火灾风险评估 教学课件 ppt 作者 余明高 第5章定量火灾风险评估方法

1、火灾风险评估,5.1 概述 5.2 定量火灾风险评估的基本内容 5.3 火灾场景设定与火灾设定 5.4 基于事件树的火灾风险定量分析方法 5.5 基于统计理论的火灾风险分析方法 5.6 评估实例,第5章定量火灾风险评估方法,5.1 概述,火灾风险定量的模型大致上可以分为三类：确定性模型、概率模型和随机模型。这三种模型之间有很大的交叉。确定性模型依赖于假定因素的行为，涉及时间和空间的定量关系。概率模型考虑多项因素对风险的贡献，评估其未来发挥作用的可能性，然后将多项因素作为一个整体计算复合概率，评估在多项因素影响下，火灾系统实现安全目标的可能性。随机模型可以视为确定性模型和概率模型之间的一种模型，特别是当涉及时间和空间的变化时。随机模型都可以刻画危险因素(例如可燃气体、火灾、烟气)在时间和空间中的发展变化。,5.2 定量火灾风险评估的基本内容,风险估计的程序： (1)确定评估对象，定义系统/问题，选择方法 (2)辨识火灾危险因素 (3)火灾场景的确定 (4)场景概率以及后果分析 (5)场景火灾风险和组合风险的计算 (6)结果输出,5.2 定量火灾风险评估的基本内容,下面结合几个示例说明如何

2、将损失目标转化为设计目标。 1.保证设备连续运行 2.保证人员生命安全 3.财产保护,5.2 定量火灾风险评估的基本内容,图5-1 火灾风险管理流程图,(6)结果输出,1)设计方案是否能满足一定的风险准则。 2)评价不同设计方案的风险水平，水平，通过比较作出选择。 3)影响系统风险的主要因素，并且提出改进意见。 4)对系统设计的某种变化作出关于风险的评价等。,表5-1 防火目的与相应的承险人损失目标示例,(6)结果输出,3.财产保护,表5-2 损失目标、工程设计目标和性能判据举例,5.3 火灾场景设定与火灾设定,5.3.1 设定火灾场景 5.3.2 设定火灾,5.3 火灾场景设定与火灾设定,图5-3 火灾场景的设定和参数选择,5.3.1 设定火灾场景,风险分级程序的主要步骤如下： 1)确定一组全面的可能的火灾场景。 2)估计场景发生的概率。 3)估计场景的后果。 4)估计场景的风险(反映场景发生的后果和概率)。 5)按照风险对火灾场景进行分级。 下面的介绍设定火灾场景的“十步法”。 1.火灾场景辨识 2.火灾场景的选择,1.火灾场景辨识,从适用于所考虑的建筑和使用人员的火灾统计资料，依

3、据发生频率和相关后果的评判标准，对初始热源和初始燃烧物进行合并分级，可得到以下火灾类型： 1)人员伤亡占最大份额的火灾类型。 2)用金钱衡量的财产损失占最大份额的火灾类型。 3)在具有确定的最小尺度的火灾范围内，最有可能的火灾是：蔓延出起火房间的火灾；大小超过一定面积的火灾；死亡5人或5人以上的火灾；或火灾损失超过了的以金钱衡量的损失阈值的火灾，损失超过此阈值就表明是重大损失，如最小损失超过1的火灾。,1.火灾场景辨识,除在第二步所述的高危险场所外，还有： 1)公共事件的损害，如地震或恐怖事件，其具有导致多处严重火灾或者使多个消防设施同时失效的可能性。 2) 非火灾事件的损害，这些事件会削弱建筑结构并降低能引起结构坍塌的火灾条件。 3)使用易自燃、火灾蔓延快、易爆炸的高危害材料；使用能产生剧烈火灾和剧毒性烟气的高危害材料；使用燃烧产物对环境有严重危害的高危害材料或使用被污染的灭火介质；能从环境空气补充火灾所需氧气的情况；使用某些通常手段(如采用含氯消毒剂的游泳池水)扑救火灾具有很大危险或难度，或其他能够加重火灾的情况。,1.火灾场景辨识,4)存在高危险操作，包括在易燃材料附近使用明火。

4、 5)在建设或维护阶段存在特殊危险的情况。,2.火灾场景的选择,1)若多个具有严重后果、低概率的场景被排除，应注意被排除的场景不具有中等或高等的累积概率。 2)不能因为某个场景使一个特殊的消防安全系统或特殊的设计表现的可取或不可取，即使它对风险有较大的贡献，就排除此场景。 3)在此阶段，对于某个场景，不能因为产生可接受结果的最佳设计需要付出很大代价，即使它对风险有较大的贡献，就排除此场景。,5.3.2 设定火灾,图5-4 设定火灾示例,5.3.2 设定火灾,表5-3 平方时间火的类型,5.3.2 设定火灾,表5-4 各种设定火灾场景的典型火灾增长类型,5.3.2 设定火灾,图5-5 设定火灾曲线与目标区域中烟气光学密度和烟气层高度的变化曲线,5.4 基于事件树的火灾风险定量分析方法,5.4.1 概述 5.4.2 火灾损失场景设计与事件树构成 5.4.3 初始火灾可能性分析 5.4.4 消防系统成功概率分析 5.4.5 风险计算,5.4.1 概述,事件树分析(Event Tree Analysis，简称ETA)是安全系统工程中重要的分析方法之一。事件树是一种从原因到结果的过程分析，基本原

5、理是：任何事物从初始原因到最终结果所经历的每一个中间环节都有成功(或正常)或失败(或失效)两种可能或分支。如果将成功记为1，并作为上分支，将失败记为0，作为下分支，然后再分别从这两个状态开始，仍按成功(记为1)或失败(记为0)两种可能分析。这样一直分析下去，直到最后结果为止，最后即形成一个水平放置的树状图。,5.4.2 火灾损失场景设计与事件树构成,1.火灾损失场景设计 2.事件树的构建,1.火灾损失场景设计,(1)目标(T：target) (2)危险源(S：source) (3)路径(P：path),(1)目标(T：target),目标是风险研究关注的焦点，必须首先确定。目标应该对火灾危险源的影响比较敏感，另外，必须详细说明目标的价值。,(2)危险源(S：source),确定了目标的敏感点及其价值后，要对使目标遭受损失的火灾源进行辨识和筛选。,(3)路径(P：path),1)评估概况：主要确定场景边界、确定评估的具体场景和重要风险。 2)目标描述：主要目标、目标遭受火灾危害的具体形式(如温度影响、热辐射影响、烟气影响或是有毒、腐蚀性气体影响)、目标价值(如财产损失、停工/营运中断损失

6、、操作人员的培训费用)。 3)确定起火源：确定火灾初始事件发生的可能性、进一步评估应选取的事件。 4)分析路径：确定火灾蔓延因素(火灾增大能力、结构失效、多米诺效应)和火灾限制因素(现有的限制火灾蔓延的措施和建议等)。,(3)路径(P：path),5)构建树结构：确定场景评估的假定和限制条件，以及事件树结构。,2.事件树的构建,(1)确定火灾初始事件 (2)确定路径因素 (3)构建事件树分支逻辑 (4)事故结果评估 (5)确定并量化作用于目标的危害和后果 (6)分支概率的量化 (7)量化风险,(1)确定火灾初始事件,辨识初始事件可以综合运用以下方法： 场景辨识工作表； 事故树分析； 历史事故记录分析； 企业数据和历史情况； 危险评述、经验和工程判断。 火灾初始事件的辨识和选取，不同人之间有很大的差别。同样的场景有人可能认为只是可燃液体的微量泄漏起火，也有可能会有人假定是所有可燃液体起火。合理的初始事件必须同时满足以下两个条件： 引发的事故后果能造成重大危害(即超过风险容忍极限)； 事件出现的可能性不可过低。,(2)确定路径因素,1)主要的火灾发展/蔓延因素有： 燃料性质(热释放速率)；

7、 火焰传播与二次引燃； 通风作用； 结构失效； 应急操作响应。 2)主要的消防系统因素有： 探测系统； 应急控制系统(ECS)； 自动灭火系统； 限制蔓延作用(如防火间隔)； 人工灭火系统； 空间限制(将火灾限制在源区内)。,(3)构建事件树分支逻辑,事件树以初始事件开始，经历消防系统的响应，显示了事故的时序发展过程，其输出即为火灾事故结果。尽管很多情况下事件几乎是同时发生的，但在分析时，消防系统的功能应按照顺序描述。 构建事件树的第一步是输入初始事件和各级消防系统，包括初始事件发生可能性、消防事件后果危害水平等。,(4)事故结果评估,1)最好的情形对应正常的损失期望(NLE)，指在所有的火灾探测和防护系统均正常工作并发挥其设计控制功能时的损失期。 2)其他可能情形对应可能最大损失值(PML)，指基本的火灾自动防护系统不在工作状态时的损失期望值水平。 3)最坏情形对应最大预计损失值(MFL)指自动和人工防火设施均处于不可用状态时的损失期望值水平。,(5)确定并量化作用于目标的危害和后果,要认识到火灾事故会有多种危害，包括： 财产损失(PD)，如建筑物、设备等破坏； 营运中断(BI)，如

8、因维修或更换设备所引起的营业、生产的延误； 威胁人员安全，包括在火灾现场和在周围的人员； 环境影响，包括对空气和土壤的破坏； 其他危害，如强制罚款、公司形象等。各种危害的后果综合起来会构成很高的经济损失。,5.4.3 初始火灾可能性分析,1.历史数据 2.事故树分析,1.历史数据,表5-5 美国有关核电站内区域起火源和起火频率,1.历史数据,表5-5 美国有关核电站内区域起火源和起火频率,2.事故树分析,事故树分析(FTA)提供一种量化初始火灾发生事件的结构方法，如图5-6所示。事故树分析的优点是可以将初始火灾(顶事件)分解为各种失效和点火危险因素。初始火灾事件可能性的事故树逻辑与“火三角”相似，也就是说应当考虑： 存在的可燃材料； 超过燃料燃烧所需要的最低氧气量； 点火源能量足够维持燃烧。顶事件是初始火灾事件(即能发生火灾并蔓延)，初始火灾事件的主要贡献因子用“与”门相连。,5.4.4 消防系统成功概率分析,1.性能成功 2.性能度量 3.成功树分析 4.性能评估框架,5.4.4 消防系统成功概率分析,图5-6 事件树分析与事故树分析结构化框图,3.成功树分析,1)系统可用性紧急情况

9、发生，在线系统运作及时。 2)功能可靠性有紧急需求时系统具有满足功能要求的能力。 3)时间可靠性系统在规定时间内实现其功能。,3.成功树分析,图5-7 消防系统成功参数,4.性能评估框架,1)确定成功树逻辑，包括辨识基本的消防系统度量参数、辨识并建立性能指标相互关系。 2)量化消防系统响应效率，包括评价设计应用原理(DAB)和系统响应时间(SRT)。 3)量化消防系统在线可用性，包括： 评价系统因检查、保养、测试而处于离线的状态； 评价有害物的出现导致的系统离线； 评估其他原因导致的系统离线。 4)量化消防系统操作可靠性，包括： 辨识系统或子系统的边界； 定义功能要求； 描述设计和运转的集成要素； 估计功能失效的概率。,4.性能评估框架,5)量化消防系统成功概率，包括： 综合上述2)、3)、4)步的结果得到消防系统成功概率，并以此作为事件树输入； 制作数据源文档并说明其不确定性问题。,5.4.5 风险计算,1.支线概率 2.总计等价货币值,2.总计等价货币值,图5-8 事件树分析举例,5.5 基于统计理论的火灾风险分析方法,5.5.1 概述 5.5.2 火灾发生和增长 5.5.3 火灾风险的随机模型 5.5.4 基于统计理论与火灾动力学相耦合的财产损失评估 5.5.5 火灾引起建筑物坍塌的评价方法,5.5.1 概述,在概率估计时，应避免某些普遍的错误和偏差，包括： 1)对于个人而言，低估低概率或高估高概率都是正常的。 2)不宜假设所有的情况和事件是独立的。 3)高估类似涉及特别的危害和物品环境的场景概率，而低估或忽略普通场景，如加热设备和电气系统火灾的概率。 4)对于工程人员，在每次事故中依赖高质量和完全火灾调查数据。 5)不能够安全地假定消防安全系统和特征中的冗余是为了更高的整体可靠性或产生更高的整体可靠性。,5.5.1 概述,1.直接通过数据估计概率 2.用模型估计概率 3.用工程判断估计概率 4.初始事件概率 5.状态概率和可靠性,5.5.2 火灾发生和增长,1.概率方法 2.着火的可能性 3.可能损失 4.火灾的蔓延,1.概率方法,1)在一段时间内发生火灾的概率(F)。 2)在发生火灾时可能的生命和财产的损害。,2.着火的可能性,表5-6 纺织工业不同区域点火源的分布,2.着

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