5.4.1 計(jì)算方法的靈敏度分析研究的是計(jì)算方法中特定參數(shù)的改變對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。輸入數(shù)據(jù)的不確定度、物理和化學(xué)模型近似程度以及不恰當(dāng)?shù)臄?shù)值處理都會(huì)引起預(yù)測(cè)結(jié)果的變化。完整可行的靈敏度分析應(yīng)包含以下內(nèi)容：
a）確定計(jì)算方法中的主要變量；
b）定義每個(gè)輸入變量可接受的數(shù)值范圍；
c）闡述輸出數(shù)據(jù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)變化的靈敏度；
d）告知用戶(hù)在選擇輸入數(shù)據(jù)和運(yùn)行模型時(shí)需要注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度；
c）提供大尺度實(shí)驗(yàn)時(shí)需要檢測(cè)的參數(shù)信息。
5.4.2 對(duì)復(fù)雜火災(zāi)模型進(jìn)行靈敏度分析是一項(xiàng)困難的工作，模型需要大量的輸入數(shù)據(jù)并在整個(gè)運(yùn)算過(guò)程中輸出結(jié)果。應(yīng)根據(jù)研究目的、需要獲得的結(jié)果、可用的資源和分析模型的復(fù)雜性，來(lái)選擇合適的靈敏度分析方法。
5.4.3 靈敏度分析包括以下兩種基本方法：
a）局部法：通過(guò)對(duì)一系列特定的輸入?yún)?shù)在一定范圍內(nèi)重復(fù)進(jìn)行靈敏度測(cè)量，獲得對(duì)整個(gè)模型性能的評(píng)價(jià)。有限差分法不需要對(duì)模型的方程組作任何改變就可以直接得到應(yīng)用，但要得到滿(mǎn)意的分析結(jié)果就應(yīng)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行仔細(xì)選擇。直接方法為計(jì)算模型的方程組補(bǔ)充了靈敏度方程，通過(guò)對(duì)靈敏度方程與模型方程組進(jìn)行聯(lián)合求解得到靈敏度。直接方法一般不適用于現(xiàn)有的火災(zāi)模型，因此應(yīng)將其集成到火災(zāi)模型的設(shè)計(jì)之中。
b）全局法：在輸入?yún)?shù)上下限內(nèi)進(jìn)行多次靈敏度測(cè)量，然后將這些測(cè)量值進(jìn)行平均得到靈敏度信息。全局法需要使用輸入?yún)?shù)的概率密度函數(shù)，對(duì)火災(zāi)模型而言，該函數(shù)一般是未知的。
5.4.4 靈敏度的兩種基本分析方法之中，局部法更容易得到應(yīng)用，但如果已知輸入信息的范圍，則可以采用全局法，比如消防安全工程中的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。
注：盡管可以定義靈敏度并建立多種方法來(lái)計(jì)算，但進(jìn)行靈敏度分析仍然存在困難。Iman和Helton（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[12]）指出復(fù)雜計(jì)算模型的下列特性造成了靈敏度分析的困難：
a）有太多的輸入和輸出參數(shù)；
b）模型的行為可能存在不連續(xù)；
c）輸入數(shù)據(jù)可能存在相關(guān)性，相關(guān)的邊緣概率分布為非正態(tài)分布；
d）模型預(yù)測(cè)是關(guān)于輸入變量的非線(xiàn)性、多變量和時(shí)間相關(guān)函數(shù)；
e）單個(gè)輸入變量的相關(guān)重要度是時(shí)間的函數(shù)。
5.4.5 靈敏度方程具有相似的性質(zhì)。對(duì)于模型的某一輸入和輸出參數(shù)，可能在某個(gè)特定時(shí)間區(qū)間內(nèi)，該輸出參數(shù)對(duì)該輸入?yún)?shù)敏感，但在另外的特定時(shí)間區(qū)間內(nèi)，同樣的輸出參數(shù)可能對(duì)同樣的輸入?yún)?shù)不敏感。
5.4.6 對(duì)于火災(zāi)模型的靈敏度分析，至少應(yīng)解決以下兩個(gè)問(wèn)題：
a）模型是否對(duì)于特定的輸入?yún)?shù)敏感。這是對(duì)某個(gè)特定輸入?yún)?shù)相對(duì)于其他輸入?yún)?shù)重要度的全面評(píng)價(jià)，因此應(yīng)盡可能寬地選擇模型的輸入范圍，以代表模型的適用范圍；然后在這很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行后續(xù)分析，從而得出輸入?yún)?shù)對(duì)于所選擇輸出結(jié)果的相對(duì)重要度。
b）輸入?yún)?shù)值與真實(shí)情況相比應(yīng)準(zhǔn)確到何種程度。為了解所選輸入?yún)?shù)的不確定性對(duì)模型輸出結(jié)果的影響，應(yīng)檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)的微小擾動(dòng)值。對(duì)于特定的火災(zāi)場(chǎng)景，則應(yīng)測(cè)量此特定場(chǎng)景輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)值。
5.4.7 對(duì)單個(gè)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，可以用平均相對(duì)差來(lái)表征模型的靈敏度。
注：圖1是某火災(zāi)模型煙氣層溫度對(duì)熱釋放速率和通風(fēng)口尺寸的響應(yīng)曲面，表征的是熱釋放速率峰值和通風(fēng)口尺寸變化對(duì)上層煙氣峰值溫度的影響。圖中的曲面網(wǎng)格通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的樣條插值獲得，對(duì)實(shí)際模型的計(jì)算值進(jìn)行一化處理得到的基本場(chǎng)景值采用覆蓋在曲面網(wǎng)格表面的圓圈表示?？梢钥闯?，熱釋放速率對(duì)上層煙氣峰值溫度的影響比開(kāi)口寬度對(duì)其影響更為顯著。在火災(zāi)向受限燃燒轉(zhuǎn)變前，曲面的趨勢(shì)與預(yù)測(cè)結(jié)果一致，即溫度隨著熱釋放速率的上升而上升，隨著開(kāi)口的增大而下降，但與兩者均不呈線(xiàn)性關(guān)系。
a）確定計(jì)算方法中的主要變量；
b）定義每個(gè)輸入變量可接受的數(shù)值范圍；
c）闡述輸出數(shù)據(jù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)變化的靈敏度；
d）告知用戶(hù)在選擇輸入數(shù)據(jù)和運(yùn)行模型時(shí)需要注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度；
c）提供大尺度實(shí)驗(yàn)時(shí)需要檢測(cè)的參數(shù)信息。
5.4.2 對(duì)復(fù)雜火災(zāi)模型進(jìn)行靈敏度分析是一項(xiàng)困難的工作，模型需要大量的輸入數(shù)據(jù)并在整個(gè)運(yùn)算過(guò)程中輸出結(jié)果。應(yīng)根據(jù)研究目的、需要獲得的結(jié)果、可用的資源和分析模型的復(fù)雜性，來(lái)選擇合適的靈敏度分析方法。
5.4.3 靈敏度分析包括以下兩種基本方法：
a）局部法：通過(guò)對(duì)一系列特定的輸入?yún)?shù)在一定范圍內(nèi)重復(fù)進(jìn)行靈敏度測(cè)量，獲得對(duì)整個(gè)模型性能的評(píng)價(jià)。有限差分法不需要對(duì)模型的方程組作任何改變就可以直接得到應(yīng)用，但要得到滿(mǎn)意的分析結(jié)果就應(yīng)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行仔細(xì)選擇。直接方法為計(jì)算模型的方程組補(bǔ)充了靈敏度方程，通過(guò)對(duì)靈敏度方程與模型方程組進(jìn)行聯(lián)合求解得到靈敏度。直接方法一般不適用于現(xiàn)有的火災(zāi)模型，因此應(yīng)將其集成到火災(zāi)模型的設(shè)計(jì)之中。
b）全局法：在輸入?yún)?shù)上下限內(nèi)進(jìn)行多次靈敏度測(cè)量，然后將這些測(cè)量值進(jìn)行平均得到靈敏度信息。全局法需要使用輸入?yún)?shù)的概率密度函數(shù)，對(duì)火災(zāi)模型而言，該函數(shù)一般是未知的。
5.4.4 靈敏度的兩種基本分析方法之中，局部法更容易得到應(yīng)用，但如果已知輸入信息的范圍，則可以采用全局法，比如消防安全工程中的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。
注：盡管可以定義靈敏度并建立多種方法來(lái)計(jì)算，但進(jìn)行靈敏度分析仍然存在困難。Iman和Helton（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[12]）指出復(fù)雜計(jì)算模型的下列特性造成了靈敏度分析的困難：
a）有太多的輸入和輸出參數(shù)；
b）模型的行為可能存在不連續(xù)；
c）輸入數(shù)據(jù)可能存在相關(guān)性，相關(guān)的邊緣概率分布為非正態(tài)分布；
d）模型預(yù)測(cè)是關(guān)于輸入變量的非線(xiàn)性、多變量和時(shí)間相關(guān)函數(shù)；
e）單個(gè)輸入變量的相關(guān)重要度是時(shí)間的函數(shù)。
5.4.5 靈敏度方程具有相似的性質(zhì)。對(duì)于模型的某一輸入和輸出參數(shù)，可能在某個(gè)特定時(shí)間區(qū)間內(nèi)，該輸出參數(shù)對(duì)該輸入?yún)?shù)敏感，但在另外的特定時(shí)間區(qū)間內(nèi)，同樣的輸出參數(shù)可能對(duì)同樣的輸入?yún)?shù)不敏感。
5.4.6 對(duì)于火災(zāi)模型的靈敏度分析，至少應(yīng)解決以下兩個(gè)問(wèn)題：
a）模型是否對(duì)于特定的輸入?yún)?shù)敏感。這是對(duì)某個(gè)特定輸入?yún)?shù)相對(duì)于其他輸入?yún)?shù)重要度的全面評(píng)價(jià)，因此應(yīng)盡可能寬地選擇模型的輸入范圍，以代表模型的適用范圍；然后在這很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行后續(xù)分析，從而得出輸入?yún)?shù)對(duì)于所選擇輸出結(jié)果的相對(duì)重要度。
b）輸入?yún)?shù)值與真實(shí)情況相比應(yīng)準(zhǔn)確到何種程度。為了解所選輸入?yún)?shù)的不確定性對(duì)模型輸出結(jié)果的影響，應(yīng)檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)的微小擾動(dòng)值。對(duì)于特定的火災(zāi)場(chǎng)景，則應(yīng)測(cè)量此特定場(chǎng)景輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)值。
5.4.7 對(duì)單個(gè)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，可以用平均相對(duì)差來(lái)表征模型的靈敏度。
注：圖1是某火災(zāi)模型煙氣層溫度對(duì)熱釋放速率和通風(fēng)口尺寸的響應(yīng)曲面，表征的是熱釋放速率峰值和通風(fēng)口尺寸變化對(duì)上層煙氣峰值溫度的影響。圖中的曲面網(wǎng)格通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的樣條插值獲得，對(duì)實(shí)際模型的計(jì)算值進(jìn)行一化處理得到的基本場(chǎng)景值采用覆蓋在曲面網(wǎng)格表面的圓圈表示?？梢钥闯?，熱釋放速率對(duì)上層煙氣峰值溫度的影響比開(kāi)口寬度對(duì)其影響更為顯著。在火災(zāi)向受限燃燒轉(zhuǎn)變前，曲面的趨勢(shì)與預(yù)測(cè)結(jié)果一致，即溫度隨著熱釋放速率的上升而上升，隨著開(kāi)口的增大而下降，但與兩者均不呈線(xiàn)性關(guān)系。
室內(nèi)消火栓 GB3445-20
