【文章內(nèi)容簡介】 的研究框架及技術(shù)路線分別如圖1圖13所示。事故樹分析法是安全系統(tǒng)工程中常用的一種分析方法，它將可能發(fā)生的事故及其導(dǎo)致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關(guān)系以樹形圖的方式表示出來，能夠為制定安全決策提供可靠依據(jù)。本文利用事故樹對導(dǎo)致高層建筑防火功能失效的原因進(jìn)行演繹，不僅可以找出系統(tǒng)失效的直接原因，而且可以通過逐層分析找出其深層次原因，使識別出的危險源全面而客觀，進(jìn)而保證了評價指標(biāo)體系建立的全面性。結(jié)構(gòu)方程模型是整合了因素分析和回歸分析這兩大當(dāng)代統(tǒng)計技術(shù)的一種分析工具，它包含方差分析、回歸分析、路徑分析和因子分析，不僅可以分析變量之間的多重線性問題，而且可以分析變量之間的因果關(guān)系。本文利用結(jié)構(gòu)方程模型對評價指標(biāo)體系進(jìn)行驗證性因子分析，不僅通過模型擬合驗證了準(zhǔn)則層與指標(biāo)層之間的因果關(guān)系，而且通過分析對指標(biāo)進(jìn)行了篩選和有效性檢驗。圖12 本文研究框架圖 The Framework of the Thesis資料來源：自繪圖13 本文技術(shù)路線圖 The Technicalline of the Thesis資料來源：自繪 論文的主要創(chuàng)新點本文參考并借鑒了大量相關(guān)文獻(xiàn)的研究成果，但也在其他學(xué)者的研究基礎(chǔ)上有了相對的發(fā)展。目前，對于高層建筑防火的研究多集中在運營階段對火災(zāi)危險性的評價，鮮有在設(shè)計階段對方案的防火功能進(jìn)行評價的文獻(xiàn)和方法。在設(shè)計階段進(jìn)行防火功能評估，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并修改，不僅能節(jié)約成本、縮短工期，也有助于減少后期運營的風(fēng)險，避免項目建成后為了追加功能而造成再投資。目前，學(xué)者對指標(biāo)的研究確定多集中在層次分析等定性方法，本文在利用事故樹分析、專家咨詢初步確定指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上又通過結(jié)構(gòu)方程模型對指標(biāo)體系的有效性進(jìn)行了定量篩選和理論驗證，使指標(biāo)的可靠性和可操作性更強。 98 第二章 文獻(xiàn)綜述與理論基礎(chǔ)第二章 文獻(xiàn)綜述與理論基礎(chǔ) 高層建筑火災(zāi)風(fēng)險分析 高層建筑火災(zāi)特點研究要對高層建筑的防火功能進(jìn)行設(shè)計，就要先了解高層建筑火災(zāi)的特點，只有對其特點進(jìn)行深刻的剖析和總結(jié)，才能尋求有效的方法及措施，盡量在根源上避免其發(fā)生。高層建筑火災(zāi)的特點有如下幾個方面：，火災(zāi)荷載大隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的快速提高，高層建筑功能的綜合性逐漸增強，購物、娛樂、餐飲、住宿等多種使用功能兼?zhèn)?，而且目前國?nèi)很多高層建筑追求外表美觀的同時注重內(nèi)部裝飾和裝修，使可燃物增多，火災(zāi)荷載增大，燃燒時間增長，蔓延速度加快，增大了內(nèi)攻外控的難度。、管道多，火勢蔓延速度快鑒于功能的需要，高層建筑都配備有樓梯間、電梯井、排氣道等各種豎井，導(dǎo)致煙囪效應(yīng)顯著。如果處理不當(dāng)，這些豎井很有可能成為火災(zāi)蔓延及煙霧流動的通道，從而形成立體火災(zāi)。根據(jù)實測，發(fā)生火災(zāi)時，~，垂直流速為2~4m/s，這意味著在不采取任何防火措施的情況下，只需要不到1分鐘的時間煙氣就可以從一幢百米高樓的底層蔓延擴(kuò)散到頂層 [24]。，人員密集，安全疏散困難目前，我國的高層建筑主要有住宅樓、商業(yè)樓、辦公樓、醫(yī)院、賓館等，人員密度較高?；馂?zāi)發(fā)生后，普通電梯不能用作安全疏散，消防電梯主要為消防隊員專用，使得樓梯成為人員垂直疏散的唯一通道[25]。由于高層建筑中人員分布比較密集且人員疏散時一般沿著煙火蔓延的反方向進(jìn)行，進(jìn)一步增加了疏散的難度。首先，一般的曲臂云梯消防車的高度只有24~27米，且價格昂貴、體積龐大，在一般的地段無法使用。其次，消防人員的登高滅火能力有限，一般情況下消防員在負(fù)荷滅火設(shè)施進(jìn)行滅火時攀登到8層時便已疲憊不堪。因此，依靠消防隊員對高層建筑進(jìn)行滅火時要立足于室內(nèi)的消防給水設(shè)施[23]。再次，滅火用水量大，供水困難也成為滅火的難題之一。高層建筑火災(zāi)頑固性以及滅火救援困難的特點使高層建筑的防火功能設(shè)計成為亟待解決的問題。為了保證消防安全，在對高層建筑的防火功能進(jìn)行設(shè)計時要堅決貫徹落實“以防為主，防消結(jié)合”的方針，選擇合理有效的設(shè)計方案，在保證人員安全疏散的同時實現(xiàn)對火災(zāi)發(fā)展的控制。 高層建筑火災(zāi)危害性分析（1）火焰燒傷。人體所能承受的極限溫度為65，當(dāng)超過這個溫度時，人體的皮膚組織就會被燒傷?？諝鉁囟扰c人體臨界忍耐時間的關(guān)系如表21所示。表21 空氣溫度與臨界忍耐時間關(guān)系Table The Relationship between Air Temperature and Human Endurance Time空氣溫度（）臨界時間空氣溫度（）臨界時間65一段有限的時間12015分鐘7560分鐘1405分鐘10030分鐘1751分鐘資料來源： 根據(jù)文獻(xiàn)[26]繪制（2）濃煙窒息。燃燒過程會產(chǎn)生大量的煙氣，煙氣中所含的固體顆粒和液滴決定煙氣的濃度，距離火源的遠(yuǎn)近決定煙氣的溫度。當(dāng)人吸入高濃度的煙氣后，會阻塞氣管和支氣管，造成呼吸衰竭。人體對煙氣的耐受極限如表22所示。表22 人體對煙氣的耐受極限Table Limits of Human Tolerance for Smoke溫度和濕度60，水分飽和60，水分含量1%100，水分含量1%耐受時間30分鐘12分鐘1分鐘資料來源：根據(jù)文獻(xiàn)[27]繪制（3）中毒。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，合成材料得到廣泛的應(yīng)用。在火災(zāi)發(fā)生時，由于高溫和燃燒的作用會分解產(chǎn)生眾多有毒氣體，如CO，NO等。當(dāng)人體內(nèi)吸入的有毒氣體超過極限含量時，就會出現(xiàn)惡心、昏迷甚至死亡的危險?？諝庵蠧O含量對人的影響如表23所示。表23 空氣中CO的含量對人體的影響Table The Effect of the Content of CO on Body 空氣中CO的含量（%）對人體的影響數(shù)小時對人體影響不大一小時內(nèi)對人體影響不大一小時后頭疼，嘔吐導(dǎo)致劇烈頭痛，2030分鐘有死亡危險呼吸困難，12分鐘可導(dǎo)致死亡資料來源：根據(jù)文獻(xiàn)[28]繪制（4）砸傷、刺傷。當(dāng)建筑物的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過耐火極限后，就有可能坍塌進(jìn)而對未能疏散出去的人員造成傷害。作為人們生產(chǎn)及生活的重要場所，現(xiàn)在的高層建筑功能齊全，內(nèi)部裝修豪華，電氣設(shè)備、家具等易燃物眾多，財產(chǎn)高度集中。一旦發(fā)生火災(zāi)，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。僅2009年。高層建筑火災(zāi)頻發(fā)，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且火災(zāi)時群死群傷事件的發(fā)生也會給社會帶來很多負(fù)面的影響?；馂?zāi)當(dāng)事人可能面臨家破的負(fù)擔(dān)和人亡的痛苦，給經(jīng)濟(jì)和精神生活造成極大的傷害。社會公眾可能會對設(shè)計單位、建筑企業(yè)的資質(zhì)和信譽產(chǎn)生懷疑，同時也可能對政府的監(jiān)督產(chǎn)生質(zhì)疑，使政府的公信力和質(zhì)量監(jiān)督力度受到“烤問”。 防火功能的設(shè)計方案評價研究 防火功能實現(xiàn)影響因素分析自20世紀(jì)80年代以來，高層建筑在世界上很多國家得到了蓬勃的發(fā)展，然而由于其自身特點導(dǎo)致的其火災(zāi)危害性也引起了國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的關(guān)注。Terry O’Neill指出業(yè)主應(yīng)該明確他們對火災(zāi)安全承擔(dān)的法律責(zé)任并切實保障落實。一個好的防火設(shè)計方案不僅能減少火災(zāi)發(fā)生的概率，而且對保護(hù)生命安全和財產(chǎn)起到積極的作用。在方案設(shè)計時，要重點考慮人員的生命財產(chǎn)安全[29]。Kate Houghton指出消防系統(tǒng)在整個建筑的設(shè)計和施工過程中發(fā)揮著非常重要的作用，業(yè)主和防火工程師要能管理這個復(fù)雜的系統(tǒng)使之能抵抗危險。他還指出，在設(shè)計防火系統(tǒng)時首先要分析建筑物功能的物理分區(qū)，然后再根據(jù)需要選擇相應(yīng)的法律法規(guī)全面設(shè)置火災(zāi)探測、防排煙系統(tǒng)及火災(zāi)抑制系統(tǒng)[30]。Y. Sakumoto以一座辦公樓為例，驗證了一種新的防火材料能有效地阻斷熱量的傳播，提高鋼結(jié)構(gòu)建筑物的防火性能[31]。Robin Suttell指出防火功能系統(tǒng)是復(fù)雜的，對于每座建筑物其設(shè)計應(yīng)該是不同的，消防設(shè)計工程師要注意各系統(tǒng)之間的相互作用。防火系統(tǒng)應(yīng)在挽救生命、減少財產(chǎn)損失、保持業(yè)務(wù)連續(xù)性的基礎(chǔ)上，合理布局火災(zāi)探測系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)和火災(zāi)控制系統(tǒng)[32]。經(jīng)過兩年多的調(diào)查，美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所在其所做的報告中指出，防火設(shè)計要基于法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要包括主動和被動防火系統(tǒng)，以保證當(dāng)系統(tǒng)的某一部分不能正常工作時，系統(tǒng)仍有足夠的性能[33]。美國也通過相關(guān)法案，要求所有混凝土及砌體結(jié)構(gòu)都要安裝自動噴水系統(tǒng)。Olga L. Huibregtse提出了一種優(yōu)化安全疏散的AES+模型。該模型能通過優(yōu)化疏散指示來提高疏散效率。該模型主要包括兩個步驟：首先，生成周圍的空間；然后根據(jù)蟻群反應(yīng)行為，利用AES+算法來選擇逃生路線。通過研究證明，合理的設(shè)置疏散指標(biāo)標(biāo)志能有效地提高人員的逃生效率[34]。唐妙、王麒蘅、丁承在分析了高層建筑火災(zāi)的特點及其常見隱患的基礎(chǔ)上，指出在高層建筑防火設(shè)計中要注意防火分區(qū)、防火間距、豎向管井、安全疏散樓梯、消防電梯、避難層、防排煙系統(tǒng)等方面[35][36][37]。趙建國指出由于現(xiàn)在多“三邊工程”，使得我國的高層建筑防火問題形勢嚴(yán)峻。在防火功能設(shè)計過程中要體現(xiàn)“以人為本”的原則以保證人員的安全疏散，就要合理地設(shè)置疏散樓梯、電梯布置、防煙樓梯、避難層或避難間及安全疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)，同時要設(shè)置屋頂直升飛機(jī)停機(jī)坪[38]。吳雪佳從幾起典型的高層建筑火災(zāi)出發(fā)，指出防火設(shè)計中要加強對豎向孔洞的防火封堵，對消防電梯、防排煙系統(tǒng)、應(yīng)急通訊系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、應(yīng)急疏散系統(tǒng)的設(shè)置[39]。薛文秀指出目前我國的防火分隔存在失效或不通透性等缺點，他將鋼化玻璃與窗玻璃噴頭作為一種新型的防火分隔系統(tǒng)，并驗證了該結(jié)構(gòu)的合理性[40]。邵永強等提出在設(shè)計時要注意耐火等級和耐火材料的選用；做好防火分隔和安全疏散通道的設(shè)計，如防火分區(qū)、防火間距和安全疏散通道的出路；強化自動報警和自動滅火裝置[41]。吳忠剛利用事件樹分析了火災(zāi)的致災(zāi)因素，并建立了“人機(jī)環(huán)境”系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的以管理為綱目，以技術(shù)為手段，突出管理的高層建筑防火安全體系[42]。通過對以上的文獻(xiàn)分析可以發(fā)現(xiàn)：任何建筑設(shè)計總目標(biāo)的實現(xiàn)均以功能目標(biāo)的實現(xiàn)為基礎(chǔ)[43]，目前學(xué)者對于高層建筑防火功能的設(shè)計給予了足夠的重視，普遍認(rèn)為高層建筑的防火設(shè)計應(yīng)該針對高層建筑火災(zāi)的特點，遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針，在立足于自救的基礎(chǔ)上綜合布局各種防火措施，實現(xiàn)人員安全疏散和減少財產(chǎn)損失。目前學(xué)者的研究多是根據(jù)實際工作經(jīng)驗分析現(xiàn)行設(shè)計和運營過程中存在的問題并給予相應(yīng)的建議措施，集中在經(jīng)驗總結(jié)階段，缺乏相關(guān)的理論對指標(biāo)的獲得或演繹過程進(jìn)行驗證。而且對于高層建筑防火系統(tǒng)的各子系統(tǒng)因素之間的合理設(shè)置和相關(guān)關(guān)系尚缺乏理論的研究和定量的描述。 防火功能設(shè)計方案評價方法研究設(shè)計方案的比選和評價是項目投資階段的重要工作，也是管理決策的核心內(nèi)容。在實際的工程項目中，為了實現(xiàn)某一功能往往可能有多種設(shè)計方案，如何選擇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理且可靠的設(shè)計方案對于具體功能的實現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)社會效益的發(fā)揮具有重要的意義。高層建筑防火功能的設(shè)計是整個高層建筑整體功能設(shè)計的重要組成部分，對于保證建筑內(nèi)人員、物質(zhì)財產(chǎn)的安全具有重要的意義。不同的設(shè)計方案將使高層建筑具有不同水平的防火功能，從而使其在運營過程中面臨不同的火災(zāi)危險性，如何運用科學(xué)的方法選擇設(shè)計方案以盡量規(guī)避和減少建筑物建成后在運營過程中可能遭受的損失、實現(xiàn)對高層建筑最好的防火保護(hù)是設(shè)計單位和業(yè)主單位需要共同關(guān)注的問題。Chu,Guanquan將對生命安全的危害作為評估防火設(shè)計方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種考慮人員疏散和火災(zāi)發(fā)展不確定性特點的概率評價模型。他以事件樹分析為基礎(chǔ)，從消防系統(tǒng)的作用和人員滅火等方面分析了可能的火災(zāi)場景，并指出用模糊評判的方法對設(shè)計方案進(jìn)行評估的可行性[44]。Terry O’Neill指出設(shè)計方案要包括：采取相應(yīng)地措施防止火災(zāi)的蔓延或發(fā)生爆炸；對火災(zāi)可能造成的風(fēng)險進(jìn)行評估以及為減少風(fēng)險而采取的措施；安全疏散和撲滅火災(zāi)所必需的專用工具和器械[45]。Yang Bo基于GIS的方法，通過模仿人員的典型行為分析了娛樂場所的安全疏散問題[46]。Hochun Yoo分析了中庭式建筑的煙氣流動對人員疏散逃生的影響。在研究中，他評估了中庭建筑在不同情況下的煙霧管理系統(tǒng)。引入瞬態(tài)分析模型并利用FASTLite分析了煙氣層特點的時間函數(shù)[47]。屈俊童肯定了模糊理論在高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評價中的重要意義，但他也指出模糊綜合評判模型、層次分析法、模糊層次分析法等都是采用確定性的分析方法來確定權(quán)重，而火災(zāi)風(fēng)險的評價應(yīng)該具有相當(dāng)?shù)哪：?，因此他提出高層建筑火?zāi)風(fēng)險的評價應(yīng)該是一個模糊概率體系[48]。鄭樂通過對高層建筑火災(zāi)事故的原因進(jìn)行統(tǒng)計歸類得出火災(zāi)發(fā)生的主要原因及容易著火的部位，用事故樹分析法得出基本事件并根據(jù)布爾代數(shù)化簡法計算的結(jié)果對基本事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行了排序，最后從安全和管理兩方面提出了防控措施[49]。楊高尚依據(jù)隧道火災(zāi)的特點，指出影響人員疏散時間的因素主要包括探測火災(zāi)的時間、人員的反應(yīng)時間以及人自身的特性。他還自行研究開發(fā)了TUNEV程序并結(jié)合雪峰山隧道的實際情況對疏散中的重要參數(shù)進(jìn)行了分析討論和驗證[22]。通過以上文獻(xiàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，相關(guān)學(xué)者肯定了設(shè)計方案評價的重要性，也總結(jié)出一些有效的評估方法。這些評估方法主要可以概括為兩種：這種方法以人員安全逃生作為第一準(zhǔn)則，評估方案是否可行主要依據(jù)人員可用疏散時間是否小于人員必須疏散時間。人員可用疏散時間取決于人感應(yīng)火災(zāi)時間、行動的時間；必須疏散時間則主要取決于煙氣的流動。因此這種評估方法多側(cè)重于火焰分析、煙氣流動分析、人員流動分析等參數(shù)的設(shè)計，忽略了誘發(fā)火災(zāi)的各種因素及其之間相互影響和制約的研究，對建筑物火災(zāi)安全性能的評估存在一定的局限性。這類方法主要有模糊評判法、模糊層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法等。當(dāng)兩套設(shè)計方案的差異較大時，用定性分析選擇方案具有較大的優(yōu)勢，但當(dāng)方案比較接近時通過主觀判斷來取舍方案可能會造成很大的偏差，因此科學(xué)的評價方法應(yīng)該是將定性分析與定量分析相結(jié)合[50][51][52][53]。由于火災(zāi)影響因素的動態(tài)性和模糊性，模糊評價方法的優(yōu)勢愈加明顯，也逐漸得到廣大學(xué)者的認(rèn)可和應(yīng)用，模糊評價的基本結(jié)構(gòu)模型如圖21所示。但是應(yīng)用模糊評價的方法首先要建立指標(biāo)體