基于模型和模糊专家系统的建筑物火灾智能评估系统研究

The theory and technology of building fire risk assessment is not only the foundation of building performance-based design, but also the basis of fire management and fire emergency decision making. In this study, probabilistic risk analysis method of system safety was applied in evaluating the fire risk and risk zoning of buildings to determine the risk level of each district; The CFD fire model was applied in analyzing the fire risk of different grades to determine the value of fire risk variables in different fire rating areas, which was convenient for fire managers to take preventive measures; The theory of expert system and fuzzy system was applied to establish an intelligent assessment system for fire risk; This system, which combines the value of the fire hazard variable with the expert knowledge to obtain the evaluation results and preventive measures of the fire risk, predicts and manages the risk of building fire, provides basic data and theory for performance-based fire protection design，simultaneously, provides technical support for the establishment and implementation of building fire emergency plan.

建筑物火灾风险的评估理论与技术既是建筑物性能化设计的基础，同时也是消防管理和火灾应急决策的依据，本研究应用系统安全的概率风险分析方法，对建筑物的火灾风险性进行评估和危险分区，以确定各区的风险等级；应用CFD火灾模型对不同等级的区域进行火灾危险性分析，确定不同火灾等级区域中火灾危险变量的值，便于消防管理人员采取预防措施；应用专家系统和模糊系统的理论，建立火灾风险智能评估系统；此系统把火灾危险变量值和专家知识进行模糊耦合，得出火灾风险的评价结果和预防措施。以便对建筑物火灾风险进行评估和管理，为性能化防火设计提供基础数据和理论，为建筑物火灾应急预案的制定和实施提供技术支持。

火灾是人类所面临的最严重的灾害之一。灾害损失的统计表明：在众多灾害中，火灾的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频率则在各种灾害之首。项目基于建筑物火灾风险的特点，影响因素的复杂性，采用系统理论、模糊理论、火灾模型、贝叶斯网络理论、BP神经网络、最小二乘支持向量机（LSSVM）、D-S证据理论、专家系统等理论与方法进行了研究。利用PyroSim火灾动力学软件建立了建筑物火灾模型，并对建筑物内火灾发生时产生的特征参量进行了仿真研究和分析，最终选取了温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度这三种特征数据来表征建筑物火灾的情况；利用数据融合技术，结合火灾发展的整个过程，以BP神经网络、最小支持向量机（LSSVM）等智能算法作为基础，研究了一种基于多特征量数据融合的早期火灾预警算法，利用LabVIEW软件设计开发了多特征量数据融合火灾预警软件平台。基于火灾发展主线和人员疏散主线，建立了“双主线”火灾风险评估模型，采用模糊层次法，计算了其中的权重，通过贝叶斯网络模型，计算“双主线”各节点的火灾风险值，量化大型城市综合体总火灾风险；通过专家系统的设计、知识框架的建立、知识的模糊化处理以及推理规则的建立等过程构造出专家系统模型。利用 Matlab 模糊工具箱和 C#高级语言混合编程开发实现了专家系统的模糊推理和预警决策，开发了模糊与模型火灾专家系统。研究成果对消防性能化的优化设计和建筑物火灾的风险评估、可靠性分析和应急管理有重要的理论价值和推广应用价值。