建筑物火災的事故樹分析

建筑物火災人員傷亡的事故樹分析與應用建筑物火災人員傷亡的事故樹分析與應用【摘 要】隨著建筑物火災人員傷亡日益嚴重，為減少人員傷亡提供更多的方案。我們在這里分析建筑物火災發(fā)生引起人員傷亡的原因，通過安全系統(tǒng)工程的事故樹分析方法，綜合考慮事故發(fā)生的全面過程，建立了建筑物火災引起人員傷亡的事故樹圖，從最小割集、最小徑集、結構重要度三方面，闡述導致建筑物火災引起人員傷亡的主要原因，從各因素的主次性方面對事故基本事件進行闡述并比較分析，找出了事故預防的關鍵途徑。通過對事故分析表明，事故樹分析方法能對導致建筑物火災引起人員傷害事故的各種因素及邏輯關系做出全面的闡述，并為建筑物火災的預防以及最大限度地減少人員傷亡，提供切實可信具有科學依據(jù)的參考方案。【關鍵詞】 建筑物火災；人員傷亡；事故樹分析；參考方案1 前 言6“城市，讓生活更美好”剛結束兩周，一場突如其來的上海1115特別重大火災讓整個上海陷入了悲痛，這起特大火災事故共導致58人死亡，56人失蹤，71人受傷。然而引起的人員傷亡不僅僅是個偶然，在上海大火的前幾天里，吉林市商業(yè)大廈發(fā)生火災，造成19人死亡，24人受傷?；馂牡陌l(fā)生不僅可能引起人員的傷亡，還會造成極壞的社會影響。因此，認真研究火災發(fā)生機理，最大限度地減小傷亡事故，是每位消防工作者和安全工作者面臨的課題。然而，一般的事故分析中，人們往往只注重某些單一的環(huán)節(jié)，對事故的分析僅僅限于查清事故原因，從而采取相應措施，預防事故再次發(fā)生，也很難有效預防事故悲劇的重演。事故樹分析方法是一種從系統(tǒng)和全面的角度出發(fā)。它應用數(shù)理邏輯方法，從一個可能的事故開始，一層一層逐步尋找引起事故發(fā)生的基本事件、直接原因和間接原因，并分析種種事故原因之間的相互邏輯關系。運用這種方法可以為建筑火災的發(fā)生提供科學、可信的參考依據(jù)。2 事故樹分析原理2.1 事故樹分析方法事故樹分析（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）是安全系統(tǒng)工程中常用的一種演繹推理分析方法。所謂事故樹，就是從結果到原因描繪事故發(fā)生的有向邏輯樹。事故樹分析（FTA）是一種演繹推理法，這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與導致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關系用事故樹的樹形圖表示，通過對事故樹的定性和定量分析，找到事故的主要原因，為確定安全對策提供依據(jù)，以達到預測與預防事故發(fā)生的目的。2.2 事故樹分析中涉及的公式（1）基本事件結構重要度： （式1-1）式1-1中，k事故樹包含的最小割集數(shù)目；m包含第 i 個基本事件的最小割集數(shù)目；Rj 包含第 i 個基本事件的第 j 個最小割集中基本事件的數(shù)目。（2）基本事件概率重要度： （式1-2）式1-2中，g（q）為事故樹的概率函數(shù)；qi 第 i 個基本事件的發(fā)生概率。（3）頂上事件發(fā)生概率：若事件 x（i = 1 n）是一個二值變量，其取值為 （式1-3）則事件樹的結構函數(shù)可以定義為 （式1-4）式1-3、1-4中，X =（ x1，x2，xn ）是基本事件函數(shù)。將那些使（ x）= 1 的所有狀態(tài)全部組合的函數(shù)之和稱 之為頂上事件發(fā)生的概率，用公式表示： （式1-5）式1-5中，頂上事件發(fā)生的概率；i = 1；qt n 個基本事件的概率積；qi 第 i 個基本事件發(fā)生的概率。3 建筑物火災人員傷亡的事故樹分析3.1建筑物火災的原因由于高層建筑的樓層高、體積大、人員多、功能繁雜，火災危險性比普通建筑大得多，加之大部分高層建筑都位于繁華的城市中心，稍有不慎就可能導致消防安全管理系統(tǒng)失效或運行缺陷，致使建筑因各種人為或客觀原因發(fā)生火災。但火災的發(fā)生總結起來，主要是由于明火的引燃、熱量的積累和消防的實效。3.2人員傷害的原因當火災發(fā)生以后，在撥打119后，大多數(shù)人會先自己逃生，在逃生的過程中，由于人員的自我意識、人員密度、組織管理以及樓層的設計，都會使人員的逃生產(chǎn)生影響，致使人員無法疏通。在火警來了后，也會因為技術設備滯后、火力過猛、樓層消防設計不合理等因素致使人員救援面臨困難。3.3事故樹的建立經(jīng)過對引起事故頂事件建筑物火災引起人員傷亡的基本事件的分析，再從建筑物火災事故機理來看，火災發(fā)生與逃生失敗是建筑物火災引起人員傷亡的主要影響因素，而逃生失敗與火災發(fā)生又是由多個因素綜合影響制約的結果。根據(jù)前面的基本原理，可以作出建筑物火災引起人員傷亡事故樹圖，如下圖1所示，并對其進行定性與重要度分析。圖1 建筑物火災引起人員傷亡事故樹3.4事故樹的分析由 圖1的事 故 樹 可 知，造 成 促 使 該 事 件 發(fā) 生 的 初 始 原 因 有12 個，分別用 x0，x1，x2，x11 來表示，這些原因即為事故隱患。在眾多情況下，并不是每個初始原因都同時發(fā)生。在事故樹中,我們把引起頂事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集,也稱截集或截止集，即導致頂上事件發(fā)生的集合。一個事故樹中的割集一般不止一個,在這些割集中,凡不包含其他割集的,叫做最小割集。我們可以應用布爾代數(shù)法或行列法或矩陣法進行簡化，就可以得出最小割集。在此，我們根據(jù)布爾代數(shù)簡化，得到共有45 組割集，整理結果列于下表中。不難看出，這45組都是最小割集。在安全系統(tǒng)工程的事故樹分析方法中，只要某些基本事件不發(fā)生頂事件就不會發(fā)生。這些不發(fā)生的基本事件的集合稱為徑集, 也稱通集或路集。在同一事故樹中, 不包含其他徑集的徑集稱為最小徑集。如果徑集中任意去掉一個基本事件后就不再是徑集 , 那么該徑集就是最小徑集。 同樣，也可求出該事故樹的 4 個最小徑集，也列于下表1。表1 建筑物火災性與定量分析計算結果表最 小 割 集k1 = x2，x9，x6，x0k16 =x3，x10，x7，x0k31= x3，x10，x6，x0k2 = x2，x10，x6，x0k17 = x4，x10，x7，x0k32 = x4，x10，x6，x0k3 = x2，x11，x6，x0k18 = x5，x10，x7，x0k33 = x5，x10，x6，x0k4 = x2，x9，x7，x0k19 = x3，x10，x8，x0k34 = x3，x11，x6，x0k5 = x2，x9，x8，x0k20 = x4，x10，x8，x0k35 = x4，x11，x6，x0k6 = x1，x10，x6，x0k21 = x5，x10，x8，x0k36 = x5，x11，x6，x0k7 = x2，x10，x7，x0k22 = x1，x11，x7，x0k37 = x3，x9，x7，x0k8 = x2，x10，x8，x0k23 = x1，x11，x8，x0k38 = x4，x9，x7，x0K9 = x1，x11，x6，x0K24 = x3，x11，x7，x0K39 = x5，x9，x7，x0k10 = x2，x11，x7，x0k25 = x4，x11，x7，x0k40 = x3，x9，x8，x0k11 = x2，x11，x8，x0k26 = x5，x11，x7，x0k41 = x4，x9，x8，x0k12 = x1，x9，x7，x0k27 = x3，x11，x8，x0k42 = x5，x9，x8，x0k13 = x1，x9，x8，x0k28 = x4，x11，x8，x0k43 = x3，x9，x6，x0k14 = x1，x10，x7，x0k29 = x5，x11，x8，x0k44 = x4，x9，x6，x0k15 = x1，x10，x8，x0k30 = x1，x9，x6，x0k45 = x5，x9，x6，x0最小徑集 p1 = x0； p2 = x6，x7，x8； p3 = x9，x10，x11； p4 = x1，x2，x3，x4，x5基本事件結構重要度 （0） （6）= （7）= （8）= （9）= （10） （1）= （2）= （3）= （4）= （5）3.5建筑物火災引起人員傷亡事故樹的特點（1）由事故樹可知，或門個數(shù)多而與門個數(shù)少。根據(jù)或門定義，只要有任意一個基本事件發(fā)生就有可能引起頂事件建筑物火災引起人員傷亡的發(fā)生，而與門表示只有全部基本事件發(fā)生時才有引起頂事件的發(fā)生。所以，從與門和或門的數(shù)量比例來看，可知該系統(tǒng)的危險性是比較大的。（2）任一割集就是造成系統(tǒng)分流短路的分支集合。事故樹中有幾個最小割集，頂上事件的發(fā)生就有幾種可能途徑；最小割集越多，系統(tǒng)就越危險，最小割集反映了系統(tǒng)的危險性。最小割集中基本事件數(shù)越多，頂上事故就越難發(fā)生；反之，基本事件數(shù)越少，事故發(fā)生就較容易。從分析計算可以看出，由于該事故樹的最小割集有45 組，表明導致頂上事故發(fā)生共有45 種途徑。可以看出，大多數(shù)基本事件只是省略事件，如消防不力、動用明火、熱量積蓄等。這些事件又包括許多基本事件，所以實際上造成該事件的可能性很大，事故樹分析中，最小割集有如下兩種用途：第一，在進行建筑物火災人員傷亡事故分析時，人們可以從k1開始，依據(jù)k1提示的x2，x9，x6，x0四個基本事件逐一檢查、核實和分析，就可以確定事故是不是由 k1 所造成的，這樣就可以檢查出基本原因。第二，可以利用最小割集來制定預防事故發(fā)生的措施。由最小割集定義可知，當每一割集中的全部基本事件同時發(fā)生時，則頂上事件就發(fā)生。因此，人們?nèi)魧Φ?ki 個割集中的基本事件發(fā)生條件破壞一個，則該割集失去了造成事故的危險。（3）從最小徑集來看，它是使頂上事件不發(fā)生的各基本事件不發(fā)生的基本組合。在同一事故樹中，不包含其他徑集的徑集稱為最小徑集，如果徑集中任意去掉一個基本事件后就不再是徑集，那么該徑集就是最小徑集，所以，最小徑集是保證頂事件不發(fā)生的充分必要條件。在事故樹中，如果最小割集比較多而最小徑集比較少，則用最小徑集來分析更方便。在“建筑物火災引起人員傷亡”事故樹中，其中最小割集45 個，最小徑集4 個，因而用最小徑集來分析則比較方便。p1 =x0表明x0 不發(fā)生，頂上事件就不發(fā)生，在分析p1不發(fā)生時，其他不管。也就是說，若在火災發(fā)生前期將人有效地疏散出去，即人已不在現(xiàn)場，即使火災發(fā)生，也可以避免人員傷亡。（4）結構重要度分析，是從事故樹結構上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮各基本事件的發(fā)生概率的情況下，分析各基本事件對頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度。基本事件結構重要度越大，它對頂上事件的影響就越大，反之亦然。從上表結構重要度一欄中，可以看到不同的基本事件在系統(tǒng)中結構重要度是不同的。如 x0 基本事件的結構重要度最大，說明在事故樹結構上對頂上事件的發(fā)生起重要作用，結構重要度也是制定預防措施的一個依據(jù)。4 結 論通過以上的事故樹分析，可以得出事故樹用于減少建筑物火災中的人員傷亡的結論如下：1. 從最小割集考慮，通過對上圖事故樹的定性分析可知，建筑物火災引起人員傷亡最小割集最多45 個，這意味著導致建筑物火災引起人員傷亡的可能性有45 種途徑。在我們在分析導致事故發(fā)生途徑的時候，我們可以根據(jù)最小割集查出發(fā)生事故的基本事件的組合。因而，我們掌握了事故發(fā)生的規(guī)律和原因，可以直觀的判斷那種事故模式最危險，盡量避免最小割集的組合，減少最小割集的個數(shù)。在減少人員的傷亡上，預防為主，減少最小割集，降低發(fā)生事故的可能性。2. 最小割集的多少，預示著系統(tǒng)危險性的大小，在建筑工地的預先危險性分析，對建筑工地的評價提供依據(jù)，我們可以對建筑工地的評優(yōu)方案選擇時，提出更加合理和安全的設計方案。3. 從最小徑集考慮，由上圖事故樹的定性分析可知，最小徑集4 個，只要一個最小徑集中所包含的基本事件都不發(fā)生，就可防止頂事件發(fā)生。由此，由此我們可以采取保證4個最小徑集p1 = x0； p2 = x6，x7，x8； p3 = x9，x10，x11； p4 = x1，x2，x3，x4，x5中的任何一個不發(fā)生，就可以減少頂上事件人員傷亡的發(fā)生。綜上所述，建筑物火災發(fā)生人員傷亡的原因很多，但只要我們采取科學的消防布局減少火災傷害發(fā)生的可能性，通過對廣大群眾安全知識的教育和火災方面的演練，加強火災發(fā)生時的群眾疏通能力和自救方法，并及時對消防安全的工具進行研究，為救援提供更佳的后盾?；馂牡念A