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消防安全工程第1部分：计算方法的评估、验证和确认GBT 31593.1-2015PDF文本

1CS13.220.01C80GB中华人民共和国国家标准GB/T31593.1-2015消防安全工程第1部分：计算方法的评估、验证和确认UFire safety engineering-Part 1:Assessment,verification and validation of calculation methods(ISO 16730:2008,Fire safety engineering-Assessment,verification and validation of calculation methods,MOD)2015-06-02发布2015-08-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015目次前言引言…1范围………2规范性引用文件…………3术语和定义…4计算书要求………………35计算方法…6用于确认计算方法的参考数据要求……“…11附录A(资料性附录)本部分章条编号与1S016730:2008的章条编号对照…12附录B(规范性附录)计算方法的验证与确认程序………13附录C(资料性附录)测量数据的不确定度……………15出形（鞋性附艺琴容秀……17一附最玉（资胜谢录秋件质撞钾价法……23参考文献…………0……27理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015前言GB/T31593(消防安全工程)分为以下九个部分：一第1部分：计算方法的评估，验证和确认：—第2部分：所需数据类型与信息：一第3部分：火灾风险评估指南：第4部分：设定火灾场景和设定火灾的选择，第5部分：火羽流的计算要求；第6部分：烟气层的计算要求：第7部分：顶橱射流的计算要求；第8部分：开气流的计算要求：第9部分：人员疏散评估指南，本部分为GB/T31593的第1部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草，本部分使用重新起草法修改采用1S016730:2008(消防安全工程计算方法的评估、验证和确认)，本部分与1S016730:2008相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本部分与1S016730:2008的章条编号对照一览表。典高健2罩0我术，祝集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：。用GB/T5907(所有部分)代替了1S013943(见第3章)：·增加引用了GB/T31593.3(见B.3.3):。增加引用了GB/T31593.5~GB/T31593.8(见4.2.8)一删除了国际标准第3章中3.9、3.10、3.14、3.16、3.17、3.20、3.21、3.22等通用术语和定义，本部分还做了下列编辑性修改：副除了国际标准的前言，重新起草了前言：修改了国际标准的引言，将其作为本部分的引言：将国际标准的“本标准”一词改为“GB/T31593的本部分”或“本部分”，将国际标准第4章、第5章、第6章等章中内容较长的段进行分条处理：增加了资料性附录A,给出了本部分与国际标准的章条编号对照情况：将国际标准5.1的部分内容调整为附录B:将国际标准的附录B调整为本部分的附录D,并拆分为D.1和D,2:将国际标准的某些标点符号修改为符合汉语习惯的标点符号本部分由中华人民共和国公安部提出，本部分由全国清防标准化技术委员会筑消防安全工程分技术委员会(SAC/TC113/SC13)归，本部分负责起草单位：公安部天津消防研究所、中国科学技术大学、公安部四川消防研究所、中国筑科学研究院本部分主要起草人：陆守香、汪金辉、姚松经、韩伟平、阙强、智会强，张玉资、毕少颖、胡忠日、张向阳、梅秀娟、汪箭、宋卫国、庄磊、郭歌。理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015引言消防安全工程的工作目标是利用相关计算方法预测火灾的发生、发展趋势及后果，评估消防安全措施是否能够有效减轻火灾对人员、筑和环境的危害，为实现可接受的消防安全水平提供技术依据。计算方法的可信度需要经过评估、验证和确认。为检验所选择的计算方法是否具有足够的准确性，需要制定技术评判标准，供计算方法的开发者、使用者以及相关技术人员使用。计算方法的使用者及需要接受其结果的任何有关各方，要确保计算方法能够足够准确地预测火灾的发展过程及后果。因此，计算方法的数学准确度和模拟火灾现象的能力俗要得到可靠验证，计算方法的准确度没有固定要求，而是取决于其应用对象的实际需求，并不要求所有的计算方法都具有很高的准确度，但要明确其误差、不确定性及适用范围，本部分重点关注计算方法的准确度，但易用性，相关性、完整性等指标也是选择计算方法时需要考虑的因素，计算方法的适用性评估需要采用质量保证方法，本部分概述了立相关质量特征指标的原则。本部分适合以下各方使用：)从事计算方法开发活动（包括需求分析，结构设计及测试等）的个人或组织：b)负责维护、提供计算模型以及评价计算模型质量的个人或组织：翘无艺J?)负责评估方法和工具应用评审或认证工作的认证组织/官方机构：)从事计算方法应用培训的个人或组织。理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015消防安全工程第1部分：计算方法的评估、验证和确认1范围GB/T31593的本部分为消防安全工程计算方法的评估、验证和确认过程提供了实施框架，其中包括如下内容：a)验证方法，即验证给出的方程和计算方法的正确性：b)确认方法，即确认所用计算方法是否可以解决现有问题：?)计算方法文件的编制要求，)数据要求（与数据有出入的预测结果要进行检验），本部分适用于解析模型计算方法和复杂数值模型计算方法的评估、验证和确认，2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新板本（包括所有的修改单）适用于本文件：曲进塑7所有篩云消词以J?J.NEGB/T31592消防安全工程总则(GB/T31592-2015,1S023932:2009,M0D)GB/T31593.3消防安全工程第3部分：火灾风险评估指南(GB/T31593.3-2015,IS0/TS16732:2005,MOD)GB/T31593.5消防安全工程第5部分：火羽流的计算要求(GB/T31593.5-2015,IS016734:2006,MODGB/T31593.6消防安全工程第6部分：烟气层的计算要求(GB/T31593.6一2015，IS016735:2006,MOD)GB/T31593.7消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求(GB/T31593.7-2015,1S016736:2006,MOD)GB/T31593.8消防安全工程第8部分：开气流的计算要求(GB/T31593.8一2015，IS016737:2006,M0D)3术语和定义GB/T5907和GB/T31592界定的以及下列术语和定义适用于本文件.3.1准确度accuracy测量结果、估计值等与实际真值之间的接近程度。注：在本部分中，确定数值准确度（或数学准确度）是计算方法（如计算机火灾模型）验证的内容之一，准确度可用模型计算结果的不确定度来表示，3.2评估assessment为确定所选计算方法反映现实情况的精确程度，使用户了解计算方法的概念性描述及其数值解的興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015精确程度，通过验证和确认来评价计算方法适用性的过程。注：计算方法适用性评估的关健过程是验证和确认。3.3计算方法calculation method用于预测火灾相关现象的数学程序。注：计算方法可以表述目标特性或火灾行为，也可以表述人员行为：在形式上可以是概率性的，也可以是确定性的：计算方法既可以是简明的数学公式，也可以是复杂的计算机模型。3.4校准calibration调整计算模型的模拟参数使其与试验数据一致的过程3.5计算机模型computer[ized]mode实现概念模型的计算机程序，3.6概念模型conceptual model利用各种信息、某拟数据及数学方程等工具对物理系统或物理过程所做的概盒性描，3.7默认值default value在系统或用户没有重新设置情况下，由程序白动生成的标准设或状态曲南定性被s球0视在输人值同的情况下，每可得到相结果并以数学方程为基汗算方法3.9火灾模型fire model与火灾发展包火灾动力学和火灾效应)相关的系统成过程的表述方法3.10数学模型mtical model描述物理系统现象的方程组」3.11测量值measure按照测量结果对变量的赋倒3.12度量元metric评价计算软件品质特性的定量或定性度量指标。3.13物理模型physical model以一个简化的物理杨景来重现火灾现象的模型，如缩尺模型。3.14概率模型probabilistic model将某现象处理成一序列事件或状态，并利用数学规则描述一个事件向另一个事件的过渡，且对每一过渡点赋概率值的模型。3.15确认validation评价计算方法反映真实场景准确程度的过程興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-20153.16验证verification评价计算方法反映概念性模型的准确程度及求解精确度的过程，4计算书要求4.1概要4.1.1计算书的文件内容应充分详细，以确保所采用计算方法的计算结果在规定的准确度和精密度范围内具有可重复性，这是评价计算方法理论的适用性和计算程序准确性的重要基础，同时也能避免计算方法的误用，4.1.2计算方法的正确性评估应包括计算结果与试验数据、调查统计数据或实际情况近似值的比较，并且应符合质量保证要求。4.13计算书文件应包括：一介绍计算方法理论依据的技术文件，见4.2：计算机软件的用户指南，见4.3.4.2技术文件4.2.1模型开发者应提供技术文件，技术文件应完整描述计算方法及其基础理论，充分展示其运算能力，并为用户提供正确使用计算方法的必备信息。曲2兰用空计绘艺裂中买用两实验数据昇归的代专方程减解析解度标注所引用的标准或科技献主儿子杀个小为么.U。.N二14.2.3在制定消防安全工程计算方法标准时，应给出所用计算方法的来源以及符合4.2.4一4.2.6要求的技术文件4.2.4技术文件中有关计算方法的描述应包括以下详细内容：)目的，包括：—可解决的问题或使用功能：一计算方法给出的结果；可行性研究及论证说明b)理论依据，包括：基础的概念模型：—描述火灾现象的基础理论和计算方法所依据的物理定律c)理论应用，包括：一支配方程：一所采用的数学方法、程序、算法和相关文献：—所有假设条件，为保证计算方法适用性对输入参数所作的必要限定条件：主要算法计算结果的精密度，与计算机模型相匹配的计算机运算能力：—灵敏度分析结果。d)输人，包括：需要的输人参数：数据来源的相关信息计算机模型的辅助程序或所需的外部数据文件：-计算机模型所用数据库的来源、内容及使用方面的信息4.2.5技术文件中有关计算方法评估（验证及确认）的完整描述应包括如下内容：3興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015a)以定量方式表征的计算方法预测能力的评估结果，b)有关评审、分析测试、对比测试、试验验证及代码校核的参考文献，对于计算机模型，如果采用B测试进行确认，则文件中应包括测试的概况（如：是否涉及计算方法的开发深度，是否为初级用户：是否进行额外指导等)。?)计算方法满足本部分要求的程度。4.2.6计算模型的技术文件应收录在诸如手册等文件中，利用代数方程求解消防安全工程问题的相关技术文件可从有关文献引用。技术文件完成编制前，需通过第三方的独立审核来完成计算方法的验证与确认，审核过程中需要采用质量保证方法得到一个或一组测量值，用于表征计算方法的质量，以此判定计算方法的准确度是否满足用户的要求。如果要获得更多的信息可参阅GB/T25000.1.4.2.7技术文件应至少包含一个应用示例，对于代数方程和数学模型[见4.3.5)]都应给出应用实例，其目的是说明一些必需的输入数据、限制紧件以及计算结果的适用倦围4.28计算方法标准应规定计算方法的适用花脚和局限性棉人参数等必备内容，同时应在资料性附录中给出应用示例（见GB/T315935GB/T31593.8).4.3用户指南43.1计算机模型重提伊用户指南，该指南应能指导用户理解模型的用途和用法重复实现计算机的操作环境和有关示例结集，在参数给定范围内或特殊情况下，指导用户修改棉人数据光运们程序。4.32用户指南臣简事清晰，为准备输入数据和结果佩释提供参考4.3.3安装、维护以及程序编制文件可以包含在用户指南中，也可以单独给出：应给出完整的计算机安由装程兴何年圉4.3.云所有受包括标和关细信息计算方法礼本信意货贵垂的计算方法并能提供更多帮助的机构信息4.3.5为保证用户够正确使用计算机型，用户南应为用户提供所有必需的信息，这些们息包括：a)程序说朝，色括：一完的核型描述任务教行基本过程计算方法以及程序说明（可用流程图）：执行典製程运行任务所需基本技能的说明。b)安装和操作说明，包海一所需的最低复件配置：已成功运行过程篷的计靠机：程序语言和软件操作系统以及所使用的版本提供程序安装指南：提供执行典型运行的启动时间：提供评估典型计算机系统执行时间的必要信息。?程序注意事项，包括：描述用于解决不同问题的主要功能选项，指导用户如何选择这些选项：确定应用的限制条件（如场景的范围，在这些范围内所用理论是公认的或者被认为是有效的：或输人数据的范围，在这些范围内计算方法已得到验证)：给出软件的局限范围，包括合适的数据范围以及在超过限定范围后的程序运行状况，d)输入数据描述，包括：每个输入变量的名称及其说明，包括：量纲单位，默认值（如果有）以及源文件（如不具备普适性)：描述输入变量的输入方法興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015根据数据的稳定性，精确性和可行性以及模型实用性，确认输入数据的限定范围及其对输出结果的影响：描述所用缺省变量以及将这些变量改为用户自定义的设置过程：一如果可以连续处理，应对数据保留或重新初始化的条件给出说明。c)外部数据文件，包括：措述所有外部文件的目录及结构：对产生，修订或编辑这些文件的任何辅助程序提供参考资料D系统控制要求，包括：一说明启动和运行程序详细步骤，列出操作系统的控制命令：在适当的响应范围内，列出程序的提示信息：说明在执行程序的过程中如何中断操作、重新运行或退出，以及程序中断后文件和数据的状态。g)输出信息，包括：给出程序输出结果、图形演示及绘图程序：提供判断程序是否得到收敛解的说明)示例，即提供与输出信息相关的示例数据文件，以供用户检验是否正确操作了程序，示例应能演示大部分可使用的程序菜单选项（见4.2.6）：)错误信息处理，包括：器墨格4.NE可由列对出程中可能出现节荷课信息期描述违反限制条件时程序的行为：给出恢复程序。5计算方法5.1概述5.1,1计算方法应按附录B规定的程序接受验证和确认5.1.2计算方法的理论依据应由一个或多个熟悉火灾理论和计算技术的专家进行评审，评审内容应包括文件的完整性评估，同时应特别重视对数值近似的评估。5.1.3计算机代码中的常数值和缺省值应接受正确性和适用性评估。其中适用性评估更为重要，因为对于不同场景，常量值可能有所不同，在有些情况下需要对常量值进行调整：不合适的缺省值可能导致错误的结果，对于输入变量，要明确定义变量的使用范围。5.1.4为发现求解系统可能存在的误差来源（参见附录C),也需要对计算方法进行验证和确认。5.1.5对于代数方程，由于描述火灾现象的数学公式比较复杂，对这些经验计算方法不必进行评估。5.1.6本方法适用于评估火灾蔓延及类似问题的计算方法，对于人员硫散以及风险评估计算方法的评估、验证与确认也可采用本方法，5.2验证5.2.1一般规定5.2.1.1验证是为确认所采用的计算方法准确反映了模型开发者对于该计算方法的概念表述并获得了有效求解所采取的必要程序；通过验证并不能表明所采用的计算公式（支配方程组）是合理的，只是表明5興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
GB/T31593.1-2015支配方程组得到应用并获得有效求解5.2.1,2验证过程旨在检验编码是否正确，并评估数值误差的控制情况，误差分为以下三类：)舍入误差：由于计算机采用一组固定长度的数字表示实数，所以会出现舍入误差；b)截断误差：当连续过程被有限过程所誓代就会出现截断误差，如在一个有限状态之后截断一个无限序列，或者在满足收敛判据之后结束选代就会出现截断误差：?)离散误差：将连续函数的导数用差分近似表示时，会出现离散误差计算方法的评估包括对所用方法的分析和讨论，也包括对特定选项固有局限的分析和讨论。5.2.2代码校验依据程序结构原理校验程序代码，可找出计算代码的错误与矛盾。可以采用手工方式校验，也可以采用代码校验程序进行校验。为了使程序具有可靠的数据处理能力，对用兴校验的代码和方法及所发现的问题都应明确界定并作记录。5.2.3时间和空间离散化5.23.1在数值方法中，连续性的数学模型需要在时间和空间上进行离散化。根据离散方法的不同，连续模型可离散为多个不同的离散模型。5,23.2为实现对连续模型求解的可靠近似，离散模型应能模拟连续模型的性质和行为，满足相容性和稳定性要求。这就要求当离散参量（时间步长、空间网格等）减小时，离散解应能收敛于连续性问题的相(如果解存在)，为实现离散解的收敛，离散模型应满足相容性和稳定性要求。相容性要求意味着离散曲型其，垫虹气型能够较弹近似干李续模型孕定性要求意味着词差不随程序的持续运行而#加主儿子个为2.U0.15.2.3.3对时间与空间离散化的误差分析应进行解释和说明.注：大多数火灾问题都沙及不同物理和化学过程的相互作用。与这些过程相关的时间尺度可能完全不同，容易引起数值求解上的因难。在求解薇分方程时，需要认真选择时闻和空间步长，以确保计算的稳定性和收敏性，误差控制技术可用来实时监测离散的参数，以端足稳定性和准确度要求，代码文件要详细说明如何偏足稳定性和准确度要求，并横述数值试验处理中算法的有效性。对于具体的计算，不要让用户自己去选择离散化参数5.2.4迭代收敛和相容性测试检查概念模型是否正确地转化为计算机模型，应执行以下步骤：一检查残差判据；检查输出变量的稳定性：综合检查适宜量的守恒性：在可能的范围内，与解析解对照、比较：与公开的、已经验证过和更完善的模型所得到的精确解进行对照和比较；检查开部气体流动问题中人为定义的边界条件产生的影响，5.2.5模型数值处理的评估模型数值处理的评估应包括技术文件的评估、计算代码对方程组的离散化处理、数值方法的分析。5.3确认5.3.1确认方法5.3.1.1确认的最基本方法是将模型预测值或解析解与可棕的试验数据进行比较，模型是理论概念的表现，试验数据是真实现象的表征，应选择合适的模型和输入数据体现试验内容，这样才能进行有效的6興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
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