商业综合体火灾风险多因素耦合致灾机理与评价模型研究

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随着世界经济与科技水平的高速发展,商业综合体的数量呈现出喷井式的增长态势,资源及功能的有机组合已使商业综合体成为一个高度集中的复杂系统,伴随着可燃物多、火灾荷载大、起火原因复杂、火灾蔓延途径多、疏散逃生和应急救援困难等消防难点。商业综合体重特大火灾的发生不仅会造成人员伤亡和财产损失,更会导致城市经济发展的失调、城市机能的失灵、城市生命线系统的瘫痪等严重后果。近年来国内外商业综合体火灾事故仍时有发生,说明全球范围内城市建筑消防安全态势依然严峻,火灾风险防控能力亟待提升。因此对商业综合体火灾风险多因素耦合致灾机理与评价模型进行研究不仅能丰富火灾防治理论,弥补城市火灾风险防控的短板,而且能更好地满足人民群众的幸福感和安全感,推动城市消防安全的发展。本文主要研究内容与结论如下:(1)基于“三类危险源”理论对火灾风险因素进行了分类,并通过文献调研、现场调查、国家法律法规查询、事故树分析(FTA)和事件树分析(ETA)等方法从逻辑规律与因果关系入手梳理和辨识了火灾风险因素;其次,基于扎根理论对关键火灾风险因素进行了判别和归类,构建了包含4个核心范畴和32个主范畴的概念模型;最后运用解释结构模型(ISM)对商业综合体火灾风险因素进行了层级划分,判别出了12个致灾直接因素、19个间接因素及1个根本因素,并理清了各因素间的逻辑关系,构建了商业综合体火灾风险因素的解释结构方程模型。(2)结合火灾风险因素辨识及分类结果,分析了商业综合体火灾风险耦合的内涵与分类,并引入物理学触发器的概念对火灾风险正向强耦合形成机理以及火灾风险因素耦合演化机理进行了研究;其次,运用系统动力学中的因果关系图方法分别对火灾风险同质因素耦合、双因素耦合以及多因素耦合进行了分析,得出在“人-设-环-管”四个子系统中,消防安全意识、电气防火、平面布置和消防安全教育与培训对子系统内部因素影响路径最多,影响范围最广;再次,借鉴物理学、经济学等学科的相关理论方法对商业综合体火灾风险流的形成、进发以及在耦合路径上的流动和作用的动态过程进行了分析,并对风险流的叠加过程进行了数学描述;最后,运用N-K模型对商业综合体火灾风险多因素耦合度量进行了定量计算,分别得出了因素间的耦合频率、耦合概率及耦合程度。弥补了现阶段商业综合体火灾风险多因素耦合相关研究的不足。(3)基于商业综合体火灾风险因素辨识及层级划分的结果,结合专家访谈、机构咨询等方式构建了包含4个一级指标、32个二级指标、121个三级指标的商业综合体火灾风险评价指标体系。其次,基于风险耦合程度的计算结果确定了各一级指标的权重,运用结构熵权法(SEWM)和问卷调查法的基本原理对各二级指标与三级指标的权重进行了计算;再次,依据国家法律法规、文献查询及现场调研等方式详细制定了所有三级指标的评分细则,为评估人员提供了重要的评判依据;最后,基于物元多级可拓理论给出了火灾风险度量的计算步骤,从而形成了一套完整的商业综合体火灾风险评价模型。该模型可依据建筑的不同特征和较少的数据测度出评价对象的风险隶属等级,且计算步骤简单、可操作性强,解决了大型复杂评价系统计算过程复杂、专家评估工作量大的短板。(4)根据所构建的火灾风险评价模型,选取了广东省佛山市的四栋典型商业综合体进行了实证研究,得出了A、B、C、D四座综合体建筑的火灾风险等级分别为Ⅱ级、Ⅰ级、Ⅲ级和Ⅳ级,研究结果与建筑实际运行情况吻合较好,说明所构建的火灾风险评价模型具有较好的可行性与有效性。其次,基于火灾风险多因素耦合研究成果以及风险评价实证研究的结果,判别了15个更具传播性和流动性的重点火灾风险,并依据风险特征筛选出了A、B、C、D四座综合体建筑应及时整改的主要消防安全隐患。最后,对当前商业综合体所涉及的主要消防安全管理问题进行了总结和归纳,并给出了相应的风险防范措施,为生产经营企业的消防安全管理提供了一定的参考。
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