魯言言

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州　510010）

高層建筑消防系統(tǒng)及可靠性研究

魯言言

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州510010）

高層建筑存在著較大的火災(zāi)隱患，因此它需要有較為安全的消防系統(tǒng)?？紤]到高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)的獨(dú)特性，消防系統(tǒng)在高層建筑中存在的不足，結(jié)合在高層建筑消防工作中出現(xiàn)的防火安全、消防監(jiān)督、施工質(zhì)量等問(wèn)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(shí)給出了相對(duì)應(yīng)的改善措施，在今后高層建筑的消防設(shè)計(jì)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(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅猛，城市的現(xiàn)代化建設(shè)也越來(lái)越快，因此目前國(guó)內(nèi)出現(xiàn)越來(lái)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(shè)備、復(fù)雜的使用功能；同時(shí)，建筑內(nèi)還存在可觀的易燃物質(zhì)，像吊頂裝飾、地毯、窗簾、家具等，在不妥的管理下，火災(zāi)是很容易發(fā)生的。尤其是高層公共建筑，它們一般有較多的層數(shù)、較大的建筑面積，因此火災(zāi)情況就更加復(fù)雜，安全隱患也更加嚴(yán)重，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，就更易造成嚴(yán)重的后果[1]。綜合一些已存在的火災(zāi)實(shí)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(guò)程中，使用的設(shè)備有較高的自動(dòng)化程度，且比較復(fù)雜。在撲救火災(zāi)時(shí)，初期滅火是很重要的，但在大多數(shù)情況下，火場(chǎng)人員不能熟練地使用滅火設(shè)備，而等到消防人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)、爬上高樓時(shí)，就消耗了部分體力，同時(shí)還可能存在與水泵房、消防中心等合作困難、溝通不便等問(wèn)題。另外，火勢(shì)迅猛、樓層較高、風(fēng)速較大、高溫濃煙等問(wèn)題，也會(huì)增加消防人員滅火的難度。

1.2無(wú)法正常發(fā)揮消防設(shè)施的作用

大部分情況下，在消防人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后，由于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)周?chē)膹?fù)雜環(huán)境，滅火的水量和水壓達(dá)不到要求，消防人員無(wú)法到達(dá)需要的滅火高度，火災(zāi)的撲救難度會(huì)增大，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)法撲滅火災(zāi)。

1.3火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員的疏散困難

在高層建筑中，人員較多，不少公共活動(dòng)場(chǎng)的人員相對(duì)集中，這增加了對(duì)火場(chǎng)人員的疏散難度，較易導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)事故。在高層建筑中，下層發(fā)生火災(zāi)之后，經(jīng)常由于通訊設(shè)備的失控，導(dǎo)致上層無(wú)法及時(shí)知道。因此導(dǎo)致人員的疏散不及時(shí)，從而造成更大的火災(zāi)事故。

2　高層建筑消防在現(xiàn)階段存在的隱患

2.1圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不齊全，審核工作困難

消防設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)人員人手不足，消防設(shè)計(jì)不合理，消防設(shè)計(jì)人員對(duì)防火的相關(guān)設(shè)計(jì)不夠重視，部分建筑工程建設(shè)周期較短，設(shè)計(jì)時(shí)間不足，消防設(shè)計(jì)人員之間配合程度不夠，某些設(shè)計(jì)人員不夠認(rèn)真負(fù)責(zé)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙缺失、遺漏，施工藍(lán)圖無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，這些情況經(jīng)常發(fā)生。更有甚者，極少數(shù)的建筑工程只依靠少量的設(shè)計(jì)草圖就開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)施工。上述種種現(xiàn)象，直接加大了高層建筑的消防安全隱患[2]。

2.2缺少監(jiān)督，缺少把關(guān)

部分消防監(jiān)督管理人員，沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范和程序，把審查、監(jiān)理、驗(yàn)收等工作做好。在工作過(guò)程中，消防監(jiān)督管理人員看到圖紙中存在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，無(wú)法盡快、精確地提出修改意見(jiàn)，更有甚者，對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，例如室內(nèi)消火栓的安放位置、疏散房門(mén)的開(kāi)啟方向，都無(wú)法給出相關(guān)建議；對(duì)于某些缺少重要消防設(shè)計(jì)圖紙的工程，直接發(fā)放審核同意的意見(jiàn)書(shū)；在現(xiàn)場(chǎng)的檢查中，有些人對(duì)檢查的程序不夠熟練，檢查出問(wèn)題之后，感覺(jué)無(wú)法下手、不知所措，甚至對(duì)某些很顯眼的情況都無(wú)法看出；還有些工作人員對(duì)消防相關(guān)的設(shè)施、產(chǎn)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(jiān)督和管理的功用。

2.3現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量差，消防設(shè)施工作困難

在工程投標(biāo)過(guò)程中，某些廠家為了中標(biāo)，故意降低報(bào)價(jià)、惡意減少工程量，從而導(dǎo)致項(xiàng)目總造價(jià)有較大缺口，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量；某些中標(biāo)的施工單位，其專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不夠熟練，甚至完全不清楚，無(wú)法按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝施工，導(dǎo)致施工過(guò)程中出現(xiàn)技術(shù)性的錯(cuò)誤。比如，錯(cuò)接了防排煙系統(tǒng)的管線，導(dǎo)致送風(fēng)閥排風(fēng)、排風(fēng)閥送風(fēng)；末端試水裝置沒(méi)有放置在最末端的管網(wǎng)，這樣也能測(cè)出水量和壓力，但是所得的數(shù)據(jù)就不是很精確的；消防水泵房?jī)?nèi)，電機(jī)的相序聯(lián)接錯(cuò)誤，造成水泵反轉(zhuǎn)；防火卷簾缺少應(yīng)急操作裝置和聯(lián)動(dòng)功能，無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作和控制；指示疏散的標(biāo)識(shí)，方向不對(duì)，應(yīng)急照明燈沒(méi)有足夠的亮度；少數(shù)施工單位為了要取項(xiàng)目的欠款，故意破壞消防設(shè)施，造成故障發(fā)生，從而使部分消防設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。

3　高層建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性研究

3.1高層建筑消防水系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

高層建筑的消防給水系統(tǒng)，包括它的子系統(tǒng)，從全局來(lái)講都是可恢復(fù)性對(duì)象，它們具有宜修性、耐久性和無(wú)故障性三種可靠性指標(biāo)。

（1）宜修性

宜修性指標(biāo)包括M T T R（即平均修復(fù)時(shí)間）、修復(fù)率（即在一定的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)損壞組件的概率大?。?/p>

（2）耐久性

耐久性指標(biāo)包括服務(wù)期限、技術(shù)壽命。在消防給水系統(tǒng)的各類(lèi)機(jī)械（電機(jī)及其附件、水泵等）中，耐久性指標(biāo)的使用較為普遍。

（3）無(wú)故障性

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

（4）可靠性的綜合指標(biāo)

技術(shù)利用系數(shù)、操作準(zhǔn)備系數(shù)、準(zhǔn)備系數(shù)，都是可靠性的綜合指標(biāo)，它們都是跟時(shí)間相關(guān)。在分析消防給水系統(tǒng)的可靠性過(guò)程中，技術(shù)的壽命或者恢復(fù)的時(shí)間、兩次故障之間的時(shí)間間隔或者故障前的工作時(shí)間、故障發(fā)生的頻率等，都可以是所需的隨機(jī)變量。另外值得注意的是，在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，一定要取相同時(shí)間間隔內(nèi)的指標(biāo)值，這樣才能提高分析結(jié)果的可信性。

3.2可靠性模型和預(yù)測(cè)在高層建筑消防水系統(tǒng)中的應(yīng)用

系統(tǒng)組件的可靠性，和它們對(duì)整體系統(tǒng)的影響，決定了一切系統(tǒng)的可靠性。高層建筑消防水系統(tǒng)較為復(fù)雜，組件（或單元）之間的相互影響、單個(gè)組件（或單元）的可靠性、系統(tǒng)的組件（或單元）數(shù)量，都影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)組件的聯(lián)接方式有很多種，因此系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè)方式也不同。

為了更準(zhǔn)確地找出發(fā)生故障的系統(tǒng)組件，第一要制作出系統(tǒng)和所有組件的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，其次按照系統(tǒng)實(shí)際的工作狀況做水力計(jì)算，從而分析出哪些是系統(tǒng)正常工作所必需的組件，進(jìn)而確定該系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

由于某些幾何圖形與系統(tǒng)組件的聯(lián)接存在相似之處，因此在可靠性的理論中，將下圖1稱(chēng)為“組件串聯(lián)”，圖2稱(chēng)為“組件并聯(lián)”簡(jiǎn)圖。它們統(tǒng)稱(chēng)為可靠性框圖。

3.2.1可靠性模型和預(yù)測(cè)在串聯(lián)系統(tǒng)中的應(yīng)用[3]

若任意組件出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)無(wú)法使用，這種稱(chēng)為串聯(lián)系統(tǒng)。圖1為串聯(lián)系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)圖。在框圖上可以看出，該系統(tǒng)自起點(diǎn)至終點(diǎn)只有一條途徑，這是串聯(lián)系統(tǒng)的特有表現(xiàn)。

圖1　串聯(lián)系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)圖

某組件無(wú)故障工作概率用p（t）=fi（i=1，2，……，n）來(lái)表示，某系統(tǒng)無(wú)故障工作概率用F來(lái)表示，則該系統(tǒng)的無(wú)故障工作概率（即可靠性指標(biāo)）為：

對(duì)該式進(jìn)行研究，可以得出串聯(lián)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的以下特點(diǎn)：

（1）串聯(lián)系統(tǒng)中任一組件的無(wú)故障工作概率，都大于整體系統(tǒng)；

（2）串聯(lián)系統(tǒng)的無(wú)故障工作概率，隨著組件數(shù)量的增大而降低。

因此，串聯(lián)系統(tǒng)相對(duì)來(lái)講是不可靠的，在使用串聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，組件數(shù)應(yīng)盡量少，且應(yīng)對(duì)薄弱組件進(jìn)行改善。

3.2.2可靠性模型和預(yù)測(cè)在并聯(lián)系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖2是并聯(lián)系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)圖。

提高可靠性的基本方式是儲(chǔ)備，并聯(lián)系統(tǒng)即為一種有儲(chǔ)備的系統(tǒng)。系統(tǒng)某個(gè)組件為基本組件，剩余為儲(chǔ)備組件，這是該系統(tǒng)的特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)的全部組件都不能運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)才會(huì)失效[4]。某組件故障概率用di（i=1，2……，n）來(lái)表示，該系統(tǒng)故障概率用D

圖2　并聯(lián)系統(tǒng)可靠性簡(jiǎn)圖

并聯(lián)系統(tǒng)的無(wú)故障工作概率為：

對(duì)該式進(jìn)行研究，可以得出：

（1）并聯(lián)系統(tǒng)中任一組件的無(wú)故障工作概率，都小于整體系統(tǒng)；

（2）并聯(lián)系統(tǒng)的無(wú)故障工作概率，隨著組件數(shù)量的增大而增大，同時(shí)也增加了整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用。

應(yīng)該注意的是，并聯(lián)系統(tǒng)中，任一組件的無(wú)故障工作概率不變，組件數(shù)量增大，該系統(tǒng)中某一組件發(fā)生故障的概率就增加了，但是系統(tǒng)的可靠性增大。這就還儲(chǔ)備沖突現(xiàn)象。

3.3高層建筑消防給水儲(chǔ)備系統(tǒng)來(lái)表示，則并聯(lián)系統(tǒng)的故障概率為：

組件在系統(tǒng)中的位置和種類(lèi)，決定了它對(duì)系統(tǒng)的影響程度。系統(tǒng)中有多種組件時(shí)，應(yīng)了解哪些組件的正常工作能夠使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

某系統(tǒng)的基本組件量是k，組件總量是n，若k=n，則該系統(tǒng)只是由基本組件構(gòu)成，只有在全部組件無(wú)故障時(shí)，系統(tǒng)再能正常工作。這種系統(tǒng)即為無(wú)儲(chǔ)備系統(tǒng)，串聯(lián)系統(tǒng)即為無(wú)儲(chǔ)備系統(tǒng)的一種。

若k約n，則該系統(tǒng)為儲(chǔ)備系統(tǒng)，系統(tǒng)的儲(chǔ)備組件就存在n-k個(gè)，此時(shí)只需組件總量中的部分（k個(gè)）組件就可以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。在儲(chǔ)備系統(tǒng)中，若k>1，則為表決系統(tǒng)；若k越1，則為組件并聯(lián)的儲(chǔ)備系統(tǒng)[5]。

根據(jù)儲(chǔ)備元件的狀況，可以把儲(chǔ)備系統(tǒng)劃分為溫備、冷備、熱備系統(tǒng)。組件在儲(chǔ)備期間的故障率在冷備與熱備中間，則為溫備系統(tǒng)；組件在儲(chǔ)備期間內(nèi)不會(huì)發(fā)生故障，則為冷備系統(tǒng)；組件在儲(chǔ)備期間的故障率幾乎與工作時(shí)一致，則為熱備系統(tǒng)。

4　總結(jié)

在公共安全范疇內(nèi)，消防安全是比較重要的。我們應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持對(duì)防消火災(zāi)理論進(jìn)行探討，同時(shí)廣泛開(kāi)展有關(guān)消防的安全知識(shí)講座，并實(shí)時(shí)實(shí)訓(xùn)防消技能。由于高層建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和繁瑣功能，其發(fā)生火災(zāi)時(shí)，較難撲滅，更易造成嚴(yán)重的損失，因此我們更應(yīng)加大對(duì)這方面的關(guān)注。相關(guān)建筑的管理人員要積極做好相關(guān)規(guī)定的要求，注意預(yù)防，增強(qiáng)火災(zāi)預(yù)防的技術(shù)能力，提高人們的安全意識(shí)，增強(qiáng)人們的自救能力，盡量在火災(zāi)未發(fā)生時(shí)把隱患清除，盡最大的努力降低火災(zāi)事故引起的傷亡及損失。

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2015-11-20