高層建筑消防系統及可靠性研究

魯言言

（廣東省建筑設計研究院廣東廣州　510010）

高層建筑消防系統及可靠性研究

魯言言

（廣東省建筑設計研究院廣東廣州510010）

高層建筑存在著較大的火災隱患，因此它需要有較為安全的消防系統。考慮到高層建筑發生火災時的獨特性，消防系統在高層建筑中存在的不足，結合在高層建筑消防工作中出現的防火安全、消防監督、施工質量等問題，本文提出一些措施，以便提高高層建筑消防的安全性，同時給出了相對應的改善措施，在今后高層建筑的消防設計中，可以借鑒。

高層建筑；消防；可靠性

1　高層建筑消防存在的安全隱患

近年來，我國經濟發展較為迅猛，城市的現代化建設也越來越快，因此目前國內出現越來越多的高層建筑。這些高層建筑，有豪華的建筑裝飾、繁多的用電設備、復雜的使用功能；同時，建筑內還存在可觀的易燃物質，像吊頂裝飾、地毯、窗簾、家具等，在不妥的管理下，火災是很容易發生的。尤其是高層公共建筑，它們一般有較多的層數、較大的建筑面積，因此火災情況就更加復雜，安全隱患也更加嚴重，在火災發生時，就更易造成嚴重的后果[1]。綜合一些已存在的火災實例，本文提出了以下幾條在高層建筑中存在的消防安全隱患：

1.1高層建筑滅火困難

在高層建筑的滅火過程中，使用的設備有較高的自動化程度，且比較復雜。在撲救火災時，初期滅火是很重要的，但在大多數情況下，火場人員不能熟練地使用滅火設備，而等到消防人員到達現場、爬上高樓時，就消耗了部分體力，同時還可能存在與水泵房、消防中心等合作困難、溝通不便等問題。另外，火勢迅猛、樓層較高、風速較大、高溫濃煙等問題，也會增加消防人員滅火的難度。

1.2無法正常發揮消防設施的作用

大部分情況下，在消防人員到達現場之后，由于火災現場周圍的復雜環境，滅火的水量和水壓達不到要求，消防人員無法到達需要的滅火高度，火災的撲救難度會增大，導致長時間內無法撲滅火災。

1.3火災現場人員的疏散困難

在高層建筑中，人員較多，不少公共活動場的人員相對集中，這增加了對火場人員的疏散難度，較易導致嚴重的火災事故。在高層建筑中，下層發生火災之后，經常由于通訊設備的失控，導致上層無法及時知道。因此導致人員的疏散不及時，從而造成更大的火災事故。

2　高層建筑消防在現階段存在的隱患

2.1圖紙設計不齊全，審核工作困難

消防設計的專業人員人手不足，消防設計不合理，消防設計人員對防火的相關設計不夠重視，部分建筑工程建設周期較短，設計時間不足，消防設計人員之間配合程度不夠，某些設計人員不夠認真負責，項目設計圖紙缺失、遺漏，施工藍圖無法滿足現場要求，這些情況經常發生。更有甚者，極少數的建筑工程只依靠少量的設計草圖就開始現場施工。上述種種現象，直接加大了高層建筑的消防安全隱患[2]。

2.2缺少監督，缺少把關

部分消防監督管理人員，沒有嚴格按照規范和程序，把審查、監理、驗收等工作做好。在工作過程中，消防監督管理人員看到圖紙中存在設計問題時，無法盡快、精確地提出修改意見，更有甚者，對于一些比較簡單的問題，例如室內消火栓的安放位置、疏散房門的開啟方向，都無法給出相關建議；對于某些缺少重要消防設計圖紙的工程，直接發放審核同意的意見書；在現場的檢查中，有些人對檢查的程序不夠熟練，檢查出問題之后，感覺無法下手、不知所措，甚至對某些很顯眼的情況都無法看出；還有些工作人員對消防相關的設施、產品等不熟悉，不懂如何使用。上述種種情況都大大降低了高層建筑消防監督和管理的功用。

2.3現場施工質量差，消防設施工作困難

在工程投標過程中，某些廠家為了中標，故意降低報價、惡意減少工程量，從而導致項目總造價有較大缺口，嚴重影響了現場施工的質量；某些中標的施工單位，其專業技術人員對規范和標準不夠熟練，甚至完全不清楚，無法按照規范和標準進行安裝施工，導致施工過程中出現技術性的錯誤。比如，錯接了防排煙系統的管線，導致送風閥排風、排風閥送風；末端試水裝置沒有放置在最末端的管網，這樣也能測出水量和壓力，但是所得的數據就不是很精確的；消防水泵房內，電機的相序聯接錯誤，造成水泵反轉；防火卷簾缺少應急操作裝置和聯動功能，無法進行遠程的操作和控制；指示疏散的標識，方向不對，應急照明燈沒有足夠的亮度；少數施工單位為了要取項目的欠款，故意破壞消防設施，造成故障發生，從而使部分消防設備無法正常運行。

3　高層建筑消防給水系統的可靠性研究

3.1高層建筑消防水系統的可靠性指標

高層建筑的消防給水系統，包括它的子系統，從全局來講都是可恢復性對象，它們具有宜修性、耐久性和無故障性三種可靠性指標。

（1）宜修性

宜修性指標包括M T T R（即平均修復時間）、修復率（即在一定的時間內恢復損壞組件的概率大小）。

（2）耐久性

耐久性指標包括服務期限、技術壽命。在消防給水系統的各類機械（電機及其附件、水泵等）中，耐久性指標的使用較為普遍。

（3）無故障性

無故障性指標包括F（T）（即故障概率或不可靠度）、姿（t）（即故障強度或故障率）、MTBF（容量故障比）、R（T）（即無故障工作概率或可靠度）等。

（4）可靠性的綜合指標

技術利用系數、操作準備系數、準備系數，都是可靠性的綜合指標，它們都是跟時間相關。在分析消防給水系統的可靠性過程中，技術的壽命或者恢復的時間、兩次故障之間的時間間隔或者故障前的工作時間、故障發生的頻率等，都可以是所需的隨機變量。另外值得注意的是，在進行可靠性分析時，一定要取相同時間間隔內的指標值，這樣才能提高分析結果的可信性。

3.2可靠性模型和預測在高層建筑消防水系統中的應用

系統組件的可靠性，和它們對整體系統的影響，決定了一切系統的可靠性。高層建筑消防水系統較為復雜，組件（或單元）之間的相互影響、單個組件（或單元）的可靠性、系統的組件（或單元）數量，都影響著整個系統的可靠性。系統組件的聯接方式有很多種，因此系統可靠性的預測方式也不同。

為了更準確地找出發生故障的系統組件，第一要制作出系統和所有組件的系統簡圖，其次按照系統實際的工作狀況做水力計算，從而分析出哪些是系統正常工作所必需的組件，進而確定該系統的可靠性指標。

由于某些幾何圖形與系統組件的聯接存在相似之處，因此在可靠性的理論中，將下圖1稱為“組件串聯”，圖2稱為“組件并聯”簡圖。它們統稱為可靠性框圖。

3.2.1可靠性模型和預測在串聯系統中的應用[3]

若任意組件出現故障，整個系統會無法使用，這種稱為串聯系統。圖1為串聯系統可靠性簡圖。在框圖上可以看出，該系統自起點至終點只有一條途徑，這是串聯系統的特有表現。

圖1　串聯系統可靠性簡圖

某組件無故障工作概率用p（t）=fi（i=1，2，……，n）來表示，某系統無故障工作概率用F來表示，則該系統的無故障工作概率（即可靠性指標）為：

對該式進行研究，可以得出串聯系統可靠性指標的以下特點：

（1）串聯系統中任一組件的無故障工作概率，都大于整體系統；

（2）串聯系統的無故障工作概率，隨著組件數量的增大而降低。

因此，串聯系統相對來講是不可靠的，在使用串聯系統時，組件數應盡量少，且應對薄弱組件進行改善。

3.2.2可靠性模型和預測在并聯系統中的應用

圖2是并聯系統可靠性簡圖。

提高可靠性的基本方式是儲備，并聯系統即為一種有儲備的系統。系統某個組件為基本組件，剩余為儲備組件，這是該系統的特點。當系統的全部組件都不能運行時，該系統才會失效[4]。某組件故障概率用di（i=1，2……，n）來表示，該系統故障概率用D

圖2　并聯系統可靠性簡圖

并聯系統的無故障工作概率為：

對該式進行研究，可以得出：

（1）并聯系統中任一組件的無故障工作概率，都小于整體系統；

（2）并聯系統的無故障工作概率，隨著組件數量的增大而增大，同時也增加了整個系統的費用。

應該注意的是，并聯系統中，任一組件的無故障工作概率不變，組件數量增大，該系統中某一組件發生故障的概率就增加了，但是系統的可靠性增大。這就還儲備沖突現象。

3.3高層建筑消防給水儲備系統來表示，則并聯系統的故障概率為：

組件在系統中的位置和種類，決定了它對系統的影響程度。系統中有多種組件時，應了解哪些組件的正常工作能夠使系統正常運行。

某系統的基本組件量是k，組件總量是n，若k=n，則該系統只是由基本組件構成，只有在全部組件無故障時，系統再能正常工作。這種系統即為無儲備系統，串聯系統即為無儲備系統的一種。

若k約n，則該系統為儲備系統，系統的儲備組件就存在n-k個，此時只需組件總量中的部分（k個）組件就可以使系統正常運行。在儲備系統中，若k>1，則為表決系統；若k越1，則為組件并聯的儲備系統[5]。

根據儲備元件的狀況，可以把儲備系統劃分為溫備、冷備、熱備系統。組件在儲備期間的故障率在冷備與熱備中間，則為溫備系統；組件在儲備期間內不會發生故障，則為冷備系統；組件在儲備期間的故障率幾乎與工作時一致，則為熱備系統。

4　總結

在公共安全范疇內，消防安全是比較重要的。我們應當堅持對防消火災理論進行探討，同時廣泛開展有關消防的安全知識講座，并實時實訓防消技能。由于高層建筑的復雜結構和繁瑣功能，其發生火災時，較難撲滅，更易造成嚴重的損失，因此我們更應加大對這方面的關注。相關建筑的管理人員要積極做好相關規定的要求，注意預防，增強火災預防的技術能力，提高人們的安全意識，增強人們的自救能力，盡量在火災未發生時把隱患清除，盡最大的努力降低火災事故引起的傷亡及損失。

[1]巴煜，劉瑞海，盧文剛.高層建筑施工防火與消防安全措施的探討[J].建筑安全，2011（2）：10～12.

[2]黃成輝，黃莉.淺析高層建筑消防安全技術[J].工程科技，317.

[3]韓林.淺談高層施工中的消防安全措施[J].建筑安全，2001（2）：41～42.

[4]劉然，賈進章，耿繼原.高層建筑消防設計措施探究[J].遼寧工程技術大學學報，2007，26（增刊）：128～130.

[5]趙小穎.高層建筑消防給水系統及可靠性研究[J].建筑科學，2007（21）：63～64.

TU972.4

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2015-11-20