基于GIS 的建筑物地震次生火灾危险性模拟

在结构的震害预测中， 一般把房屋的震害等级分为! 类， 即基本完好、 轻微损坏、 中等破坏、 严重破坏和毁坏。表征结
［""］ 构的破坏状态指标一般有以下几种可采用的方法 ：
中 国 安 全 科 学
学
报
第 ", 卷
率划分为几个等级， 如 #& % - #& , 为一个等级。根据建筑危 险等级的划分， 便可以在地图上显示着火危险程度的建筑 物。为采取有效的措施来预防地震火灾的发生提供了依据。 同时还可以统计各个级别建筑物的总量以及所占建筑物总 量的百分比。 按照建筑的着火概率， 建筑着火危险等级可以分为 , 个 等级： 严重危险建筑、 中等危险建筑、 轻微危险建筑以及无危 险建筑。危险等级的范围设置主要是根据计算出来的单栋建 筑的着火概率来进行划分。着火危险等级概率的确定如表 ! 所示， 表中的值是参考建筑物破坏程度的等级概率来确定的。 表 $ 危险等级概率的设置
［:］ 型 。在国外， 惠更斯原理广泛地应用于火灾蔓延过程的模 ［3］ 如 ;&<-9& ， 拟， 同时开发了很多基于 ()* 平台的蔓延模型， ［8］ ［+］
建 （构） 筑物或生命线工程的破坏、 建 （构） 筑物或生命线工程 中的可燃物质及其类别、 着火源或产生燃烧现象的条件等 给出其导致地震次生火灾发生的贡献大小， 综合 8 个方面， （构） 筑物地震次生火灾发生概率的大小。 8 方面因素来计算建 对于一般情况下的常规火灾， 其起火概率主要受两个因 素的控制： 一是可燃物的危险分类级别， 二是环境的消防能 力。一般来说， 可燃物的危险分类级别越高， 其起火概率也就 越大， 而随着消防级别的提高， 可燃物的起火概率则会降低。 对于地震次生火灾来说， 由于地震荷载的直接破坏所引 起的建筑物、 生命线工程等的失效， 往往会引起消防功能的 瘫痪。因此， 在地震次生火灾起火概率分析中， 消防级别已 不再起主要作用。 国内许建东研究了石化企业地震次生火灾的概率， 认为
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学科分类与代码： !"#$"#%# 基金项目： “十五” 国家科技攻关计划项目子专题 （"##&’(!#&’ ) #* ) #& ) #"） 。
【摘 要】 地震次生火灾对人类的危害极大， 大火烧毁了 (() * 万栋房屋， 烧死 $%&’ 年日本关东大地震中，
并在此基础上对建筑物发生地震次生火灾的危险 +) , 万余人。笔者计算了建筑物发生地震次生火灾概率的大小， 性进行了模拟。通过对基于 !"# 的建筑物地震次生火灾危险性模拟， 为预防地震次生火灾的发生提供有力的依 据， 同时为地震次生火灾发生后进行应急救灾提供了有力的支持。
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［3］
［3， B］
， 4%"&C-@A&" 等。这些模型都没有对建
筑物发生地震次生火灾的危险性进行分析。 笔者在总结前人经验的基础上， 对震后城市中建筑物的 火灾危险性模拟， 可能的着火点模拟、 火灾蔓延范围的模拟、 以及火灾蔓延过程的动态模拟进行了研究， 并开发了基于
历史经验表造成巨大的危害。当今城市化程度提高， 人口集中， 居家集中， 生命线集中， 如果发生地震次生火灾， 则会造成严重的后果。特别是在一些中小城市的老城区， 建 筑物的主要结构是砖木结构， 一旦发生火灾， 则可能发生 “火
第十二期 谢旭 阳 等： 基 于 ()* 的 建 筑 物 地 震 次 生 火 灾 危 险 性 模 拟 ・ 03 ・ " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 在地震发生前， 如果了解建筑物发生火灾的危险性， 就 可以采取有效的措施来预防火灾的发生。在地震次生火灾 发生后， 通过模拟建筑物的危险性， 可以了解最有可能发生 火灾的地点， 以便于以最快的速度赶到现场进行救灾， 使火 灾尽可能在初期得到控制。 国际上关于地震次生火灾的模拟模型报导比较少。中 国地震局地质研究所的许建东等结合传统的火焰蔓延数果 学模型， 在 !"#$%&’ 平台上开发了一个基于 ()* 的城市地震 次生火灾蔓延模型 。日本的 ,-.-/-（0123） 通过对日本建 筑的调查， 开发了一个城市火灾蔓延模型。在该模型的基础 上， 美国紧急事务管理局开发了一个基于 ()* 的地震次生火 （ 包含在 ,!67*11 中） 。该类模型主要对 灾蔓延模型 445 地震发生次生火灾后的结果进行了模拟， 但对于建筑物发生 地震次生火灾的危险性没有进行研究。 在国外， 也有人用森林火灾模型来模拟城市火灾的蔓延 过程。森林火灾蔓延过程研究取得了很多成果， 国内外有许 多基于 ()* 的蔓延模拟模型。在国内， 中国科技大学做了大 量研究 工 作， 并 在 !"#9%&’ 平 台 上 开 发 了 森 林 火 灾 蔓 延 模
［2， D］ 。地震次生火灾危险 ()* 的地震次生火灾蔓延模拟系统
（ #%& ）’ ! （ (）) ! （ *" + (）) ! （ ,% ）) ! （ -） （+） ! 式中， （ (） 为建筑物中有无可燃物的概率。根据建筑物有无 ! 可燃物， （ (） 可以取 G， 有可燃物时取 0， 无可燃物取为 G。 ! 0， （ *" + (） 为可燃物的可燃性对产生地震次生火灾影响 ! 的概率。可燃物的可燃性包括建筑物中可燃物的可燃性及 建筑物本身的可燃性， 这里依据不同情况分为六种类别， 并 给出其对产生火灾影响的概率， 每一种大类又分为两个小 类， 对不同类别可按表 0 对 ! （ *" + (） 进行取值。
［$］ 在横滨烧毁的房屋占总户数的,QW 以上 。 *QW ，
& 前 言
许多因素都影响地震次生火灾的严重程度， 例如， 起火 点、 燃料的类型以及密度、 天气状况、 防灭火系统的完好性以 及消防队的灭火能力等方面因素， 但地震往往伴随着次生火 灾的发生， 火灾会造成巨大的危害， 造成的损失往往比地震 直接造成的损失还大。 在 $%&’ 年 % 月 $ 日， 日本关东地区发生了一次U) ’ 级的 地震， 关东地区是日本工业和人口最集中的地方。 横滨距震中 ,Q 公里， 全市 $ V + 房屋倒塌， &QQ 多处同时 起火。起初火势并不大， 但因消防设备和自来水管网被震坏 而无法扑救火灾， 使横滨市被火烧掉 ( V + 的房屋， 在死亡和 失踪的$( 万人中， 有$Q 万多人死于火灾。
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阀门等原因， 东京的消防队虽未受损 $’, 处同时起火。当时， 失， 但自来水管全部震坏， 水源断绝， 许多地方房倒地陷， 消 防车不能通过， 只能从水沟中抽水救火， 但无济于事。大火 烧了三天两夜， 东京市烧掉了 & V ’ 的房屋。在市内一家被服 厂内就烧死(( Q’Q 人， 在震后两天里烧毁面积达到’ U’Q A1& 。 据统计， 该地震火灾中烧毁 (() * 万栋房屋， 烧死 +) , 万余人， 而震倒的房屋为 $’ 万 栋。在东京烧毁的房屋 占 总 户 数 的
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科 学 #F.>7F>
学 报 X62=743
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谢旭阳
高级工程师
刘铁民 任爱珠
研究员 教授
张兴凯
教授
（国家安全生产监督管理局安全科学技术研究中心） （清华大学土木工程系防灾减灾工程研究所）
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