模糊数学方法在XPS产品风险评估中的应用研究

王建 祝贵军 何重昆

摘要：科学合理的XPS火灾灾害风险评估能有效指导防火减灾工作，不过目前XPS风险评估体系尚不完善，在某些时候不能真实地评价项目的火灾灾害风险，比如在评估大型住宅小区、大面积的厂房等时，现有的评估结果不能准确地反映客观风险。本文在深入研究XPS使用范围及特点的基础上，通过评价指标选择，首次以模糊数学理论为工具对产品伤害发生的可能性分量进行分析计算，评估了伤害发生的严重程度，最终评价出XPS产品的风险等级。

关键词：XPS; 模糊数学; 风险等级

1   引言

2017年4月住建部公布建筑业发展“十三五”规划，明确提出建筑节能及绿色建筑的发展目标。提倡大力发展绿色建筑，从使用材料、工艺等方面促进建筑的绿色建造、品质升级。在建筑节能方面，围护结构的节能贡献能达到40%～65%，作为绿色新型材料的外保温材料挤塑聚苯乙烯泡沫塑料XPS（以下简称XPS）目前应用最为广泛。

XPS以其优越的保温性、强度以及透气性被广大建筑所采用，然而由于XPS产品是一类新型的有机保温材料，其本质属于可燃性建筑材料，使用这类型有机材料的火灾事故发生概率比使用其他材料的高。2009年央视大火及2011年沈阳皇朝万鑫酒店大火都是由于火源引燃了建筑外墙材料持续燃烧，造成了严重的后果。

笔者从风险评估的角度利用模糊数学对国内生产、流通和使用领域中XPS的燃烧性能质量状况进行一次全面的风险评估，为实现XPS质量风险的早发现、早预警、早处置打下基础，对预防火灾发生是十分必要的。

2   风险项目选择

本文主要以了解产品的燃烧性能，分析其所带来的潜在的火灾风险。根据前期调研情况，最终从燃烧性能评定方面选取燃烧增长速率指数FIGRA0.4MJ，火焰横向蔓延长度，600s的总放热量，可燃性以及氧指数作为本次风险监测的监测对象，按照燃烧性能等级B1级判定条件进行判定。

3   风险评估方法构建

3.1  发生伤害的严重性及可能性

绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）属于有机保温材料，相对于无机保温材料其防火等级低、安全性差，存在着较大的火灾危险性，主要体现在以下几个方面：

（1）未经阻燃处理的XPS时属于可燃材料，具有燃点低、燃烧速度快、释放热量高等特点，在施工过程中电焊的火星、电路漏电以及建筑旁边燃放烟花等均可点燃XPS材料从而引起火灾事故。

（2）经过合格的阻燃处理后的XPS也只能达到“难燃”材料的要求。倘若在空气中遇明火、高温作用下，如果得不到及时控制，明火、高温等一直起作用，XPS也会一直燃烧，造成事故。

（3）XPS一般作为外立面保温材料，它包裹着建筑物，跨越了建筑平面防火分区的限制，并且由于XPS施工墙体与板之间的空气通道，容易形成烟囱效应，从而使火迅速蔓延至整栋楼。

（4）释放大量有毒有害气体。在生产XPS过程中会加入发泡剂、阻燃剂等添加剂。当其处在大火等高温环境中，XPS由于熔点低会首先受热变软收缩，然后在高温的进一步作用下XPS树脂材料会不断受热气化，遇火遇热会碳化放出黑烟并发生燃烧现象，而在这一融化、气化和燃烧的过程中会不断放出大量有毒有害气体和烟雾。美国的统计资料表明，因吸入毒性气体而窒息死亡的人数占死亡总人数的75%左右。引起这种现象的原因，一是由于烟气本身的化学成分对人体造成较大的危害，二是由于烟气的产生和移动速度很快（通常都比焰的传播速度快得多）。

3.2  评判依据

当XPS在不同建筑、不同部位使用时燃烧性能达到B1级及以上级别时大部分情况均能满足国家相关标准与规范要求，即认为当产品燃烧性能达到B1级及以上时，发生火灾时产品带来的风险属于国家认可的可容许范围，本次风险监测将燃烧性能达到B1级及以上级别产品风险等级划分为可容忍风险，火灾危害程度低，较难发生火灾。当XPS在不同建筑，不同部位使用时燃烧性能低于B2级别时，大部分情况均不能满足国家相关标准与规范要求，也就是说国家评定当这些部位使用燃烧性能低于B2级别的产品时，发生火灾时不能满足阻止火灾扩大的需求，而是极易使火灾蔓延，火势增大，发生火灾时的风险非常大，带来极大的火灾隐患和危害后果，产品风险等级属于严重风险。检测结果可根据GB 8624-2012标准进行符合性判定，同时根据风险监测判定结果，采用模糊数学隶属函数理论进行风险分析和度量。

4   风险评估

该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评论转化为定量评价。其特征是，对评价因素进行相互比较，以评价因素最优的为评价基准，评价值为1，其余欠优的评价因素依据欠优的程度得到相应的评价值。结合XPS产品的实际使用情况，具体步骤如下：

通過模糊数学隶属函数理论对XPS进行风险分析和度量。

（1）建立评判XPS的因素集。

（2）建立评判集。V={可容忍风险，低风险，中风险，严重风险}

（3）建立单因素评判。

（4）确定权重。由于对U中各因素有不同的侧重，需要对每个因素赋予不同的权重，它可表示为U上的一个模糊子集，并且规定            依据“德尔菲法”的基本原理，选择18位省级以上防火检测相关单位的专家，采取独立填表选取权数的形式，进行指标重要度赋值。采用统计学方法，对专家赋值结果的内在逻辑性进行检验，判断专家赋值的一致性，当出现专家赋值结果不满足一致性检验的情况下，计算人员与对应专家取得联系，沟通核实未通过一致性检验的指标项打分，直到通过一致性检验。然后将评价关系矩阵进行归一化处理后，可以得到该指标的权重计算结果。

考虑到产品需要5个指标同时达到B1级时产品达到可容忍风险，而只需要一个指标达到较严重程度就达到严重风险，因此建立了可变权重数学计算模型：

（5）综合评判。则U的评价结果以其对风险等级V的隶属度向量来表示，按照模糊数学中的模糊算子合成得到

（6）将每组样品的向量B进行求和平均得到该批次样品的平均情况。

（7） 构建风险等级向量             ，

（8）通过将50组样品实验结果按照上述模糊数学处理方法进行处理，得到XPS产品50组样品综合结果：

5   结语

笔者通过风险项目选择、方法构建、风险评估几个步骤，利用模糊数学的方法，对XPS产品进行了风险分析评估得到如下结论：

（1）在燃烧速率增长指数FIGRA0.4MJ、火焰横向蔓延长度、600s内总放热量THR 、可燃性、氧指数5个项目均有不合格现象，存在不同程度的风险。

（2）总体风险监测综合评判指数Y为2.8，属于中风险。整体情况显示在火灾发生时具有较大的火灾危害性。

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