1、分类号：TU-022 密级：天津理工大学研究生学位论文高层建筑防火功能评价指标体系研究（申请硕士学位）学科专业：技术经济及管理研究方向：风险分析与工程保险作者姓名：张力英指导教师：陈伟珂 教授2012 年 2 月Thesis Submitted to Tianjin University of Technology for the Masters DegreeResearch on Evaluation Index System for Fire Protection of High-rise BuildingsByZHANG Li-yingSupervisorProfessor CHEN W
2、ei-keFeb.2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津理工大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查
3、阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘要随着高层建筑发展的多样化和功能的复杂化，传统的防火设计规范已经明显滞后于现代建筑的防火安全要求。仅在运营阶段对火灾风险进行评估不能从根本上解决防火功能设计先天不足的问题，针对这一现象，本文提出应该在设计阶段对设计方案的防火功能进行评价的思想，并针对高层建筑火灾发展的原理和特点建立了科学有效的防火功能评价指标体系。首先，对高层建筑火灾发展的场景进行了人为界定。高层建筑火灾是一个不断发展蔓延的过程，本文根据火灾发展动
4、力学的原理将高层建筑的火灾划分为初期增长、防火分区内充分发展和突破防火分区继续发展三个阶段，并针对每个场景火灾发展的特点对其所应具备的防火功能进行了分析，提出高层建筑应能有效的实现初期灭火、防火分区内控制、相邻防火分区隔断和人员安全疏散的功能。其次，利用事故树分析法总结出防火功能评价指标初集。高层建筑防火功能评价结果应能真实而科学地反映设计方案的有效性，故障树能分析出导致防火功能失效的各种直接原因和深层次原因。其中最小割集能完整地体现导致各个阶段防火功能失效的各种可能性，最小径集能体现控制火灾发展的各种措施，通过对割集和径集进行分析和归纳，能使得到的指标体系更加全面而客观。针对高层建筑防火设计
5、应具备的四个功能，本文得到的指标初集共有 41 个指标。最后，利用结构方程模型对指标进行优化和验证。虽然利用故障树构建的指标初集已经具备相当的完备性，但为了提高指标体系的科学性和可操作性，本文利用结构方程模型对指标进行了筛选和有效性验证。模型适配有效证明了探索性因子分析的合理性，也即验证了指标分类的合理性，将因子负荷量作为指标筛选的标准，剔除因子负荷量小于 0.5 的指标，保证所得到的指标都对防火功能的实现具有明显的作用效果，提高了指标体系的有效度。通过以上的研究，本文提出并论证了在设计阶段对防火功能进行评价的可行性，充分体现了全生命周期的决策思想，为高层建筑防火功能设计决策提供了一种新的思路
6、，也可以为其他功能的设计评价提供参考和借鉴。关键词：高层建筑 防火功能指标 事故树 结构方程模型 AbstractWith the diversity and the complication of function, the traditional fire prevention design specifications have significantly lagged behind the fire safety requirements. Just evaluate the fire risk in operational phase cant fundamentally solve
7、 the problem that the fire prevention is insufficient. In response to this phenomenon, this paper put forward the idea that the fire prevention function should be evaluated in the design stage, and established a scientific and effective evaluation index system for the fire prevention function of the
8、 high-rise buildings.First, this thesis defined the fire development scenarios of the high-rise buildings. The fire development is a process of spreading. According to the principle of the development, this paper divided the spreading into the early stage, fire fully developed in the fire compartmen
9、t and the fire breaking through the fire compartment, and then analyzed the characteristics and defined the fire prevention function in each scenery. The high-rise buildings should have the fire protection function such as fighting fire in early stage, controlling fire in the fire compartment, isola
10、ting the fire and ensuring the evacuation of people.Secondly, this thesis summed up the initial index system through the fault tree analysis. The evaluation result should reflect the effectiveness of the design truly and scientifically, at the same time, the fault tree can not only analyse the direc
11、t course but also the deep reasons. The minimal cut sets can fully reflect the various possibilities of the fire protection failure, and the minimal radius sets are the measures that can control the fire development. Through the analysis and summary for the cut sets and path sets, the index system c
12、an be much more comprehensive and objective. Based on the function that the high-rise buildings should have, this paper established 41 initial indicators.Finally, this thesis optimized and verified the validity of the index system by the structural equation model. Although the initial indicators est
13、ablished by the fault tree have had considerable completeness, in order to improve the scientific and operational nature of the system, this paper used structure equation model to optimize the indicator system. The reasonableness of the default model proved the effective of the classification of the
14、 indicators. This paper made the standardized regression weights as the criteria for optimizing the indicators. When the standardized regression weight is less than 0.5, the indicator would be eliminated. As a result, the validity of index system is improved.Through the research above, this thesis p
15、roposed and demonstrated the feasibility of the evaluation for the fire protection function in design stage, embodied the whole life cycle of decision-making thought. It not only provides a new train of thought for the fire protection but also provides some references for evaluation of other functio
16、ns.Key words： High-rise Building, Indicator of Fire Protection, Fault Tree Analysis, Structural Equation Model- i -目 录第一章 绪论 .11.1 研究背景及研究问题提出.11.1.1 研究背景介绍.11.1.2 研究问题提出.21.2 研究问题界定.31.2.1 高层建筑界定.31.2.2 防火功能界定.41.3 本文研究目的及意义.51.3.1 研究目的.51.3.2 研究意义.51.4 本文主要研究内容.61.4.1 论文的关键问题.61.4.2 论文的研究方法和技术路线.6
17、1.4.3 论文的主要创新点.8第二章 文献综述与理论基础 .92.1 高层建筑火灾风险分析.92.1.1 高层建筑火灾特点研究.92.1.2 高层建筑火灾危害性分析.102.2 防火功能的设计方案评价研究.112.2.1 防火功能实现影响因素分析.112.2.2 防火功能设计方案评价方法研究.122.2.3 防火功能评价指标体系研究.142.3 本章小结.15第三章 高层建筑防火功能评价指标体系研究设计 .173.1 火灾发展场景描述.173.1.1 火灾发展阶段及特点.173.1.2 高层建筑火灾发展场景分析及功能设定.183.2 防火功能评价指标体系构建研究设计.193.2.1 评价指标
18、体系构建的原则.193.2.2 评价指标体系构建的依据.203.2.3 评价指标体系构建的方法.213.2.4 评价指标体系有效性分析.243.2.5 评价指标体系构建的技术路线.253.3 本章小结.26第四章 基于事故树分析法的防火功能评价指标初选研究 .274.1 事故树原理介绍.274.2 事故树基本分析.28- -ii 4.2.1 事故树的结构函数.284.2.2 割集和径集.284.3 高层建筑防火功能评价指标的初步建立.294.3.1 初期灭火功能评价指标的初建.304.3.2 防火分区内控制功能评价指标的初建.384.3.3 相邻防火分区隔断功能评价指标的初建.434.3.4
19、人员安全疏散功能评价指标的初建.484.4 本章小结.53第五章 防火功能评价指标的筛选确定及相关关系研究 .545.1 结构方程模型简介.545.1.1 结构方程模型产生的背景.545.1.2 结构方程模型的优点.555.1.3 结构方程模型的构建过程.555.2 问卷的发放及回收.575.2.1 问卷调查的目的及程序.575.2.2 问卷数量的确定.575.3 初期灭火功能评价指标确定.605.3.1 模型建立.605.3.2 模型的有效性验证.615.3.3 指标的筛选确定及相关关系研究.615.4 防火分区内控制功能评价指标确定.635.4.1 模型建立.635.4.2 模型的有效性验
20、证.645.4.3 指标的筛选确定及相关关系研究.655.5 相邻防火分区隔断功能评价指标确定.675.5.1 模型建立.675.5.2 模型的有效性验证.685.5.3 指标的筛选确定及相关关系研究.685.6 人员安全疏散功能评价指标确定.705.6.1 模型建立.705.6.2 模型的有效性验证.715.6.3 指标的筛选确定及相关关系研究.715.7 本章小结.73结论与展望 .75参考文献 .77附 录 .81附录：历年高层建筑火灾情况统计.81附录：高层建筑防火功能评价指标调查问卷.84附录：某项目设计方案防火功能评价.87发表论文和科研情况说明 .90致 谢 .91第一章 绪论-
21、 1 -第一章 绪论1.1 研究背景及研究问题提出1.1.1 研究背景介绍随着我国社会经济和城市化进程的不断推进，城市人口增长与城市土地资源有限的矛盾日渐突出，高层建筑凭借其节约用地、容纳人数众多等特点如雨后春笋般出现并投入使用，几乎占据城市建筑面积的 3040%1。高层建筑作为商业化、工业化的结果，日渐发展成一种城市现代化的标志，也是建造业主实力雄厚的象征。根据统计，我国目前共有各类高层建筑 13.4 万幢，其中超高层建筑（高度大于 100m）2453 栋。与此同时，高层建筑火灾带来的损失也呈现出上升的趋势，近年来高层建筑火灾发生频繁，给我国的国民经济和社会发展造成了极其恶劣的影响，2000
22、-2009 年高层建筑火灾情况及造成的损失如表 1-1 所示，部分高层建筑火灾情况见附录 。究其原因，一方面是高层建筑的平面布局、立体结构及人员环境复杂，致火因素众多，火灾安全隐患大；而且由于高层建筑的烟囱效应显著，一旦发生火灾，火灾蔓延速度很快，对人员疏散和财产保护造成很大的威胁和挑战。更为重要的原因在于我国高层建筑的防火设计更注重成本控制，防火功能设计与消防安全需要难以匹配，设计单位和业主不能有效地对防火方案进行科学的评价，导致在后续使用过程中防火功能不足或防火功能不能得到充分发挥，无法有效地预防并控制火灾的发生和发展以减少人员伤亡和财产损失。表 1-1 2000-2009 年高层建筑火灾
23、情况Table 1.1 High-rise Building Fires Happened from 2000 to 2009年份 火灾总数 高层建筑火灾 死亡人数 受伤人数 财产损失（万元）2000 189185 18432 736 1166 33846.32001 216784 15270 614 910 22840.52002 258315 16349 652 459 20909.62003 253932 16999 690 775 24006.62004 252804 19023 793 658 22867.82005 235941 18032 666 494 19989.42006
24、231881 19095 501 359 19649.12007 163521 11979 505 268 17935.52008 136835 16125 631 263 75401.92009 128331 11060 366 185 36459.3第一章 绪论- 2 -资料来源：根据文献2-11绘制第一章 绪论- 3 -1.1.2 研究问题提出我国高层民用建筑设计防火规范GB5004595 （2005 年版） 、 建筑设计防火规范等相关规范对防火设计作了相应的规定，如对建筑物的耐火等级、防火分区、安全疏散、防排烟系统、自动喷水灭火系统等功能指标的设计均规定了具体的参数，对于我国高层建筑的
25、防火安全设计具有重大的作用的意义，为保证我国建筑火灾安全做出了重大的贡献。但是，这些规定多数是直接引自国外或根据国内已经建成的建筑状况提出的 12，是一种经验性总结，而对于建筑物总体的防火功能目标并没有作出明确的规定。随着经济的迅速发展，建筑物的类型趋于多样化，其内部空间及功能模块千变万化，使规范表现出严重的滞后性；而且规范之间也存在着一些矛盾和分歧，使得设计者在很多时候不知如何适用。我国传统的设计规范存在的不足主要表现在以下几个方面：1.设计方案受限每座建筑物都是独特的，其结构、用途、内部火灾危险的分布、大小都是各不相同的，居住者和使用者的素质和条件也都各异。完全照搬现行规范给定的参数和指标
26、做出的设计方案，未必是最科学、最合理的选择。而且，要套用规范中对的参数设计，客观上限制了设计的灵活性，使建筑结构死板。2.单独设防，缺乏综合考虑现行的规范在消防给水、防排烟等方面层层设防 13，单独考虑 14，而未能针对各单独的建设项目统一布局各子系统，不仅可能造成消防投资的极大浪费，也可能不能良好的实现消防疏散的目的。3.不利于新技术、新材料的使用随着科学技术的突飞猛进，新技术、新材料不断推陈出新，计算机和通讯技术的迅速发展，都极大的推动了防火设计的发展。而现行的处方式设计规范对很多结构材料和技术标准均做出了硬性的规定，在很大程度上限制了新产品、新工艺的开发利用15。4.条文规范之间相互对立、互不沟通由于各种原因，我国现行的各类设计方法和规范尚未形成完整而统一的系统，使得设计人员有时会无从着手，不知应以哪种规范为准。各部分之间自成系统 15，不能兼顾，如若完全照搬，不仅可能导致不必要的浪费，甚至会使得整体的防火性能不能得到有效的判定。而且随着科技的不断发展，高层建筑的结构形式都发生了显著的变化，经常遇到规范中的设计空白，使其防火问题形势严峻。鉴于这种传统防火设计方法的不足，我国也开始引进国外的性能化防火设计以提高建筑物的防火性能。性能
