模糊數(shù)學(xué)方法在XPS產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用研究

王建 祝貴軍 何重昆

摘要：科學(xué)合理的XPS火災(zāi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能有效指導(dǎo)防火減災(zāi)工作，不過(guò)目前XPS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系尚不完善，在某些時(shí)候不能真實(shí)地評(píng)價(jià)項(xiàng)目的火災(zāi)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，比如在評(píng)估大型住宅小區(qū)、大面積的廠房等時(shí)，現(xiàn)有的評(píng)估結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映客觀風(fēng)險(xiǎn)。本文在深入研究XPS使用范圍及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇，首次以模糊數(shù)學(xué)理論為工具對(duì)產(chǎn)品傷害發(fā)生的可能性分量進(jìn)行分析計(jì)算，評(píng)估了傷害發(fā)生的嚴(yán)重程度，最終評(píng)價(jià)出XPS產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

關(guān)鍵詞：XPS; 模糊數(shù)學(xué); 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

1 ? 引言

2017年4月住建部公布建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，明確提出建筑節(jié)能及綠色建筑的發(fā)展目標(biāo)。提倡大力發(fā)展綠色建筑，從使用材料、工藝等方面促進(jìn)建筑的綠色建造、品質(zhì)升級(jí)。在建筑節(jié)能方面，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能貢獻(xiàn)能達(dá)到40%～65%，作為綠色新型材料的外保溫材料擠塑聚苯乙烯泡沫塑料XPS（以下簡(jiǎn)稱XPS）目前應(yīng)用最為廣泛。

XPS以其優(yōu)越的保溫性、強(qiáng)度以及透氣性被廣大建筑所采用，然而由于XPS產(chǎn)品是一類新型的有機(jī)保溫材料，其本質(zhì)屬于可燃性建筑材料，使用這類型有機(jī)材料的火災(zāi)事故發(fā)生概率比使用其他材料的高。2009年央視大火及2011年沈陽(yáng)皇朝萬(wàn)鑫酒店大火都是由于火源引燃了建筑外墻材料持續(xù)燃燒，造成了嚴(yán)重的后果。

筆者從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的角度利用模糊數(shù)學(xué)對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、流通和使用領(lǐng)域中XPS的燃燒性能質(zhì)量狀況進(jìn)行一次全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為實(shí)現(xiàn)XPS質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置打下基礎(chǔ)，對(duì)預(yù)防火災(zāi)發(fā)生是十分必要的。

2 ? 風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目選擇

本文主要以了解產(chǎn)品的燃燒性能，分析其所帶來(lái)的潛在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)前期調(diào)研情況，最終從燃燒性能評(píng)定方面選取燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)FIGRA0.4MJ，火焰橫向蔓延長(zhǎng)度，600s的總放熱量，可燃性以及氧指數(shù)作為本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，按照燃燒性能等級(jí)B1級(jí)判定條件進(jìn)行判定。

3 ? 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法構(gòu)建

3.1 ?發(fā)生傷害的嚴(yán)重性及可能性

絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）屬于有機(jī)保溫材料，相對(duì)于無(wú)機(jī)保溫材料其防火等級(jí)低、安全性差，存在著較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）未經(jīng)阻燃處理的XPS時(shí)屬于可燃材料，具有燃點(diǎn)低、燃燒速度快、釋放熱量高等特點(diǎn)，在施工過(guò)程中電焊的火星、電路漏電以及建筑旁邊燃放煙花等均可點(diǎn)燃XPS材料從而引起火災(zāi)事故。

（2）經(jīng)過(guò)合格的阻燃處理后的XPS也只能達(dá)到“難燃”材料的要求。倘若在空氣中遇明火、高溫作用下，如果得不到及時(shí)控制，明火、高溫等一直起作用，XPS也會(huì)一直燃燒，造成事故。

（3）XPS一般作為外立面保溫材料，它包裹著建筑物，跨越了建筑平面防火分區(qū)的限制，并且由于XPS施工墻體與板之間的空氣通道，容易形成煙囪效應(yīng)，從而使火迅速蔓延至整棟樓。

（4）釋放大量有毒有害氣體。在生產(chǎn)XPS過(guò)程中會(huì)加入發(fā)泡劑、阻燃劑等添加劑。當(dāng)其處在大火等高溫環(huán)境中，XPS由于熔點(diǎn)低會(huì)首先受熱變軟收縮，然后在高溫的進(jìn)一步作用下XPS樹(shù)脂材料會(huì)不斷受熱氣化，遇火遇熱會(huì)碳化放出黑煙并發(fā)生燃燒現(xiàn)象，而在這一融化、氣化和燃燒的過(guò)程中會(huì)不斷放出大量有毒有害氣體和煙霧。美國(guó)的統(tǒng)計(jì)資料表明，因吸入毒性氣體而窒息死亡的人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的75%左右。引起這種現(xiàn)象的原因，一是由于煙氣本身的化學(xué)成分對(duì)人體造成較大的危害，二是由于煙氣的產(chǎn)生和移動(dòng)速度很快（通常都比焰的傳播速度快得多）。

3.2 ?評(píng)判依據(jù)

當(dāng)XPS在不同建筑、不同部位使用時(shí)燃燒性能達(dá)到B1級(jí)及以上級(jí)別時(shí)大部分情況均能滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，即認(rèn)為當(dāng)產(chǎn)品燃燒性能達(dá)到B1級(jí)及以上時(shí)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)品帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)屬于國(guó)家認(rèn)可的可容許范圍，本次風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)將燃燒性能達(dá)到B1級(jí)及以上級(jí)別產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為可容忍風(fēng)險(xiǎn)，火災(zāi)危害程度低，較難發(fā)生火災(zāi)。當(dāng)XPS在不同建筑，不同部位使用時(shí)燃燒性能低于B2級(jí)別時(shí)，大部分情況均不能滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，也就是說(shuō)國(guó)家評(píng)定當(dāng)這些部位使用燃燒性能低于B2級(jí)別的產(chǎn)品時(shí)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)不能滿足阻止火災(zāi)擴(kuò)大的需求，而是極易使火災(zāi)蔓延，火勢(shì)增大，發(fā)生火災(zāi)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)非常大，帶來(lái)極大的火災(zāi)隱患和危害后果，產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬于嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。檢測(cè)結(jié)果可根據(jù)GB 8624-2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行符合性判定，同時(shí)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)判定結(jié)果，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)理論進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和度量。

4 ? 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)論轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)。其特征是，對(duì)評(píng)價(jià)因素進(jìn)行相互比較，以評(píng)價(jià)因素最優(yōu)的為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)值為1，其余欠優(yōu)的評(píng)價(jià)因素依據(jù)欠優(yōu)的程度得到相應(yīng)的評(píng)價(jià)值。結(jié)合XPS產(chǎn)品的實(shí)際使用情況，具體步驟如下：

通過(guò)模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)理論對(duì)XPS進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和度量。

（1）建立評(píng)判XPS的因素集。

（2）建立評(píng)判集。V={可容忍風(fēng)險(xiǎn)，低風(fēng)險(xiǎn)，中風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)}

（3）建立單因素評(píng)判。

（4）確定權(quán)重。由于對(duì)U中各因素有不同的側(cè)重，需要對(duì)每個(gè)因素賦予不同的權(quán)重，它可表示為U上的一個(gè)模糊子集，并且規(guī)定 ? ? ? ? ? ?依據(jù)“德?tīng)柗品ā钡幕驹?，選擇18位省級(jí)以上防火檢測(cè)相關(guān)單位的專家，采取獨(dú)立填表選取權(quán)數(shù)的形式，進(jìn)行指標(biāo)重要度賦值。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)專家賦值結(jié)果的內(nèi)在邏輯性進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷專家賦值的一致性，當(dāng)出現(xiàn)專家賦值結(jié)果不滿足一致性檢驗(yàn)的情況下，計(jì)算人員與對(duì)應(yīng)專家取得聯(lián)系，溝通核實(shí)未通過(guò)一致性檢驗(yàn)的指標(biāo)項(xiàng)打分，直到通過(guò)一致性檢驗(yàn)。然后將評(píng)價(jià)關(guān)系矩陣進(jìn)行歸一化處理后，可以得到該指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果。

考慮到產(chǎn)品需要5個(gè)指標(biāo)同時(shí)達(dá)到B1級(jí)時(shí)產(chǎn)品達(dá)到可容忍風(fēng)險(xiǎn)，而只需要一個(gè)指標(biāo)達(dá)到較嚴(yán)重程度就達(dá)到嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，因此建立了可變權(quán)重?cái)?shù)學(xué)計(jì)算模型：

（5）綜合評(píng)判。則U的評(píng)價(jià)結(jié)果以其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)V的隸屬度向量來(lái)表示，按照模糊數(shù)學(xué)中的模糊算子合成得到

（6）將每組樣品的向量B進(jìn)行求和平均得到該批次樣品的平均情況。

（7） 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向量 ? ? ? ? ? ? ，

（8）通過(guò)將50組樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照上述模糊數(shù)學(xué)處理方法進(jìn)行處理，得到XPS產(chǎn)品50組樣品綜合結(jié)果：

5 ? 結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目選擇、方法構(gòu)建、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估幾個(gè)步驟，利用模糊數(shù)學(xué)的方法，對(duì)XPS產(chǎn)品進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估得到如下結(jié)論：

（1）在燃燒速率增長(zhǎng)指數(shù)FIGRA0.4MJ、火焰橫向蔓延長(zhǎng)度、600s內(nèi)總放熱量THR 、可燃性、氧指數(shù)5個(gè)項(xiàng)目均有不合格現(xiàn)象，存在不同程度的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）總體風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)綜合評(píng)判指數(shù)Y為2.8，屬于中風(fēng)險(xiǎn)。整體情況顯示在火災(zāi)發(fā)生時(shí)具有較大的火災(zāi)危害性。

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