火災安全設計中參數不確定性分析及耦合風險的設計方法研究.pdf

1、在火災安全設計中，通常利用火災動力學模型、探測模型和人員疏散模型來計算得到合理的火災安全設計方案。由于火災動力學和疏散過程的高度復雜性，這些模型的輸入參數往往具有一定的不確定性。對火災安全設計中的參數不確定性進行科學有效地量化對于保證火災安全設計結果的科學性、可信性具有重要意義。在目前的火災安全設計中，經常忽視這些參數的不確定性，將這些參數視為定值或者通過設定安全系數來表示這些不確定性。這樣的處理方法很難對參數不確定性進行有效處理，因而

2、所得到設計結果的準確性和可信性缺乏有效驗證。針對這一問題，本論文提出了定量分析參數不確定性影響的方法以及考慮參數不確定性的火災安全設計方法，主要研究工作與成果如下:
　　 基于拉丁超立方抽樣(LHS)的Monte Carlo模擬建立了分析熱釋放速率不確定性對可用安全疏散時間(ASET)影響的方法。根據t2火假設，分析了火災增長系數和最大熱釋放速率的不確定性，并采用概率方法來表征其不確定性。在分析了確定性火災增長系數和最大熱釋放速

3、率對ASET的影響基礎上，利用基于拉丁超立方抽樣(Latin Hypercube Sampling，LHS)的Monte Carlo模擬分析了當分別考慮火災增長系數和最大熱釋放速率的不確定性時對ASET的影響，最后討論了二者均為不確定性參數時對ASET的影響。此外，本部分還給出了如何利用概率信息如累積概率函數和補充累積概率函數來幫助火災安全設計人員設定合理的火災規(guī)模。
　　 提出了RSET相關計算模型的全局參數敏感性分析方法。為

4、減少參數不確定性分析的計算量并保證計算的精度，需要利用參數敏感性分析方法確定各輸入參數對結果的影響程度。由于RSET計算所涉及模型的復雜性，模型的輸入參數與輸出結果之間往往是非線性的且輸入參數之間的交互作用也會對模型輸出產生影響。因此，傳統的局部參數敏感性分析方法不適合RSET相關計算模型的參數敏感性分析。為此，本研究提出了適用于RSET計算模型的全局參數敏感性分析方法，包括輸入參數不確定性的表征、基于散點圖的初步敏感性分析以及傅里葉譜

5、敏感性測試(Fourier amplitude sensitivity test，FAST)和Sobol指數法的全局參數敏感性分析方法。在給定參數取值范圍和分布的情況下，對感溫探測模型和人員疏散模型進行了全局參數敏感性分析。首先利用散點圖來檢驗輸入參數與輸出結果之間是否存在線性關系?；谏Ⅻc圖的分析結果，利用FAST和Sobol一階指數對感溫探測模型和疏散模型進行了全局參數敏感性分析;以Sobol二階指數為指標定量分析了輸入參數的交互作

6、用對探測時間和疏散時間的影響;通過將某一不確定性參數取做定值時的累積概率曲線與考慮所有參數不確定性時的累積概率曲線比較，驗證了本研究中參數敏感性分析方法的有效性。
　　 在分析了熱釋放速率不確定性對ASET影響的基礎上，提出了一種火災安全設計中火災規(guī)模的定量計算方法。該方法將可接受風險水平的概念引入到了目標失效概率的設定中，在考慮熱釋放速率不確定性的前提下，提出利用可靠性理論和全局優(yōu)化算法來計算不同火災場景下所需要設定的火災規(guī)模

7、。工程算例分析結果表明該方法可以用于火災安全設計中火災規(guī)模的定量計算。
　　 提出了將安全系數與目標失效概率聯系起來的計算方法。由于目前安全系數取值依賴設計人員的主觀判斷且設計人員無法確定所選定的安全系數對應多大的失效概率，在考慮ASET和RSET計算過程中參數不確定性的前提下，將傳統的安全系數概念進行了拓展，提出了隨機安全系數的概念?；陔S機安全系數的概率分布，建立了安全系數與失效概率之間的關系。針對ASET和RSET的概率分