1、5.1 5.1 本章综述本章综述本章讨论“定量火灾风险评估”，是指对涉及的火灾危害或火灾场景发生的可能性以及后果的严重程度都进行定量化处理的火灾风险评估。将火灾场景出现的可能性量值和后果严重程度量值相乘的结果，则为此火灾场景的风险值；将所有可能的火灾场景风险值累加在一起，得到总的火灾风险值（overall fire risk value）。总的火灾风险值可与其它火灾安全设计方案或处方式规范要求的火灾安全设计方案进行比较，以确定最为理想的火灾安全设计方案。The overall fire risk value can be used for comparisons with those of a
2、lternative or code-compliant fire safety designs.通常有两种方式进行系统定量化的火灾风险评估：1.安全检察表方法，详尽考察一系列的潜在火灾危害（potential fire hazards）及量化其风险；2.事件树方法详尽考察一系列的潜在的火灾场景（potential fire scenarios）并量化其风险。两种方法如果有统计数据可用，则可能性和后果的数值均采用统计数据；否则则来自主观判断。5.2 5.2 检查表方法检查表方法此方法要列出一个潜在火灾危害的检查表，并考虑现有的或需要增设的火灾安全措施，对火灾风险进行评估。理想的检查表的应用，能
3、够对现场存在的潜在火灾危害进行比较系统的检查或排查。通过将火灾安全措施与相应的潜在火灾危害一一列出，就能够对火灾安全存在哪些方面的不足进行快速地排查，并找到为尽量降低火灾风险，而需要额外设置的火灾安全措施。因此检查表方法是要列举出任何潜在的火灾危害、火灾安全措施，无论是现有的或是需要增设的，并给出采取措施后的残余火灾风险(residual fire risks)的评判。它被用来辨识系统所存在的任何不足的方面和确定将风险降低到最小所需要的补救措施。这种方法对火灾事件的逻辑发展过程(logical development of fire events)是不加以考虑的，对此在5.3节中应用事件树方法
4、进行讨论。表5.2是一个应用检查表方法进行定量火灾风险评估的例子，这个例子与第四章的相似，但它是定量化的，而不是定性的。这个例子考察的是住宅建筑起居室中潜在的火灾危害以及一些额外的火灾安全措施降低其火灾风险的情况。当然一个住宅建筑中会有很多潜在的火灾危害。一个全面的火灾风险评估应包括对所有潜在火灾危害的辨识以及采取火灾安全措施降低其风险的情况。一个典型的住宅建筑中通常有一些火灾安全措施，比如感烟报警系统。额外设置其它火灾安全措施能够进一步地降低风险。与第四章中类似，本例中考虑了额外种类火灾安全措施的六种不同组合的情况。额外的三种火灾安全措施为：(1)起居室中禁烟no smoking mater
5、ial(such as cigarettes)in the living room；(2)自动喷水灭火系统sprinklers；(3)定期疏散演练 regular evacuation drills。在此认为措施(1)会对火灾发生的可能性产生一定的影响；措施(2)、(3)会对火灾后果的严重程度产生一定的影响。因“起居室中禁烟”将会降低火灾发生的可能性；而“自喷系统”和“定期疏散演练”可以扑灭或控制火势或可以加快疏散速度，从而降低了火灾后果的严重程度。本例用来说明如何用检查表方法进行定量火灾风险评估。当然，在火灾风险评估中，并没有严格标准化的安全检查表方法。表5.2中，固有火灾风险值(inher
6、ent fire risk values 没有任何额外的火灾安全措施起到帮助作用的情况)是从之前第3章表3.2中获得的。表3.2显示1996年，加拿大的住宅建筑，火灾发生的可能性(the probability of fire occurrence)为1.75 103 fires/house/year，在这些建筑火灾中，主起居室发生的火灾占8.5%。通过以上数据可计算1996年，加拿大住宅建筑主起居室发生火灾的(固有)可能性为(the probability of fire occurrence in the main living area)：1.75 103 8.5%1.49 104 fi
7、res/house/year.第3章表3.2中数据显示，1996年发生在主起居室火灾后果固有的严重程度(inherent severity of the consequence of fires)是43.2 103 deaths/fire，这些火灾相应的风险为(the resultant risk to life from these fires):1.49 104 fires/house/year 43.2 103 deaths/fire 6.43 106 deaths/house/year这些由之前数据所获得的固有火灾风险值在本例中会用到，如表5.2所示。Table 3.2 Expecte
8、d risk to life for fires originating in different areas in Table 3.2 Expected risk to life for fires originating in different areas in Canadian Canadian houses in 1996,with the probability of fire occurrence at 1.751 103 fires/house/year.This table shows only those areas in a house with high fatalit
9、y fires,and not all the fires in a house表5.2中的固有火灾风险值是基于火灾统计数据而确定的，这些统计数据中的火灾是发生在有火灾安全措施条件下的，如感烟报警系统，这是目前规范中强制要求设置的。如果将额外的火灾安全措施增设到相应的场所中，则以上固有的火灾风险将会被进一步降低。在表5.2中，六种火灾安全措施组合中每一种组合情况的作用或影响，通过固有可能性或固有火灾后果严重程度的一个残余乘法因子(residual multiplication factor of the inherent values of the probability or the con
10、sequence)来体现。这样火灾安全工程师或监督审批者就可以基于这些火灾安全措施使固有火灾风险降低的程度来评判其效果了。火灾安全措施的作用，一种方法是基于统计数据来确定；但这样的数据不一定总能找得到。某些机构的数据库中可能会收集这样的数据信息，但在其公布的报告中未必直接能够获取，因为这些数据报告中通常显示的是比较基本的数据信息；而对火灾风险评估所需要的很专门的数据信息，则往往没有直接列出。如果没有统计数据可用，就需要进行主观判断。否则就要找到一些基本而合理方法来进行计算，比如火灾发展和人员疏散的数学模型，这方面将在后续章节中进行探讨。例如，关于禁烟和安装自动喷水灭火系统的作用，是有一些统计数
11、据的；而对实施常归疏散演练的作用，则基本无数据可被查到。注解：比如烟头引燃床铺材料的确定性结果计算模型或概率计算模型。在不同控制因素参量值输入的情况下，其确定性结果是不同的，是具有不确定性的，比如环境湿度的影响、风的影响以及材料类型的影响等，需要进行庞大样本的模拟实验或计算（蒙特卡罗实验模拟或蒙特卡罗数值模拟），才能分析其随机性特征。对受多种影响因素作用，在不同条件下计算所得的确定性结果进行统计特性分析为不确定性研究的一部分，这是火灾安全科学研究工作一个庞大的研究领域。NFPA的统计数据显示，家庭火灾近7%是与吸烟有关的(NFPA Fire Statistics,2006)，而吸烟引起的火灾中
12、近14%是发生在主起居室内的(Hall,2006)。这样7%14%1.0%的家庭火灾是在主起居室由吸烟引起的。注释：起居室中禁烟将减少1%的住宅建筑火灾。如果这些统计数据也适用于加拿大的住宅建筑中，那么主起居室中禁烟将使发生在主起居室的火灾数量由占住宅建筑中总火灾数量的8.5%降低到7.5%。注：第3章表3.2中数据显示，在不禁烟的情况下发生在主起居室的火灾占住宅建筑总火灾数量的8.5%。从8.5%减少到7.5%，缩减比率为：(8.5-7.5)/8.5 100%11.8%即缩减比率约为12%。因此相应的采取禁烟措施的固有可能性残余乘法因子的值为0.88，如表5.2所列出的结果。注释：含义是因为
13、禁烟，在主起居室发生的火灾数量减少了约12%，其可能性亦变为原可能性数值基础上的88%。NFPA 的统计数据显示，基于19891998 的统计数据，单个住户或两个住户的民居，具备自动喷水灭火系统的，与不具备自动喷水灭火系统的类似的民居相比，火灾造成的死亡人数减少了51%(Kimberly and Hall,2005)。因此相应的安装自动喷水灭火系统的火灾后果固有严重程度残余乘法因子的值为0.49，如表5.2。注释：这是美国的数据，美国有部分民居是安置自喷系统的。假定此数据适用于加拿大。至于进行常规疏散演习的好处，没有可用的死亡人数缩减比率的数据可用。我们知道如果实施常规的疏散演习，疏散会更快，
14、从而降低死亡率。在本例中，我们只得对此进行假设，主观认为减少了60%的死亡人数。因此相应的实施常规疏散演习的火灾后果固有严重程度残余乘法因子的值为0.40，如表5.2。The residual multiplication factor of the inherent consequence value by implementing regular evacuation drills is therefore 0.40.在实际的火灾风险评估中，主观假定的量，需要在火灾安全工程师、审批监督人员以及甲方之间，就此达成一致。表5.2中，将安装自喷系统和实施常规疏散演习对火灾后果严重程度的影响相乘，
15、作为二者同时存在时对火灾后果严重程度的影响。即联合严重程度残余乘法因子(combined residual consequence factor)的值为:0.49 0.40 0.20 此做法是基于这样的考虑：每一种火灾安全措施接连地以一定的比率缩减火灾致死率，比如自喷系统降低了火灾后果的严重程度，在此基础上，疏散演习使人员疏散速度加快，又进一步降低了火灾后果的严重程度。注释：多个火灾安全措施对降低火灾后果严重程度的作用是叠加的。The multiplication of the residual factors is based on the argument that each fire p
16、rotection measure reduces the residual death rate by a certain percentage in succession.The death rate is first reduced by the sprinklers suppressing the severity of the fires,and then further reduced by faster evacuation of the occupants.额外的火灾安全措施六种组合对火灾风险的缩减情况在表5.2最后一列中给出。残余风险乘法因子(The residual ris
17、k multiplication factors)变化范围从0.88 0.20。不同的残余风险乘法因子结果的比较为各种火灾安全设计方案的选择提供了依据，这在定性评估中是无法进行的(第4章，表4.4)。注解优化火灾安全设计的考量提出设计安全目标和限制条件，比如经济上的或建筑结构功能上的限制要求；之后要明确现在条件下或不同火灾安全方案降低火灾风险的效果；考量不同火灾安全方案的一次性经济投入和长期经济投入，方案的实际可行性，技术措施的可维护性等；做出选择，确定最优的火灾安全设计方案表5.2用来说明应用检查表方法如何进行定量化火灾风险评估。此例中采用的数据，来自于可查到的统计数据信息，但对其符合实际情
18、况的程度，并未进行深入的分析和探究。当火灾风险评估的实施者能够获取更多的火灾统计数据的时候，就需要对数据信息进行更广泛、深入的分析，来确定哪些数据信息是适用的。在实际的火灾风险评估过程中，相关人员要对数据来源，对采用的数据达成一致。5.4 5.4 事件树方法事件树方法Event-Tree MethodEvent-Tree Method事件树是另一种辨识火灾危害，确定其出现的可能性和后果严重程度，最终得到火灾风险值的方法。与检查表方法不同，事件树不仅列出一系列潜在的火灾危害，火灾安全措施，火灾危害出现的可能性和后果严重程度，以及风险值；从某一初始事件开始，它还能够构建一系列的火灾场景，并显示出火
19、灾场景发生的一定的逻辑过程。图5.1为一个事件树方法进行定量火灾风险评估的例子，此例与第4章中给出的例子相似，但在此进行的是定量的评估，而非定性的评估。火源作用于可燃物flame retardant materialSome fire Some fire occurrenceoccurrence图5.1应用事件树方法确定公寓建筑各种火灾场景的可能性、后果严重程度及残余风险值的例子注解：初始事件为某一种火源出现并做用于可燃材料，火灾场景的可能性是在此基础上的条件概率。总的火灾风险还应该考察在公寓中火源出现并作用于可燃物的可能性。在图5.1中这个例子考察的是一个公寓建筑的一种火灾危害和一系列额外的
20、火灾安全措施降低火灾风险的情况。火灾安全措施的成功与失败，后续事件会不同，形成了不同火灾场景的分支。如果针对更多的火灾危害和火灾安全措施，还能够建立起类似的事件树；一个全面的火灾风险评估应对所有潜在的火灾危害进行辨识，考虑各种不同的火灾安全措施，评估其风险降低的程度。一个典型的公寓建筑通常具备某些火灾安全措施，比如耐火结构和火灾报警系统等；额外的火灾安全措施将能够进一步降低火灾风险。本例考虑的是三种额外火灾安全措施的情况。这三种额外的火灾安全措施为：(1)公寓中使用阻燃材料flame retardant material in the apartments；注释：考察的是70%公寓使用阻燃材料
21、使风险降低的情况。(2)自动喷水灭火系统sprinklers；注释：全部公寓中安装自喷，有96%灭火成功的可能性。(3)常规疏散演习regular evacuation drills.注释：考察有80%的公寓实施了常规疏散演练，对降低火灾风险的作用。每一种火灾安全措施都可能对火灾发生的可能性或火灾后果的严重程度产生影响。比如公寓中使用阻燃材料会对降低火灾发生的可能性产生影响；而 设置自动喷水灭火系统和实施常规疏散演习能够灭火或限制火灾发展速度，或加快人员疏散速度，从而对降低火灾后果的严重程度产生影响。图5.1中的事件树是一个用以说明如何将事件树用于定量火灾风险评估的例子。其中对每一个事件的描述
22、在其他应用场合可能会不同。在事件树方法中，每一个火灾场景的可能性通过与此场景相关的火灾保护措施成功(或失败)被实施的可能性来计算，其中某些可能性的数值能够从统计数据中获得。例如NFPA的统计数据显示，基于1999-2002年的数据，自喷系统成功启动并控制火灾的可靠性为96%(Kimberly and Hall,2005)，一些阴燃火灾和小的火灾可能不能启动自喷系统。注释：如果在建筑中设置了自喷系统，成功的可能性为96%。如果没有统计数据可用，则需要进行主观判断。例如对在“公寓中使用阻燃材料”的可能性(从而对火灾发生可能性造成影响)的统计数据，不容易找到，我们只得对此进行假设。在本例中假定公寓中
23、成功应用了阻燃材料的可能性为70%。注释：主要是地毯、或沙发等。类似的对公寓建筑中成功/或失败地实施了“常规疏散演习”的可能性，也没有容易找到的统计数据。在实施了常规疏散演练的情况下，人员在接收到火灾警报后将知道如何去做，从而比没有经过常规疏散演练的情况疏散得要快得多。在本例中假设公寓成功实施了“常规疏散演习”的可能性为80%。在实际火灾风险评估中，这些假设值要经过仔细的分析并在火灾安全工程师、监督审批职能部门和甲方等相关人员中达成一致。火灾场景的可能性显示在图5.1中。例如Scenario A 的可能性为2.40 1003,这是0.30(公寓中使用阻燃材料失败的可能性)0.04(自喷系统失败
24、的可能性)0.20(实施常规疏散演习失败的可能性)，三者的乘积。在事件树方法中，每一个火灾场景出现的可能性基于火灾发生的固有频次和各种火灾安全措施对降低火灾发生固有频次的影响来确定。如图5.1，每一种火灾保护措施对火灾发生固有频次的影响通过一个残余可能性因子来体现（residual probability multiplier）。火灾安全工程师基于火灾安全措施对火灾发生可能性的减缩情况来确定火灾安全措施的影响。某些残余可能性因子可由统计数据获得，如果没有可用的统计数据，则需要进行主观判断。比如没有“在公寓中使用阻燃材料”对减少火灾发生影响的统计数据。我们只能对此进行假设，在本例中假设“在公寓中
25、使用阻燃材料”与“在建筑中禁烟”对火灾发生可能性的影响相同，其残余可能性因子为0.88(见 Table 5.2)。即在“在公寓中使用阻燃材料”成功，其结果是将火灾发生的频次下降到其固有频次的0.88。每一个火灾场景的这个残余可能性因子在图5.1中显示出来。比如Scenarios A,B,C,D，“在公寓中使用阻燃材料”全部失败，残余可能性因子为1，意味着没有减少火灾的发生；而Scenario E,F,G,H,“在公寓中使用阻燃材料”成功，具有的残余可能性因子为0.88，即火灾发生的可能性，降低到固有值的0.88。同样在事件树方法中，每个火灾场景的后果基于火灾固有的后果严重程度和每种火灾安全措施
26、降低火灾严重程度的影响来考量。在图5.1中，应用残余后果因子(residual consequence multiplier)来量化每一种火灾安全措施对后果严重程度的影响。这样火灾安全工程师就可以基于火灾安全措施对火灾后果严重程度的缩减情况来考察这些火灾安全措施的影响。某些残余后果因子可以从统计数据中获得。例如NFPA统计数据显示，基于19891998的数据，公寓建筑有自喷系统的建筑与类似没有自喷系统的建筑比较，火灾死亡率降低了81%(Kimberly and Hall,2005)，这样自喷系统的残余后果因子为0.19。即安装自喷系统对后果严重程度的影响是将火灾死亡率缩减到固有死亡率的0.19
27、。如果没有统计数据可用，则需要进行主观判断。比如“实施常规疏散演习”对降低火灾死亡率的影响，不容易找到统计数据，只能再次进行假设。在本例中我们假设“常规疏散演习”的残余后果因子为0.40，即实施“常规疏散演习”的后果是将每场火灾的死亡率降低到固有值的0.40。每个火灾场景残余后果因子显示于图5.1中。例如，Scenario B 的残余后果因子为0.40，这是1.00(自喷系统失败的残余后果系数)0.40(成功实施常规疏散演习的残余后果因子)。基于三种火灾安全措施的成功或失败，所有火灾场景的残余风险值(residual risk values)显示于图5.1中。每个火灾场景可能性的值是与此场景相
28、关的火灾安全措施成功或失败的所有分支可能性的乘积。每个火灾场景的残余可能性因子是所有与此火灾场景相关的单个火灾安全措施残余可能性因子的乘积。每个火灾场景的残余后果因子是所有与此火灾场景相关的单个火灾安全措施残余后果因子的乘积。最终，每个火灾场景的残余风险因子等于场景可能性(scenario probability)残余可能性因子(residual probability multiplier)残余后果因子(residual consequence multiplier)的积。Finally,the residual risk multiplier for each scenario is th
29、e product of(scenario probability)(residual probability multiplier)(residual consequence multiplier)。例如，Scenario E 的场景场残余风险因子为4.93 1003，是5.60 1003(场景可能性scenario probability)0.88(残余可能性因子residual probability multiplier)1.00(残余后果因子residual consequence multiplier)的积。图5.1中将残余因子相乘是基于这样的考虑，如在5.3节中讨论过的，每一种火
30、灾安全措施降低火灾发生的频率，或火灾后果的严重程度，或火灾的死亡率是以一定的百分比接续发生的。此处要强调，本例中的数值是用来说明如何应用事件树进行定量火灾风险评估的。在实际的火灾风险评估中，这些值要经过仔细地分析，并在相关人员中达成一致。与检查表方法不同，事件树方法可以对所有火灾场景的风险值进行求和，得到整个系统的风险值。这样就可以对不同的火灾安全方案进行直接的比较了，包括与规范强制要求的设计方案进行比较。图5.1显示应用这三种火灾安全措施的联合残余风险因子为1.06 101.即残余风险被降低到固有风险的10.6%。公寓建筑固有的火灾风险值能够从统计数据中获得。比如1996年加拿大火灾统计数据
31、(Council of Canadian Fire Marshals and Fire Commissioners,1996)表明，1996年公寓建筑火灾死亡总人数为88人。而1996年加拿大的人口普查数据显示，在五层或以上建筑中，公寓单元总数量为979 470 个。这样在公寓单元中的火灾死亡风险为：88/979470=8.98 105deaths/apartment/year将住宅建筑火灾风险与公寓建筑火灾风险值进行比较，前者为1.94 105 deaths/house/year(见 Chapter 3,Section 3.3.3)。显然公寓中的火灾风险要高得多。部分原因可能是因为，住宅建筑
32、火灾起火位置就在本建筑中，而公寓中的火灾，起火位置可能是此建筑中的任何一个单元。注释：在公寓中的人员，可能受到建筑内任何单元起火带来的生命威胁。而就住宅建筑而言，仅受到本建筑起火的威胁。5.5 Summary5.5 SummaryQuantitative fire risk assessment is an assessment involving numerical quantifications of both the probability of occurrence of a fire hazard,or fire scenario,and the consequence of tha
33、t fire hazard or fire scenario.The multiplication of the numerical values of probability and consequence gives each fire scenario a numerical fire risk value.The cumulative sum of the risk values from all probable fire scenarios gives an overall fire risk value.The assessed risk can be risk to life,
34、loss of property and so on.Quantitative fire risk assessment allows a numerical comparison of the overall fire risk values of different fire safety designs in a building.It also allows the assessment of equivalency by comparing the fire risk of an alternative fire safety design with that of a code-c
35、ompliant design.There are in general two ways of conducting systematic quantitative fire risk assessments:(1)using a checklist to go through a list of potential fire hazards and the quantitative assessment of their fire risks;(2)using an event tree to go through a set of the potential fire scenarios
36、 and the quantitative assessment of their fire risks.In both the checklist and event-tree methods,the outcome is a list of potential fire hazards,or fire scenarios,and their assessed fire risk values.Summation of all these individual risk values gives an overall fire risk value in a building that ca
37、n be used for comparisons with those of alternative fire safety designs.It should be noted that there are semi-quantitative assessments,where only one of the two parameters(probability or consequence)is assessed quantitatively.The other parameter that is not assessed quantitatively is assessed quali
38、tatively(see Chapter 4).This type of assessment is neither qualitative nor quantitative.In this chapter,we discussed only quantification of both the probability and consequence parameters.The quantification of both the parameters was based on statistical data if they are available,or subjective judg
39、ment if such data are not available.More fundamental and rational approaches to quantification,including the use of mathematical modeling,will be discussed in later chapters.5.6 Review Questions5.6 Review Questions（复习题目：自愿完成）（复习题目：自愿完成）5.6.1 Use the checklist method in Table 5.2 to do a quantitative
40、 fire risk assessment for a night club fire.Change no smoking material to no firework on stage and change evacuation drills to prior evacuation instructions before show starts.Make your assumption on what the residual multiplication factors should be.Review the night club fire discussion in Chapter
41、3.5.6.2 Use the event-tree method in Figure 5.1 to find the overall residual risk multiplier for a fire protection system that includes sprinklers protection only,but not no smoking material or regular evacuation drills fire protection measures.Change both the failure probabilities of no smoking mat
42、erial and regular evacuation drills to 100%.5.6.3 Use the event-tree method in Figure 5.1 to find the residual risk multiplier for a fire protection system that does not include sprinkler protection but has no smoking material and regular evacuation drills fire protection measures.Compare the overal
43、l residual risk multiplier with that in 5.6.2.This is a comparison of the risk reduction of either installing a sprinkler system,or implementing better fire prevention or occupant evacuation plans.Change the failure probability of sprinklers to 100%.ReferencesReferencesCouncil of Canadian Fire Marsh
44、als and Fire Commissioners(1996)Fire Losses in Canada,Annual Report,Table 3b,http:/www.ccfmfc.ca/stats/en/report e 96.pdfHall,J.R.,Jr.(2006)The Smoking-Material Fire Problem,NFPA Report,August 2006,Table 6:moking-Material Fires in Homes,by Area of Fire Origin,NFPA,Quincy,MA.Kimberly,D.R.and Hall,J.R
45、.,Jr.(2005a)U.S.Experience with Sprinklers and other Fire Extinguishing Equipment,NFPA Report,August 2005,Table 9:Reduction in Civilian Deaths,NFPA,Quincy,MA.Kimberly,D.R.and Hall,J.R.,Jr.(2005b)U.S.Experience with Sprinklers and other Fire Extinguishing Equipment,NFPA Report,August 2005,Table 7B:Sp
46、rinklers Performance,NFPA,Quincy,MA.NFPA 101A(2004)Guide on Alternative Approaches to Life Safety,NFPA,Quincy,MA.NFPA Fire Statistics(2006)Leading Causes of Structured Fires in Homes,1999-2002 Annual Averages,NFPA,Quincy,MA.Statistics Canada(1996)Census Canadian Private Households by Size,http:/www.statcan.ca/english/census96/oct14/hou.pdfWatts,J.M.,Jr.(2002)Fire risk indexing,SFPE Handbook of Fire ProtectionEngineering,3rd edn,Section 5-10,NFPA,Quincy,MA.
