高层建筑消防系统及可靠性研究

鲁言言

（广东省建筑设计研究院广东广州　510010）

高层建筑消防系统及可靠性研究

鲁言言

（广东省建筑设计研究院广东广州510010）

高层建筑存在着较大的火灾隐患，因此它需要有较为安全的消防系统。考虑到高层建筑发生火灾时的独特性，消防系统在高层建筑中存在的不足，结合在高层建筑消防工作中出现的防火安全、消防监督、施工质量等问题，本文提出一些措施，以便提高高层建筑消防的安全性，同时给出了相对应的改善措施，在今后高层建筑的消防设计中，可以借鉴。

高层建筑；消防；可靠性

1　高层建筑消防存在的安全隐患

近年来，我国经济发展较为迅猛，城市的现代化建设也越来越快，因此目前国内出现越来越多的高层建筑。这些高层建筑，有豪华的建筑装饰、繁多的用电设备、复杂的使用功能；同时，建筑内还存在可观的易燃物质，像吊顶装饰、地毯、窗帘、家具等，在不妥的管理下，火灾是很容易发生的。尤其是高层公共建筑，它们一般有较多的层数、较大的建筑面积，因此火灾情况就更加复杂，安全隐患也更加严重，在火灾发生时，就更易造成严重的后果[1]。综合一些已存在的火灾实例，本文提出了以下几条在高层建筑中存在的消防安全隐患：

1.1高层建筑灭火困难

在高层建筑的灭火过程中，使用的设备有较高的自动化程度，且比较复杂。在扑救火灾时，初期灭火是很重要的，但在大多数情况下，火场人员不能熟练地使用灭火设备，而等到消防人员到达现场、爬上高楼时，就消耗了部分体力，同时还可能存在与水泵房、消防中心等合作困难、沟通不便等问题。另外，火势迅猛、楼层较高、风速较大、高温浓烟等问题，也会增加消防人员灭火的难度。

1.2无法正常发挥消防设施的作用

大部分情况下，在消防人员到达现场之后，由于火灾现场周围的复杂环境，灭火的水量和水压达不到要求，消防人员无法到达需要的灭火高度，火灾的扑救难度会增大，导致长时间内无法扑灭火灾。

1.3火灾现场人员的疏散困难

在高层建筑中，人员较多，不少公共活动场的人员相对集中，这增加了对火场人员的疏散难度，较易导致严重的火灾事故。在高层建筑中，下层发生火灾之后，经常由于通讯设备的失控，导致上层无法及时知道。因此导致人员的疏散不及时，从而造成更大的火灾事故。

2　高层建筑消防在现阶段存在的隐患

2.1图纸设计不齐全，审核工作困难

消防设计的专业人员人手不足，消防设计不合理，消防设计人员对防火的相关设计不够重视，部分建筑工程建设周期较短，设计时间不足，消防设计人员之间配合程度不够，某些设计人员不够认真负责，项目设计图纸缺失、遗漏，施工蓝图无法满足现场要求，这些情况经常发生。更有甚者，极少数的建筑工程只依靠少量的设计草图就开始现场施工。上述种种现象，直接加大了高层建筑的消防安全隐患[2]。

2.2缺少监督，缺少把关

部分消防监督管理人员，没有严格按照规范和程序，把审查、监理、验收等工作做好。在工作过程中，消防监督管理人员看到图纸中存在设计问题时，无法尽快、精确地提出修改意见，更有甚者，对于一些比较简单的问题，例如室内消火栓的安放位置、疏散房门的开启方向，都无法给出相关建议；对于某些缺少重要消防设计图纸的工程，直接发放审核同意的意见书；在现场的检查中，有些人对检查的程序不够熟练，检查出问题之后，感觉无法下手、不知所措，甚至对某些很显眼的情况都无法看出；还有些工作人员对消防相关的设施、产品等不熟悉，不懂如何使用。上述种种情况都大大降低了高层建筑消防监督和管理的功用。

2.3现场施工质量差，消防设施工作困难

在工程投标过程中，某些厂家为了中标，故意降低报价、恶意减少工程量，从而导致项目总造价有较大缺口，严重影响了现场施工的质量；某些中标的施工单位，其专业技术人员对规范和标准不够熟练，甚至完全不清楚，无法按照规范和标准进行安装施工，导致施工过程中出现技术性的错误。比如，错接了防排烟系统的管线，导致送风阀排风、排风阀送风；末端试水装置没有放置在最末端的管网，这样也能测出水量和压力，但是所得的数据就不是很精确的；消防水泵房内，电机的相序联接错误，造成水泵反转；防火卷帘缺少应急操作装置和联动功能，无法进行远程的操作和控制；指示疏散的标识，方向不对，应急照明灯没有足够的亮度；少数施工单位为了要取项目的欠款，故意破坏消防设施，造成故障发生，从而使部分消防设备无法正常运行。

3　高层建筑消防给水系统的可靠性研究

3.1高层建筑消防水系统的可靠性指标

高层建筑的消防给水系统，包括它的子系统，从全局来讲都是可恢复性对象，它们具有宜修性、耐久性和无故障性三种可靠性指标。

（1）宜修性

宜修性指标包括M T T R（即平均修复时间）、修复率（即在一定的时间内恢复损坏组件的概率大小）。

（2）耐久性

耐久性指标包括服务期限、技术寿命。在消防给水系统的各类机械（电机及其附件、水泵等）中，耐久性指标的使用较为普遍。

（3）无故障性

无故障性指标包括F（T）（即故障概率或不可靠度）、姿（t）（即故障强度或故障率）、MTBF（容量故障比）、R（T）（即无故障工作概率或可靠度）等。

（4）可靠性的综合指标

技术利用系数、操作准备系数、准备系数，都是可靠性的综合指标，它们都是跟时间相关。在分析消防给水系统的可靠性过程中，技术的寿命或者恢复的时间、两次故障之间的时间间隔或者故障前的工作时间、故障发生的频率等，都可以是所需的随机变量。另外值得注意的是，在进行可靠性分析时，一定要取相同时间间隔内的指标值，这样才能提高分析结果的可信性。

3.2可靠性模型和预测在高层建筑消防水系统中的应用

系统组件的可靠性，和它们对整体系统的影响，决定了一切系统的可靠性。高层建筑消防水系统较为复杂，组件（或单元）之间的相互影响、单个组件（或单元）的可靠性、系统的组件（或单元）数量，都影响着整个系统的可靠性。系统组件的联接方式有很多种，因此系统可靠性的预测方式也不同。

为了更准确地找出发生故障的系统组件，第一要制作出系统和所有组件的系统简图，其次按照系统实际的工作状况做水力计算，从而分析出哪些是系统正常工作所必需的组件，进而确定该系统的可靠性指标。

由于某些几何图形与系统组件的联接存在相似之处，因此在可靠性的理论中，将下图1称为“组件串联”，图2称为“组件并联”简图。它们统称为可靠性框图。

3.2.1可靠性模型和预测在串联系统中的应用[3]

若任意组件出现故障，整个系统会无法使用，这种称为串联系统。图1为串联系统可靠性简图。在框图上可以看出，该系统自起点至终点只有一条途径，这是串联系统的特有表现。

图1　串联系统可靠性简图

某组件无故障工作概率用p（t）=fi（i=1，2，……，n）来表示，某系统无故障工作概率用F来表示，则该系统的无故障工作概率（即可靠性指标）为：

对该式进行研究，可以得出串联系统可靠性指标的以下特点：

（1）串联系统中任一组件的无故障工作概率，都大于整体系统；

（2）串联系统的无故障工作概率，随着组件数量的增大而降低。

因此，串联系统相对来讲是不可靠的，在使用串联系统时，组件数应尽量少，且应对薄弱组件进行改善。

3.2.2可靠性模型和预测在并联系统中的应用

图2是并联系统可靠性简图。

提高可靠性的基本方式是储备，并联系统即为一种有储备的系统。系统某个组件为基本组件，剩余为储备组件，这是该系统的特点。当系统的全部组件都不能运行时，该系统才会失效[4]。某组件故障概率用di（i=1，2……，n）来表示，该系统故障概率用D

图2　并联系统可靠性简图

并联系统的无故障工作概率为：

对该式进行研究，可以得出：

（1）并联系统中任一组件的无故障工作概率，都小于整体系统；

（2）并联系统的无故障工作概率，随着组件数量的增大而增大，同时也增加了整个系统的费用。

应该注意的是，并联系统中，任一组件的无故障工作概率不变，组件数量增大，该系统中某一组件发生故障的概率就增加了，但是系统的可靠性增大。这就还储备冲突现象。

3.3高层建筑消防给水储备系统来表示，则并联系统的故障概率为：

组件在系统中的位置和种类，决定了它对系统的影响程度。系统中有多种组件时，应了解哪些组件的正常工作能够使系统正常运行。

某系统的基本组件量是k，组件总量是n，若k=n，则该系统只是由基本组件构成，只有在全部组件无故障时，系统再能正常工作。这种系统即为无储备系统，串联系统即为无储备系统的一种。

若k约n，则该系统为储备系统，系统的储备组件就存在n-k个，此时只需组件总量中的部分（k个）组件就可以使系统正常运行。在储备系统中，若k>1，则为表决系统；若k越1，则为组件并联的储备系统[5]。

根据储备元件的状况，可以把储备系统划分为温备、冷备、热备系统。组件在储备期间的故障率在冷备与热备中间，则为温备系统；组件在储备期间内不会发生故障，则为冷备系统；组件在储备期间的故障率几乎与工作时一致，则为热备系统。

4　总结

在公共安全范畴内，消防安全是比较重要的。我们应当坚持对防消火灾理论进行探讨，同时广泛开展有关消防的安全知识讲座，并实时实训防消技能。由于高层建筑的复杂结构和繁琐功能，其发生火灾时，较难扑灭，更易造成严重的损失，因此我们更应加大对这方面的关注。相关建筑的管理人员要积极做好相关规定的要求，注意预防，增强火灾预防的技术能力，提高人们的安全意识，增强人们的自救能力，尽量在火灾未发生时把隐患清除，尽最大的努力降低火灾事故引起的伤亡及损失。

[1]巴煜，刘瑞海，卢文刚.高层建筑施工防火与消防安全措施的探讨[J].建筑安全，2011（2）：10～12.

[2]黄成辉，黄莉.浅析高层建筑消防安全技术[J].工程科技，317.

[3]韩林.浅谈高层施工中的消防安全措施[J].建筑安全，2001（2）：41～42.

[4]刘然，贾进章，耿继原.高层建筑消防设计措施探究[J].辽宁工程技术大学学报，2007，26（增刊）：128～130.

[5]赵小颖.高层建筑消防给水系统及可靠性研究[J].建筑科学，2007（21）：63～64.

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2015-11-20