基于事故樹的高層建筑火災分析及預防研究

張召冉，谷宗賀，張遠悅

(北方工業大學,北京 100000)

0 引言

隨著近年來我國經濟高速發展,高層建筑在我國建筑中的占比也逐年上升,高層建筑凝聚著大量的人員、物資與財產,同時承載著多種城市功能,但是由于高層建筑自身的結構特點和建筑功能的高度多元化,一旦發生火災,往往面臨著火災蔓延速度快、人員疏散困難、撲救難度大等問題[1],這使得高層建筑火災一旦發生,往往會造成巨大的人員和財產損失。根據應急管理部消防救援局的數據,我國2021年全年共接報高層建筑火災4 057起、傷亡人數比上年增加了22.6%。可見高層建筑火災的安全管理和事故預防理論仍需完善,在國內高層建筑火災的研究中,吳龍標等[2]對高層建筑火災煙囪效應等原因進行了探討,并提出了應對策略;龍騰騰等[3]將事故致因模型運用于高層建筑火災起因分析中,并提出控制和預防;丁元春等[4]將突變理論與高層建筑火災有機的結合在一起,構成了一套安全綜合評價方法;王粟[5]則以高層建筑火災系統的灰色關聯評價模型,來確定影響因素和系統的風險等級。本文通過事故樹方法來找出高層建筑火災中造成更大影響的因素種類并得出與科學有效的預防措施,為后續高層建筑火災的研究提供新的分析思路和參考。

1 事故樹理論

事故樹(FTA)一門利用邏輯推理對各種信息系統的風險因素作出識別與評估的方法。它通過根據一定順序和關系,把在給定的信息系統和作業中可能發生的事故條件與可能產生的影響結果繪成樹形圖[6],事故樹分析法不僅可以找出影響事故的表層因素,又可以挖掘出影響事故的深層因素,具有很強的綜合性[7]。

2 基于事故樹理論的實例分析

2.1 案例基本情況

金鷹中心A座于1996年投入使用,總建筑面積14.8萬m2,地上58層,地下2層。大樓核心筒9層為酒店自助餐廳[8]。根據南京應急局的事故調查報告可知,2019年5月24日20時50分左右,在位于金鷹A座9層露臺西側廚房凈化設備拆除工程施工現場,施工人員在使用等離子切割機拆除油煙凈化設備作業中,切割產生的火花引燃油煙凈化設備內部的油垢,引發火災。

2.2 事故樹的建立

基于事故樹理論,將“5·24”南京新街口金鷹火災發生作為頂端事件T,根據火災的相關事故調查報告和南京市政府公報,將火災事故樹分階段的劃分為基礎事件樹底端口的基礎就可以搜索得到七個事情引起了南京新街口金鷹火災,或頂事件T產生的最初起因的基礎誘因,把搜索得到的七個基礎事件作為火災事故樹的底部端口,用Xi表示,用Mi來表示在頂事件T和基礎事情Xi樹之間的中間事件,即可獲得事故樹,如圖1所示,各標號與事件名稱的對應關系如表1所示。

表1 標號與事件名稱對應圖

在事故樹圖中,T代表事件“5·24”南京新街口金鷹火災發生。特別的與門代表邏輯積關系下成立,即下屬直接事件必須同時發生才會觸發上級事件,或門則代表邏輯和關系,即下屬直接事件任意發生一個及以上時,上級事件就會被觸發,即可明確了事故樹圖中的邏輯關系:M2=X5∪M1,T=X1∩M2∩M3,M3=X4∩X3,M1=X1∩X6∩X7。

2.3 求最小割集與最小徑集

通過布爾代數法將頂端事件T逐步分解可求得最小割集。求出最小割集有兩個,分別為:{X1,X2,X3,X4,X6,X7},{X2,X3,X4,X5}。

通過與事故樹對偶的成功樹,可得圖2。

求得最小徑集有六個,分別為:{X1,X5},{X2},{X3},{X4},{X5,X6},{X5,X7}。

2.4 結構重要度分析

從事故樹角度來分析,結構重要度指的是事件的重要程度,其計算方法主要有四種,這里采用最小徑集法和最小割集法來綜合使用,其主要規則為:

1)如果最小徑集(或最小割集)中有且僅有唯一一個基本事件時,則該基本事件的結構重要度最大。

2)若最小徑集(或最小割集)中存在一些數目相等的基本事件時,則這些基本事件的結構重要度由其在最小割集(或最小徑集)中出現的頻率來決定,出現次數與結構重要度成正比。

3)當最小割徑集(或最小割集)中存在數量不等的基本事件數時,則其結構重要度由最小割徑集(或最小割集)中的事件數量決定,基本事件越少則結構重要度越大。

根據最小割集{X1,X2,X3,X4,X6,X7},{X2,X3,X4,X5}和最小徑集{X1,X5},{X2},{X3},{X4},{X5,X6},{X5,X7}綜合考量可知,其事故結構重要度大小排序為:Iφ(X2)=Iφ(X3)=Iφ(X4)=Iφ(X5)>Iφ(X7)=Iφ(X6)=Iφ(X1)。

2.5 模型結果討論

據事故樹分析,可將因素分為組織因素和個人因素,事故發生的致因因素主要為這兩大因素綜合作用產生。例如引發事故的直接原因是工人進行動火作業時沒有安全措施,可以從“個人因素”這一角度考慮,將其歸結為基本事件X5。而南京新街口金鷹中心對施工單位資質手續沒有確定則可以從“組織因素”這一角度考慮,將其歸為基本事件X2。既有以下分類:工程建設單位手續不齊,沒有落實防火檢查,安全教育不到位,動火作業無安全措施屬于組織因素,而油垢隱蔽難以發現,工人安全生產意識不足,工人違章作業則屬于個人因素。根據結構重要度來說,X2為工程建設單位手續不齊,X3為沒有落實防火檢查,X4為安全教育不到位,這三種因素結構重要度最高;X5為動火作業無安全措施,而X1為油垢隱蔽難以發現,X6為工人安全生產意識不足,X7為工人違章作業的結構重要度次之。

根據結構的重要程度計算結果,進行系統薄弱環節分析。對最小割集系統來說,它與基礎頂上事件均用或門連接,所以顯然最小割集的事件數量愈小越安全,愈多越危險。但由于每個最小割集的基礎事件和第二層事件均為與門連接,所以割集的基礎事件愈多越有利,因此基礎事件較少的割集是系統的薄弱環節。和最小割集恰恰相反的是,最小徑集的徑集數越多就越保險,因為基本事件最多的徑集是整個系統的脆弱環節。

所以,為提高系統的穩定性,可通過下列四個方面來改進系統:

1)降低最小割集數,首先應去除一些含基礎事情盡量少的割集。

2)提高最小割集中的基礎事情數,首先為含有基礎事情很少而又無法去除的小割集提高了基礎事情。

3)盡量減少最小徑集的基礎事物數量,首先應該著眼于盡量減少含基礎事物過多的最小徑集。

4)增設新的最小徑集,也就可以設法把原來含基礎事故因素較多的最小徑集分為兩個或很多最小徑集。

從以上分析結果來看,X2:工程建設單位手續不齊,X3:沒有落實防火檢查,X4:安全教育不到位,X5:動火作業無安全措施都是對頂上事故影響因素較大的基本事件,也是整個系統中最為薄弱的環節。為降低建筑失火的發生概率,應著重修改完善有關基礎事項?，F有以下預防措施來完善有關基礎事項:

1)對于工程建設單位手續不齊,首先可以加強法律宣傳,一經發現要受到監管部門的懲處和曝光,以督促工程建設單位自覺完善各種手續。其次因為工程建設單位手續不齊開工屢禁不止且原因復雜,用工單位應盡可能選擇資質雄厚實力強的工程建設單位合作。

2)對于防火檢查沒有得到有效落實,可以在管理人員間設立專門職能崗位來責任落實到人,并且加大對失職人員的懲處與曝光。

3)對于安全教育不到位,第一可以設置制度性職工交流學習會,讓施工人員互相談論自己遇到的安全問題和原因,互相督促,加強施工人員的自我安全認知。第二工程健身單位可以從施工人員最關心的晉升、薪酬和待遇方面下手制定安全生產獎懲制度并積極落實。

4)對于動火作業無安全措施,工程建設單位應加強施工人員的培訓與管理。動火作業無安全措施,很大程度上是施工人員的僥幸心理,工程建設單位應當加強安全管理,配備專職警戒人員。

3 結語

1)通過事故樹分析法對高層建筑火災事故的定性分析,使事故發生的原因層次分明、條理清晰的呈現出來。高層建筑火災是在組織因素與個人因素共同影響下發生的,往往個人因素為表層因素,而組織因素為深層因素,一場火災的發生往往是由于個人因素和組織因素等多種原因綜合影響的結果。

2)高層建筑火災事故有其發生、發展和消除的過程,因此是可以預防的。通過結構重要度分析可以找出各個事件的結構重要度,結構重要度越大說明對頂上事件影響程度越大,因此,對于結構重要度高的因素進行影響往往可以起到事半功倍的效果。

3)說明對于高層火災的預防,應重視組織因素的作用,在組織層面預防,不留安全漏洞,在個人層次應安全謹慎,不做違規操作,不存僥幸心理,最大限度將危險消滅在萌芽狀態。