浅论危险性评估与经济性分析在消防设计中的应用

引言（1）

    　　为了提高建筑物的火灾安全性能，国际上近年来开展了“基于性能化的防火设计方法”（Performance—based fire engineering approach，简称“性能化消防设计”），对建筑物的防火安全进行设计。性能化消防设计方法自提出来已经成为世界许多国家讨论、研究和发展的热门课题。我国目前也开始重视这一领域的研究。人们在进行性能化消防设计时，其中一项重要的环节就是运用消防车安全工程学的原理和方法进行危险性评估和经济性分析。
 
危险性评估与经济性分析（2）

    　　危险性评估是指对于一次或几次火灾后果的评估，并且这些火灾的危险性是可以预见的，评估中必须分析火灾对人和财物的影响；我们发展火灾科学的目的是使人们深化对火灾过程的认识。以火灾科学为基础的火灾安全工程学的目标就是力求以最低的投资换取最大可能的安全，使火灾防治费用与火灾损失的总和达到极小，这就是所说的“经济性分析”。火灾防治的经济性分析是进行火这防治决策的重要基础。它的内容是阐明火灾防治的“投入”与降低火灾损失的“产出”之间的关系。一般说来，合理地增加投入可以降低火灾危险性，从而减少火灾损失 。可见火灾的危险性评估与火灾防治的经济性分析密切相关。
 
危险性评估与经济性分析的方法（3）

    　　堆满货物的仓库，一旦发生火灾，因其发展速度快而很难控制。这类火灾往往损失很大，因此对仓库火灾进行危险性评估和火灾防治的经济性分析是十分必要的。下面以某货仓火灾为例，介绍危险性评估与经济性的思路、程序及两者之间的联系。值得指出，这方面的工作在国际上还处于起步阶段，不同国家的做法也有所不同。

    1 需掌握的数据

    　　在分析仓库火灾时，需要了解以下几个方面的数据：

    　　a）建仓库、货物及自动控制设备的造价；

    　　b）建筑消防设施的造价；

    　　c）给定尺寸的建筑物每年失火的几率；

    　　d）火灾发生后，严重性逐步增长的一系列阶段中，火灾能否向下一阶段发展的可能性；

    　　e）如果火灾在某一阶段被扑灭，损失的货物占总货物的比例；

    　　f）单位面积或体积货物的价值；

    　　g）保险公司为不同程度的火灾所付的保险金；

    　　h）对防护设施的研究费用。

    2 对数据的分析

    　　在进行危险性评估时，对上述数据进行逐项分析：

    　　a）建仓库及其它设施的代价

    　　这些数据可从国家有关标准或技术杂志中得到。

    　　b）建筑消防设施的造价

    　　不同的仓库，消防设施造价也不同，如喷淋系统：各仓库喷头安装密度不同，安装的种类不同，造价不同。这方面情况需要对各仓库做具体调查获取。

    　　c）给定尺寸的建筑物每年失火的几率

    　　火灾发生的几率可以通过每年发生的火灾数与建筑物的数目比例求得。一般说来，尺寸大些的建筑发生火灾的几率要高于尺寸较小的建筑，但这并不是说火灾发生几率与建筑尺寸成正比。另外，不同性质的建筑发生火灾的几率差别很大。一般的货仓发生火灾的几率低于工业建筑。但从大范围来看，我们可以假设不同种类的货仓，失火的几率相同，根据有关资料数据，每年货仓火灾发生率为：

    　　P=α×β^c

    　　式中：α=0.00067；β=建筑内地板的总面积，单位为m²，C=0.50。

    　　d）火灾发生后，火灾向下一阶段发展的可能性

    　　这些数值计算起来非常困难，需要根据大量实际火灾的统计数据来确定。

    　　在研究中，人们把火灾按烟气温度的高低分成了一系列的阶段，共有六个，分别称作“维持阶段”、“强烈燃烧阶段”、“相互作用阶段”、“急剧发展阶段”、“继续发展阶段”、“熄灭段”。这几个阶段与温度的关系见图1，这几个阶段对应的温度范围值见表1。

   

    　　图1 火灾阶段划分图

    　　表1 各阶段的烟气温度范围

   

状态	烟气温度范围（℃）
1．维持阶段	＜15
2．强烈燃烧阶段	15—150
3．急剧发展阶段	150—475
4．继续发展阶段	475—800
5．完全发展段	＞800
6．熄灭段	—

    　　根据火灾阶段划分图，在有消防设施（如淋喷系统）和没有消防设施的情况下，依据火这发生到每一阶段被熄灭的可能性，可以算出火灾的某一阶段发展到下一阶段的可能性。

    　　e）如果火灾在某一阶段被扑灭，损失的货物占总货物的比例

    　　在仓库火灾中，火灾是指数发展，且当火焰达顶棚时，上层货物会因辐射而着火。研究中，假设火灾发展到“急剧发展段”，84%的货物将被毁掉。根据经验和实验数据，可以得到货物损失的比例与温度经验关系式，因为温度是时间的函数，因此可以把货物损失的比例用一个含时的关系式来表达。由实验可得，这个关系式为一指数关系式：

    　　?=1/（1+e^{（t′-t）/τ）}

    　　其中：f为货物损失比例，t′和τ是常数，对于不同的货仓，它们的取值不同，t′为货物损失一半时的时间值。

    　　f）单位面积或体积货物的价值

    　　单位面积或体积货物的价值由货物的总价值除以仓库的面积或体积得到。

    　　g）保险公司为不同程度的火灾所付保险金

    　　保险公司为不同程度的火灾所付保险金不同，这可以从有关资料上查到。

    　　h）防护设施的研究费用

    　　这在数据可以从有关资料中获取。

分析结果（4）

    　　对于面积为34000m2的货仓，设两种情况：没有安装自动喷淋系统和安装了自动喷淋系统，其计算结果列于表2中。

    　　表2 两种仓库的计算结果

   

序号	货仓面积（m2）	建仓花费（万元）	总花费 （万元）	货物价值 （万元）	年火灾发生率	年火灾损失（万元）	保险费（万元）	保险费/总价值%
1	34000	21313	21313	500000	0.029	5901.221	9078.802	1.7
2	34000	21313	22422	522603	0.029	1762.484	1111.514	0.2

    1 没有安装自动淋喷系统的仓库

    　　在这种情况下，仓库大约每34年发生一次火灾，且约40%的货物将被焚毁。对于这样高的损失，保险公司往往很难愿意进行保险，即使接受保险，也是几家公司共同保险，且保险费将高达仓库总价值的1.7%。

    2 安装喷淋系统的仓库

    　　在没装有喷淋系统情况下，消防队到来之前就把火灾在第二或第三阶段熄灭的可能性很小。而在装有喷淋系统情况下，喷淋系统则有可能达到此目的，仓库仍是约34年发生一次火灾，便约8%的货物损失，保险费也降到总价值的0.2%。

结束语（5）

    　　通过危险性评估，可以实事求是地对本单位的消防设施投资进行分析，以获得最大的经济效益。以上仅以仓库火灾为例来作介绍，为使危险性评估和经济性分析更加准确，评估内容趋于真实，还要对所选定的数据或数学模型进行细化，搜集更多相关数据，如：火灾损失率、温度变化，能量释放，质量损失，烟气构成的数据等。只有这样，评估的精确度才越高。

    　　靳自兵（安徽省巢湖市公安消防支队，安徽）