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可持续与防火韧性建筑决策支持框架

期刊:Fire TechnologyDOI:10.1007/s10694-024-01678-7

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该研究的主要作者包括Håkan Frantzich、Margaret McNamee、Erik Kimblad(均来自瑞典隆德大学消防工程系)以及Brian Meacham(来自美国西雅图的Crux Consulting公司)。该研究发表于2025年的《Fire Technology》期刊。

学术背景

随着建筑复杂性的增加,现代建筑不仅需要满足功能性和美学要求,还需兼顾可持续性和消防安全。然而,在追求可持续建筑目标时,某些设计选择可能增加火灾风险,导致两者之间产生冲突。为此,本研究旨在开发一个决策支持框架,帮助设计人员在建筑设计中平衡可持续性和火灾韧性(fire resilience)目标。该框架基于对建筑设计和法规目标的分析,结合风险与决策方法,采用风险指数(risk indexing)和层次分析法(Analytical Hierarchy Process, AHP)来支持设计决策。

研究流程

  1. 框架设计
    研究首先构建了一个名为“可持续与火灾韧性建筑(SAFR-B)”的框架。该框架通过分析建筑设计中可持续性和火灾安全的目标,结合风险与决策方法,确定了设计中的关键属性和策略。框架的核心是通过风险指数和AHP方法对属性和策略进行初始评分和权重分配,这些评分和权重通过德尔菲法(Delphi process)从国际专家中获取。

  2. 概念引入
    研究引入了“可持续与火灾韧性建筑环境(SAFR-BE)”的概念,该概念将可持续性和火灾韧性作为建筑设计的核心目标。框架的应用需要明确系统边界,区分SAFR-B(建筑)、SAFR-I(基础设施)和SAFR-C(社区)等不同层次。

  3. 可持续性与火灾韧性的定义
    研究详细探讨了可持续性和火灾韧性的定义。可持续性方面,研究参考了LEED和BREEAM等绿色建筑认证体系,分析了能源、室内空气质量等关键类别的重要性。火灾韧性方面,研究基于NFPA的火灾安全概念树(Fire Safety Concepts Tree, FSCT),提出了保护生命、财产、业务和环境等四大目标。

  4. 风险框架构建
    研究将可持续性和火灾韧性的风险问题视为决策问题,采用多准则决策方法(MCDM)进行分析。通过AHP方法,研究将复杂的决策问题分解为层次结构,并通过专家评估确定各属性的权重。

  5. 案例研究
    研究将SAFR-B框架应用于一栋多层公寓建筑,通过比较不同设计方案,展示了如何在实际设计中权衡可持续性和火灾韧性。案例研究中,研究对比了三栋建筑:一栋建于1934年的混凝土建筑、一栋现代预制混凝土建筑以及一栋安装了太阳能电池板的现代建筑。研究通过计算各建筑的可持续性指数和火灾韧性指数,评估了不同设计方案的表现。

主要结果

  1. 框架验证
    研究通过案例研究验证了SAFR-B框架的有效性。结果显示,1934年的建筑在可持续性和火灾韧性方面表现最差,而现代建筑在火灾韧性方面表现较好,但安装太阳能电池板的建筑在可持续性方面表现更优,尽管其火灾风险略有增加。

  2. 权重分配
    通过AHP方法,研究确定了各属性在可持续性和火灾韧性中的权重。例如,建筑结构在火灾韧性中的权重为0.123,而在可持续性中的权重为0.128。

  3. 决策支持
    研究展示了如何通过SAFR-B框架为建筑设计提供决策支持。例如,在案例研究中,研究通过比较不同建筑的设计选择,帮助设计人员权衡可持续性和火灾韧性目标。

结论

该研究提出了一个综合性的决策支持框架,帮助设计人员在建筑设计中平衡可持续性和火灾韧性目标。通过案例研究,研究验证了框架的有效性,并展示了如何在实际应用中权衡不同设计选择。该框架为建筑设计提供了一个系统化的工具,能够在满足可持续性目标的同时,确保建筑的火灾安全性。

研究亮点

  1. 创新性框架
    研究首次提出了一个结合可持续性和火灾韧性的决策支持框架,填补了该领域的研究空白。

  2. 多准则决策方法
    研究采用AHP方法,通过专家评估确定各属性的权重,为复杂决策问题提供了系统化的解决方案。

  3. 实际应用验证
    通过案例研究,研究展示了框架在实际设计中的应用价值,为建筑设计提供了具体的指导。

研究价值

该研究不仅具有重要的学术价值,还为建筑设计提供了实际应用工具。通过该框架,设计人员能够在满足可持续性目标的同时,确保建筑的火灾安全性,从而为未来建筑的设计和评估提供了新的思路和方法。

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