毕业论文-高层建筑火灾应急疏散评价模型研究

本科毕业论文（设计）PAGEV毕业论文（设计）题目高层建筑火灾应急疏散评价模型研究学号姓名系队专业指导教师二○一○年五月摘要随着社会经济的发展，高层建筑不断增多，其火灾风险也呈上升趋势。尤其是人员密集的高层建筑，更是安全事故防范的重点场所，一旦发生火灾事故，极易造成重大的人员伤亡和财产损失。为保证高层建筑火灾应急疏散措施的有效性，建立有效的应急疏散评价体系，是目前高层建筑人员疏散安全性评价研究亟待解决的问题。本文分析人、物、管理和环境对高层建筑火灾应急疏散的影响，根据评价指标体系建立的基本原则，建立了以安全疏散设施、安全疏散引导系统、疏散路线、消防安全管理水平四个一级指标、十三个二级指标和三十二个三级指标的高层建筑火灾应急疏评价指标体系。应用层次分析法计算评估指标的权重，运用等级比重法确定评估指标的隶属度，采用模糊综合评价法对人员安全疏散措施进行评价，确定疏散措施的危险等级，为相关部门对影响因素采取有效措施提供依据。以鹿鸣小区三号住宅楼为例，对该建筑火灾时人员疏散的安全性进行评价，评价结果与实际相符，验证了模型的准确性，且简便可行，具有较强的实际应用性，可用于指导类似高层建筑火灾人员疏散安全性的评价。关键词：高层建筑；火灾；应急疏散；模糊综合评价

AbstractWiththedevelopmentofsocietyandeconomy,high-risebuildings,theriskoffirealsoshowsascendanttrend.Especiallythepersonnelofhigh-risebuildings,densesafeaccidentpreventionimportantsites,majorcasualtiesandpropertylosseseasilyhappenonceafireaccident.Toguaranteetheeffectivenessofinhigh-risebuildingfireemergencyevacuationmeasures，establisheffectiveemergencyevacuationevaluationsystem,anditistheproblemthathigh-risebuildingsevacuatedsafetyevaluationandresearchtobesolvedcurrently.Inthispaperthepointisanalysisthefactsthatpeople,item,managementandtheenvironmentinfluencethehigh-risebuildingfireemergencyevacuation,accordingtothebasicprinciplesofevaluationindexsystem,establishedthesafeevacuationfacilities,safeevacuationrouteguidancesystem,firesafety,evacuationmanagementlevelfourindicators,tensecondaryindexandthreelevelindicatorofthehigh-risebuildingpavilionsfireemergencyhydrophobicevaluationindexsystem.Applicationoffuzzyanalytichierarchyprocess,theweightsofevaluationindexescalculatedusingleveltodeterminetheproportionofassessmentindexes,adoptsthefuzzycomprehensiveevaluationmethodtoevaluatesecuritypersonnelevacuationsystemanddeterminetherisklevel,evacuationsystemforrelevantdepartmentstotakeeffectivemeasurestoinfluencefactors.ForexamplethebuildingofLuMinginNo.3,whenevaluatedthefireevacuationofsafety,evaluationresultisconsistentwiththereality,andverifiestheaccuracyofmodel,andissimple,feasible,andhasstrongpracticalapplications,canbeusedtoguidetoevaluatethesimilarhigh-risebuildingfireevacuationsafety.Keywords：High-riseBuilding;Fire;EmergencyEvacuation;FuzzySyntheticevaluationmethod

目录中文摘要 I英文摘要 II目录 III1绪论 11.1研究背景 11.2课题研究的必要性 21.3国内外研究现状 31.4本论文的工作 42高层建筑火灾时应急疏散评价指标体系的建立 62.1评价指标的选取原则 62.1.1系统性原则 62.1.2科学性原则 62.1.3主导性原则 62.1.4可操作性原则 62.2评价指标体系的确定 63高层建筑火灾时应急疏散的评价方法 93.1常用的评价方法 93.1.1模糊综合评价法 93.1.2层次分析法 93.1.3概率分析法 93.1.4基于性能化安全疏散设计的评估方法 93.1.5逻辑分析法 103.2评价方法的选择 104高层建筑火灾应急疏散评价模型 124.1评价指标权重的确定 124.1.1判断矩阵的建立 124.1.2评价指标权重的计算 124.2建立评价指标的评语集 134.3单因素模糊评价 144.4一级模糊综合评价 154.5多级模糊综合评价 154.6评价等级的确定 165应用举例 175.1案例的基本情况 185.2评价指标权重的确定 185.3隶属度评价矩阵的确定 225.4一级模糊综合评价 225.5多级模糊综合评价 235.6评价结果的分析处理 256结论 26参考文献 27致谢 29第29页共29页绪论1.1研究背景随着社会经济的发展，高层建筑不断增多，其火灾风险也呈上升趋势。高层建筑一般为人员密集型场所，因层数多，垂直距离长，疏散到地面或其它安全场所的时间也会长些。发生火灾时由于各种竖井拔气力大，“烟囱效应”强，火势和烟雾垂直和水平蔓延加快，增加了疏散的困难。有些城市从国外购置了为数有限的登高消防车，而大多数建有高层建筑的城市尚无登高消防车。即便是有登高消防车的城市，其登高车的高度也不够，不能满足高层建筑安全疏散和扑救的需要。普通电梯在火灾时由于切断电源等原因往往停止运转。因此，多数高层建筑安全疏散主要是靠楼梯，而楼梯间内一旦窜入烟气，就会严重影响疏散，造成大量人员伤亡。例如，韩国汉城22层的“大然阁”旅馆[1]，二楼咖啡间的液化石油气瓶爆炸起火，烟火很快蔓延到整个咖啡间和休息厅，并相继通过楼梯和其它竖向管井迅速向上蔓延，顷刻之间全楼变成一座“火塔”。大火烧了约9h，烧死163人，烧伤60人，烧毁大楼内全部家具、装修等，造成的损失相当严重。尤其是人员伤亡，在高层建筑火灾中人员的安全疏散表现的尤为突出。现实中，部分开发商为了最大限度地追求利益，节省投资，增加建筑使用面积，通常会使高层建筑在设计方面存在很多缺陷。例如，疏散出口不足，疏散总宽度不够，疏散距离过长；楼梯间贯通地上与地下层未加分割；不严格按照规范设置疏散指示标志；压缩走道、楼梯间的面积，对楼梯的自然通风和防排烟欠考虑；在实际设计中，许多设计单位将相邻单元的两户住宅的阳台相互连通，作为连通阳台，这种作法达不到安全疏散的要求。其次，针对个体而言，每个人都是一个有个性的主动因素，鉴于个体的心理认识、文化背景、价值观念、个体知识程度以及性别这些内在因素，不同的人对各种火场环境会做出差别反应，特别是高层建筑人员集中，容易出现混乱、拥挤的情况，这些复杂因素的存在会大大增加疏散的难度。聚集人口多，疏散路线复杂，人在紧急情况下体质及速度不同容易造成相互拥挤、碰撞或流动停滞。流动停滞阻碍了从两侧挤入的人流，使群集密度增加，形成拱形人群，当拱形群集密度达到13人/m2以上时，由于某一侧力量较强而使拱崩溃，此时，人员突然移动，很容易失去平衡或绊倒，旧的拱破坏不久，新的拱又形成，如图1.1所示[2]。图1.1成拱及崩溃再次，高层建筑中的消防设施是一项重要的投入，但现实生活中“重投入轻管理”的现象比较普遍，高层建筑一旦经消防机构验收合格投入使用后，建筑中的消防设施往往就会被抛弃一旁，不管理、不开通、不维护、不保养的状况较为普遍：一些高层建筑在日常管理中安全门及疏散通道上锁或不开通的现象比较常见；管理认识不到位，消防控制中心不配备专门值班人员、值班人员不懂设施的基本操作方法及维护保养、日常不按规定定期对设备进行检测和保养等等，使这些现代化的消防设施控制系统不能发挥其应有的作用；硬指标问题也很多，应急照明疏散指示标志“不应急”；闭门器常修常坏；楼梯间不畅通，部分建筑封闭楼梯间作为杂物间堆放东西，高层的楼梯间最大的作用是发生意外事故后充当应急逃生的通道。而这种状况会导致一旦发生险情，阻碍人员疏散，造成挤压伤害。1.2课题研究的必要性在建筑设计中，理论和实际存在很大的差距，为保证火灾时人员疏散安全，就要结合高层建筑火灾特点，从疏散人员自身因素、高层建筑设计、高层建筑管理等多方面考虑，建立合理的疏散体系，保证其有效性和可靠性。影响高层建筑人员疏散的因素是多方面的。高层建筑一般为人员密集型场所，由于高层建筑流通人数较多，疏散设施承载大，对疏散进行组织管理比较困难；高层建筑人员多，楼道及逃生通道狭窄，发生火灾时疏散困难，很容易发生拥堵，易造成群死群伤事故；高层建筑容积高，体积大，疏散线路难以明确，人员来往多，对安全出口、疏散楼梯的位置不熟悉；室内可燃物多，用电设备复杂，线路错综复杂，发生火灾时，烟气中的CO和HCN等有害气体，能在短时间内造成人中毒或死亡。此外，自防自救能力低也是造成群死群伤的主要原因。从火灾发展蔓延规律来看，火灾会在很短的时间内对人造成致命的伤害，往往在消防队到达之前，就已经伤亡大半了。高层建筑一旦发生火灾后，大量的有毒、有害气体迅速蔓延至楼上，易造成人员窒息受伤或死亡。人群在疏散过程中，其群集行为规律造成成拱甚至崩溃时，人员伤亡是极其惨重的。高层建筑的应急疏散措施只有保持了高度的有效性和可靠性，才能在火灾发生时最大限度地减少人员伤亡与财产损失，因此，建立高层建筑的安全疏散评价模型非常必要。1.3国内外研究现状人员安全疏散是高层建筑火灾安全设计中需要考虑的第一目标，人员安全疏散评估方法的研究一直是火灾安全学中的一个热门方向。20世纪80年代起，随着计算机的发展，开发了许多用以描述建筑疏散特性的模型。有关文献统计，已经完成的和正在开发的不同的疏散模型有22种之多。总体上，这些模型都可归结为网络节点模型，即建筑的各部分的空间布局用网络来表示。网络中不同节点处的人员用不同的时间区间来模拟。近年来，国外研究机构开发出一些高水平的人员安全疏散模型，众多的消防安全工程师利用这些分析设计工具对各类建筑中人员的安全疏散进行评估，取得了令人嘱目的效果。如由美国Francis开发的预测最小理论疏散时间的网络模型EVACNET+、由Stahl开发的火灾行为模型BFIRES-II、由Alvord开发的疏散与救援模型，还有BGRAF；CRISP；DONEGAN'SENTROPYMODEL；EGRESS；E-SCAPE；EXITT；MAGNETMODEL；PAXPORT；SIMULEX；TAKAHASHI'SMODEL；VEGAS；EVACNET(Kisko，1985)，WAYOUT(Firecalc，1993)，EVACSIM(Drageretal，1992)，EXIT89(Fahy，1993)等网络模型及EXODUS、ASERI(VolkerSchneider)、AEAEGRESS、SGEM等可以描述楼房内每一人员的运动提供虚拟显示的模型[3,4]。目前，高层建筑的防火设计必须符合各种规范的要求，安全疏散方面在许多不同的规范中都有描述，比如：疏散楼梯的数量、到达楼梯的距离、楼梯的宽度、防排烟设施、内部装修材料等。但是，我国现行标准中缺少与之配套的性能指标和评价方法，这主要是由于我国目前的防火设计执行的是“指令性”规范的原因。因此，对安全疏散水平的评价方法研究就显得十分重要，这意味着一个建筑设计虽然没有完全符合安全疏散方面的规范，但是在满足了一定的安全水平时也应当获得认可，这也就是“性能化”防火设计思想的具体应用。“性能化”防火设计是20世纪80年代以后国际上流行的一种设计方法，也是我国在该领域的发展趋势[5]。从目前国内形势来看，也有很多人对人员的应急疏散做了相关的研究。香港城市大学与武汉大学合作，建立了一个基于局部细网格和个体描述的过程模拟模型——SGEM；东北大学近十年来一直在进行人员疏散群集行为规律模拟研究，已经发表了很多文章；中国建筑科学研究院建立一个地下商业街人员疏散模型，属于粗网格群体描述的最优化模型；公安部天津消防所建立了一个地下商场人员疏散模型，也属于粗网格群体描述的最优化模型；中国科技大学火灾科学国家重点实验室也建立了一个人员疏散模型，从现有资料看应该属于基于细网格和个体描述的过程模拟模型。北京市劳动保护科学研究所计算机仿真研究室结合所承担的多项科研项目，先后与中国科技大学火灾科学国家重大实验室和英国格林威志大学火灾安全工程研究室合作，对应用人员疏散计算机模拟技术定量评价人员密集场所的城市典型公共场所的方法进行研究[6]。目前，我国还没有正式的高层建筑火灾应急疏散的评价模型。基于高层建筑火灾人员安全疏散的评价指标研究，主要是定性评价的研究，评价结果旨在于人员疏散安全程度的差异，不能确定人员安全疏散危险性程度，也不能评价各高层建筑应急疏散的优劣。定量分析评价能够确定人员安全疏散的危险性程度，但相关研究还比较少。刘爱华等人针对高层建筑火灾危险的特点，通过对火灾场景的设定，从消防对策的角度对火灾进行了阶段划分，并针对每个阶段运用了事故树和事件树的方法进行了事故分析，为建筑火灾风险评估奠定了基础。王振，刘茂通过采用区间层次分析法确定了影响高层建筑物火灾因素的重要性排序。在人员的疏散研究中运用了概率分析法和性能化安全疏散设计评估等方法。例如，马征的《公众聚集场所人员安全疏散性能化设计与评价》[7]。模糊综合评价法在人员疏散也得到了广泛的应用。例如，李树清、肖国清的《图书馆安全疏散措施模糊综合评价》[8]，杨高尚、安永林的《公路隧道火灾时人员疏散的安全评价》[9]，伍爱友、施式亮的《大型公用建筑火灾时人员应急疏散评价模型研究》等等。1.4本论文的工作随着社会的进步，人们对安全疏散的考虑越来越多，就目前高层建筑的安全疏散指标体系还有待进一步完善。对一座建筑进行客观科学的评价，需要建立一个科学的评价体系，选择合理的评价方法。本文根据高层建筑火灾的特点，分析高层建筑火灾安全疏散的影响因素，建立安全疏散措施评估因素集，应用层次分析法获得评估因素的权重，提出高层建筑火灾应急疏散措施的模糊综合评价的模型及评价等级的确定方法。力求在建立科学合理评价指标体系的基础上，用模糊综合评价法对高层建筑的人与疏散权重因素进行优化，建立一个更完善的评价指标体系，为高层建筑的性能化防火设计以及高层建筑管理提供切实可行的参考依据。通过对高层建筑安全疏散的安全评价，首先可以及时发现火险隐患和消防设备上存在的问题，以便及时进行整改；其次，能够改善、和巩固高层建筑疏散的安全环境，使人的生命得到保障；再次，通过安全评价可以将信息反馈给设计、施工单位，以提高高层建筑火灾中疏散的安全性，减少人员的伤亡和财产损失。同时其评价结果也为相关部门高层建筑应急预案的制定、性能化防火设计以及管理提供切实可行的参考依据。此外该方法也为评比不同评价对象的安全疏散措施效果及存在的问题提供可行的思路和参考。

高层建筑火灾时应急疏散评价指标体系的建立2.1评价指标的选取原则建立合理的评价指标体系是高层建筑火灾应急疏散安全性进行有效评价的前提，是应急疏散安全性评价中一项非常重要的基础性工作和核心内容。评价指标体系不能太细太复杂，要简明规范、实施便捷。因此，高层建筑火灾应急疏散安全性评价指标体系的建立，应遵循以下几条原则[10]：2.1.1系统性原则评价指标之间、评价指标与安全疏散评价整体结果是一个有机的综合体。高层建筑火灾应急疏散安全性评价系统结构复杂，各子系统之间相互影响、相互制约。评价指标的系统性就是要全面涵盖影响安全疏散各方面的因素，围绕同一目的，依照高层建筑的特点和火灾特性，将评价系统的目的性、相关性、层次性、整体性组合起来，建立一个简介、有序、清晰的评价指标体系，能够准确评价应急疏散的安全性。2.1.2科学性原则指标体系结构的拟定、指标的选择必须有可靠的、客观的依据。高层建筑应急疏散的安全性同样具有自然规律的属性，具有绝对的确实性，这就要求对其评价指标具有科学性和客观性。评价指标必须通过客观规律、理论知识分析获得，形成经验与知识互补。科学性还必须保证评价指标的概念和外延明确性，对一些模糊性指标，即使无法做到其外延明确，也必须保证其概念正确，不至于混淆。因此，只有评价指标的科学性、可靠性，才能保证安全疏散评价的科学性和可靠性。2.1.3主导性原则评价构成要素数量应适当，能够反映出各因素之间的差异，以降低评价的负担。2.1.4可操作性原则评价指标的选取要充分考虑到数据采集实际可操作性、建筑规范和实际情况，这样才能保证评价的准确性和可行性。2.2评价指标体系的确定本文以我国相关的法律、法规为依据，根据事故致因理论分析及上述评价指标的选取原则，综合考虑人、物、管理和环境等4M因素,在实地调查研究和查阅相关文献的基础上，结合高层建筑应急疏散设计、有关消防专家测评和问卷抽样调查，构建了在高层建筑火灾时影响人员安全疏散因素的评价指标体系。指标体系分为安全疏散设施、安全疏散引导系统、疏散线路和管理4大类一级指标，每个一级指标又分为若干个二级指标和三级指标，如表2.1所示。安全疏散设施是保障人员安全疏散的重要基础，也是建筑设计的硬性规定，在人员疏散中直接影响疏散效果；安全疏散引导系统和安全疏散设施在人员安全疏散中具有相同的地位和作用；引导系统设置的合理性直接影响人员疏散；在高层建筑火灾中，疏散路线的选择，人员的素质及其管理也是影响安全疏散的重要因素。表2.1高层建筑火灾应急疏散评价指标体系

疏散措施A安全疏散设施B1安全出口C1安全出口宽度D1安全出口数量D2安全疏散距离D3设置合理性D4疏散楼梯C2楼梯宽度D5楼梯形式D6楼梯间防排烟系统D7楼梯粗糙度D8楼梯梯度D9疏散走道C3疏散走道宽度D10疏散走道形式D11走道内门开启性能D12走道隔墙耐火性能D13安全疏散引导系统B2应急照明C4供电时间D14最低照度D15设计部位合理性D16疏散指示标志C5疏散指示标志位置D17疏散指示标志距离D18醒目程度D19应急广播C6应急广播数量D20额定功率D21设计部位合理性D22火灾自动报警系统C7探头布置位置D23探头布置间距D24传递信号可靠度D25续表2.1高层建筑火灾应急疏散评价指标体系疏散措施A疏散线路B3疏散路线简洁性C8疏散路线灵活性C9明显的指示标志C10管理B4疏散预案C11疏散计划D26职责分配D27日常管理C12疏散设施的检查D28疏散设施的维护D29明显的疏散标志D30工作人员的训练C13宣传教育D31疏散演习D32

高层建筑火灾时应急疏散的评价方法3.1常用的评价方法目前，用于建筑物火灾危险性评价的方法有层次分析法、模糊综合评价法等方法。3.1.1模糊综合评价法模糊综合评价法[13]从定性问题着手，通过研究影响安全的因素及其相互关系，得出量化表示的评价结果，并转化成定性标准。主要方法是通过构成安全疏散诸因素的主观评价，根据统计结果，进行模糊数学运算，最终的出安全疏散的安全程度。该方法考虑到安全疏散能力本身处于一种不可能精确描述的模糊状态，为了将无法精确量化的评价因素的定性结果和人的主观判断结果用数学的形式来表达而引入的一种数学方法，由多位专家进行评定，再综合算得评价结果。这种方法需要评价的单元多，比较适用于小型建筑，尤其是建筑建成后的定期检查评估，评价比较合理、科学。3.1.2层次分析法层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，简称AHP方法）[14]，是一种定性和定量相结合的、系统化的、层次化的分析方法。它是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。其特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法，尤其适合于对决策结果难于直接准确计量的场合。应用这种方法，决策者通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计算，就可以得出不同方案的权重，为最佳方案的选择提供依据。3.1.3概率分析法概率分析法[15]是以影响安全疏散的变量为随机变量，以逃生概率作为安全疏散评价指标，基于可靠性理论，考虑各因素的随机性，给出了一个以逃生概率为评价指标的疏散可靠算法，可以用来评价室内人员在火灾发生后的安全程度。概率分析法考虑到现行的防火规范中并未给出评价疏散安全的定量指标，影响安全疏散的各种因素又具有一定的不确定性，给出一个以逃生概率为评价指标的可靠算法。这种方法适用于一般简单的、小型的建筑。对于高层建筑来说，由于疏散路线复杂，计算量大，容易出错使评价结果不准确，所以不宜采用。3.1.4基于性能化安全疏散设计的评估方法该评估方法由火灾中烟气的性状预测和疏散预测两部分组成。烟气性状预测就是预测烟气对人员的疏散造成影响的时间，目前常用于分析火灾烟气运动特性和对由于烟气导致的危险时间进行预测的模型有区域模型、场模型、网络模型及几种模型的结合。该方法考虑到现在建筑的大型化和一些特殊建筑（如央视大楼、国家大剧院、鸟巢和奥运体育场馆等），难以依据现行的规范进行评估，为大型及特殊建筑提供了一种新的解决方案。3.1.5逻辑分析法事件树分析法事件树分析法（EventTreeAnalysis，简称ETA方法）是一种从原因到结果归纳的分析方法。它是从一个起因事件开始，按照事故发展过程中事件出现与不出现，交替考虑成功与失败两种可能性，然后再把这两种可能性又分别作为新的起因事件，坚持分析下去，直到分析最后结果为止。其特点是能够看到事故发生的动态发展过程。在进行定量分析时，各事件都要按条件概率来考虑，即后一事件是在前一事件出现的情况下出现的，后一种事件选择某一种可能发展途径的概率是在前一事件做出某种选择的情况下的条件概率。事故树分析法事故树分析法（FaultTreeAnalysis，简称FTA方法）是具体运用运筹学原理对事故原因和结果进行逻辑分析的方法。事故树分析法先从事故开始，逐层次向下演绎，将全部出现的事件，用逻辑关系联成整体，将能导致事故的各种因素及相互关系，作出全面、系统、简明和形象的描述。对于火灾事故，通常是通过事故树分析，经过中间联系环节，能将潜在原因和最终事故联系起来，这样可以查清事故责任，也为采取整改措施提供依据。通过对原因的逻辑分析，可以分清导致事故原因的主次，原因组合单元，这样控制住有限的几个关键原因，就能有效地防止重大火灾事故发生，提高管理的有效性，节约人力物力。3.2评价方法的选择层次分析法的特点是容易理解、便于掌握，评价过程简单，属于定性分析。但定性评价方法往往依靠经验，带有一定的局限性，安全评价结果有时因参加评价人员的经验和经历等有很大的差异。同时由于安全评价结果不能给出量化的危险度，因此不同类型的对象之间安全评价结果缺乏可比性。模糊综合评价法是根据一定的算法和原则，对生产过程中的各个因素及相互作用的关系进行赋值，从而算出一个确定值的方法。类似于美国（DOW）化学公司的火灾、爆炸指数法，英国帝国化学公司的蒙德评价法，日本的六阶段危险评价方法和我国的易燃、易爆、有毒危险源评价方法等等。概率分析法、逻辑分析法是建立在大量的实验数据和事故统计分析基础之上的，因此评价结果的可信度较高。但该类评价方法大部分要求数据准确、充分，分析过程完整，判断和假设合理，一些评价方法需要准确的给出基本致因因素的发生概率，显然这对一些复杂、存在不确定因素的系统是十分困难的。层次分析法带有强烈的主观性，影响评价结果的准确性。传统的概率论方法是以与事故有关的基本事件的发生概率已知为前提的，当分析过程中由于各种各样的原因导致基本事件的概率未知时，基于概率论的方法就显得无能无力。事故树、事件树以及原因—后果分析方法是比较有代表的逻辑分析方法，但这类方法建树复杂，需要考虑的因素多，数据的数据量大；大型故障树的最小割集数量极大，定量分析困难，且管理因素之间及其与直接事故原因之间的关系很难用简单的“与”、“或”逻辑关系准确描述；对间接隐患也不好进行逻辑分析。然而建筑物尤其是结构复杂的高层建筑来说，火灾影响因素多，错综复杂，显然利用逻辑分析方法对其安全疏散进行评估是行不通的；基于性能化安全疏散设计的评估方法适用于大型化或特殊的建筑。采用层次分析法确定评价指标的权重，运用模糊综合评价法对高层建筑火灾应急疏散评价，有效地避免了主观意识的影响和硬性尺度衡量的缺陷，使其评价结果不至于偏离客观真实状况，评价比较科学、合理。因此，笔者认为只利用某一种单一的安全评价方法不能较为合理地对高层建筑场所进行评价分析。应该采用半定量的安全评价方法，即利用层次分析法和模糊综合评价法相结合的评价模式来完成对高层建筑场所的安全评价分析。

高层建筑火灾应急疏散评价模型4.1评价指标权重的确定4.1.1判断矩阵的建立安全疏散措施评估因素权重集的确定采用了模糊层次分析法（FAHP），在元素进行两两比较时，采用了表4.1所示的标度方法。如元素ai和aj相比较，记比较的结果为bij，表示元素ai和元素aj相对上一层元素T进行比较时，ai和aj具有模糊关系“…比…强烈重要”的隶属度。根据上述标度方法和专家判断的结果可建立模糊判断矩阵B=（bij）n×n。矩阵B表示针对上一层元素，本层次与之有关元素之间相对重要性的比较。本文利用建筑设计及消防专家组成的专家组进行判断来确定模糊判断矩阵B。表4.1两因素比较标度取值表标度含义1i和j因素相同重要3i比j因素稍微重要5i比j因素明显重要7i比j因素强烈重要9i比j因素极端重要2,4,6,8以上判断之间的中间状态对应的标度值倒数决策者进行两两指标之间重要程度的比较，得到比较矩阵A：（4.1）4.1.2评价指标权重的计算判断矩阵各元素采用1-9及其倒数标度法确定后，需要进一步确定n个元素A1，A2，…An的重要性程度，并对判断矩阵进行一致性检验。计算各元素重要性权重向量和特征根的方法有“和积法”和“方根法”等。本文选用“和积法”计算，具体计算步骤如下[16]：步骤1：将判断矩阵A每一列正规化；i，j=1，2，…，n（4.2）步骤2：将A=按行加总得；（4.3）步骤3：将步骤2所得的行和向量正规化，得权重向量W；i=1，2，…，n（4.4）步骤4：解出判断矩阵的最大特征值；=i=1，2，…，n（4.5）步骤5：判断矩阵的一致性检验，一致性的判据为：即认为A的不一致程度在容许范围内，可用其特征向量作为权重向量。否则要重新进行成对比较，对A加以调整。其中，CI为一致性指标（4.6）RI为随机一致性指标，是多次（>500次）重复进行随机判断矩阵特征值的计算后取算术平均值得到的。如表4.2给出了1～10阶矩阵的随机一致性指标RI的数值。表4.2随机一致性指标RI的数值n12345678910RI0.0000.0000.5800.9001.1201.2401.3201.4101.4501.4904.2建立评价指标的评语集在评价某个对象时，可以将评价结果分成一定的等级，设评价等级集合，则每个等级对应一个模糊子集，具体等级可以依据评价内容用适当的语言描述。一般情况下，评价等级数n取3-7之间的整数。如果n过大，那么语言难以描述且不易判断等级归属；如果n太小，又不符合模糊综合评价的质量要求。n取奇数的情况较多，因为这样可以有一个中间等级，便于判断评价对象的等级归属。在安全疏散措施综合评价中，将评语集取V。“很好”指安全疏散措施能满足安全疏散要求并有较大程度的冗余；“较好”指能满足安全疏散要求并有一定程度的冗余；“一般”指基本能满足安全疏散要求；“较差”指不能完全满足安全疏散要求；“很差”指存在严重的安全疏散缺陷，须立即采取措施。模糊综合评判的目的就是在综合考虑所有因素的基础上，从评语集中选出一个最佳的评判结果。即评判结果是从V中得出一种最合乎现场实际的“安全疏散措施状况”。表4.3评价等级对应的分数评价等级V很好V1较好V2一般V3较差V4很差V5对应的分值区间90-10080-8960-7950-590-494.3单因素模糊评价单因素模糊评价[17,18]，即对指标内诸因素的评定，是一种模糊映射f：U→V。对于数量型指标可以根据评价指标和评价标准的要求建立隶属度函数，然后对于评价指标分别给出评价方案的隶属度，再把每个单因素的隶属度组合起来得到隶属度矩阵。由于高层建筑火灾时疏散措施危险性评价指标多为定性的，指标具有模糊和非量化的特点，很难用精确的数字来表示，只能采用模糊数学的方法对模糊信息进行量化处理。由于等级比重法具有简单、方便、实用的特点，非常适合定性指标评价，因此，本文采用等级比重法（又叫实验统计法）确定指标隶属度。具体过程是：请一组专家进行试验，每一人次试验是要在表格中打勾，且对每个因素仅打一个勾（即每行打一个勾），见下表4.4。最后统计出各个格子中打勾的频率，得到专家组对于每个单因素的评判结果。表4.4等级比重法的评价表评语等级很好较好一般较差很差因素1√因素2√……因素m√如果参加评判的专家有M个，对指标Uij进行考评，且每个指标对应一个评价等级，考评结果中有N1，N2，N3，N4，N5人分别评其为很好，较好，一般，较差，很差，则指标Uij的等级隶属度分别为，，，，，如此即可得到指标Ui中所有因素的隶属度评价矩阵：例如，请100位专家对“疏散楼梯”进行评判，分别有50，30，10，5，5人的评判为“很好”，“较好”，“一般”，“较差”，“很差”，则对“安全管理”这一单因素的评判为(0.50，0.30，0.10，0.05，0.05)。4.4一级模糊综合评价若第i类的因素集的权重集，那么第i类因素的一级模糊综合评价Bi为式中Ai表示第i类的因素集的权重向量；°表示模糊算子；Ri表示第i类所用因素的模糊隶属度矩阵；Bi表示第i类因素的一级模糊综合评价结果。当模糊向量A和模糊关系矩阵R为已知时，作模糊变换来进行综合评价，下式为模糊综合评价的初始模型。B=AR（4.7）式中，A表示评价因素的权重集；“”表示模糊算子；R表示隶属度矩阵。模糊算子的运算模型常用的有四种，各种模型都有一定的适用范围，其中属于“加权平均型”算子。算子在运算时依权重大小对所有元素进行兼顾，既突出了主要因素，又统筹兼顾了其他因素，评价结果体现了评价对象的整体特征，因此常被称为“加权平均型”，比较适合于整体指标的优化，本文使用该运算模型进行高层建筑火灾人员安全疏散危险性的模糊综合评价实例计算。4.5多级模糊综合评价影响高层建筑人员疏散的因素较多，又都具有模糊性，而且各因素之间还有层次之分，如果采用一级综合评价，不仅其因素较为庞大，而且由于因素较多使得模糊评价矩阵中的数值相对较小，这样就难以比较事物之间的优劣次序，得不到有意义的评价结果。在实际应用中，可以把评价因素论域按照某些属性分成几类，先对每一类（因素较少）作综合评价，然后再对评价结果进行“类”之间的高层次的综合评价。B1多级综合评价[19]是从最低一级开始，逐级计算得出上一级的隶属度评价矩阵，最终计算出最上一级的综合评价矩阵，它反映了客观事物因素之间的不同层次，避免了因素过多，因素重要程度模糊子集难以分配的弊病。二级综合评价的过程如图4.1B1AB1RB1AB1RB1AB2B2BAAB2RB2BBAAB2RB2B3RAAB3RB3B4AB3RB3B4AB4AB4RB4图4.1二级模糊综合评价当模糊向量A和模糊关系矩阵R为已知时，作模糊变换得到评价对象的评价向量B，如下所示：=（4.8）其中，R中不同的行反映了评价对象从不同的单因素来看对各等级模糊子集的隶属程度，用权向量A将不同的行进行综合就可得到该评价对象从系统总体上来看对各等级模糊子集的隶属程度，即模糊综合评价向量B。4.6评价等级的确定实际应用中，为了充分利用模糊总评价结果B的信息，把各等级的评价参数和评价结果B进行综合考虑，使得评价结果更加符合实际。实际应用中，一般给各种等级规定某些参数作为评级标准，在此将高层建筑安全疏散评价等级分为5级。1级：应急疏散危险性非常小；2级：应急疏散危险性很小；3级：应急疏散危险性一般，若某环节出现问题就有可能引发安全事故；4级：应急疏散危险性很大，应及时采取预防措施；5级：应急疏散危险性非常大，应加强消防安全管理并对局部危险部位进行整改，以预防安全事故的发生。见表4.5。表4.5高层建筑火灾人员疏散安全评价等级参数等级人员疏散危险性评价数值1级非常小90—1002级很小80—893级一般60—794级很大40—595级非常大40以下（4.9）式中，f为高层建筑火灾人员疏散危险性评价分值；ei为各指标评价等级对应的分数。

5应用举例5.1案例的基本情况鹿鸣小区3号楼，位于甘肃省兰州市东城区，建于2003年，建筑面积7680m2，共24层，层高2.9m，建筑体为钢筋混凝土框架结构，耐火等级为一级，主要用于居民住宅，可同时容纳360人。其中一层为中厅。楼内共两个楼梯，分别位于大楼的两侧。电梯两部，位于建筑物中部，靠近楼梯设置。该建筑设计了室内外消火栓系统，水压约为0.5Mpa。该楼采用自然排烟。建筑走道为穿堂式，走道宽1.7m，排烟方式为自然排烟。建筑走道上设计了应急照明及疏散标志，有两个疏散出口，楼内各层均配置了若干个干粉灭火器。疏散楼梯排烟也为自然排烟。5.2评价指标权重的确定根据指标体系层次结构（表2.1所示），设安全疏散设施、安全疏散引导系统、疏散线路、消防安全管理水平这四个准则层指标分别为B1、B2、B3、B4，判断矩阵A为：A=采用“和积法”的计算步骤，计算判断矩阵A的权重向量为：Wi=由式=计算最大特征根：====4.068进行一致性检验：CI===0.001查得n=4时，CR=0.90，则==0.001<0.1所以，判断矩阵的不一致程度在容许范围内，可用其特征向量作为权重向量。计算结果见表5.1～5.5。表5.1A判断矩阵AB1B2B3B4CI/CRB111220.3590.0010.001B211120.270B31/21120.232B41/21/21/210.137表5.2B1指标层指标权重计算判断矩阵B1C1C2C3CICRC11120.42700C21110.310C30.5110.262表5.3B2指标层指标权重计算判断矩阵B2C4C5C6C7CICRC411/2210.22600C521320.387C61/21/311/20.158C711/2210.226表5.4B3指标层指标权重计算判断矩阵B3C8C9C10CICRC81210.34100续表5.4B3指标层指标权重计算判断矩阵B3C8C9C10CICRC91/211/30.16700C101310.491表5.5B4指标层指标权重计算判断矩阵B4C11C12C13CICRC1111/21/30.16700C122110.341C133110.491以上表格中代表判断矩阵中各指标因素的权重值，是描述各指标重要程度的量。CI/CR代表的是一致性的检验方法，在此认为只要结果满足CI/CR<0.1，就认为所得比较矩阵的判断结果可以接受。根据对高层建筑火灾应急疏散危险性各层指标权重值的计算，对指标权重用向量的形式表示出来：高层建筑火灾应急疏散评价指标体系的权重向量WA=(0.359，0.270，0.232，0.137)T安全疏散设施的权重向量WAB1=(0.427，0.310，0.262)T安全疏散引导系统的权重向量WAB2=(0.226，0.387，0.158，0.226)T疏散路线的权重向量WAB3=(0.341，0.167，0.491)T管理的权重向量WAB4=(0.167，0.341，0.491)T用同样的方法可获得三级指标的权重值，具体结果见表5.6。表5.6高层建筑火灾应急疏散措施危险性评价统计表AB权重C权重D权重评语等级很好较好一般较差很差疏散措施A安全疏散设施B10.359安全出口C10.427安全出口宽度D10.230.00.0安全出口数量D20.2700.00.0安全疏散距离D30.3590.00.0设置合理性D40.1370.00.0疏散楼梯C20.310楼梯形式D50.150.00.0楼梯粗糙度D60.1030.00.0楼梯宽度D70.2140.00.0楼梯梯度D80.1760.00.0楼梯间防排烟系统D90.3470.00.00.00.50.5续表5.6高层建筑火灾应急疏散措施危险性评价统计表AB权重C权重D权重评语等级很好较好一般较差很差疏散措施A安全疏散设施B10.359疏散走道C30.262疏散走道形状D100.1980.00.0走道隔墙耐火性能D110.1620.00.0走道内门开启性能D120.3620.00.0疏散走道宽度D130.270.00.0安全疏散引导系统B20.270应急照明C40.226供电时间D140.2620.00.0最低照度D150.3100.00.0设计部位合理性D160.4270.00.0疏散指示标志C50.387醒目程度D170.2320.00.0疏散指示标志位置D180.4450.00.0疏散指示标志距离D190.3210.00.00.00.30.7应急广播C60.158额定功率D200.2320.00.01.00.00.0设计部位合理性D210.4450.00.0应急广播数量D220.3210.00.0火灾自动报警系统C70.226探头布置位置D230.3000.00.0探头布置间距D240.3000.00.0传递信号可靠度D250.4000.00.0疏散线路B30.232疏散路线简洁性C80.3410.00.0疏散路线灵活性C90.1670.00.0明显的指示标志C100.4910.00.0管理B40.137疏散预案C110.167疏散计划D260.4600.00.0职责分配D270.5400.00.0日常管理C120.341疏散设施的检查D280.2620.00.0疏散设施的维护D290.3100.00.0应急疏散制度D300.4270.00.0续表5.6高层建筑火灾应急疏散措施危险性评价统计表AB权重C权重D权重评语等级很好较好一般较差很差疏散措施A管理B40.137工作人员的训练C130.491疏散演习D320.5600.00.00.0隶属度评价矩阵的确定本文采用等级比重法确定评价指标的隶属度，即请10位消防专家对每个评价指标相对于不同的评语等级打分，确定隶属度评价矩阵RCi。例如：安全出口评价指标的隶属度见表5.7，同理，运用等级比重法可得出其他三级指标的隶属度，各评价指标具体评价结果见表5.6。表5.7安全出口模糊评价评价指标权重评价指标等级很好较好一般较差很差安全出口宽度0.2300安全出口数量0.27000.40.600安全疏散距离0.35900.70.300设置合理性0.137005.4一级模糊综合评价本文将影响高层建筑火灾应急疏散的因素分成三个层次进行多级模糊评价。首先对十三个二级指标Ci分别进行一级模糊评价，通过专家对建筑应急疏散的单指标模糊评价结果和层次分析法确定的指标权重，利用式（4.7～4.8）计算一级模糊综合评价集BCi.如指标安全出口的隶属度评价矩阵为：RC1=利用层次分析法确定的权重集为：AC1=（0.232，0.270，0.359，0.137）则安全出口的一级模糊评价为：BC1=（0.046，0.512，0.398，0.041，0）如指标疏散楼梯的隶属度评价矩阵为：RC2=利用层次分析法确定的权重集为：AC2=（0.157，0.103，0.214，0.176，0.347）则疏散楼梯的一级模糊评价为：BC2=（0.052，0.360，0.238，0.174，0.174）如指标疏散走道的隶属度评价矩阵为：RC3=利用层次分析法确定的权重集为：AC3=（0.198，0.162，0.362，0.276）则疏散走道的一级模糊评价为：BC3=（0.166，0.580，0.253，0，0）如应急照明的隶属度评价矩阵为：RC4=利用层次分析法确定的权重集为：AC4=（0.262，0.310，0.427）则应急照明一级模糊评价为：BC4=（0，0.093，0.514，0.349，0.042）运用同样的方法可得到其他一级模糊评价：BC5=（0，0.046，0.362，0.365，0.225）BC6=（0，0，0.595，0.403，0）BC7=（0，0.350，0.530，0.200，0）BC11=（0，0，0.354，0.438，0.208）BC12=（0，0.128，0.407，0.288，0.176）BC13=（0，0，0.132，0.556，0.312）BB3=（0，0.412，0.367，0.187，0.033）5.5多级模糊综合评价求出各个二级指标Ci的评价矩阵BCi=（bC1，bC2，…，bCi）后，将每个BCi作为一个元素来看，BCi作为它的单指标评价结果，RBi=(BC1，BC2，…，BCi)T进行二级模糊综合评价，得到二级模糊综合评价矩阵BB=(bb1，bb2，bb3，bb4)T。如指标安全疏散设施的隶属度评价矩阵为：RB1=利用层次分析法确定的权重集为：Ab1=（0.427，0.310，0.262）则安全疏散设施的二级模糊评价为：Bb1=（0.258，0.482，0.310，0.071，0.054）如指标安全疏散引导系统的隶属度评价矩阵为：RB2=利用层次分析法确定的权重集为：Ab2=（0.226，0.387，0.158，0.226）则安全疏散引导系统的二级模糊评价为：Bb2=（0.000，0.118，0.470，0.329，0.097）如指标管理的隶属度评价矩阵为：RB4=利用层次分析法确定的权重集为：Ab4=（0.167，0.341，0.491）则管理二级模糊评价为：Bb4=（0.000，0.044，0.263，0.444，0.248）求出各个一级指标Bi的评价矩阵BBi=（bb1，bb2，bb3，bb4）后，将每个Bi作为一个元素来看，Bbi作为它的单指标评价结果，RA=(Bb1，Bb2，Bb3，Bb4)T进行三级模糊综合评价，得到高层建筑火灾应急疏散危险性评价矩阵BA=(bb1，bb2，bb3，bb4)T。模糊评价矩阵R为：R=三级模糊综合评价为：BA=ARA==（0.093，0.307，0.320，0.219，0.087）5.6评价结果的分析处理本文使用该运算模型计算高层建筑火灾应急疏散评价分值，并对不同的评价等级采取相应安全措施。利用公式（4.9）可得该高层建筑火灾应急疏散评价分值：=0.09395+0.30785+0.32070+0.21955+0.08725=72根据安全疏散等级对应的分值，得出该高层建筑火灾应急疏散安全等级为3级，疏散安全为一般，与实际情况基本相符。从二级评价结果来看，管理是影响安全疏散的主要部分。在安全疏散设施、安全疏散引导系统等硬件部分基本正常的情况下，火灾中人员疏散的安全性也不一定能够得到保证。因此，高层建筑消防管理部门要加强对该建筑内部的管理，从软件和硬件双方面进行改善。如疏散设施定期维护和检查，提高疏散预案可行性，完善应急疏散制度等；经常对人员进行消防安全教育，如举行消防知识讲座，逃生演练等；健全消防管理制度和应急疏散体制，制定相应的应急预案，调整人员疏散策略，确保火灾中人员安全、及时、迅速撤离火灾现场，至安全区域。此外，疏散楼梯、防排烟、通信设备存在一些问题，需整改。建筑设计部门应注重消防安全设施设计的合理性，使其能够发挥最大的效能。

6结论作为安全事故防范重点的高层建筑，尤其是人员密集的高层建筑，具有疏散时间长、疏散困难等特点。本文分析了人、物、管理和环境对高层建筑火灾应急疏散的影响，根据评价指标体系建立的基本原则，建立了高层建筑火灾应急疏评价指标体系，采用模糊综合评价法对人员安全疏散措施进行评价，确定疏散措施的危险等级，为相关部门对影响因素采取有效措施提供依据。以鹿鸣小区三号住宅楼为例，采用模糊综合评价方法对其进行了人员安全疏散危险性评价，得出了该建筑的疏散安全等级，通过研究得出以下结论：（1）建立了高层建筑火灾安全疏散评估因