基于模糊Petri網(wǎng)模型的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

張峰

摘要：圍繞高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，引入了模糊Petri網(wǎng)及其相關(guān)理論，建立了模糊Petri網(wǎng)模型并設(shè)計(jì)了模型算法;通過實(shí)際案例，對(duì)建筑防火分區(qū)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并證明了其結(jié)果的有效性，說明模糊Petri網(wǎng)理論在高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中具有推廣意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑;火災(zāi);風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;模糊Petri網(wǎng)

高層建筑用電、用水等設(shè)施健全，人口密度較大，一旦發(fā)生火災(zāi)將會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。此外，該類型的建筑多設(shè)有電梯、樓梯間、排氣口、管道井等，給消防滅火帶來較大的困難[1]。對(duì)建筑物火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估能夠提前鑒別火災(zāi)發(fā)生的不同誘因，準(zhǔn)確預(yù)測發(fā)生火災(zāi)的概率，預(yù)判火災(zāi)發(fā)生后產(chǎn)生的危害和損失，為科學(xué)制定更加經(jīng)濟(jì)的火災(zāi)防治對(duì)策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[2]。

要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)高層建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，既要全面考慮引發(fā)火災(zāi)的不同誘因，也要考慮火災(zāi)撲救、防止蔓延和人員疏散的具體需求[3]，多個(gè)環(huán)節(jié)共同作用，影響評(píng)價(jià)結(jié)果，由于各環(huán)節(jié)維度差異較大，有些難以量化甚至不可量化，使得評(píng)估過程不可避免的產(chǎn)生了模糊性，這正是影響評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的重要原因[4]。

圍繞上述問題，本文通過構(gòu)建模糊Petri網(wǎng)絡(luò)模型理論對(duì)高層建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，基于Petri網(wǎng)基本架構(gòu)，建立模糊Petri網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，并提出相應(yīng)的指標(biāo)算法，最終通過實(shí)際案例，驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

1? 模糊Petri網(wǎng)模型

1.1? 模型建立

建筑防火設(shè)計(jì)方案確定后需要通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，并據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)方案的可靠性進(jìn)行判斷[5]，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的參與成員包括建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、審查方和業(yè)主，對(duì)方案的可行性進(jìn)行綜合評(píng)估[6]。防火設(shè)計(jì)方案的風(fēng)險(xiǎn)水平可分為如下等級(jí)：容許風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)處理后容許風(fēng)險(xiǎn)、非期望風(fēng)險(xiǎn)以及非容許風(fēng)險(xiǎn)[7]，對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)水平集合表示為{容許風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)處理后容許風(fēng)險(xiǎn)，非期望風(fēng)險(xiǎn)，不容許風(fēng)險(xiǎn)}，

則其論域可描述為{R1，R2，R3，R4}，具體數(shù)值的量化范圍分別是：（0，0.150]、（0.150，0.450]、（0.450，0.700]、

（0.700，1]，為了便于計(jì)算，取值分別為0.150、0.300、

0.575、0.700。

某評(píng)估者Si對(duì)執(zhí)行效果的評(píng)估集X定義為模糊輸入變量，其描述了建筑防火設(shè)計(jì)方案的實(shí)施對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度[8]，其對(duì)應(yīng)于論域{R1，R2，R3，R4}的隸屬函數(shù)為{μ1，μ2，μ3，μ4}。各個(gè)評(píng)估者分別對(duì)防火設(shè)計(jì)方案的效果進(jìn)行判斷，對(duì)X∈Rj（j=1，2，3，4），分別給出隸屬函數(shù)μij，可以得到下列矩陣：

其中：，n為防火設(shè)計(jì)方案評(píng)估者的人數(shù)。

對(duì)矩陣，由于μij的論域相同，故可定義：

建筑防火設(shè)計(jì)方案的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果：當(dāng)μm=max{μ1，μ2，μ3，μ4}時(shí)，認(rèn)為防火設(shè)計(jì)方案的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為m級(jí)，且m∈{R1，R2，R3，R4}。若計(jì)算結(jié)果（j≠l），則認(rèn)為m=max{j，l}。

設(shè)計(jì)并搭建模糊Petri網(wǎng)模型，如圖1所示。

1.2? 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

建筑防火設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)完成后，由n（令n=4）個(gè)評(píng)估人對(duì)該方案的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，即判定μi1，μi2，μi3，μi4，且應(yīng)使μi1+μi2+μi3+μi4=1;

引發(fā)Tsi轉(zhuǎn)移并采用與位置P1關(guān)聯(lián)的模糊算法，在位置P1得到模糊合成向量，其隸屬函數(shù)分別是μ1，μ2，μ3，μ4，且;

依據(jù)位置P1的模糊產(chǎn)生規(guī)則，引發(fā)Tji（l=1，2，3，4，）轉(zhuǎn)移;

①如果μ1最大，則位置PR1中的可能托肯分布為：

，

，而PR2、PR3、PR4中的可能托肯分

布：，則Cf為“不非容許風(fēng)險(xiǎn)”。

②如果μ2最大，則位置PR2中的可能托肯分布為：

，

，而PR1、PR3、PR4中可能托肯分布為：，則Cf為“非期望風(fēng)險(xiǎn)”。

③如果μ3最大，則位置PR3中的可能托肯分布為：

，

，而PR1、PR2、PR4中可能托肯分布為：，則Cf為“經(jīng)處理后容許風(fēng)險(xiǎn)”。

④如果μ4最大，則位置PR4中的可能托肯分布為：

，

，PR1、PR2、PR3的可能托肯分布為：，則Cf為“容許風(fēng)險(xiǎn)”。

由位置PRl（l=1，2，3，4）與位置P2引發(fā)TRl（l=1，2，3，4）轉(zhuǎn)移，并依據(jù)位置P3的可能托肯值。

根據(jù)位置P3的可能托肯值引發(fā)TCl（l=1，2，3，4）轉(zhuǎn)移。

①假設(shè)位置P3的可能托肯值為0.700，則引發(fā)TC1轉(zhuǎn)移，使TC1的可能托肯值為0.7，而TC2、TC3、TC4的可能托肯值為0，則Rf的值為“非容許風(fēng)險(xiǎn)”。

②假設(shè)位置P3的可能托肯值為0.575，則引發(fā)TC2轉(zhuǎn)移，使TC2的可能托肯值為0.575，而TC1、TC3、TC4的可能托肯值為0，則Rf的值為“非期望風(fēng)險(xiǎn)”。

③假設(shè)位置P3的可能托肯值為0.300，則引發(fā)TC3轉(zhuǎn)移，使TC3的可能托肯值為0.300，而TC1、TC2、TC4的可能托肯值為0，則Rf的值為“經(jīng)處理容許風(fēng)險(xiǎn)”。

④假設(shè)位置P3的可能托肯值為0.150，則引發(fā)TC4轉(zhuǎn)移，使TC4的可能托肯值為0.150，而TC1、TC2、TC3的可能托肯值為0，則Rf的值為“容許風(fēng)險(xiǎn)”。

⑤基于風(fēng)險(xiǎn)度Rf值對(duì)防火設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

2? 基于模糊Petri網(wǎng)模型的建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例

2.1? 某建筑防火分區(qū)概況

以某大型商場營業(yè)廳商業(yè)樓為例，該商業(yè)樓共六層，其中地上五層，地下一層，結(jié)構(gòu)為框架式，建筑防火分區(qū)具體情況如下：

第一防火區(qū)共分5個(gè)分區(qū)，均設(shè)自噴，其中1-1分區(qū)建筑面積：3990m2，營業(yè)面積3822m2，所需疏散寬度為：（3822×50%×0.85）/100×0.65≈10.5m，設(shè)計(jì)疏散寬度為18m，疏散人數(shù)：9.7/0.006 5≈1492人。

1-2分區(qū)建筑面積：4070m2，營業(yè)面積4002m2，所需疏散寬度：（4002×50%×0.85）/100×0.65≈11m，設(shè)計(jì)疏散寬度12m，疏散人數(shù)：11/0.0065≈1692人。

1-3分區(qū)建筑面積：4009m2，營業(yè)面積3950m2，所需疏散寬度：（3950×50%×0.77）/100×0.75≈11.4m，設(shè)計(jì)疏散寬度11.4m，疏散人數(shù)：11.4/0.0075=1520人。

1-4分區(qū)建筑面積：3695m2，營業(yè)面積3686m2，所需疏散寬度：（3686×50%×0.6）/100×1.0≈11m，設(shè)計(jì)疏散寬度11.4m，疏散人數(shù)：11/0.01=1100人。

1-5分區(qū)建筑面積：3669m2，營業(yè)面積3600m2，所需疏散寬度：（3660×50%×0.6）/100×1.0≈10.9m，設(shè)計(jì)疏散寬度11.4m，疏散人數(shù)：10.0/0.01=1000人。

第二防火區(qū)共分為6個(gè)分區(qū)，均設(shè)自噴，其中2-1分區(qū)建筑面積：4442m2;營業(yè)面積：4421m2;所需疏散寬度：（1937×50%×0.85）/100×0.65≈5.4m。

2-2分區(qū)建筑面積：2061m2，營業(yè)面積：2054m2;所需疏散寬度為：（2054×50%）/100×0.65≈6.7m。

2-3分區(qū)建筑面積：4590m2;營業(yè)面積：4565m2;所需疏散寬度：（4565×50%×0.77）/100×0.75≈13.2m。

2-4分區(qū)建筑面積：2064m2;營業(yè)面積：2057m2;所需疏散寬度為：（2057×50%）/100≈7.7m。

2-5分區(qū)建筑面積：4573m2;營業(yè)面積：4544m2;所需疏散寬度：（4544×50%×0.6）/100×1≈13.6m。

2-6分區(qū)建筑面積：1987m2，營業(yè)面積：1976m2;所需疏散寬度為：（1976×50%）/100≈9.9m。

2.2 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)上述火災(zāi)防火分區(qū)設(shè)計(jì)，先采用模糊Petri網(wǎng)模型對(duì)該建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)估過程為：

評(píng)估人員對(duì)該建筑設(shè)計(jì)方案的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，其結(jié)果如表2所示;

基于位置P1的模糊規(guī)則，當(dāng)μ3取極大值時(shí)，PR3的可能托肯值的量化值取0.300，而PR1、PR2、PR3的可能托肯值為0，故評(píng)估結(jié)果為“經(jīng)處理容許風(fēng)險(xiǎn)”。

設(shè)評(píng)估人對(duì)建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估結(jié)果為“可接受風(fēng)險(xiǎn)”，量化值為0.150，則基于位置P3的模糊規(guī)則，可得到其可能托肯值量化為0.150，從而導(dǎo)致T轉(zhuǎn)移，使得該位置的可能托肯值量化為0.150，故評(píng)估結(jié)果為“容許風(fēng)險(xiǎn)”。

最終，該建筑防火設(shè)計(jì)方案的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)被評(píng)定為“容許風(fēng)險(xiǎn)”，表示該建筑防火設(shè)計(jì)方案中的各項(xiàng)防火措施和災(zāi)后應(yīng)急方案是可行的。

3? 結(jié)語

當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，高層建筑的防火設(shè)計(jì)分區(qū)、疏散方案以及各項(xiàng)防火措施是確保人員安全的必要條件，在建筑設(shè)計(jì)階段就需要通過合理的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的可能性大小，從而達(dá)到改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的目的。本文基于模糊Petri網(wǎng)理論，結(jié)合Petri網(wǎng)的特點(diǎn)，建立了一種建筑防火設(shè)計(jì)方案風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，設(shè)計(jì)了該模型的算法;結(jié)合實(shí)際案例，驗(yàn)證了該模型對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可行性，有利于推動(dòng)火災(zāi)安全管理的發(fā)展。

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Fire risk assessment of high-rise

buildings based on fuzzy Petri net model

Zhang Feng

（Wuhan Municipal Fire and Rescue Brigade，Hubei? Wuhan 430074）

Abstract：Focusing on the fire risk assessment of high-rise buildings， the paper introduces fuzzy Petri net and its related theories， establishes a fuzzy Petri net model and designs the model algorithm. Through practical cases， the risk assessment of the design scheme of building fire compartment is carried out， and the validity of the results is proved， which shows that the fuzzy Petri net theory has promotion significance in the fire risk assessment of high-rise buildings.

Keywords：high-rise building; fire; risk assessment; fuzzy Petri net