消防安全设计参数的不确定性研究

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摘要：在建筑物消防安全设计参数分类基础上，介绍参数不确定性的处理方法。基于β可靠性指标法研究建筑物件在设定火灾下的耐火性，用失效区失败概率表示耐火不确定性。通过计算验证，正确处理消防安全设计参数不确定性可为消防工程师和建筑师进行建筑消防安全设计和决策提供有效依据。

关键词：消防安全；消防设计参数；不确定性研究

随着消防安全的发展，人们对建筑物火灾风险评估结果的量化要求越来越高。建筑物火灾风险评估涉及建筑物结构、火灾发展和人员行为三种基本因素。其中，火灾具有不确定性和随机性；人员行为复杂而又不可预测，并受多因素、多变量影响。

本文介绍建筑物消防安全设计参数的分类及不确定性处理方法，应用β可靠性指标法研究建筑物结构构件在设定火灾下耐火性的不确定性。

一、消防安全设计参数分类及不确定性

可将建筑物消防安全设计参数不确定性分两类：与火灾可能导致后果相关的不确定性，此为随机不确定性、内在不确定性或不可避免不确定性；人们认识的不全面而导致的不确定性，此不确定随人们对事物认识加深而减少，为可减少的不确定性、认识不确定性或主观不确定性。

1、消防安全设计参数分类

消防安全设计参数不确定是许多因素共同作用结果，分有概率分布的参数、有随机值的参数、有未知值的参数和未来有未知值的参数4类。

1.1.1有概率分布的参数

某些不确定性参数在特殊情况下并不是单一值，可能有许多值，且每个值均有对应发生概率，如火灾危险状态来临时间、人员疏散准备时间等，这些不确定性通过概率密度函数表征。如建筑物内可燃物荷载密度，建立其概率密度分布函数就可评估建筑物边界构件失效概率。

1.1.2有随机值的参数

有随机值的参数一般不通过出现的概率来识别，仅当随机值参数出现某统计规律时，才容易处理其不确定性，如起火室内可燃物分布、建筑物内起火点位置等。正是随机性本质使建筑物火灾增长出现阴燃火、非轰燃的有焰火和轰燃火三种场景。在火灾统计中，每种火灾增长场景均有对应发生概率。所以，三种火灾场景发生概率对这两个有随机值的参数进行了不确定性处理。

2、不确定性处理方法

1.2.1有概率分布的参数

依据有概率分布的消防安全设计参数成功或者是失败的概率，我们在多维空间中将建筑物消防安全划分为安全区和失效区，用失效区概率的累积情况来表示结果的不确定性。设在某一特定的火灾场景中，n个消防安全设计参数（x1，x2，x3，…，xn），其极限状态函数为G（x1，x2，x3，…，xn），如果G≤0，那么表示所进行的消防设计是安全；如果G>0，则我们说消防设计不安全。它在多维空间表现出一个超曲面形态，如图1。在这个超曲面图形中，我们将多维空间分安全区（G≤0）和失效区（G>0）两区域。多维空间中每个点均有相对应G值和概率值，其中，该概率值是在该点的所有参数的联合概率，见式（1）。

1.2.2有不确定值的参数

对于一些概率分布未知、有不确定值的参数，在处理方法上没有标准，这就需要根据调查、消防安全工程师、标准规范制定人的判断来进行参数值确定。参数研究法中假设不确定性参数，如果参数值变化对解决问题方案不敏感，就可任意假设，否则需重新假设。

二、基于β可靠性指标法的不确定性分析

1、β可靠性指标法

2、应用实例

三、结论

基于消防安全设计参数是标准正态分布的假设，采用一次二阶矩方法将极限状态方程失效概率化为β可靠性指标的标准正态分布函数，实现参数的不确定性处理。

如果参数有不确定值和未知概率分布，可对处理不确定性的方法作深入研究，科学确定消防安全设计参数值，让建筑物性能化防火设计符合预期。

参考文献：

[1]孙金华，褚冠全，刘小勇.火灾风险与保险[M].北京：科学出版社，2008.

[2]范维澄，孙金华，陆守香，等.火灾风险评估方法学[M].北京：科学出版社，2006.