消防安全评估

译者前言
随着我国社会经济的快速发展，各种建筑物大量建成，建筑高度不断攀升，体量跨度越来越大，结构功能更加复杂，消防安全问题突出，火灾防范和扑救难度极大。消防安全评估能够依据火灾的发生、发展规律及控制原理，对火灾危险性进行定性、定量评估，并可根据评估结果制定消防安全措施，对有效控制火灾事故的发生和保护人员生命及财产安全具有重要的指导意义。
本书的作者在20世纪70年代就开始发表有关消防安全评估的文章，讲授有关消防安全评估的方法和知识，具有深厚的理论功底和丰富的工程经验，是著名的消防安全评估专家。本书是一本难得的、较为全面地介绍消防安全评估原理、方法，特别是消防安全评估技术的专著，其内容汇集了与消防安全评估密切相关的数据、信息和技术。因此，本书不仅是学生的一本重要的参考书，而且是消防安全评估工程师的有效工具，很值得从事消防安全评估与咨询、消防安全检查与管理、消防救援以及火灾保险等相关人员参阅。
本书的翻译是一项较为艰辛的工作。原著是由不同的作者编纂的，因此相关的物理量符号描述也各不相同，出于尊重原著的原则，我们也沿用原著的符号，只是对于一些时间的描述进行了改进，同时在译著中给予了说明。一些名词术语，也尽可能地翻译成符合国内标准规范的学术用语。总的来说，译者期望以忠实原著的原则，为读者提供一本易于阅读理解的消防安全评估译著。
本书由吴立志、杨玉胜、李思成、辛晶、陈海涛、许明珠翻译，其中第1章～第4章由许明珠翻译，第5章、第6章由吴立志翻译，第7章～第9章由辛晶翻译，第10章、第13章由陈海涛翻译，第11章、第12章由李思成翻译，第14章～第17章由杨玉胜翻译。全书由吴立志、杨玉胜负责技术审译，此外，朱泽峰、郭世刚、布远征、陈悦、康可霖和吕长城参与了本书的校对、编排工作。全书由杨隽主审。
由于译者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评和指正。

译者
2020年9月


前言
David Rasbash在20世纪70年代就开始发表有关消防安全评估的文章，教授有关消防安全评估的方法和知识。后来，他自己和其他人对消防安全评估领域的贡献和积累达到了可以编撰教科书的阶段。David的同事设法说服他，认为他是编撰这本书的理想人选。在达成协议之后，他编写了这本书的大纲，并邀请了‘Ram’Ramachandran、Baldev Kandola和Jack Watts参与编写了其中诸多章节。在他生病的最后阶段，David无法完成任务，他很高兴接受Margaret Law接管并完成该书的建议。Margaret编写了David未完成的章节，并向其他作者咨询其工作中遇到的任何棘手问题。她发现这个过程虽然辛苦但是却很有意义。
当然，消防安全评估的工程方法不是一个新课题。然而，本书之“新”就在于它汇集了与消防安全评估特别相关的数据、信息和技术。作者希望本书不仅能为学生们提供帮助，同时能够成为安全评估工程师们手中的有效工具。

消防安全评估是实施消防安全的一种有效手段，受到广大消防安全工作者的广泛关注。本书基于对消防安全评估的实际需求，从消防安全问题概述、消防安全的量化和消防安全的确定方法三个方面深刻阐述了消防安全和消防安全评估中的一系列问题。本书内容全面翔实，案例生动丰富，分析深刻到位，方法科学有效。
本书是消防安全工程专业人员、防损专业人员、保险公司技术人员以及从事火灾科学研究人员的必备图书，也是消防安全管理人员、建筑设计师、流程工业工程师、安全从业人员和风险评估顾问等学者和管理人员的必备参考资料。

第1篇 消防安全问题概述001
1社区消防安全002
1.1火灾隐患的性质002
1.2火灾隐患和其他隐患之间的关系002
1.3主要的火灾隐患区003
1.4消防总费用003
1.5消防安全的规范性和功能性方法004
1.6本书的目的和概要005
1.7专业术语定义005
符号说明007
参考文献008

2消防安全系统009
2.1消防安全的基本问题009
2.2消防安全的目标009
2.3消防安全设计的步骤011
2.4消防安全数据的来源014
2.5子系统015
2.5.1火灾发生与火灾预防系统015
2.5.2火灾发展与火灾控制系统016
2.5.3有害影响016
2.5.4直接损失017
2.5.5间接影响017
2.5.6消防安全设计与管理018
2.6消防安全工程的作用018
2.7消防安全定量评估方法019
2.8其他系统方法023
2.9风险管理024
2.10权衡、等价、成本-效益与成本效率026
2.11怎样的安全是“足够的安全”028
符号说明029
参考文献030

3重大火灾爆炸事故综述031
3.1引言031
3.2突发与快速发展的重大建筑火灾031
3.2.11973年马恩岛Summerland休闲中心火灾031
3.2.21981年都柏林Stardust舞蹈俱乐部火灾033
3.2.31987年伦敦国王十字地铁站火灾034
3.2.41985年布拉德福德市足球场火灾035
3.2.51988年洛杉矶洲际银行火灾036
3.2.61986年波多黎各杜邦广场酒店火灾039
3.3烟气蔓延为主要危险因素的火灾043
3.3.11977年肯塔基的比弗利山庄超级俱乐部火灾043
3.3.21974年诺丁汉郡费尔菲尔德之家火灾045
3.4包含爆炸的火灾046
3.4.11979年爱尔兰MV Betelgeuse油轮火灾046
3.4.21968年伦敦罗南角火灾048
3.4.31988年北海Piper Alpha海洋石油平台火灾050
参考文献052

4政府和私人组织对消防安全的要求053
4.1引言053
4.2美国法规标准053
4.2.1规范和标准054
4.2.2规范和标准的共识054
4.2.3现有规范的局限性055
4.2.4规范的采用和强制执行055
4.3美国国家消防协会(NFPA)056
4.3.1NFPA规范和标准的颁布过程056
4.3.2执行过程057
4.3.3人员安全规范057
4.3.4NFPA建筑规范058
4.4建筑模型和消防规范058
4.4.1推荐性规范的起草单位058
4.4.2国际规范委员会(ICC)059
4.5其他非营利组织059
4.5.1产品标准和测试059
4.5.2保险商实验室060
4.5.3消防工程师协会060
4.5.4保险组织060
4.6美国联邦机构061
4.6.1工作场所消防安全061
4.6.2消费产品062
4.6.3交通运输062
4.6.4非规范组织062
4.7加拿大规范063
4.7.1国家研究委员会063
4.7.2加拿大建筑规范与消防规范委员会063
4.7.3基于目标的规范064
4.7.4建筑结构研究所065
4.7.5加拿大标准065
4.8英国规范066
4.8.1建筑066
4.8.2工业和工艺危险067
4.8.3商品消防安全067
4.8.4交通运输068
4.8.5消防安全监督和检查069
参考文献069

第2篇 消防安全的量化073
5物理数据074
5.1引言074
5.2燃烧与点燃075
5.2.1燃烧机理075
5.2.2液体和固体有焰燃烧的特性075
5.2.3点燃078
5.2.4点火源的辨识和能量080
5.3火灾蔓延081
5.3.1火焰的热辐射081
5.3.2火焰的对流085
5.3.3火焰热传导的测量086
5.3.4热烟气层的热辐射088
5.3.5热气层的对流088
5.3.6沿着表面的火焰蔓延090
5.4有利于火焰快速蔓延的环境091
5.5建筑物内的突发大规模燃烧091
5.6流程工业火灾中的突发大规模燃烧093
5.7烟气和有毒气体的产生和运动094
5.8建筑内闪燃后火灾097
5.9火焰与建筑结构之间的相互作用098
5.10防烟101
5.11火灾探测102
5.12灭火103
5.13火灾与人员之间的相互关系104
5.14爆炸105
5.15消防安全设计中的火灾场景106
符号说明108
参考文献110

6统计数据的来源115
6.1引言115
6.2消防部门和消防队116
6.2.1英国116
6.2.2美国117
6.2.3日本119
6.2.4其他国家119
6.3保险组织和消防协会120
6.3.1英国120
6.3.2美国121
6.3.3其他国家122
6.4特殊数据库122
6.4.1英国122
6.4.2美国123
6.4.3国际124
6.5其他数据来源124
6.5.1小型数据库124
6.5.2研究机构125
6.6辅助统计数据库126
6.6.1人口数据126
6.6.2建筑物数据126
6.6.3经济数据127
6.6.4其他辅助统计数据127
6.6.5国际数据源128
6.7讨论128
6.7.1统计数据的使用128
6.7.2统计数据使用的局限性128
6.7.3国家火灾统计数据的不足129
6.7.4国际统计数据的比较130
缩略语131
参考文献132

7火灾的发生与发展133
7.1引言133
7.2概率方法134
7.3火灾发生的概率134
7.4火灾的可能损失137
7.5火灾蔓延的程度140
7.6火灾增长速率141
7.7火灾的严重程度145
7.8特殊因素146
符号说明148
参考文献149

8人员伤亡151
8.1引言151
8.2火灾中人员伤亡特征151
8.3人员伤亡的位置153
8.4人员伤亡的根本原因154
8.5最先燃烧的物质155
8.6每起火灾中人员死亡率155
8.7时间因素157
8.8疏散模型158
8.9多人死亡的火灾160
8.10人员生命风险的其他度量方法163
8.11美国的评估方法165
符号说明167
参考文献167

9财产损失169
9.1引言169
9.2概率分布169
9.3极值理论174
9.3.1简介174
9.3.2极值序列分布174
9.3.3极值序列参数的估计174
9.3.4较大火灾损失的特征176
9.3.5重现期178
9.3.6平均损失和总损失179
9.4多元回归183
附录极值序列统计的性质184
9A.1基本性质184
9A.2极值序列参数的估计185
9A.3样本数量的变化186
符号说明186
参考文献188

10消防安全措施的实施189
10.1引言189
10.2防火措施189
10.2.1简介189
10.2.2住宅火灾——逐户查访190
10.2.3厨房油锅火灾——电视广告190
10.2.4大空间火灾——电视广告192
10.3自动探测器194
10.3.1实施194
10.3.2有效性——财产保护195
10.3.3有效性——人员生命保护198
10.3.4可靠性199
10.3.5可寻址系统200
10.3.6误报200
10.4水喷淋202
10.4.1实施202
10.4.2有效性——保护财产204
10.4.3有效性——人员生命保护205
10.5建筑（被动）防火系统206
10.5.1阻燃206
10.5.2防火分区209
10.5.3逃生设施210
10.5.4防火门211
10.6其他消防设施的有效性212
10.6.1灭火器212
10.6.2通风系统212
10.7相互作用213
10.7.1自动探测与消防队213
10.7.2喷淋设施与消防队214
10.7.3喷淋设施与结构防火系统214
10.7.4喷淋设施与通风系统215
符号说明215
参考文献217

第3篇 消防安全的确定方法219
11消防安全的确定性模型220
11.1引言220
11.2室内火灾模型220
11.2.1区域模型的理论和概念221
11.3室内火灾动力学223
11.3.1热释放223
11.3.2热量产生流动224
11.3.3分层225
11.3.4混合227
11.3.5表面热传导和质量损失229
11.3.6开口的热流动230
11.4轰燃前室内火灾的区域模型233
11.4.1质量和能量守恒233
11.4.2热层234
11.4.3火焰与燃烧物质源项235
11.4.4火羽源项238
11.4.5热层源项239
11.4.6热传导源项241
11.4.7对流热通量源项241
11.4.8辐射热通量源项241
11.4.9通过垂直通风口的流动的源项241
11.4.10燃烧产物源项246
11.5轰燃后火灾的单区模拟249
11.5.1理论模型249
11.5.2数值解过程假设253
11.6室内火灾场模型253
11.6.1场模型的理论与概念255
11.6.2求解方法258
11.7疏散模型259
11.7.1EXITT疏散模型262
11.7.2EGRESS疏散模型263
11.7.3Simulex疏散模型264
符号说明265
参考文献272

12模型验证275
12.1引言275
12.2区域模型的验证275
12.3Harvard Ⅴ（FIRST）区域模型276
12.3.1实验设计276
12.3.2火源277
12.3.3测量方法277
12.3.4结果的比较277
12.4Harvard Ⅵ区域模型280
12.4.1实验设计280
12.4.2火源280
12.4.3测量方法280
12.4.4结果的讨论280
12.4.5结论283
12.5FAST区域模型283
12.5.1实验设计284
12.5.2结果的比较284
12.5.3有关FAST模型的另一个验证285
12.6CFAST模型287
12.6.1CFAST模型验证287
12.6.2结果的讨论287
12.7FAST和Harvard Ⅵ模型289
12.7.1实验设计289
12.7.2结果的讨论289
12.8场模型的验证291
12.9JASMINE场模型292
12.9.1具有自然通风的室内火灾292
12.9.2具有强制通风的室内火灾294
12.9.3有限制和无限制天花板的顶棚射流296
12.9.4隧道火灾298
12.10CFDS-FLOW3D场模型301
12.10.1有自然通风的单室火灾301
12.10.2有自然通风的多室火灾304
12.10.3大空间火灾306
12.11关于区域模型和场模型验证的结论308
符号说明308
参考文献309

13单指标分数系统310
13.1引言310
13.2概念310
13.2.1防护能力311
13.2.2启发式模型312
13.2.3多属性评估312
13.2.4应用312
13.3典型分数系统313
13.3.1Gretener方法313
13.3.2道化学火灾爆炸指数314
13.3.3消防安全评估系统（FSES）314
13.3.4多属性评估实例316
13.4多属性评估318
13.4.1属性319
13.4.2属性的权重321
13.4.3属性评级322
13.4.4评分方法327
13.5准则328
13.6总结330
术语330
符号说明331
参考文献332

14逻辑树335
14.1引言335
14.2消防安全管理335
14.3逻辑树336
14.4决策树337
14.5事件树338
14.6事故树340
参考文献341

15火灾风险的随机模型342
15.1引言342
15.2一般模型342
15.3马尔科夫模型343
15.3.1数学表示343
15.3.2马尔科夫链344
15.3.3马尔科夫过程345
15.4状态转移模型——单个房间内的火灾蔓延346
15.5状态转移模型——房间之间的火灾蔓延349
15.6网络模型350
15.6.1Elms和Buchanan模型350
15.6.2Platt模型352
15.6.3Ling和Williamson模型353
15.7随机行走模型355
15.8渗流过程模型357
15.9流行病学理论358
致谢359
符号说明359
参考文献360

16消防安全概念树及其衍生方法362
16.1引言362
16.2消防安全概念树362
16.2.1概念树的结构362
16.2.2概念树的应用364
16.3面向目标系统方法（GSA）365
16.3.1面向目标系统方法的构成366
16.3.2定量描述367
16.3.3GSA方法的局限性370
16.3.4GSA方法的小结371
16.4改进方法371
16.4.1火灾蔓延的假设371
16.4.2应力-强度模型372
16.4.3概率分布374
16.4.4改进的方法375
16.4.5例子377
16.4.6改进方法的局限性378
16.4.7改进方法的小结379
16.5WPI工程方法379
16.5.1WPI工程方法的框架379
16.5.2事件树381
16.5.3量化381
16.5.4WPI工程方法的局限性382
16.5.5WPI工程方法小结383
参考文献383

17流程工业的消防安全评估384
17.1引言384
17.2控制重大危险源的法规384
17.3流程工业的指数评估系统386
17.3.1道化学火灾爆炸指数评估法386
17.3.2蒙德火灾、爆炸和毒性指数评估法387
17.4年均损失比例388
17.5危险与可操作性研究（HAZOP）389
17.6失效模式与影响分析（FMEA）389
17.6.1失效模式效果与危险程度分析（FMECA）390
17.6.2消防系统的可靠性391
17.7本质安全392
17.8新建工厂的安全设计392
17.9流程工业的逻辑树分析案例393
参考文献393

索引394