消防安全工程第1部分：计算方法的评估、验证和确认GB/T31593.1-2015 ...

 前言

中华人民共和国国家标准
消防安全工程 第1部分：计算方法的评估、验证和确认
Fire safety engineering-Part 1:Assessment, verification and validation of calculation methods
GB/T 31593.1-2015
发布日期：2015年06年02日
实施日期：2015年08月01日
发布部门：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

    GB/T 31593《消防安全工程》分为以下九个部分：
    ——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；
    ——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：顶棚射流的计算要求；
    ——第8部分：开口气流的计算要求；
    ——第9部分：人员疏散评估指南。
    本部分为GB/T 31593的第1部分。
    本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
    本部分使用重新起草法修改采用ISO16730：2008《消防安全工程 计算方法的评估、验证和确认》。
    本部分与ISO16730：2008相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本部分与ISO16730：2008的章条编号对照一览表。
    本部分与ISO 16730：2008的技术性差异及其原因如下：
    ——关于规范性引用文件，本部分做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，调整的情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：
    • 用GB/T 5907（所有部分）代替了ISO 13943（见第3章）；
    • 增加引用了GB/T 31593.3（见B.3.3）；
    • 增加引用了GB/T 31593.5～GB/T 31593.8（见4.2.8）；
    ——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：
    ——删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/T 31593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。
    本部分由全国消防标准化技术委员会建筑消防安全工程分技术委员会（ SAC/TC 113/SC 13）归口。
    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、中国建筑科学研究院。
    本部分主要起草人：陆守香、汪金辉、姚松经、韩伟平、阚强、智会强、张玉贤、毕少颖、胡忠日、张向阳、梅秀娟、汪箭、宋卫国、庄磊、郭歌。

 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、建筑和环境的危害，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需要得到可靠验证。
    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，本部分概述了建立相关质量特征指标的原则。
    本部分适合以下各方使用：
    a）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；
    c）应用计算方法开展分析工作的个人或组织；
    d）消防性能化设计标准和规范的制定者；
    e）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；
    f）从事计算方法应用培训的个人或组织。

1范围

    GB/T 31593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；
    c）计算方法文件的编制要求；
    d）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，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
    GB/T 5907 （所有部分）消防词汇
    GB/T 31592 消防安全工程 总则（GB/T 31592-2015，ISO 23932：2009，MOD）
    GB/T 31593.3 消防安全工程 第3部分：火灾风险评估指南（GB/T 31593.3-2015，ISO/TS 16732：2005，MOD）
    GB/T 31593.5 消防安全工程 第5部分：火羽流的计算要求（GB/T 31593.5-2015，ISO 16734：2006，MOD）
    GB/T 31593.6 消防安全工程 第6部分：烟气层的计算要求（GB/T 31593.6-2015，ISO 16735：2006，MOD）
    GB/T 31593.7 消防安全工程 第7部分：顶棚射流的计算要求（GB/T 31593.7-2015，ISO 16736：2006，MOD）
    GB/T 31593.8 消防安全工程 第8部分：开口气流的计算要求（GB/T 31593.8-2015，ISO 16737：2006，MOD）

3术语和定义

    GB/T 5907和GB/T 31592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键过程是验证和确认。
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] model
    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、模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念性描述。
3.7 默认值 default value
    在系统或用户没有重新设置情况下，由程序自动生成的标准设置或状态。
3.8 确定性模型 deterministic model
    在输入值相同的情况下，每次可以得到相同结果并以数学方程为基础的计算方法。
3.9 火灾模型 fire model
    与火灾发展（包括火灾动力学和火灾效应）相关的系统或过程的表述方法。
3.10 数学模型 mathematical 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值。 
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
    以一个简化的物理场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。
3.16 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。 
4.1.3 计算书文件应包括： 
    ——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。
4.2.2 如果用户在计算过程中采用了由实验数据回归的代数方程或解析解，应标注所引用的标准或科技文献。
4.2.3 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4.2.4～4.2.6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： 
    a）目的，包括：
    ——可解决的问题或使用功能；
    ——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：
    ——支配方程；
    ——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）输入，包括：
    ——需要的输入参数；
    ——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： 
    a）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β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）。
    c）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/T 25000.1。
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 h）]都应给出应用实例，其目的是说明一些必需的输入数据、限制条件以及计算结果的适用范围。
4.2.8 计算方法标准应规定计算方法的适用范围和局限性、输入参数等必备内容，同时应在资料性附录中给出应用示例（见GB/T 31593.5-GB/T 31593.8）。
4.3 用户指南
4.3.1 计算机模型应提供用户指南，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果，在参数给定范围内或特殊情况下，指导用户修改输入数据并运行程序。
4.3.2 用户指南应简明清晰，为准备输入数据和结果阐释提供参考。 
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装程序信息。 
4.3.4 所有文件都应包括标题和有关详细信息，如：计算方法版本信息、负责维护计算方法并能提供更多帮助的机构信息。 
 4.3.5 为保证用户能够正确使用计算机模型，用户指南应为用户提供所有必需的信息，这些信息包括：
    a）程序说明，包括： 
    ——完整的模型描述；
    ——任务执行的基本过程，计算方法以及程序说明（可用流程图）
    ——执行典型程序运行任务所需基本技能的说明。
    b）安装和操作说明，包括：
    ——所需的最低硬件配置；
    ——已成功运行过程序的计算机；
    ——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。
    c）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；或输入数据的范围，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；
    ——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；
    ——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。
    e）外部数据文件，包括：
    ——描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。
    f）系统控制要求，包括：
    ——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。
    h）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）；
    i）错误信息处理，包括：
    ——列出程序中可能出现的错误信息；
    ——提供当出现错误信息时相对合理的处理方法；
    ——描述违反限制条件时程序的行为；
    ——给出恢复程序。063'>《消防安全工程 第1部分：计算方法的评估、验证和确认》GB/T 31593.1-2015

 附录E（资料性附录）软件质量评价方法

E.1 综述
    软件质量评价过程如图E.1所示，内容详见E.2和E.5。 E.2 制定评价要求
E.2.1 建立评价目标
    软件质量评价目标一般包括：判断软件产品的质量是否满足用户的要求，或者通过对不同软件产品进行比较选择其中一种产品，或者对某一产品与其同类竞争对手相比所具有的水平给出评价。根据待评价软件产品的研发状态（处于正在开发中的产品或者最终产品），评价目标可以进一步细化。
E.2.2 识别待评价产品的类型
    待评价产品的类型由评价目标决定。首先，评价者应将待评价的产品界定为中间产品（处于正在开发中的产品）或最终产品。待评价产品的度量方法包括：外部度量（当产品为运行中的完整硬件/软件系统一部分时）、内部度量（用于测量软件的内部特性，如说明书、源代码）以及使用效果度量（用以度量特定环境下软件的应用效果）。
E.2.3 明确质量模型
    应按软件要求建立用于评价的质量模型。在此阶段，软件质量要求转化为相关的质量特性，并按照用户的要求将这些质量特性进行重要性排序。
E.3 评价准备
E.3.1 选择度量元
    软件产品质量要求的量化应利用与特定质量特性相关的度量元来实现。这些度量元可以是：
    ——内部度量，与软件产品的体系结构相关，可以预测最终软件产品的质量；
    ——外部度量，适用于正在运行的软件产品质量度量；
    ——使用效果度量，用以度量软件产品的使用效果。
    软件评价过程度量元的选择依赖于以下几个因素：评价目的、选择的质量特性以及度量的适用性和经济性。用于对比的度量元应有效，并且具有足够的精确度，因此测量要客观、可重现。
E.3.2 建立评分等级
    对于所选的每个度量元应定义相关等级的数值，使被测量值能按所需准确度进行表示。评分等级指示每个属性的界限，确定测量值属于不可接受、可接受的最低程度、在目标范围之内或者超出要求等情况。
E.3.3 定义评估准则
    评估准则不是要求对测量值进行总结并获得一个代表产品质量的唯一指标，因为软件产品的质量与确立的质量要求密切相关，研发成本和计划易受到建立的每项质量要求及其测量值的影响。当评价结果用于在不同产品之间做出选择的时候，有必要为每一个产品建立模型，通过测量值来预测其商业价值，从而做出更为客观的比较。
E.4 评价设计
    在文档中说明评价方法和制定评价方案时，应涵盖以下内容：
    a）测量或验证确认的技术限制；
    b）每一项测量和验证的评价方法应该用文档说明；
    c）确认用于测量的工具软件；
    d）确认对产品每一部分应采用的方法；
    e）必要时对结果做出解释和说明；
    f）对环境的描述；
    g）细化评价计划，例如：修订计划草案，避免重复评价；
    h）测量过程及各项工作的时间计划表，要考虑到交付时间、产品及零组件、评价者与开发者的关系以及开发和运行场所的途径。
    注：本部分的用户在制定评价计划时，建议从参阅GB/T18905.2开始，同时可从GB/T18905的其他部分中收集相关信息以拓宽理解。
E.5 执行评价
E.5.1 测量
    根据所选取的度量元对软件产品进行测量，其结果是个定值。
E.5.2 与评估准则进行比较
    在此步骤中，将测量值与建立的评估准则进行比较。最终产品的测量值应该与目标值进行比较。测量值可识别：
    a）产品的每一处缺陷及缺陷的程度；
    b）为解决识别出的缺陷需要进行的附加评价，例如，如果对软件设计进行修正消除了以前的缺陷，这一附加评价可确认软件性能无缺陷，或可用于验证正确并可接受的软件性能；
    c）可附加说明、性能可接受或验证软件正确性的评价；
    d）是否需要限制软件的使用，这些限制是否影响强制要求、本附录评价的要求以及应用设计、预算和进度安排；
    e）任何评价范围的排除以及评价结果的限制，例如“本评价未包含对产品功能性的详细说明”等；
    f）评价行为的完整结果能够对所评软件给出总结论。
E.5.3 评估结果
    通过评估行为给出一组评分值，用以表示软件产品的质量，并且将软件的综合质量与软件的其他方面（例如研发时间和费用）进行比较，最后根据管理准则做出管理决策，其结果是对软件产品做出接受或者拒绝、发布或者不发布的决定。评估结果会影响软件研发生命周期的下一阶段，例如是否需要改变需求或者开发过程是否需要更多资源。
    结论可以采用以下两种互补方式给出：
    a）按照如何满足每一项需求的方式说明需求适应性情况；
    b）做出最终决定，接受或不接受所评价的软件产品，如果结论是不接受，应该考虑对产品进行修改或改变需求。
    另外还需指出，尽管评价者为评价结论负责，但评价者仅在评价说明书中规定由其做出结论的情况下才给出最终的评估。评价者通常将含有一些结论的评估报告交予评价需求方，评价需求方以此为基础完成评估，这是因为最终的评估需要替用户考虑战略决策问题，例如研发费用、为适应实际情况而需做出的调整变化以及发布需要的时间。
E.6 示例指南（参见GB/T 16260.2）
E.6.1 度量元和测量标准的选择
    选择度量元应以软件产品的商业目标和评价者的需求为基础，其中评价者的需求由测量标准具体给出。GB/T 16260.2中给出的模型能满足多种评价需求，例如：
    a）用户可以用使用质量的度量来评价软件产品的适用性；
    b）需方（从供方采购系统、软件产品或软件服务的个人或组织）可以通过对比软件产品的功能性、可靠性、易使用性和效率的外部测量值与标准值，或者使用质量测量值与标准值来评价该软件产品；
    c）维护者可以用可维护性的度量来评价软件产品； 
    d）负责不同环境下实现软件运行的人可以通过可移植性的度量评价软件产品；
    e）开发者可以通过比较质量特性的内部测量值与标准值来评价软件产品。
    注：GB/T 16260.4对软件产品评价中度量元和度量过程标准选择提出了要求并给出了指南。
E.6.2 度量元分级
    利用软件质量的度量元可以对可定量的质量特性进行定量测量。结果（测量值）可以映射到度量刻度上，刻度本身并不能表示满意程度，因此，刻度应划分为若干范围，分别对应于需求得到满足的不同程度。如：
    a）将度量刻度划分为两类：不满意和满意；
    b）将度量刻度划分为4类，如图E.2所示，其3条分界线分别表示已有软件或者备选软件的当前水平、最坏情况、计划水平。规定当前水平的目的是为了控制新系统质量特性不从当前状况下降；计划水平是指在可用资源条件下普遍认为可以达到的水平；最坏情况表示万一在产品无法满足计划水平的情况下用户可接受的界限。 E.6.3 评估度量元——建立评估准则
    软件质量需求标准应该用适当、详细完备的质量模型来定义，一般采用GB/T 16260.2中的质量模型和相关定义，除非有特殊的原因才可采用其他模型。
    评价软件的产品质量需要将不同方面的特性评价结果加以概括和总结，评估人员需要为此准备一个规程，对不同质量特性采用不同的评估准则，这些准则可以根据单个子特性，也可以根据加权子特性的集合来确定；这个规程还要包括其他方面，如软件在特定环境下进行质量评估所需要的时间和经济成本。

 参考文献

    [1] GB/T 16260.1-2006 软件工程 产品质量 第1部分：质量模型
    [2] GB/T 16260.2-2006 软件工程 产品质量 第2部分：外部度量
    [3] GB/T 16260.3-2006 软件工程 产品质量 第3部分：内部度量
    [4] GB/T 16260.4-2006 软件工程 产品质量 第4部分：使用质量的度量
    [5] GB/T 18905.1-2002 软件工程 产品评价 第1部分：概述
    [6] GB/T 18905.2-2002 软件工程 产品评价 第2部分：策划和管理
    [7] GB/T 18905.3-2002 软件工程 产品评价 第3部分：开发者用的过程
    [8] GB/T 18905.4-2002 软件工程 产品评价 第4部分：需方用的过程
    [9] GB/T 18905.5-2002 软件工程 产品评价 第5部分：评价者用的过程
    [10] GB/T 18905.6-2002 软件工程 产品评价 第6部分：评价模块的文档编制
    [11] GB/T 25000.1-2010 软件工程 软件产品质量要求与评价(SQuaRE) SQuaRE指南
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