基于事故树层次分析法的高校学生宿舍火灾风险分析.doc

文章编号: 1673 193X(2011) 10 0100 06基于“事故树 层次分析法”的高校学生宿舍火灾风险分析*张村峰，卞奇侃，蒋军成( 南京工业大学城市建设与安全工程学院，南京 210009)摘 要:高校学生宿舍的消防安全是高校安全管理的重要内容之一。对学生宿舍的消防进行风险分析对高校的安全管理具有重要意义。本文采用层次分析法对高校宿舍的消防安全进行风险分 析。在进行层次分析法之前，引入了事故树，通过事故树寻求指标层中各类重要因素，从而提高了 层次分析的准确性和有效性。分析结果表明: 采用事故树-层次分析法，可定量地分析各个因素对 建筑火灾风险的影响大小，对制定建筑火灾的防范措施具有一定的指导意义。分析结果表明: 消 防设施、火灾荷载和安全疏散设备对学生宿舍的火灾安全有着重要的影响，应该引起安全管理人 员的重视。关键词:消防; 事故树; 层次分析法; 学生宿舍中图分类号:X928 7文献标识码:AFire risk analysis on university dormitorybased on accident tree analysis and analytic hierarchy processZHANG Cun-feng，BIAN Qi-kan，JIANG Jun-cheng( School of Urban Construction and Safety Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing，210009，China)Abstract: The fire safety of university dormitory is an important part of university safety The fire risk analysis of u-niversity dorm is significant to the safety management In the paper，the AHP was used to analyze the fire safety of university dorm Before the analysis，the ATA was used to find the important factors for the AHP It was concluded that the ATA-AHP method could be used to analyze the fire risk quantitatively Fire device，fire load and the evac- uation had the significant impact on the university dormitory safetyKey words: fire technology; accident tree analysis; analytic hierarchy process; dorm为早期建筑，承载过多的学生会造成严重的消防隐患; 少数高等学校为解决扩张的问题，兴建高层学生 宿舍，而高层建筑本身十分复杂; 宿舍内可燃物多， 用电情况复杂。基于上述特点，高校宿舍一旦发生 火灾，将会造成严重的损 失。 据 统 计，2000 年 至2006 年，全国高校共发生火灾 3700 余起，死亡 44人，受伤 9 人，直接经济损失达 2200 余万元1。目前，高等学校学生宿舍的火灾事故预防与管引言学生宿舍是校园中人员最为密集，安全隐患最 为巨大的场所。我国大多数高等学校的学生宿舍均1收稿日期: 2011 01 10作者简介: 张村峰，博士。基金 项 目: 南 京 工 业 大学科研启动基金项目 ( 编 号:2008CJ03) 资助。*2。理基本是定性描述 而提高高校总体消防安全第 10 期中国安全生产科学技术 101能力，需要采取针对性的管理措施。层次分析法作为一种常用的评价方法已经在消 防安全的评估中得到了较多的应用，但层次分析法 在寻找准则层指标时常常由于缺乏相关的数据和统 计结果发生偏差。本文在进行层次分析法之前，引 入了事故树，通过事故树寻求指标层中各类重要因 素，从而提高了层次分析的准确性和有效性。础，由此可以得出各个因素相对 于 目 标 层 的权重4。2. 4判断矩阵一致性检验判断矩阵满足大体上的一致性，需进行一致性 检验。只有通过检验，才能说明判断矩阵在逻辑上 是合理的，才能继续对结果进行分析。一致性检验 的步骤如下5-6。第一步，计算一致性指标 C Idex) ，见公式( 1) 。( Consistency In-事故树 层次分析法的步骤“事故树 层次分析法”包括构造事故树、建立 层次分析模型和构造判断矩阵等步骤3，下面进行 详细讨论。2max nC I =( 1)n 1第二步，查表确定相应的平均随机一致性指标R I ( Random Index) 。据判断矩阵不同阶数查表，得到平均随机一致 性指标 R I 。第三步，计算一致性比例 C R ( Consistency Ra- tio) 并进行判断，见公式( 2) 。构造事故树事故树是从结果到原因描绘事故发生的有向逻 辑树。利用事故树对事故进行预测的方法称为事故 树分析法。事故树是由众多基本事件构成的，这些 基本事件对顶上事件均产生影响，但影响程度是不 同的。在假设各基本事件的发生概率相等的情况 下，可分析这些基本事件对顶上事件发生所产生的 影响程度，即基本事件结构重要度。在事故树中，一 个最小径集表示顶上事件不发生的可能性就有一 种。最小径集越多，顶上事件不发生的途径就越多， 系统也就越安全。2. 1= C I ( 2)C RR I当 C R 0. 1 时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，C R 0. 1 时，认为判断矩阵不符合一 致性要求，需要对该判断矩阵进行重新修正。高校学生宿舍火灾风险综合评价模型的建立高校火灾风险评价指标体系是一个由多个指标 按照一定的规律和原则构成的有机整体。建筑火灾 安全评估指标体系，是进行建筑火灾风险评估的基 础，选择的指标是否全面、客观、实际都关系到整个 评估结果的可靠性和正确性。3. 1高校学生宿舍火灾风险因素分析由于高校办学规模的逐年扩大、学生数量成倍 增长，学生宿舍严重超员，宿舍设施和学生需求的供 求矛盾愈加突出; 同时，随着生活水平的提高，电脑 电视等进入学生宿舍，学生生活、学习用品增多，可 燃物也随之增多; 此外，学生违反学生宿舍安全管理 规定的现象屡见不鲜。因此，高等学校学生宿舍的 不安全隐患和因素增多，管理难度加大。目前，高等 学校学生宿舍的主要火灾风险因素分析有以下几 类: 用火用电复杂; 私拉乱拉电线; 超负荷用电和违 规使用电器; 乱扔烟头、使用蚊香不注意; 消防安全3构造层次分析模型层次分析的模型一般由最高层( 目标层) 、若干 中间层( 准则层) 、最底层( 指标层) 组成。在层次模 型中，分析问题所包含的因素及其相互关系，将有关 的各个因素按照不同的属性自上而下地分解成若干 层次。同一层次的各个因素从属于上一层的因素或 受下一层因素的作用。为了使事故树中各基本事件能与层次分析模型 很好地结合起来，首先将事故树中各基本事件的描 述中性化后转为层次分析的指标层因素，然后归纳 分类，确定为准则层各因素( 如筑物自身情况、火灾 负荷、安全疏散系统、消防设施、灭火能力和消防安 全管理等) ; 而目标层即为高校宿舍火灾危险。2. 3构造判断矩阵在层次结构中，对从属于上一层的某个因素的 同层各个因素进行两两比较，比较其相对于上层某 因素的重要程度，并按事前规定的标度定量化，构成 矩阵形式，即判断矩阵。判断矩阵是层次分析的基2. 2中国安全生产科学技术 第 7 卷102疏散设施不到位; 宿舍防火安全管理、消防安全教育环节薄弱。另外，高校没有经常性的防火安全教育， 学生防火意识不够普及，没有系统了解和掌握防火 常识与自救知识，疏散演练没有真正的落实。高校 没有形成良好的安全文化氛围，安全防范意识不强。3. 2高校学生宿舍火灾风险综合评价指标体系的 建立 高校学生宿舍火灾风险的评价对象是高等学校学生宿舍，属于人员密集型场所。火灾发生时设计火灾救援，是影响火灾风险的重要因素。影响火灾救援因素有: 疏散设计，包括安全出口、疏散通道、消 防指示标志，和外部救援如消防员的能力等。根据 上面列出的一系列危险因素，以学生宿舍火灾引发 较大损失为顶上事件构造事故树，分析造成火灾及 人员伤亡的各种基本事件。事故树模型见图 17-8。 学生宿舍火灾引发较大损失的事故树从火势扩大和 人员疏散失败两个中间事件逐步展开，一共可以归 结于 29 个基本事件9，见表 1。表 1 宿舍火灾事故树的符号及含义符号含义符号含义符号含义X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10点燃的蚊香未灭的烟头 有人纵火 线路老化使用大功率电器烧毁线路 雷击建筑物内可燃物 自动报警系统失效 灭火设备失效 消防设施布置不合理X11X12X13X14X15X16X17X18X19X20消防供水不足不会使用消防设施 消防队员灭火不力 消防队无法顺利到达 建筑耐火等级不够 防火分区划分不合理 排烟系统失效 建筑物结构不合理 人员安全意识淡漠 管理机构水平不行X21X22X23X24X25X26X27X28X29消防规章及执行不到位应急预案制订不到位 消防演练不到位 人员密度过大 安全出口数量太少 安全通道距离太长 疏散通道太窄 无疏散指示或不清晰 自喷系统失效图 1高校学生宿舍火灾风险综合评价指标体系第 10 期中国安全生产科学技术 103从宿舍火灾事故树模型中可看出，对于宿舍火灾而言，影响其发生和发过程的主要因素可分为 6 类。U63、消防演练 U64、人员消防安全意识 U65。结合上文事故树，构造出的高校火灾风险综合 评价指标体系10如图 2 所示。( 1)建筑物自身状况 U1，包括建筑物的结构U11、建筑物耐火等级 U12、防火防烟分区 U13;( 2) 火灾负荷 U2，包括吸烟率 U21、超负荷电 器使用率 U22、易燃可燃物数量 U23、电气线路耐火 能力 U24;( 3) 消防设施 U3，包括消火栓和灭火器 U31、排烟设备 U32、灭火设备布局 U33;图 2 造成较大损失的学生宿舍火灾事故树( 4)灭火能力 U4，包括消防专用通道 U41、人在学生宿舍火灾危险评价指标体系基础上，按层次分析原理分析递阶层次结构特征，以学生宿舍 火灾危险评价为目标层; 准则层包括筑物自身情况、 火灾负荷、安全疏散系统、消防设施、灭火能力和消 防安全管理; 准则层还包含各自的指标层。建立的 层次分析模型见表 2。员消防技能水平 U42、消防水源 U43;( 5) 安全疏散系统 U5，包括安全出口的数量 U51、安全通道的距离 U52、安全通道结构与宽度 U53、人群密度 U54、疏散标志及应急照明 U55;( 6) 消防安全管理 U6，包括消防管理机构及水 平 U61、规章制度及其执行情况 U62、火灾应急预案表 2学生宿舍风险评价结果目标层准则层对总目标的权重评分指标层对准则层的权重评分建筑物的结构建筑物耐火等级 防火、防烟分区0. 60. 20. 2758595建筑物自身状况0. 033781吸烟率超负荷电器使用率 易燃可燃物数量 电气线路耐火能力0. 5210. 30080. 09960. 078770505075火灾负荷0. 05562. 3925消火栓和灭火器排烟设备 灭火设备布局 火灾自动报警系统 自喷系统0. 07310. 32230. 04710. 15610. 401590709000消防设施宿舍 火 灾 安 全0. 434533. 379消防专用通道人员消防技能水平 消防水源0. 10070. 67380. 2255807080灭火能力0. 15173. 262安全出口的数量安全通道的距离 安全通道结构与宽度 人群密度 疏散标志及应急照明0. 29960. 29960. 29960. 07140. 029965909080100安全疏散系统0. 253882. 104消防管理机构及水平规章制度及其执行情况 火灾应急预案 消防演练 人员消防安全意识0. 08820. 07680. 3840. 3840. 06694040606065消防安全管理0. 07257. 0285中国安全生产科学技术 第 7 卷1043. 3学生宿舍火灾风险综合评价指标体系权重的确定高校学生宿舍是人员密集性场所，人员密度高、 个体差异大，不利于消防安全管理，安全疏散设施是 消防安全的关键，可以在火灾中及时疏散人员。此 外，还应考虑高等学校学生宿舍旧有的建筑在性能 化防火设计方面的欠缺，以及新建的高层宿舍疏散 困难以及高层建筑烟气传播迅速的特点，就此来说， 消防设施也是消防安全中的关键，良好的消防设施 可以及早发现和遏制火灾。因此，在确定指标权重 时应充分考虑高等学校学生宿舍这个特定对象的具 体情况。本文选用判断矩阵分析法确定高校学生宿舍火 灾风险指标体系的权重。首先确定每个层次之间的 判断矩阵，然后根据层次分析方法，确定判断矩阵特 征向量得出相应评价指标体系及其权重表。总目标 层各因素的判断矩阵见表 3。见表 4。表 4 指标量化准则 好 较好 一般 较差差指标量化值 90 100 70 89 50 69 30 490 29根据上述量化准则对学生宿舍楼进行风险评价，得到结果见表 2。最终得 出 该 学生宿舍的火灾安全性得分为 56. 4575，其火灾安全性仅为一般。说明该宿舍楼火 灾风险等级为一般，不够安全，比较容易发生火灾， 发生火灾后也比较容易造成较大损失。针对表 2 中各准则层的评分，可以分析得出以 下结论。( 1) 该宿舍的建筑物自身状况比较良好，可改 进的地方不多。( 2)在火灾负荷方面比较一般，有风险，需要着重清理宿舍楼内的易燃可燃物; 更重要的是要规范大功率电器的使用，以及降低学生的吸烟率; 同时必 须经常检修电气线路，发现线路老化时需即使更换。 这些内容同样可以归结到消防管理方面中去。表 3 总目标层因素相对重要性两两判断矩阵U1U2U3U4U5U6建筑物自身状况 U1火灾负荷 U2 消防设施 U3 安全疏散 U4 灭火能力 U5 消防管理 U611 /31 /71 /61 /41 /3( 3)灭火能力方面得分情况比较好，可以改进311 /61 /51 /41 /2的方面是加强培训宿舍人员的灭火水平，同样可以归结到消防管理方面中去。( 4) 安全疏散系统得分较好，可以做的是适当 增加安全出口的数量，还要保持安全出口的常年 畅通。7613466435421 /31 /41 /611 /31 /4311 /4441根据判断矩阵，可以计算得出各个指标项的权重值。计算结果见表 2。结论5事故树分析和层次分析法是风险评价中常用的方法，对事故原因的正确分析起到十分重要的作用。 本文将二者结合起来进行高校学生宿舍火灾风险分 析，对确定层次分析中的基本事件具有重要指导 意义。采用事故树-层次分析法，可定量地分析各个 因素对公共建筑火灾风险的影响大小，对制定建筑 火灾的防范措施具有一定的指导意义。分析结果表 明: 消防设施、火灾荷载和安全疏散设备对学生宿舍 的火灾安全有着重要的影响，应该引起安全管理人 员的重视。案例分析4本文以某大学学生宿舍为实例，根据其基本情况及其消防安全管理现状，对其进行火灾风险评价。高校学生宿舍火灾风险综合评价指标体系中包 含了多项指标，这些指标的衡量方式各不相同，给各 项指标的统一度量和对整个系统的综合评价造成困 难，因此，需要量化各项指标，从而对定性指标进行 量化，并将对系统综合评价的定量结果转化成定性 评价等级。为统一起见，本文采用的指标量化准则第 10 期中国安全生产科学技术 105参考文献6王振，刘茂 应用区间层次分析法( IAHP) 研究高层建筑火灾安全因素J 安全与环境学报，2006，6 ( 1 ) :12-15WANG Zhen，LIU Mao On fire-safety of high-rises with IAHP based methodJ Journal of Safety and Environ- ment，2006，6( 1) : 12-15陈德新，李厚彪 学生宿舍火灾的风险分析J 聊城 师院学报( 自然科学版) ，2002，15( 4) : 12-14CHENG De-xin，LI Hou-biao The Risk Analysis of Fire in Students DormitoriesJ Journal of Liaocheng Teach- ers University ( Natural Science Edition ) ，2002，15 ( 4 ) :12-14朱向东，石剑荣 学生宿舍火灾事故树分析J 安全 与环境工程，2009，16( 1) : 79-84ZHU Xiang-dong，SHI Jian-rong Fault Tree Analysis of Fire in DormitoryJ SAFETY AND ENVIRONMEN- TAL ENGINEERING，2009，16( 1) : 79-84肖旻，史毅，胡又咏，等 高校学生宿舍火灾荷载调查 研究J 北京建筑工程学院学报，2009，25( 3) : 27-31XIAO Min，SHI Yi，HU You-yong，et al Fire Load In- vestigation and Research For University Student Dormito- riesJ Journal of Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture，2009，25( 3) : 27-311贾子若 高等学校学生宿舍火灾风险综合评价研究M 北京交通大学硕士学位论文，2009JIA Zi-ruo Research on Fire Risk Evaluation for Univer- sity DormitoriesM Thesis for Master Degree of Beijing Jiaotong University，2009贾水库，田斌 层次分析法在高层学生公寓火灾危险 性评价中的应用J 中国安全科学学报，2009，19( 5) : 114-118JIA Shui-ku，TIAN Bin Application of Analytical Hier- archy process in Fire Risk Assessment of High-rise Student DormitoryJ China Safety Science Journal，2009，19( 5) : 114-118石龙，张瑞芳，谢启源，等 改进层次分析在公共建筑 火灾风险分析中的应用J 中国科学杂志社科学 通报专题，2009，54( 3) : 329-336SHI Long，ZHANG Rui-fang，XIE Qi-yuan，et al Using AHP in the Fire Hazard Analysis of Public BuildingJ China Science Bulletin，2009，54( 3) : 329-336 胡又咏，刘栋栋，张向阳 改进层次分析法在地铁火灾 风险评价中的 应 用J 北京建筑工程学院学报，2009，25( 3) : 38-59HU You-yong， LIU Dong-dong， ZHANG Xiang-yang Application of Improved AHP in Subway Fire Risk As- sessmentJ Journal of Beijing Institute of Civil Engi- neering and Architecture，2009，25( 3) : 38-59吴建国 第二讲: 层次分析法( AHP 法) 建模Z 仰恩 大