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消防安全工程 第3部分:火灾风险评估指南 GB/T31593.3-2015

来源:发布时间:2018/6/29

前言


中华人民共和国国家标准
消防安全工程
第3部分:火灾风险评估指南

Fire safety engineering—
Part 3:Guidance on fire risk assessment
(ISO/TS 16732:2005,Fire safety engineering—
Guidance on fire risk assessment, MOD)
GB/T 31593.3—2015
2015-06-02发布 2015-08-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布

GB/T 31593《消防安全工程》分为以下九个部分:
——第1部分:计算方法的评估、验证和确认;
——第2部分:所需数据类型与信息;
——第3部分:火灾风险评估指南;
——第4部分:设定火灾场景和设定火灾的选择;
——第5部分:火羽流的计算要求;
——第6部分:烟气层的计算要求;
——第7部分:顶棚射流的计算要求;
——第8部分:开口气流的计算要求;
——第9部分:人员疏散评估指南。
本部分为GB/T 31593 的第3部分。
本部分按照GB/T 1.1—2009 给出的规则起草。
本部分采用重新起草法修改采用ISO/TS 16732:2005《消防安全工程 火灾风险评估指南》(英文版)。
本部分与ISO/TS 16732:2005 相比在结构上有较多调整。附录A中列出了本部分与ISO/TS 16732:2005 的章条编号对照一览表。
本部分与ISO/TS 16732:2005 相比存在技术性差异,这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线(丨)进行了标示,附录B中给出了相应技术性差异及其原因的一览表。
为了方便使用和符合我国相关标准编写要求,本部分还对ISO/TS 16732:2005 做了下列编辑性修改:
——删除了国际标准的前言,重新起草了前言;
——修改了国际标准的引言,将其作为本部分的引言;
——将国际标准的“本国际标准”一词改为“本部分”;
——将国际标准中某些标点符号修改为符合汉语习惯的标点符号;
——增加了资料性附录A和附录B,给出了本部分章条编号与国际标准的章条编号的对照和技术性差异及其原因说明。
本部分由中华人民共和国公安部提出。
本部分由全国消防标准化技术委员会建筑消防安全工程分技术委员会(SAC/TC 113/SC 13)归口。
本部分起草单位:公安部天津消防研究所、公安部四川消防研究所、中国科学技术大学、中国建筑科学研究院。
本部分主要起草人:阚强、姚松经、张彰、韩伟平、毕少颖、智会强、张玉贤、陆守香、胡忠日、张向阳、邓松华、郑巍。

引言


火灾风险评估对减少火灾造成的人员伤亡和财产损失具有重要意义。通过开展火灾风险评估,可以更加客观、准确地认识火灾的危险性,从而为预防火灾、控制火灾和扑灭火灾提供依据和支持。
火灾风险评估的对象可以是既有建筑及其内部设施,也可以是新建建筑及其内部设施的设计方案。火灾风险评估可用于确定新建或既有建筑的消防安全措施,也可用于确立与规范等效的安全水平,以评估消防安全费用投入和火灾风险之间的平衡关系。此外,火灾风险评估还可为选择适用于确定性分析的火灾场景提供指导和支持。

1 范围


GB/T 31593 的本部分介绍了火灾风险评估的基本概念和原理,规定了火灾风险评估应遵循的步骤和程序,为火灾风险的量化和可接受程度的判定提供指导。
本部分适用于所有类型火灾场景的火灾风险评估。

2 规范性引用文件


下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 5907(所有部分) 消防词汇
GB/T 31592 消防安全工程 总则
GB/T 31593.1 消防安全工程 第1部分:计算方法的评估、验证和确认(GB/T 31593.1—2015,ISO 16730:2008,MOD)
GB/T 31593.2 消防安全工程 第2部分:所需数据类型与信息
GB/T 31593.4—2015 消防安全工程 第4部分:设定火灾场景和设定火灾的选择(ISO/TS
16733:2006,MOD)
GB/T 31593.9 消防安全工程 第9部分:人员疏散评估指南(GB/T 31593.9—2015,ISO/TR 16738:2009,MOD)

3 术语和定义


GB/T 5907 和GB/T 31592 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
可接受判据 acceptance criteria
在风险评估过程的风险评价阶段,用于度量某一特定火灾风险是否可接受的临界值。
注1:参见可接受火灾风睑(3.6)。
注2:“可接受判据”也可以是风险评价结果的非定量特征参数。
3.2
行为场景 behavioural scenario
对火灾中人员行为及顺序的描述。
3.3
设定火灾场景 design fire scenario
进行确定性的消防安全工程分析所采用的特定火灾场景。
注:因为可能的火灾场景非常多,所以,有必要选择最重要的场景(设定火灾场景)进行分析。设定火灾场景的选择是和火灾安全设计目标相适应的,并且能说明潜在的火灾场景的可能性和后果。
3.4
失效 failure
在整体和部分上没有表现出预期的功效。对被动防火系统,“失效”指失去防火分隔能力、结构坍塌或垮塌、失去承载能力等;对主动防火系统,“失效”指消防系统不动作或动作结果不可接受或没有按照设计要求动作。
3.5
火灾风险 fire risk
发生火灾的概率及其后果的组合。
注1:某个事件或场景的火灾风险是指该事件或场景的概率及其后果的组合,通常为概率和后果的乘积。
注2:某个设计的火灾风险是指与该设计有关的所有事件或场景的概率及其后果的组合,通常为所有事件或场景风险的和。
3.6
可接受火灾风险 acceptable fire risk
在火灾风险评估的风险评价阶段,满足规定的可接受判据(3.1)的风险。
3.7
火灾风险评估 fire risk assessment

用规定的可接受火灾风险对所估计火灾风险进行评价的过程。
3.8
火灾风险曲线 fire risk curve

火灾风险的一种表示方法,通常采用对数形式,利用绘图表示累计概率和结果。
3.9
火灾风险评价 fire risk evaluation

将基于火灾风险分析所估计的风险与基于规定验收标准的可接受风险进行对比。
3.10
火灾风险矩阵 fire risk matrix

在矩阵形式中,火灾场景组通过场景概率排列(通常定义行或列)和设计荷载排列(也就是火灾尺寸和强度)(通常定义行或列)来描述;矩阵元是对于每个火灾场景组可接受的结果。
注:这种方法假定设计本身对建筑所遭受的火灾没有影响,而视设定火灾场景为外部的施加荷载。
3.11
火灾场景 fire scenario

对一次火灾整个发展过程的定性描述,该描述确定了反映该次火灾特征并区别于其他可能火灾的关键事件。
注:火灾场景通常要定义引燃、火灾增长阶段、完全发展阶段和衰退阶段,以及影响火灾发展过程的各种系统和环境条件。无论确定性分析或风险评估是否是预想的,确定潜在的火灾场景都是重要的一步。
3.12
典型火灾场景 representative fire scenario

选自火灾场景组的一个具有代表性火灾场景,假定其结果可对火灾场景组的平均结果提供合理估计。
3.13
火灾场景组 fire scenario cluster

火灾场景的子集,通常定义为完全区分开的所有可能火灾场景的一部分,从而使场景概率估计在场景组的水平上进行。
注:参见火灾场景(3.11)、典型火灾场景(3.12)。
3.14
极限状态 limit state

结构达到不再满足设计性能要求时的状态。
注:在火灾风险评估领域,“极限状态”定义为结果等级上的临界值或限定值,通常是火灾场景的时间次序状态描述。这意味着结构能回到的状态不超过极限状态。
3.15
蒙特卡洛方法 method of Monte Carlo

计算机随机模拟方法,当不可能进行闭合形式分析时,为了产生一个可管理的计算任务,从无限火灾场景或其他系统条件中抽出样本的过程。
注1:“蒙特卡洛方法”不是一种或然模型,而是一种基于抽样分析的使用或然模型的数值计算过程。蒙特卡洛方法的使用不排除对定义和证明相关概率分布函数的需要,而且不提供任何简单标准分布(如统一,正态分布)的默认使用原理。
注2:更多关于蒙特卡洛方法的样本和差异消除的详细说明可以参见参考文献[3]和[4]。
3.16
可靠度 reliability

在给定条件和给定时间内一个单元实现其必要功能的概率。
注:可靠性适用于任何建筑或产品设计的特征性能,这些性能能够影响火灾发展过程,因而对火灾场景的特征参数以及与之相关的风险结果产生影响。特征性能可以通过一系列部分成功或部分失败案例得到更好的描述,这要求对本术语给出一个更加广泛和灵活的定义。
3.17
个体风险 individual risk

仅限于个体经历的风险后果,并基于个体生命模式的火灾风险估量。
注:如果火灾风险估量是有害结果的发生概率,如死亡,那么个体风险就是对某一个体而言,有害结果发生概率的一个估计,典型地表述为单位时间内事件。风险估量可以表示为有条件地暴露于危险中,例如在危险场所。个体风险与受影响的人数没有关系。与社会风险(3.18)相对应。
3.18
社会风险 societal risk

对每个受影响的人和团体所经历的火灾风险综合后果的估量。
注1:综合所有受影响当事人的结果同样也影响事件的整体概率。它等于所有受影响个体的个体风险之和,但可以表示为相对于受影响或暴露人数的比率。在这种情况下,其形式就是与所构成个体风险估量进行直接对比。
注2:在社会风险中,一些个体所经历结果可以被其他个体所经历结果抵消。例如,一家公司的商业中断损失可能完全被另一家没有受到火灾影响的竞争对手所增加的商业收入抵消。
3.19
风险接受 risk acceptance

接受风险估计水平的决定,该决定的依据可以是满足了可接受判据,也可以是对可接受判据进行修改而达成的明确结果。
3.20
风险沟通 risk communication

在决策者和其他业主之间交换或共享有关风险的信息。
注:可能是影响、被影响或察觉自己被风险影响的个体、团体或组织。
3.21
风险管理 risk management

获得期望风险判据所需的过程、程序和文化支撑背景。
注:风险管理是风险评估、风险处置、风险接受和风险沟通的组合。
3.22
风险处置 risk treatment
风险调整方法的选择和实施的过程。通常指设计变更以外的整改(如设备的安全管理)。
注:调整风险的方法本身也属于风险处置。
3.23
不确定度 uncertainty
对数据、变量、参数或数学关系中系统和随机误差的量化;或对没有包含的相关因素的量化。

4 火灾风险评估的适用性


4.1 适合进行火灾风险评估的情况
4.1.1 给定的场景发生概率低但危害性高。例如:
a) 大量弱势人群聚集处,这些人群的弱势体现在睡眠、残障、年龄、缺陷或者不熟悉环境等方面;
b) 高增长速率的火灾;
c) 短时间的高火灾荷载,特别是在不利区域,如疏散通道放置大量可燃物。
4.1.2 火灾大小的空间度量(多用于定性的火灾危害评估)不足以说明火灾严重程度。例如:
a) 存放有高价值物品的小空间场所;
b) 易损财产,如洁净室内的设施;
c) 外形尺寸或直接损失不能直接反应其重要性的物品,如控制核电站设施安全装置的电缆;
d) 火灾的直接危害不是财产损失,而是极有可能造成的环境破坏、经营中断或者形象破坏和信誉丧失等;
e) 用途改变、改建或翻新的财产。
4.2 应进行火灾风险评估的情况
下列情况应进行火灾风险评估:
a) 确定性的消防安全工程分析不能充分地论述所涉及火灾场景的情况,如对少数火灾场景的确定性处置不能充分获取财产的整体火灾风险;
b) 可靠度非常关键的情况,如设计的安全性过度地依赖单一消防安全系统;
c) 输入参数的变化对结果具有重大影响的情况,如人员数量、特征或者火灾增长速率等变量变化较大,且定性分析显示变量的合理组合并不能达到可接受的安全水平;
d) 需要分析大量火灾场景的情况,如大量的有较大区别的火灾场景对财产和消防安全目标造成的威胁不同,且任何一个火灾场景都不能代替另一个火灾场景。
火灾风险接受和火灾风险沟通

5 火灾风险管理


5.1 火灾风险管理不仅包括风险评估,而且通常也包括其后的风险处置、风险接受和风险沟通。风险处置也可先于第二次风险评估(见图1)。在选定特殊设计或修改设计以达到可接受判据之前,也可采用风险评估用于评定备选方案。
5.2 火灾风险评估首先应确定目标,准备待评估建筑的初步设计说明。对与设计说明相关的风险先进行估计,然后进行评价。风险评价是指针对设计所估计的风险与可接受判据进行比较。若估计的风险没有达到可接受判据,则应对设计说明或/和风险处置方法进行修改,然后对其重新评价。即使重新评价结果达到了可接受判据,仍需对其余风险进行风险处置。
火灾风险估计流程图

6 火灾风险估计


6.1 概述
6.2 火灾风险评估中场景的使用
6.3 概率特性描述
6.4 后果特性描述
6.5 场景火灾风险和组合火灾风险的计算


6.1 概述


6.1.1 图2描述了场景结构明确、概率和后果均可量化的火灾风险估计步骤。6.5.5 给出了图2未能详细表示的风险曲线、风险矩阵和其他相关内容。
6.1.2 进行火灾风险估计时应首先确定纲要。纲要中包含大量的定量假设,在评估计算时应给出这些假设的目的和相关说明。
6.1.3 在确定纲要后,进行危险源辨识。该步骤是风险估计的主要部分——场景说明和选择的基础。进行场景分析时,应估计出该场景发生的可能性和后果(然后选定一个火灾场景进行分析,并对其发生概率和后果进行估计)。不断重复该步骤,直到评估完所有选定的场景。组合有关设计的火灾风险,计算出整个场景的火灾风险总和(此后计算设计的组合风险,作为该组场景的火灾风险总和)。
6.1.4 为简化火灾风险计算,通常可减少选择进行确定性计算的场景数目(见6.2.4和GB/T 31593.4-2015)。若采取该方法,风险估计的最后一步是选出火灾风险最高的场景,而不是将所有场景的火灾风险相加。

6.2 火灾风险评估中场景的使用


6.2.1 场景说明和场景选择概述
由于有明显区别的火灾场景数目太多,不可能逐一分析,所以,火灾风险评估应选择适量的场景以便处理。但同时要保证,基于这些场景所得到的风险估计结果应是对总风险的合理或保守估计。达到此目标的主要方法是危险源辨识,组合场景成为场景组,并排除可忽略的风险。
6.2.2 危险源辨识
6.2.2.1 可能导致不良后果的潜在因素均可认为是危险源。每个危险源可以是一个或多个火灾场景的基础,根据构成危险源的因素可确定由该危险源引起的火灾的类型。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015中6.3.4的规定。
6.2.2.2 每个火灾场景应包括定性描述火灾随时间发展的过程,确定造成该火灾与其他火灾不同的关键事件。火灾场景通常包括火灾发生、增长、完全发展和衰减等不同阶段,同时还包括建筑环境和任何影响火灾发展过程的消防系统。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015中6.3.3的规定。
6.2.2.3 应指明火源所在的房间或空间及其在房间或空间内的具体位置。火灾发生在房间的中部比火灾发生在房间的角落会对火灾后续发展产生更大的影响。火源所在区域不应限定于房间,还应考虑疏散设施、隐蔽空间和外部空间。火灾自动探测或灭火设施的布置位置同样能够影响火灾的发展。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015中6.3.2的规定。
6.2.2.4 建筑的可变环境和使用人员是场景定义的基本因素。建筑的可变环境可包括火源附近可燃物的组成、位置和数量,因为它决定初期火灾的发展。使用人员可以包括人的位置、基本能力(如残障)和瞬间反应能力(如由于麻醉药和酒精的削弱)。
6.2.2.5 在场景定义中,尤其对于火灾风险评估,建筑消防设施的变化状态是必要因素。应说明门和窗是否关闭、自动探测和灭火设施是否正常运行。
6.2.3 组合场景为场景组
首先对可能出现的场景进行简洁的参数描述。例如,火灾发生在常用房间、不常用房间、疏散路径、隐蔽空间或外部空间,可以是阴燃、明火或快速燃烧。每个火灾场景组应由后果可代表所有场景的某一个场景描述。
6.2.4 排除可忽略风险的场景
火灾场景构建时排除低风险的场景,并不会对风险的计算结果产生重大影响,但排除这些场景应有充分依据。概率高或后果严重均可能使一个场景组的火灾风险偏大。许多场景组中每单个场景的风险可能很小,但当结合在一起考虑就会具有重大风险。
6.2.5 论证场景结构的合理性和充分性
在实际工程中,很难对每一个可能的场景都进行分析,也很难通过组合或排除手段为每个场景提供详细证明,但可采用一种简明、应用广泛的方法对其加以证明,步骤如下:
a) 对选择用来分析或被排除出场景组的可能场景建立总体映射,保证对所有场景都进行了充分考虑并且对其处理手段进行了精心选择。
b) 采用保守的方法分别估计所选择场景组和典型火灾场景的火灾风险。这种高估风险的保守方法,不仅可补偿某些被排除的具有不可忽略风险的场景,也可补偿分配到特定场景组中差异较大的场景所造成的影响,而且可以降低敏感度和不确定度分析的重要性。由于采用了保守的概率估计,分析时就不太可能漏掉发生概率低但后果严重的高风险场景。
c) 如果火灾风险评估是基于相对而不是绝对标准(如比较两个候选设计而不是将设计与可接受判据作比较)进行,只要这两个设计在场景组中具有“相似”或同等的风险,那么即使该场景组含有重大风险,也可以将其排除。这些预期值可根据工程判断确定。为避免结论中出现重大疏忽性错误,应尽量少地排除场景,因为观点一致的工程判断有时可能是对真实风险的误解。
注:“相似”是指建议排除的场景的风险差异小于建议详细分析的场景的风险差异。
在任何场景结构中,很难平衡高概率、低严重度后果的场景和低概率、高严重度后果场景。但这两种场景在评估总体火灾风险时都非常重要。
6.2.6 缺乏明确场景结构的火灾风险评估
火灾风险评估程序无需使用明确的场景结构。然而,应对此程序进行检验,并描述其与规格说明、包含或排除以及场景相对可能性相关的不明确假设,从而识别或补偿无意识或不恰当的偏倚。即使在火灾风险评估的火灾风险估计阶段不直接使用明确的场景,但为了充分证明假定的有效性,也应该对该程序进行检验,以获得场景的明确特征。
6.2.7 行为场
景出于分析目的,不仅需要详细描述火灾场景,也要详细描述行为场景。在行为场景中,应详细说明与火灾有关的人员数量、特征、行为,包括出口。详细的相关内容见GB/T 31593.9 和GB/T 31593.4—2015 中6.3.6的规定。
6.2.8 为确定性分析选择设定火灾场景的火灾风险评估
为确定性分析选择设定火灾场景时,可以简化火灾风险估计过程。例如,采用工程判断、现有数据和估算数量级来估计火灾的概率和后果。在该方法中,所有潜在场景对场景组的映射通常高度简化且没有明确表现出来。场景组的命名一般基于对典型火灾场景的选择而确定。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015 的有关规定。

6.3 概率特性描述


6.3.1 概述
在图2所示的火灾风险估计程序中,火灾概率估计是关键的一步。6.3.2描述了概率估计的可选方法,6.3.3和6.3.4分别详细说明了引燃概率估计和系统状态概率估计。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015中6.3.8的规定。
6.3.2 概率估计的方法
6.3.2.1 概述
此处的概率是指初始事件概率和状态概率,包括可靠性测量。有些风险分析方法需要附加概率,如状态转移模型。所需概率估计的更详细应用指导参见参考文献[1]。
概率值可通过下列三种方法之一获得:
1) 通过数据直接估计;
2) 通过模型推导得知,该模型将此概率与其他概率联系起来,如将火灾引燃概率同设备构件失效概率、相关人员过失概率以及靠近易燃材料的概率等相联系;
3) 工程判断。
在概率估计时,应注意某些普遍的错误或偏倚,包括:
——人们往往倾向于把低概率估计的过低而把高概率估计的过高,因此,应注意这个趋势并采用合适的保守方法寻求补偿。
——不宜假设所有的情况和事件在概率上是独立的。应注意共同原因事件、相互关联的高风险人员特征和其他情况中组合概率值比部分概率乘积高的情况。
注:低质量的消防施工和管理,如探测器和自动喷淋没有动作、墙体穿孔、门窗开启和其他消防设施没有发挥作用等情况,更可能导致引燃。
——人们往往倾向于高估具有特殊危害的场景概率而低估或忽略类似加热设备和电气系统火灾等普通场景的概率,因此,在估计引燃概率时最好使用火灾事故数据。
——工程人员常常依赖高质量和完整的火灾调查数据,从而使其概率估计结果具有误导性。因为数据库只包括所发生火灾的很小部分,而且是偏向高死亡人数的火灾,因此遗漏实际死亡总人数很多的小型火灾和大量财产损失的大型火灾,即每起火灾造成的人员伤亡很小,但加起来后数量就很大了。
——不要认为要获得高整体可靠性,就应设置冗余的消防安全系统和设备;或者设置了冗余的消防安全系统和设备就一定会获得高整体可靠性。
——任何有效火灾损失数据库中均未有过记载的场景,不宜假定其为零概率。如果这个数据空缺是因为数据库不完整,应在概率估计中采用包含此特例的髙概率的普遍场景作为概率估计的基础。对于一个已知但没有发生的事件,可以使用极限值统计方法来估计其非零概率。
6.3.2.2 直接通过数据估计概率
用数据估计概率实际上就是通过频率来估计,该频率用相关事件估计数作分子,用曝火范围或事件发生的机会作分母。分母的单位可以是时间(如每年的事件发生数)、人(如一建筑物内每千人发生的火灾数)、经估价的财产(如火灾数除以所有建筑及内部物品的总价值)、空间实体(如同类型的千座建筑物所发生的火灾数)或其他实体(如同类型千家公司的厂房所发生的火灾数)。
分子或分母的数据库可以样本为基础,也可以协商确定。数据源的更多信息见GB/T 31593.2的有关规定。
6.3.2.3 用模型估计概率
与其他两种估计方法不同,用模型估计概率,其主要优点是模型不仅能提供用于设计分析的估计值,也便于理解设计的改变及其导致的概率变化之间的关系。如果对设计进行火灾风险评估,得到不可接受的估计值时,了解改变之间的关系尤为重要。
使用模型不是排除使用经验或主观数据,而是用其他变量来代替,模型就是通过这些变量来估计有关后果概率。但有时很难获取这些变量的相关数据,这会抵消模型的优越性。模型输入数据的不确定度比直接使用数据的不确定度更复杂。
采用蒙特卡洛方法抽样不能替代概率估计,而是一种在确定的概率分布中进行火灾风险计算的数值方法。该数值方法是选择特定火灾场景样本的基础,通过绝对等效的概率加权,使该样本的平均后果严重性成为对整个场景组概率加权后果严重性的最佳估计。关于蒙特卡洛方法,参见参考文献[2]和[3]。
6.3.2.4 用工程判断估计概率
通过使用德尔菲法或其他减少偏差、提高估计质量的程序,可以做出系统而协调一致的工程判断。
关于德尔菲法的描述,参见参考文献[4];关于德尔菲法和其他程序比较,参见参考文献[5]。
工程判断可以给出具体数值,也可给出一个数值范围。后者可减少估计者之间存在的分歧,并且可用于风险矩阵或其他量化火灾风险的评估程序。有关基于工程判断的估计,参见参考文献[6]。
当相关数据几乎或完全不存在时,可借助工程判断进行概率估计,此时可能会用到风险矩阵。在矩阵中,所有的概率估计都归结为一小部分分布良好的数值。例如,一个用数量级分开的五个值的方案使用0.5%,5%,50%,95%,99.5%作为数值。一个用半数量级分开的五个值的方案使用5%,15%,50%,84%,95%。
6.3.3 初始事件概率
当采用损失统计数据作为分子计算的数据时,这些数据可以特指正在研究的建筑、所有同类型的建筑(位置和业主相同)或更大集合的建筑(国家数据库)的损失统计数据。上面每种选择在其适用性、详细程度、数据可获得性以及支持精确估计的数据库大小等方面都各有优缺点。
可从整个场景已估计过的部分特征概率计算来估计事件概率。例如,在工厂生产区某设备产生火花而引起火灾的概率可通过火花引起的火灾概率以及工厂生产区火灾发生的概率来估计。在此计算中,很重要的一点就是如果没有经过证明,不能做出统计独立性的假设。独立性需要经过验证而不应假设。
在初始事件中最严重的破坏独立性的例子就是相同原因造成的火灾,如地震同时引发多处火灾并破坏喷淋管道。这种火灾以及对喷淋管道的破坏都是罕见事件,但是二者同时发生的概率不等于事件概率相乘所得到的乘积(值很低),因为地震是震后所有事件的共同原因。
6.3.4 状态概率和可靠性
每种消防系统在火灾发生时都有不同的可能状态,如探测器是否接通了电源、喷淋阀是否打开、门是否关闭等。应考虑所有能够影响某火灾场景概率或严重性的状态,这就要求对每种状态的概率进行估计。
状态概率指火灾引燃时的状态。可靠性一般指引燃之后事件的概率,如探测器或喷淋是否启动、结构构件是否能够继续承受荷载而没有发生不可接受的变形等。
这些概率的例子都不是指引燃概率,但也应对其进行火灾风险估计。行为场景同样需要概率。

6.4 后果特性描述


6.4.1 概述
在图2所示的风险估计程序中,后果估计是另一个重要的步骤。6.4.2?6.4.4 给出了后果估计的可选方法,即损失统计数据、模型或工程判断。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015 中6.3.9的规定。
进行后果估计时,应注意如下普遍存在的误差或偏倚:
——因为经常会简化后果估计,所以会简单地认为某个具有从轻微到严重后果范围的场景后果是轻微的或严重的。如果认为其是严重的,可故意纵火引发火灾的平均后果在统计上仅略微高于非故意纵火引发火灾的平均后果。而如果假定典型的故意纵火都包含有多个着火点、使用了助燃剂或故意削弱消防安全系统或设备,则是不正确的;如果认为其是轻微的,可阴燃火灾可能会造成整个居所内人员的窒息死亡(虽然这种情况不常见)。灶具火灾或烟囱火灾尽管很小,并可以很快被扑灭,其危害也很小,但有些此类火灾可能会蔓延至或毁坏整栋建筑。
——对于无经验数据的消防安全系统、设备或项目,高估或低估其安全性是正常的。
示例:将某教育计划对于规范人员行为的效果假设为完全成功或完全失败都是不符合实际的。
——当一个或更多消防安全系统、设施部分或完全不起作用时,很难通过工程判断估计后果。但大部分火灾风险都是由一个或多个系统或设施不完全可靠的情况造成的。
6.4.2 依据损失统计数据估计后果
当利用损失统计数据时,可以是特指正在研究结构的有效损失统计数据;也可以是具有相同位置或业主的所有同类型结构的有效损失统计数据;还可以是国家数据库内任何同类型大型财产集合的损失统计数据。这些选择在证明其适用性、详细程度、数据可获性以及支持精确估计的数据库大小等方面都各有优缺点。
数据源的更多信息见GB/T 31593.2 的有关规定。
6.4.3 用模型估计后果
与其他两种估计方法不同,用模型估计后果,其主要优点是模型不仅能提供用于设计分析的估计值,也便于理解设计的改变及其导致的后果变化之间的关系。如果对设计进行火灾风险评估,得到不可接受的估计值时,了解改变之间的关系尤为重要。
使用模型不是排除使用经验或主观数据,而是用其他变量来代替,模型就是通过这些变量来估计后果概率。但有时很难获取这些变量的相关数据,这会抵消模型的优越性。模型输入数据的不确定度比直接使用数据的不确定度更复杂。
对于后果估计,从建立的确定性火灾模型中得到的细节远多于从损失统计数据中得到的细节。但是,使用此细节对后果进行估计会给概率估计带来问题。在概率估计中,用于描述同一细节水平的确定性数据和方法很少。
6.4.4 用工程判断估计后果
通过使用德尔菲法或其他减少偏差、提高估计质量的程序,可以做出系统而协调一致的工程判断(参见参考文献[4]、[5])。
工程判断可以给出具体数值,也可给出一个数值范围。后者可减少估计者之间存在的分歧,并且可用于风险矩阵或其他量化火灾风险的评估程序。有关基于工程判断的估计,参见参考文献[6]。
当相关数据几乎或完全不存在时,可借助工程判断估计后果,此时可能会用到风险矩阵。在矩阵中,所有的后果都归结为一小部分分布良好的数值。最好是将连续值分成一个或两个数量级,并用具有特殊含义的值指定最低、中等、最髙值,例如每起报告火灾的平均金钱损失(作为可能的最低值),定义巨大损失火灾的临界值(作为可能的中间值),或国内生产总值的0.1%(作为可能的最高值
)。

6.5 场景火灾风睑和组合火灾风险的计算


6.5.1概述
式(1)是与设计有关的所有场景概率和后果的通用公式。

式中:
R——场景的风险;
P——场景的概率;
C——场景的后果。
下面是两个比较常用的特殊公式:
式(2)适用于所有场景。

式中:

R——场景的风险;
P——场景的概率;
C——场景的后果。
式(3)适用于后果超出特定安全临界值的场景。

式中:
R——场景的风险;
Pn——场景的概率。
式(2)将场景火灾风险定义为预期值,即概率和后果的积,并将组合的火灾风险估计定义为场景火灾风险之和。这是一种常用方法。如果采用另外的方法,应证明其合理性。
6.5.2 根据预期值定义场景火灾风险
采用预期值确定火灾风险时,事件树是火灾风险评估的典型方法。详细的相关内容见GB/T 31593.4-2015 中6.3.7的规定。
6.5.3 根据不可接受后果的概率定义场景火灾风险
式(3)将场景的火灾风险定义为后果不可接受的场景概率。因此,若后果是不可接受的,则场景概率乘以1;若后果是可接受的,则场景概率乘以0。
在火灾风险评估中使用具有不可接受后果的概率确定火灾风险时,可采用故障树。
6.5.4 根据设计荷载或极限状态定义风险
当采用安全临界值时,可根据设计荷载确定设计的风险值。此时,设计荷载的取值可以刚刚超过特定的安全临界值。有时也指正好造成失效的极限状态。这种度量主要侧重于后果的严重性,而非概率。
6.5.5 风险计算的其他方面
6.5.5.1 如果工程判断同时用于估计概率和后果,则没有必要将两者分开估计。相反,可以直接估计包含两者的风险。在概率、后果的估计方面以及风险度量的直接估计方面,不管是否包括计算,使用者均可采用明确的方法得到更连贯的主观估计。
6.5.5.2 风险的度量可表示为无量纲的非参数统计值,如等级值。这类定性的风险度量,同应用比例规则的定量风险度量相对应。半定量风险度量所采用的无量纲的非参数统计数值,来源于用比例变量数值范围定义的数值类别。
6.5.5.3 概率和后果均可使用类别来描述其特征,类别可以基于潜在数值范围,也可直接定义。如果概率和后果均以该方式标明特征,则可用风险矩阵表示火灾风险结果的总特征,即分别使用概率和后果的类别特征作为其行和列。每一个矩阵元代表了无需明确计算的火灾风险。在该种情况下,应规定准则 以明确每个矩阵元是高于或低于可接受风险的临界值。
6.5.5.4 出于设计目的,可用另一种不同的方法构建风险矩阵。如果场景具有单一范围的危险严重程度(例如地震强度或雷击的能量),则此范围的类别可成为风险矩阵的行,而对应的列则为某限定范围内危险发生的概率范围所组成的类别。矩阵元项可以表征为后果,它是危险严重性和设计性能的函数。可接受风险可定义为后果的临界值,一个矩阵元接着一个矩阵元,这样无需建立正式的风险估计。该方法假设危险概率与设计无关,因此应对此假设进行详细审查和评价。
6.5.5.5 火灾风险估计的结果同样可用风险曲线的形式表示。该曲线标有概率轴和后果轴,平滑地连接与特定火灾场景相关的、代表单个概率和后果估计的点。针对某个具有特定假设的设计风险曲线建立后,设计的变化通过风险估计程序转化为新的风险曲线。相对原有曲线图,可供选择的风险曲线的相近性(即零概率、零后果的位置)是可供选择设计的相对风险。新风险曲线到图像原点(如零概率、零后果位置)的相对接近度可用于度量替代设计的相对风险。

7 不确定度、敏感度、精确度和偏倚


7.1 概述
不确定度是指计算出来的风险数值与真正的风险之间存在的差异。精确度指偏差的统计量,这些偏差以计算风险度量中误差概率分布的标准差为基础。偏倚指偏差分布的不对称程度。
敏感度分析不能量化不确定度,但它是实现量化的开始。敏感度分析通过测量计算风险的变化量值(是由其中一个变量值发生改变或计算参数变化引起的)来调查不确定度传递。如果敏感度分析能够结合各分量的误差信息,就可能计算出随机不确定度。
不确定度不只是由统计的不确定性造成的,还可能是风险计算过程中知识的缺乏或误差造成的。如果计算过程中忽略特定现象,如疏散时间计算过程中的预动作时间或火灾发展和后果计算过程中所产生的紊流现象,均可造成不确定度。
有关消防安全工程模型不确定度分析的技术指南,见GB/T 31593.1的相关规定。
7.2 不确定度分析要素
7.2.1 如果相关数据不充足或对相关火灾现象的理解不科学,则会影响火灾风险评估的结果。在很多情况下,可用不确定度分析来反映这些不足和不科学的程度及其重要性。
在火灾风险评估中,不确定度分析可以是为概率和后果估计量化不确定度,也可以是为风险评价标准量化不确定度。与遗漏的火灾现象、数据或计算方法的误用有关的误差问题较难以量化。
7.2.2 概率和后果估计中不确定度的量化可从原始数据不确定度的量化开始。
实验室测量的不确定度量化通常依赖已知校准数据和试验设备的精确度值。如果对每个被测的量进行多次测量,则量化效果更好。该试验结果的概率分布即可代表不确定度。
现场数据的不确定度量化,如对火灾的统计,可通过不同年份或不同地方的火灾起数变化来完成。在估计每年的火灾起数时,每起火灾不能作为估计每年火灾起数的数据点,但是每个社区每年的火灾起数则可以作为数据点。如果把数据转换成概率,如引燃概率或可靠性概率,则用现场可变化的数据作为参数来描述概率分布。
如果估计值通过一定程序由多个参与人员系统地提出,则可对主观估计或主观推导参数的不确定度进行量化,而每个个体估计的可变性即为不确定度量化的依据。
这些方法都无法量化不确定度中的系统偏倚问题。例如,如果采用一个区域的火灾统计数据去估计另一个区域的火灾引燃概率,则可能会造成系统差异,由此导致对这些差异的主观估计,将不确定度的量化建立在这些主观估计的变化基础之上。
7.2.3 一旦建立起火灾风险计算中所有确定参数的不确定度分布,就应计算这些不同形式的不确定度对最终火灾估计值的影响结果。初始风险计算可涉及到大量火灾场景的概率和后果计算,因此一个场景的许多不确定度变量可能会与其他需要计算场景的变量相对应,这一情况可降低计算量。另外,火灾风险估计可用蒙特卡洛方法或其他抽样方法来计算不确定概率的分布。
7.2.4 在进行不确定度分析时,应检查每个参数和假设(可用参数表示,而非变量)的基本风险估计程序。这些参数都存在不确定度问题。以火灾模型为例,如果火灾增长服从t2曲线,那么所涉及的不确定度因素就不仅包括作为t2系数的参数“a”,还包括式中的指数“2”。不可能对每个参数都进行不确定度分析,但应充分考虑每一个参数,并且系统地鉴别出那些可能改变风险估计和基于这些估计做出决策的参数。

8 火灾风睑评价


8.1 概述
风险评价是确定风险管理优先级的过程。它通过将风险水平同预先确定的标准、目标风险水平或其他标准相比较来确定风险管理优先级。风险评价的目标是确定风险是否可接受。详细的相关内容见GB/T 31593.4—2015 中6.3.10、6.3.11的规定。
8.2 个体和社会风险
个体风险的度量可指特定人员遭受特定事故所造成的特定类型伤害的年概率。与此相对应的社会风险度量则可为某特定数量的人群遭受此类事故所造成的此类伤害的年概率。个体风险和社会风险的差别很大。
个体风险主要关注于谁受到伤害而不是死亡总人数,而社会风险更关注群死群伤事件。
8.3 风险可接受判据
8.3.1 概述

风险可接受判据是社会或者决策者的价值表述,因此,现在或将来都可能不会有一个恰当的统一标准。但是,提供一种选择标准的形式和结构还是可能的,其原则是将明确且可测量的参考点作为评价设计风险可接受性的基础。参考点可以是已量化的风险;当用于评价某一设计的风险时,它可以是可供选择设计的风险。
8.3.2 可接受判据的确定方式
8.3.2.1 从最新经验确定基准

通过最新经验确定风险可接受判据的第一步通常是将损失统计数据作为特定类型损失以及特定人群的参考点。例如,评价特定年龄人群火灾风险的参考点可以是某确定的低风险年龄组中其他类型风险的量化值。
8.3.2.2 在基准基础上确定标准
确定风险可接受判据的第二步是把标准设成基准数值的分数。如果基准数根据已存在风险确定, 则新风险的标准可等于基准数值,并认为这种新风险是可以接受的,因为社会已经允许这种风险存在; 或者如果在新设计中采用比现有设计更易实现的风险降低技术,则可将风险的标准设置为低于基准数值。
如果根据每个特定场景的可接受风险来确定标准,则风险评估应考虑所有场景的综合风险。
通常情况下,为新风险确定的标准比已存在风险的标准低,偶然风险的标准也比自发风险的标准低,但对偶然风险与自发风险性质的认识可能存在差异。因为自然原因和其他风险的存在,可能会为同一风险确定不同的风险标准。如果某风险的影响会延迟发生,一般应对它确定更高的标准。风险的其他特性也会导致所确定的可接受判据存在差异。
8.3.2.3 群死群伤事件的可接受频率和标准
群死群伤事件的可接受年频率等于可接受年度风险除以事件中的死亡人数。然而,社会通常更不愿承担这种比例公式所暗示的风险,这可从将这类事件的可接受年频率设置为可接受年度风险除以事件中的死亡人数的幂函数(如平方)或指数函数看出。在年频率对后果的图表上定义一个可接受曲线更为普遍。
8.3.2.4 基于适当可行(ALARP)的可接受判据
风险可接受判据的进一步改进是在概率-后果图上建立三个风险接受区域:
——可接受风险(最左边区域);
——适当可行的风险(ALARP)(中间区域);
——不可接受风险(最右边区域)。
虽然应用了对数轴,但将区域分开的线可视为指数曲线。
当估计的风险落在适当可行(ALARP)区域时,建议根据更详细的技术可行性分析和经济性分析降低风险或费用。若建议不具有技术可行性,则可拒绝该建议。同样,若费用不相称,则可拒绝进一步降低风险的建议;若风险的增长不相称,则可拒绝进一步降低费用的建议。
8.4 安全系数和安全裕量
安全系数是用于风险度量的乘法因子,它对风险信息进行处理以弥补度量过程中的不确定度问题。安全裕量是用于相同目的的加法因子。
安全系数主要用于解决风险度量过程中自然产生的随机变量问题。例如,有害的火灾产物对人员和物品的影响是有差异的。
安全系数假设风险度量的偏差预期值是0。实际计算得出或估计出的风险度量值的概率分布是对称的,并且以此计算值或估计值为中心。
例如,如果用不同组的人员场景进行风险计算,且场景全面反映使用人员不同弱点和能力的发生概率及变化,那么计算出的风险度量值很可能是全面真实风险的无偏估计。与之形成对比,如果风险计算中假设所有人员都是健康成年人,且没有年龄差异或其他的特殊弱点和限制,那么计算出的风险度量值则会存在偏倚,因为绝大多数偏差均在一个方向上。
无须确定出没有偏倚的风险度量值,但需要用一个安全系数来补偿偏倚,达到无偏随机变化的效果。
安全系数使用中最困难、潜在误导性最大的情况是将其作为一种手段去补偿包括风险计算中知识的完整性和准确性在内的不确定度。例如,不应该将由特定现象的缺失所引起误差的数量或偏倚同由人数和物品的自然变化所引起误差的数量或偏倚进行比较。
在将不确定度归纳为一个安全系数之前,应对其进行清楚而全面的研究分析。

附录A (资料性附录)本部分章条编号与ISO/TS16732:2005的章条编号对照


表A.1给出了本部分章条编号与ISO/TS 16732:2005的章条编号的对照一览表。

本部分章条编号与ISO/TS 167322005的章条编号对照
本部分章条编号与ISO/TS 16732:2005的章条编号对照

附录B (资料性附录)本部分与ISO/TS16732:2005的技术性差异及其原因


本部分与ISO/TS 167322005的技术性差异及其原因

参考文献


[1] LACHANCE,J.L.et al.Handbook of Parameter Estimation for Probabilistic Risk Assessment,Draft NUREG,US Nuclear Regulatory Commission and Sandia National Laboratories,Washington,DC and Albuquerque,NM,27 November 2002.
[2] KLEIJNEN,J.P.C.Statistical Techniques in Simulation,Part I,Marcel Dekker,1974.
[3] KLEIJNEN,J.P.C.and VAN GROENENDAAL,W.Simulation: A Statistical Perspective,John Wiley,Chichester, UK ,1992.
[4] DALKEY,N.and HELMER,O.An experimental application of the Delphi method to the use of experts,Management Science,Vol.9 (1963),pp.458-467.
[5] WOUDENBERG,F.An evaluation of Delphi,Technological Forecasting and Social Change,Vol.40(1991),pp.131-150.
[6] KIDD,A.,ed.Knowledge Elicitation for Expert Systems:A Practical Handbook,Plenum Press,New York,1987.