值，计算结果如下：

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

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

根据公式(9)计算得：

表示该待评建筑防火系统安全等级属于第2级。

3)综合评估 由于安全参数物元评估与多级指标物元评估2种评估方法相互独立，通过以上分析计算结果可知，该待评建筑安全等级的最后综合评估结果为：

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

表示该待评建筑防火系统安全等级属于第3级。

表7 安全级别变量特征值表

根据以上计算结果可知3种不同方法得出的安全级别变量特征值，如表7所示。

通过上述综合评估表明，江苏吴江某高层酒店的防火安全水平较高，但仍然存在一定的火灾危险性。建议在电梯井、楼梯、中庭周围增设防火卷帘，加强消防安全管理。

4 结 语

笔者采用各类指标定性定量相结合的方法，运用物元可拓分析理论分别从多级评价指标体系和安全参数2个方面对江苏吴江某高层酒店进行了火灾风险分析评估，最后通过综合评估确定了该酒店防火系统的安全等级，得出的结果与消防设计要求基本吻合，从而说明对待评建筑物的防火安全系统做安全参数评估和综合评估是有必要的。

[1]蔡文，杨春艳.可拓工程[M].北京：利学技术出版社，2007.

[2] 胡宝清，张轩，卢兆明.可拓评价方法的改进及其应用研究[J].武汉大学学报，2003,36(5)：80～84.

[3] 李引擎.建筑防火工程[M].北京：化学工业出版社，2004.717～734.

[4] 胡宝清，刘敏.高层建筑火灾安全模糊评价[J].武汉大学学报(工学版)，2004,37(5)：67～70.

[5] 陈微.高层建筑防火系统分析评价[D].湖北荆州：长江大学结构工程专业，2009.

[6] 毛春艳，周宗放.基于多级物元分析的高层建筑火灾风险评估[J].建筑科学，2008,24(1) ：25～26.

[7] 王锦国，周志芳，袁永生.可拓评价方法在环境质量综合评价中的应用[J].河海大学学报，2002,30 (1)：15～18.

[编辑] 李启栋

TU927.4

A

1673-1409(2009)02-N104-04

2009-03-12

雷中英 (1966-)，女，1989年大学毕业，硕士，副教授，现主要从事建筑工程管理方面的研究工作。