專利名稱：建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑火災(zāi)中人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，尤其涉及一種建筑火災(zāi)人員傷亡 概率的預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在一些超高、超大、設(shè)計(jì)新穎的建筑為現(xiàn)代城市增色的同時(shí)，隨之而來也有日益嚴(yán)峻 的火災(zāi)安全問題。這些建筑中的防火設(shè)計(jì)單純依靠現(xiàn)行"處方式"設(shè)計(jì)規(guī)范已無法解決， 只能依靠性能化防火設(shè)計(jì)方法，而火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則是性能化防火設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)十分關(guān) 鍵的環(huán)節(jié)。只有合理、準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，性能化防火設(shè)計(jì)才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
如圖1所示，ASET (Available Safety Egress Time,可用的安全疏散時(shí)間)和RSET (Required Safety Egress Time,必需的安全疏散時(shí)間)時(shí)間線火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估示意圖。對(duì) 建筑火災(zāi)中人員傷亡預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中， 一個(gè)基本的判據(jù)就是比較火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間與 人員疏散時(shí)間的大小關(guān)系，即對(duì)ASET和RSET進(jìn)行比較。如果人員在火災(zāi)到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài)之前 未能全部疏散至安全區(qū)域，那么此時(shí)建筑物內(nèi)剩余的人數(shù)即為在當(dāng)前火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致 的傷亡人數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于火災(zāi)環(huán)境下人員疏散和風(fēng)險(xiǎn)分析的方法和模型，多是通過比較所需 安全疏散時(shí)間RSET與可用安全疏散時(shí)間ASET兩者的大小關(guān)系來確定人員能否逃生至安全區(qū)
域。人員疏散與火災(zāi)發(fā)展過程中的相關(guān)參數(shù)均取為定值。 上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)
對(duì)火災(zāi)的不確定性與隨機(jī)性規(guī)律基本沒有考慮，對(duì)火災(zāi)環(huán)境下人員傷亡的概率不能準(zhǔn) 確的預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)火災(zāi)環(huán)境下人員傷亡的概率的建筑火災(zāi)人員傷 亡概率的預(yù)測(cè)方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，包括首先，建立多個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景，每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景處于火災(zāi)發(fā)展自初始狀態(tài)至火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)中 的一個(gè)狀態(tài)，并分析所述火災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率，所述火災(zāi)場(chǎng)景包括以下至少一項(xiàng)因 素
水噴淋是否成功啟動(dòng)、火災(zāi)探測(cè)是否成功、人員是否發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、機(jī)器排煙系統(tǒng)是否啟
動(dòng)；
然后，分別比較每個(gè)場(chǎng)景到達(dá)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間與人員疏散所需的時(shí)間，并計(jì)
算得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)；
之后，根據(jù)每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，預(yù)測(cè)建筑火災(zāi)人員傷亡概率。 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè) 方法，由于建立多個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景，對(duì)其隨時(shí)間變化的出現(xiàn)概率進(jìn)行分析，并分析每個(gè)火災(zāi)場(chǎng) 景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，預(yù)測(cè)建筑火災(zāi)人員傷亡概率。對(duì)火災(zāi)的不確定性與隨機(jī)性規(guī)律 進(jìn)行了考慮，能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)火災(zāi)環(huán)境下人員傷亡。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的ASET/RSET時(shí)間線火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估示意圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施例中基于防滅火措施的事件樹及可能的火災(zāi)場(chǎng)景示意圖3為本發(fā)明的具體實(shí)施例中火災(zāi)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)各狀態(tài)之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖4為本發(fā)明的具體實(shí)施例中火災(zāi)熱釋放速率曲線示意圖5為本發(fā)明的具體實(shí)施例中疏散時(shí)間與火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的概率分布示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其較佳的具體實(shí)施方式
是-
首先，建立多個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景，每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景處于火災(zāi)發(fā)展自初始狀態(tài)至火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)中
的一個(gè)狀態(tài)，并分析所述火災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率，所述火災(zāi)場(chǎng)景包括以下至少一項(xiàng)因
素
水噴淋是否成功啟動(dòng)、火災(zāi)探測(cè)是否成功、人員是否發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、機(jī)器排煙系統(tǒng)是否啟
動(dòng)；
然后，分別比較每個(gè)場(chǎng)景到達(dá)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間與人員疏散所需的時(shí)間，并計(jì) 算得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)；
之后，根據(jù)每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，預(yù)測(cè)建筑火災(zāi)人員傷亡概率。
在分析所述火災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率時(shí)，包括
首先，建立所述火災(zāi)場(chǎng)景自當(dāng)前狀態(tài)向其它狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率矩陣<formula>formula see original document page 7</formula>(4)
矩陣中，A為所述火災(zāi)場(chǎng)景自狀態(tài)z'向狀態(tài)7'的轉(zhuǎn)移概率，當(dāng)^=()時(shí)，表示狀態(tài)z'沒
有向狀態(tài)y轉(zhuǎn)移；當(dāng)^>()時(shí)，表示存在狀態(tài)z'向狀態(tài)7'的轉(zhuǎn)移過程，z'、 y=i 9; 之后，根據(jù)所述矩陣分析每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景在火災(zāi)發(fā)展的不同時(shí)刻出現(xiàn)的概率。
可以建立火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù):
化)=
1
2
(16)
式中，^為火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間；y")的平均值與方差為:
'1 、 《
(17)
// = exp
+5
《=exp + 2//ta,。). [exp (c7二 ) — 1
(18)
還可以建立人員疏散時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)/(~)，它是考慮火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間概率分
布與疏散準(zhǔn)備時(shí)間概率分布得到的聯(lián)合密度函數(shù)。 其中，疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)為
1
exp[-
-a)2 ~2ct 2
]
>0
(24)
式中，/(~)為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)間；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)
間的平均值；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差。
之后，可以根據(jù)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)和所述人員疏散時(shí)間的隨 機(jī)分布函數(shù)計(jì)算每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)C。
c= Jf「(iv.f/(g4/(0
(28)
式中，iV為建筑物內(nèi)的人數(shù)。
在計(jì)算建筑火災(zāi)人員傷亡概率時(shí)，可以根據(jù)所述火災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率，得到時(shí)
.P(SiHp(氣o),;^),…,p(
刻f-1與時(shí)刻z'區(qū)間內(nèi)，所述火災(zāi)場(chǎng)景的概率分布向:并根據(jù)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)和所述人員疏散時(shí)間的隨機(jī)分布函
數(shù)，得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)分布向量e—^，e"…'。)； 之后，計(jì)算所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率為
艦=t&c,
'=i (32)
還可以根據(jù)所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率，得到建筑人員傷亡預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)概率為 p= _^_^_
fire-"ft— ^^~~ (33)
式中，々為建筑物發(fā)生火災(zāi)的頻率，V^^'年)；力為建筑物的地面面積，附2
本發(fā)明基于火災(zāi)動(dòng)力學(xué)，在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中考慮了更多的不確定性和隨機(jī)性因素以及 建筑物的特征以及防滅火措施的影響，結(jié)合人員疏散計(jì)算，提出了火災(zāi)對(duì)人員造成的預(yù)測(cè) 風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估手段。通過比較火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間與人員疏散時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算得到每個(gè) 火災(zāi)場(chǎng)景可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)。能預(yù)測(cè)不同功能建筑在不同防滅火設(shè)施下的火災(zāi)人員傷亡 概率。
包括耦合火災(zāi)動(dòng)力學(xué)和建筑防滅火設(shè)施效能的火災(zāi)場(chǎng)景及其隨時(shí)間變化的出現(xiàn)概率分
析方法；考慮火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)隨機(jī)分布規(guī)律的火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的概率密度函數(shù)分析方 法；考慮人員疏散準(zhǔn)備時(shí)間隨機(jī)分布規(guī)律的疏散時(shí)間概率密度函數(shù)分析方法；以及考慮不 同功能建筑起火頻率的建筑火災(zāi)人員傷亡概率的計(jì)算方法等。
下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的分析 1、火災(zāi)場(chǎng)景出現(xiàn)的概率分析方法 1.1、可能導(dǎo)致的火災(zāi)場(chǎng)景
在評(píng)估人員的預(yù)期火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需要考慮影響火災(zāi)發(fā)展與煙氣運(yùn)動(dòng)的相關(guān)因素。除了 可燃物特性與建筑環(huán)境之外，建筑物內(nèi)的防滅火措施工作的可靠性和有效性也是十分重要 的影響因素。防滅火措施將會(huì)影響到火災(zāi)發(fā)展與煙氣蔓延的后果，進(jìn)而導(dǎo)致不同的火災(zāi)場(chǎng) 景。例如，火災(zāi)報(bào)警可以被水噴淋動(dòng)作反饋的信號(hào)啟動(dòng)，也可以被感煙探測(cè)器聯(lián)動(dòng)或人員 手動(dòng)。如果水噴淋或感煙探測(cè)器正常工作，火災(zāi)報(bào)警就能夠自動(dòng)發(fā)出信息。如果水噴淋或 感煙探測(cè)器出現(xiàn)故障，那么就只能依靠人員手動(dòng)進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。 一般而言，影響火災(zāi)發(fā)展 與煙氣蔓延的主要防滅火措施有自動(dòng)水噴淋、火災(zāi)探測(cè)、人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、機(jī)械排煙等。 可能導(dǎo)致的火災(zāi)場(chǎng)景可以通過事件樹分析的方法得到。如圖2所示，為事件樹分析的具體實(shí)施例。 1.2、隨時(shí)間變化的火災(zāi)場(chǎng)景出現(xiàn)概率
如圖2所示的事件樹中，每個(gè)防滅火措施的啟動(dòng)(有效)概率是隨火災(zāi)發(fā)展的時(shí)間而 變化的，因此每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景出現(xiàn)的概率也是隨著火災(zāi)發(fā)展時(shí)間變化的。此外，對(duì)于人員火 災(zāi)傷亡預(yù)測(cè)而言，主要是比較人員疏散和火災(zāi)煙氣蔓延隨著時(shí)間變化的關(guān)系，如果人員疏 散時(shí)間小于火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間，那么人員可以安全逃生。如果人員疏散時(shí)間大于火災(zāi) 危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間，那么在危險(xiǎn)狀態(tài)來臨之時(shí)，仍然有部分人員未能逃生至安全區(qū)域，這 樣未逃生人員就可能受到火災(zāi)的威脅導(dǎo)致受傷甚至死亡。因此，在分析每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景發(fā)生 概率的時(shí)候，很有必要考慮其隨火災(zāi)發(fā)展時(shí)間變化的情況。
每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景在不同時(shí)刻的變化可根據(jù)Markov鏈的方法進(jìn)行隨機(jī)分析。假設(shè)火災(zāi)發(fā)展
時(shí)間被分為"個(gè)時(shí)刻，每個(gè)時(shí)刻有7'個(gè)狀態(tài)，那么任一時(shí)刻Z的狀態(tài)向量可以表示為 si =(\0,V,*O,/ = 1，2".'," (1)
由于人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)所關(guān)心的是每個(gè)狀態(tài)在任意時(shí)刻的概率，那么在時(shí)刻^的概率 向量可以表示為
P(Si)+W,H4…斗")) (2)
根據(jù)離散時(shí)間Markov鏈的性質(zhì)，在時(shí)刻"l的概率向量可以通過時(shí)刻z'的概率向量和轉(zhuǎn) 移矩陣計(jì)算得到
P(Si+》P(Si)xPw (3)
式中，Pw為Z + l時(shí)刻的轉(zhuǎn)移矩陣。
具體到人員傷亡預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估而言，火災(zāi)發(fā)展時(shí)間可以劃分為若干離散的時(shí)刻，而狀 態(tài)則可以根據(jù)火災(zāi)場(chǎng)景來劃分，火災(zāi)場(chǎng)景和狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。
火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于建筑物內(nèi)所有的防滅火措施都沒有啟動(dòng)工作，而火災(zāi)場(chǎng)景10對(duì)應(yīng)的 影響事件是水噴淋失敗，火災(zāi)探測(cè)失敗，人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)失敗，可以認(rèn)為火災(zāi)場(chǎng)景10所對(duì)應(yīng) 的防滅火措施都沒有動(dòng)作，故將火災(zāi)場(chǎng)景10作為火災(zāi)發(fā)生時(shí)的初始狀態(tài)。
如圖3所示，基于圖2所示的事件樹及各火災(zāi)場(chǎng)景之間的關(guān)系，可以得到各狀態(tài)之間的 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
在圖2所示的事件樹中，將防滅火措施實(shí)施成功的每個(gè)狀態(tài)9、 7、 4、 2，即火災(zāi)場(chǎng)景 1， 3， 6， 8對(duì)應(yīng)的狀態(tài)作為吸收狀態(tài)，是本分析過程的末狀態(tài)。由于是吸收狀態(tài)，那么其 他狀態(tài)就有可能向它們轉(zhuǎn)移。初始狀態(tài)O有可能向其他任何一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移。每個(gè)狀態(tài)都有可 能出現(xiàn)三種轉(zhuǎn)移情形(1)自身狀態(tài)的轉(zhuǎn)移；(2)來自其他狀態(tài)的轉(zhuǎn)移；(3)發(fā)向其他狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。對(duì)于第一種轉(zhuǎn)移情形，這里認(rèn)為每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的狀態(tài)都存在。對(duì)于后兩 種轉(zhuǎn)移情形，總的規(guī)則是防滅火措施失敗對(duì)應(yīng)的狀態(tài)向防滅火措施成功對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移， 但還需根據(jù)事件樹對(duì)應(yīng)的實(shí)際情形確定。
基于圖3所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，可以得到轉(zhuǎn)移概率矩陣-
p —^10 "1 乂 19
乂〖90 乂 91 1 99 乂 (4)
式中，^為狀態(tài)z'向狀態(tài)J的轉(zhuǎn)移概率。當(dāng)^=()時(shí)，表示狀態(tài)"沒有向狀態(tài)7'轉(zhuǎn)移；
當(dāng)^>()時(shí)，表示存在狀態(tài)z'向狀態(tài)7'的轉(zhuǎn)移過程。圖3中狀態(tài)z'向其他狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率為式 (4)轉(zhuǎn)移概率矩陣的第^行。
2、火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)/h)
在火災(zāi)人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中，只有較為科學(xué)地設(shè)定火災(zāi)并選取合適的火災(zāi)熱釋放速率 隨時(shí)間變化的曲線，才有可能得到合理的火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間，進(jìn)而得到合理的人員傷 亡風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)期值?；馂?zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中所涉及的火災(zāi)是一種人為的假設(shè)，但假設(shè)越合理，依據(jù) 它進(jìn)行的模擬計(jì)算所得到的結(jié)果就越真實(shí)。通常以火災(zāi)的熱釋放速率描述火災(zāi)發(fā)展情況， 熱釋放速率主要是由可燃物的化學(xué)能、幾何狀態(tài)、空氣的供給量以及建筑環(huán)境等許多因素 所決定，情況比較復(fù)雜。對(duì)于人員面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估而言，我們關(guān)心的僅是火災(zāi)發(fā)展到 對(duì)人生命有危險(xiǎn)的時(shí)間，和建筑物內(nèi)人員逃生至安全區(qū)域所需的時(shí)間。
火災(zāi)初期階段的熱釋放速率大體按^規(guī)律增長(zhǎng)
2 =加2 (5)
式中，"為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù);^為點(diǎn)火后的時(shí)間(S)?；馂?zāi)的初期增長(zhǎng)可分
為慢速、中速、快速、超快速等四種類型，對(duì)應(yīng)的火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)^依次為0.002931、 0.01127、 0.04689、 0.1878。"的取值是根據(jù)火源熱釋放速率分別在600s、 300s、 150s、 和75s達(dá)到1055kW時(shí)得到的。
如圖4所示，是火災(zāi)熱釋放速率曲線示意圖。
預(yù)測(cè)火災(zāi)對(duì)人員造成的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)選取的偏差很有可能導(dǎo)致人員面臨火災(zāi) 風(fēng)險(xiǎn)值的差異，因此，在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，很有必要考慮火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)的不確定性。 Holborn et al.通過大量火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。
由于人員火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要面向一些大型公共建筑，而這些建筑多為大空間建筑結(jié)構(gòu)，這里以大空間類型建筑為例，分析火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)性。自然填充煙氣情 況下，火源初期為^規(guī)律增長(zhǎng)時(shí)，基于區(qū)域模型思想的煙氣填充計(jì)算方程為
3
0.075
(6)
式中，Z為煙氣層下表面距地面的高度(W) ; g為重力加速度("V^ ) ; A)為環(huán) 境空氣的密度(紐A"3); ^為空氣的定壓比熱(W/(^K)) ; ^為環(huán)境空氣的溫度
(K) ; ^為地板面積(附。；Z為火災(zāi)初期發(fā)展時(shí)間(S) ; ^為房間高度(附)。
式(6)可以轉(zhuǎn)化為
3 =0.075
(7)
熱煙氣層降至與人體直接接觸的高度時(shí)，即煙氣層界面低于人眼特征高度，此時(shí)即為 危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)刻。人眼的特征高度通常為1.2 1.8m，通常取煙氣層的高度下降到1.5m高
度，即^=1'5。
Z 3 —//
1 5
0.075
(8)
其中，~為火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間< 令
l 3 —
0.075
=幻
t 畫or3L
式(9)兩邊取自然對(duì)數(shù)可得，
，對(duì)于一定的建筑環(huán)境下，^為一常量，則有
(9)
(10)
由于火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)"服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，那么in"服從正態(tài)分布，由正態(tài)分布的性 質(zhì)，^^也服從正態(tài)分布。若服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)"的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為^與 ，那么正態(tài)分布y(h")的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為>"。
"=」ln
l+、
(11)
(12)
根據(jù)正態(tài)分布的性質(zhì)，
/(ln/c)
的函數(shù)式及其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為
2;r crln,
-exp
2%,
(13)
1 ， 〃a 3 ， 7
〃k 二—,"T^^ + 7111、 〃《

In
l+、
(14)
(15)
由式(13)，可得7 、'd服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即火災(zāi)發(fā)展到對(duì)人員生命構(gòu)成危險(xiǎn)的臨 界時(shí)間服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其函數(shù)式為
1
(lnd,》2
(16)
A = exp
的平均值與方差為 5
ct,: = exp + 2 ) [exp (《)-1
若取 // = 3.5附 ， g = 9.8w/, r0 = 300K ，爿=500附2 ，那么、=7286.8 。
(17)
(18)
附
3、人員疏散所需時(shí)間的隨機(jī)性分布函數(shù)/(^) 3.1、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間的隨機(jī)分布
火災(zāi)探測(cè)時(shí)間與報(bào)警時(shí)間主要受火災(zāi)發(fā)展初期動(dòng)力學(xué)特征、起火區(qū)域的建筑環(huán)境與探3.2、疏散準(zhǔn)備時(shí)間隨機(jī)分布
疏散準(zhǔn)備時(shí)間是人員疏散時(shí)間的一個(gè)十分重要的組成部分，很多火災(zāi)后的問巻調(diào)査和 事先未通知的疏散演習(xí)得到的數(shù)據(jù)顯示，疏散準(zhǔn)備時(shí)間在人員疏散時(shí)間中占有相當(dāng)?shù)谋?例，而且有時(shí)其值還會(huì)大于運(yùn)動(dòng)時(shí)間。此外，疏散準(zhǔn)備階段的人員行為對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間有著至
13
測(cè)報(bào)警裝置特性的影響，可以根據(jù)火災(zāi)蔓延模型以及探測(cè)系統(tǒng)的特性進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)。以 感煙火災(zāi)探測(cè)器為例，工程計(jì)算常將煙氣高度沉降到房間高度5%以下作為響應(yīng)時(shí)間?；馂?zāi) 煙氣高度經(jīng)驗(yàn)公式有以下幾點(diǎn)假設(shè)(1)房間的頂棚面積、地板面積以及各處標(biāo)高相同；
(2)火災(zāi)初期按照^規(guī)律增長(zhǎng)。
當(dāng)Z二0.95Z/,時(shí)，
0.075
式中，。為火災(zāi)探測(cè)時(shí)間(s) (w2)。
令
凡d —
(0.95i/r)l_《
0.075
1
(19)
(20)
^為房間凈高(w) ; ^為房間地板面積
對(duì)式(20)兩端取自然對(duì)數(shù)可得:
(21)
由火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)"服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布可知，h"服從正態(tài)分布。對(duì)于特定的建筑場(chǎng) 景，、為常量，h,"也服從正態(tài)分布。y(h"的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為
1 3i 7
(22)
(23)
0,075
"+關(guān)重要的影響。疏散準(zhǔn)備時(shí)間由認(rèn)識(shí)時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間兩部分組成。認(rèn)識(shí)時(shí)間是從火災(zāi)報(bào)警 或者其他火災(zāi)提示明確之后，到人員意識(shí)到出現(xiàn)了火災(zāi)等緊急情況并開始做出反應(yīng)的時(shí) 間，主要與建筑物類型、建筑內(nèi)人員的清醒狀態(tài)，熟悉建筑物的程度、報(bào)警系統(tǒng)類型等因 素相關(guān)。反應(yīng)時(shí)間是在人員意識(shí)到火災(zāi)報(bào)警或其他提示之后，到開始向安全出口移動(dòng)的時(shí) 間。在這個(gè)階段人員的行為千差萬別，如尋找火源、試圖滅火；通知或協(xié)助他人撤離；向 消防隊(duì)報(bào)警，請(qǐng)求滅火支援；收拾財(cái)物，準(zhǔn)備逃離；直接逃離現(xiàn)場(chǎng)；出現(xiàn)恐慌行為，無法 自主行動(dòng)或盲目從眾等。前人的大量研究結(jié)果表明，疏散準(zhǔn)備時(shí)間為服從概率分布的隨機(jī)
為了得到更加合理的所需安全疏散時(shí)間，疏散準(zhǔn)備時(shí)間應(yīng)取為概率分布，如取正態(tài)分 布時(shí)，其概率密度函數(shù)可以用下式表示
ZO^"exp[—^f^] 。>0
V2， 2 (24)
式中，/(^)為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的概率密度函數(shù)；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)間；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)
間的平均值；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差。
3.3、人員疏散所需時(shí)間的隨機(jī)性分布函數(shù)
人員疏散所需時(shí)間為火災(zāi)探測(cè)時(shí)間、人員疏散準(zhǔn)備時(shí)間和人員移動(dòng)時(shí)間之和，即 t =,P+、+td，所以人員疏散所需時(shí)間的隨機(jī)性分布函數(shù)/(")是考慮火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間概 率分布與疏散準(zhǔn)備時(shí)間概率分布得到的聯(lián)合密度函數(shù)。
4、單個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)
在傳統(tǒng)的人員火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，均未考慮火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間與人員疏散時(shí)間中的 隨機(jī)性?；馂?zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間、人員疏散準(zhǔn)備時(shí)間與火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間均考慮為定值。 人員傷亡預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一個(gè)基本的判據(jù)就是比較火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間與人員疏散時(shí)間的 大小關(guān)系。如前圖1所示。
由上面的分析可知，由于火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)為服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量，那么火災(zāi)探
測(cè)報(bào)警時(shí)間^呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。由于疏散準(zhǔn)備時(shí)間服從正態(tài)分布，所以疏散時(shí)間
Ue=^+、)也服從正態(tài)分布并向右平移一個(gè)值。當(dāng)^服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，^服從正態(tài)分
布，那么就可以得到總的疏散時(shí)間的概率密度函數(shù)/h)。 /(^)只是考慮火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí) 間概率分布與疏散準(zhǔn)備時(shí)間概率分布得到的聯(lián)合密度函數(shù)，具體的表達(dá)式還需依據(jù)實(shí)際情 況確定。
由火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)性分析可知，在對(duì)數(shù)正態(tài)分布的火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)的情況下，火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間為服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的隨機(jī)變量。那么火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間 與疏散人數(shù)隨時(shí)間的變化情況均可通過概率密度函數(shù)表示。
如圖5所示，為本發(fā)明的具體實(shí)施例中疏散時(shí)間與火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的概率分布
圖5中，/(^)為人員疏散時(shí)間的概率密度函數(shù)，/(^)為火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的概 率密度函數(shù)。如果/(^)與/(^)表示的概率密度分布曲線有重疊部分，那么則表示火災(zāi)危 險(xiǎn)臨界狀態(tài)來臨時(shí)，建筑物內(nèi)仍有部分人員未逃至安全區(qū)域。
如果發(fā)生火災(zāi)時(shí)，建筑物內(nèi)的人數(shù)為^。若任意的時(shí)刻?；馂?zāi)危險(xiǎn)臨界狀態(tài)來臨， 那么在時(shí)刻。未來及疏散至安全區(qū)域的人數(shù)為
W.JV(卞 (25)
同理，火災(zāi)危險(xiǎn)臨界狀態(tài)來臨的概率為
-W = (26) 在實(shí)際火災(zāi)情況下，人員疏散過程受到火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r的影響，而火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí) 間則主要與火災(zāi)的蔓延以及煙氣的流動(dòng)密切相關(guān)，受人員疏散的影響較小。因此，可以認(rèn) 為，火災(zāi)危險(xiǎn)臨界狀態(tài)來臨、危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)仍有人員未疏散這兩個(gè)事件相互獨(dú)立。那
么，在時(shí)刻f可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)為
通過對(duì)式(27)積分可得，火災(zāi)發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)C為
c=f (w.JT& (28)
根據(jù)概率密度函數(shù)的定義，人員疏散時(shí)間的累積概率分布函數(shù)^c)為
又 《/w+f =l
那么，式(28)轉(zhuǎn)化為
(29)
(30)
(31)
5、建筑火災(zāi)人員傷亡概率預(yù)測(cè)方法
如果某建筑一旦發(fā)生火災(zāi)以后，可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景，但是每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景的出現(xiàn) 概率，不僅依據(jù)該建筑防滅火設(shè)施的有無及效能，而且隨時(shí)間變化?；谑录浜碗x散Markov鏈分析，可以得到時(shí)刻卜1與時(shí)刻區(qū)間內(nèi)火災(zāi)場(chǎng)景的概率分布向量
p(Si)—;K^)'p(^)'…'p"'9))。根據(jù)/(g與/(g表示的概率密度分布曲線，根據(jù)式
(31)，可以得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)也可表示為一向量 C = (eQ5、。那么火災(zāi)人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)值可以量化為
磁=尤《《
'=i (32)
由于可燃物的特性及建筑環(huán)境的差異，不同類型的建筑起火概率差別較大。如果引入 火災(zāi)發(fā)生頻率，可得到人員傷亡預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)概率(Expected Risk to Life, ERL)為
p_ _^_
rfire-life _
^ (33)
式中，々為建筑物發(fā)生火災(zāi)的頻率(V(附'年h ; ^為建筑物的地面面積。
本發(fā)明基于火災(zāi)動(dòng)力學(xué)，在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中考慮了更多的不確定性和隨機(jī)性因素以及 建筑物的特征以及防滅火措施的影響，可以得到更加合理地預(yù)測(cè)人員火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，為火災(zāi)安 全設(shè)計(jì)提供可靠的支持。
本發(fā)明在確定火災(zāi)場(chǎng)景出現(xiàn)的概率時(shí)，本研究著重于考慮防滅火措施實(shí)施概率這個(gè)變 量取值時(shí)的認(rèn)識(shí)不確定性問題。概率的取值不是簡(jiǎn)單地以確定值表示，而是以概率分布函 數(shù)的形式減少其不確定性；
在評(píng)估每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景可能造成的傷亡人數(shù)時(shí)，考慮火災(zāi)與人員疏散均過程中的諸多隨
機(jī)性因素。因此，在確定火災(zāi)場(chǎng)景出現(xiàn)的概率時(shí)，本發(fā)明考慮人員疏散時(shí)間計(jì)算過程中， 火災(zāi)探測(cè)時(shí)間，人員疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)性，火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)性，以便更合 理地評(píng)估可能造成的傷亡人數(shù)；
對(duì)于人員疏散時(shí)間的計(jì)算，基于火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)隨機(jī)性，將火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間取為概率 分布；考慮疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)性，將其取為概率分布。對(duì)于火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的計(jì) 算，基于火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)隨機(jī)性考慮設(shè)定火災(zāi)的不確定性，將火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間表示為 概率分布。通過比較火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間與人員疏散時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng) 景可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括首先，建立多個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景，每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景處于火災(zāi)發(fā)展自初始狀態(tài)至火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，并分析所述火災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率，所述火災(zāi)場(chǎng)景包括以下至少一項(xiàng)因素水噴淋是否成功啟動(dòng)、火災(zāi)探測(cè)是否成功、人員是否發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、機(jī)器排煙系統(tǒng)是否啟動(dòng)；然后，分別比較每個(gè)場(chǎng)景到達(dá)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間與人員疏散所需的時(shí)間，并計(jì)算得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)；之后，根據(jù)每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，預(yù)測(cè)建筑火災(zāi)人員傷亡概率。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，分析所述火 災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率包括首先，建立所述火災(zāi)場(chǎng)景自當(dāng)前狀態(tài)向其它狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率矩陣<formula>formula see original document page 2</formula>(4)矩陣中，^為所述火災(zāi)場(chǎng)景自狀態(tài)z'向狀態(tài)7'的轉(zhuǎn)移概率，當(dāng)^=()時(shí)，表示狀態(tài)"沒 有向狀態(tài)J轉(zhuǎn)移；當(dāng)^>()時(shí)，表示存在狀態(tài)z'向狀態(tài)7'的轉(zhuǎn)移過程，/、 7'^i g;之后，根據(jù)所述矩陣分析每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景在火災(zāi)發(fā)展的不同時(shí)刻出現(xiàn)的概率。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括建立火 災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)/(~):<formula>formula see original document page 2</formula>(16)式中，^為火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間；,")的平均值與方差為: ' 1 、<formula>formula see original document page 2</formula>(17)<formula>formula see original document page 3</formula>
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括建立人 員疏散時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)/^)，包括火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)和疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)；所述火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，"為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)，服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，則in"服從正態(tài)分布；、為常量； 所述疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，/(^)為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)間；^為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的平均值；。P為疏散準(zhǔn)備時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差；所述人員疏散所需時(shí)間的隨機(jī)性分布函數(shù)/(^)是考慮火災(zāi)探測(cè)報(bào)警時(shí)間概率分布與疏散準(zhǔn)備時(shí)間概率分布得到的聯(lián)合密度函數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括根據(jù)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)和所述人員疏散時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù) 計(jì)算每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人C數(shù)。c= Jf (w.[V(o+("式中，iV為建筑物內(nèi)的人數(shù)。& (28)
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括 根據(jù)所述火災(zāi)場(chǎng)景隨時(shí)間出現(xiàn)的概率，得到時(shí)刻z'-l與時(shí)刻Z區(qū)間內(nèi)，所述火災(zāi)場(chǎng)景的概率分布向量豐H+"o)，P"'1)，…,H&));根據(jù)所述火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)和所述人員疏散時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)，得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)分布向:所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率為.C = (c0,Cl,…，c》7'=1 (32) 式中，n為火災(zāi)場(chǎng)景數(shù)，/為第/個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括: 根據(jù)所述建筑火災(zāi)人員傷亡概率，得到建筑人員傷亡預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)概率為<formula>formula see original document page 4</formula> (33)式中，^為建筑物發(fā)生火災(zāi)的頻率，V(附、年)；4為建筑物的地面面積，W全文摘要
本發(fā)明公開了一種建筑火災(zāi)人員傷亡概率的預(yù)測(cè)方法，首先分析可能出現(xiàn)的火災(zāi)場(chǎng)景，進(jìn)而分析火災(zāi)場(chǎng)景隨火災(zāi)發(fā)展時(shí)間出現(xiàn)的概率；其次是建立火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)來臨時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)和人員疏散時(shí)間的隨機(jī)分布函數(shù)，通過比較這兩個(gè)隨機(jī)分布時(shí)間函數(shù)的關(guān)系，計(jì)算得到每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，根據(jù)每個(gè)火災(zāi)場(chǎng)景下可能導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，預(yù)測(cè)建筑火災(zāi)人員傷亡概率。在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中考慮了更多的不確定性和隨機(jī)性因素以及建筑物的特征和防滅火措施的影響，能預(yù)測(cè)不同功能建筑在不同防滅設(shè)施下的火災(zāi)人員傷亡概率。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK101477657SQ20091007791
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者孫金華, 王青松, 肖華華, 褚冠全 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)