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導(dǎo) 讀
針對超高層建筑消防給水系統(tǒng)的不同分區(qū)形式，提出了對消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評估和評價的問題。超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評價有利于解決系統(tǒng)分區(qū)形式，從定性與定量的角度給出評價的結(jié)果，建立了基于可靠性為基礎(chǔ)的分區(qū)形式系統(tǒng)評價方法。消防給水分區(qū)的系統(tǒng)評價包括直接評定和綜合評定的評定方法。直接評價對存在重大隱患的設(shè)計進行對標評定。綜合評定可以采用不同的指標進行多因素的評估，提出了評估的指標，并給出了系統(tǒng)組件可靠度的計算方法。
0 引言
根據(jù)現(xiàn)行國家標準《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014）的規(guī)定，當系統(tǒng)工作壓力大于2.40MPa、消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa、自動噴水滅火系統(tǒng)報警閥處的工作壓力大于1.20MPa的條件時，消防給水系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水。在超高層建筑的消防給水系統(tǒng)的設(shè)計中，系統(tǒng)的分區(qū)可以有多種形式。同一個建筑的消防給水系統(tǒng)分區(qū)，對于不同的設(shè)計人員而言，會出現(xiàn)不同形式的分區(qū)設(shè)計。如何評判某一建筑物或建筑群的消防給水系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計更可靠、合理，是工程中常常遇到的問題之一。
建立超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評價方法和標準，有利于解決工程設(shè)計對分區(qū)供水形式的比選問題。特別是在現(xiàn)行國家標準《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016-2014）規(guī)定，建筑高度大于250m的建筑，尚應(yīng)結(jié)合實際情況采取更加嚴格的防火措施。這就需要在不同分區(qū)供水形式優(yōu)中選優(yōu)，采用安全可靠的消防給水分區(qū)形式，對提高消防給水的設(shè)計安全水平具有積極的意義。
1 消防給水分區(qū)供水的形式
超限高層建筑的分區(qū)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)壓力、建筑用途功能和特征、水源條件、重要性、技術(shù)經(jīng)濟性和安全可靠性等綜合因素確定。通常，將消防水泵分區(qū)定義為“級”，減壓閥、減壓水箱分區(qū)定義為“區(qū)”。分級可采用重力消防給水系統(tǒng)、串聯(lián)消防水箱給水系統(tǒng)、串聯(lián)消防水泵給水系統(tǒng)。分區(qū)可采用消防減壓水箱和減壓閥減壓的形式。不同的系統(tǒng)分級中，可以存在不同的分區(qū)形式。
在分級或分區(qū)供水的形式中，并聯(lián)消防水泵給水系統(tǒng)指由各個分級的消防水泵直接向本級消防給水管網(wǎng)供水的消防給水系統(tǒng)。串聯(lián)消防水泵給水系統(tǒng)由分級的消防水泵逐級轉(zhuǎn)輸向本級消防給水管網(wǎng)供水，上級的消防水泵從下級的消防水泵直接吸水的消防給水系統(tǒng)。串聯(lián)消防水箱給水系統(tǒng)由分級的消防水泵向本級消防給水管網(wǎng)供水，消防給水分級之間設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸水箱，上級的消防水泵從消防轉(zhuǎn)輸水箱吸水，并設(shè)有消防轉(zhuǎn)輸泵向相應(yīng)的消防轉(zhuǎn)輸水箱供水的消防給水系統(tǒng)。重力消防給水系統(tǒng)不設(shè)直接向消防給水管網(wǎng)系統(tǒng)供水的消防泵，由高位消防水池直接向消防給水管網(wǎng)供水，并能滿足消防給水系統(tǒng)水壓和流量的消防給水系統(tǒng)。
2 評價方法的構(gòu)建
超高層建筑消防給水分區(qū)的系統(tǒng)評價應(yīng)堅持科學(xué)嚴謹、實事求是、客觀公正的原則，并應(yīng)結(jié)合設(shè)計項目的建筑特點進行。系統(tǒng)評價應(yīng)以判定系統(tǒng)的可靠性為主，并應(yīng)對設(shè)計方案進行比選、為設(shè)計的優(yōu)化提出相應(yīng)的技術(shù)措施。
評價方法中可采用直接評定和綜合評定的兩種方法同時進行。直接評定以安全評價為目標，對于違反消防法律法規(guī)、不符合消防技術(shù)標準的強制性條文、可能導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生或火災(zāi)危害重大的、潛在的不安全因素（要素）與現(xiàn)行國家標準中的強制性條文進行對標。綜合評定的評價方法根據(jù)評價目的和對象的不同選擇適用的系統(tǒng)評價方法。綜合評定的評價可以以單棟建筑或建筑群為評價對象。單棟建筑時，當采用共用消防給水系統(tǒng)時，凡涉及系統(tǒng)性、整體性的指標，應(yīng)基于該棟建筑所屬工程項目的總體情況進行評價。
系統(tǒng)分區(qū)的綜合評定可分為系統(tǒng)分區(qū)的評估和系統(tǒng)分區(qū)的評價。系統(tǒng)分區(qū)的評估作為定性的方法，用于方案設(shè)計和初步設(shè)計階段。系統(tǒng)分區(qū)的評價作為定量的方法，可用于施工圖階段對設(shè)計的后評估和初步設(shè)計階段。開展對超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的系統(tǒng)評價，可形成相應(yīng)的系統(tǒng)評估報告。
系統(tǒng)分區(qū)的綜合評定對同一建筑或建筑群的消防給水設(shè)計采用的不同設(shè)計方案進行系統(tǒng)的評價評估，給出比選方案的優(yōu)劣。評價指標的危險程度等級可分為安全級、輕危險級、中危險級、危險級和嚴重危險級。定性評價可給出對應(yīng)的分值。
3 系統(tǒng)分區(qū)的評估
超高層建筑消防給水系統(tǒng)的分區(qū)評估應(yīng)均衡可靠性、安全性和經(jīng)濟性之間的關(guān)系，且消防給水的系統(tǒng)評估應(yīng)結(jié)合自身的特點，以滅火性能的優(yōu)越性為先。
3.1 評估的方法
消防給水系統(tǒng)的系統(tǒng)評估方法可采用關(guān)聯(lián)矩陣法（原理性方法）、層次分析法（評價要素多層次分析）、模糊綜合評判法（多評價主體）、系統(tǒng)（可靠性）分析法、專家評估、模型評估法和技術(shù)經(jīng)濟評估法。綜合評定的評價方法應(yīng)根據(jù)評價目的和對象的不同選擇適用的系統(tǒng)評價方法，并宜以系統(tǒng)的可靠性評價為目標。
關(guān)聯(lián)矩陣法可設(shè)A1，A2，……，An為消防給水系統(tǒng)評估的各個方案；X1，X2，……，Xm為系統(tǒng)評估因素，如各功能指標（項目），W為權(quán)重，Vij為評分，見表1。
最優(yōu)值可按式（1）確定：
層次分析法（AHP）將定性分析與定量分析相結(jié)合進行多目標的評價-決策分析法。模糊綜合評價法（FCJ）可針對系統(tǒng)因素多且難以獲得明確進行評估, 綜合考慮多因素用模糊集理論來評定其優(yōu)劣。
3.2 評估的指標與評估
系統(tǒng)分區(qū)的評估的指標體系可由目標與功能、系統(tǒng)性能、經(jīng)濟效果以及其他方面4類別組成，如表2所示。每類別應(yīng)按評估指標進行評分。
在超高層建筑的消防給水系統(tǒng)分區(qū)評估中，評估指標體系的4類指標總分對每個系統(tǒng)方案為100分。4個類別中各自的評分項得分為Q1、Q2、Q3、Q4，可按總分100分計算。每個系統(tǒng)方案的總分為各類別的得分與權(quán)重乘積后的總和。
消防給水系統(tǒng)評估指標在應(yīng)用中評估指標可分解為子項指標和細化要素。子項指標的總分也可采用百分制，可結(jié)合各評估指標進行折算。系統(tǒng)性能類別評估中可靠性的指標和評分需要針對消防給水系統(tǒng)的消防水源、供水設(shè)施、系統(tǒng)體制、分級和分區(qū)、設(shè)備和管道、消防電源、控制與監(jiān)測、消防排水等因素確定，見表3。通過各指標和要素的賦值，設(shè)有正分值和負分值以支撐評估指標的評估。對應(yīng)同一評價項目的評估應(yīng)采用同一階段、同一評估指標和賦值進行評估。
4 系統(tǒng)分區(qū)的評價
4.1 可靠度的計算
消防給水組件的可靠度是消防組件在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能能力的概率度量。
它可包括消防組件的安全性，適用性和耐久性。超高層建筑消防給水系統(tǒng)的可靠度設(shè)計，先建立可靠性模型，然后通過可靠度進行計算。
消防給水系統(tǒng)的分級、分區(qū)可作為單元。消防給水系統(tǒng)的閥門、消火栓、噴頭、管道等部件和消防水泵、消防水池、高位消防水箱、高位消防水池等設(shè)備可作為組件?？蓪Ω飨到y(tǒng)中各消防給水的組成單元和管網(wǎng)的分級、分區(qū)進行可靠度的計算，并可對不同的分級或分區(qū)系統(tǒng)的可靠性進行測量。
消防給水的可靠性模型應(yīng)基于系統(tǒng)的功能、失效模式、邏輯關(guān)系來構(gòu)成可靠性框圖，并計算系統(tǒng)可靠度與單元（組件）可靠度之間的函數(shù)關(guān)系。
消防給水系統(tǒng)中采用串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性度量應(yīng)按式（2）確定：
式中 Rs(t)——系統(tǒng)的可靠度；
Ri(t)——第i單元的可靠度；
i——單元;
n——構(gòu)成系統(tǒng)的單元數(shù)。
消防給水系統(tǒng)中采用并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性度量應(yīng)按式（3）確定：
消防給水系統(tǒng)中采用混聯(lián)系統(tǒng)的可靠性度量應(yīng)按式（4）、式（5）確定。N為串聯(lián)或并聯(lián)支系統(tǒng)的數(shù)量，n為每個支系統(tǒng)的單元數(shù)。
?。?）對串-并聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠度如式（4）所示：
?。?） 對并-串聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠度如式（5）所示：
式中 N——支系統(tǒng)的數(shù)量。
消防給水系統(tǒng)中采用表決系統(tǒng)的可靠性度量應(yīng)按式（6）確定：
式中 k——不失效的單元數(shù)（1≤k
4.2 組件備用的可靠度
在實際工程設(shè)計中，常常會出現(xiàn)備用量的選擇。如圖1所示，為消防水泵組的備用關(guān)系，往往按1用1備的形式設(shè)計，其備用量為100％。當消防水泵的流量較大時，從經(jīng)濟性的角度出發(fā)，有采2用1備或3用1備等形式。在系統(tǒng)的評價中，備用與備用量的關(guān)系決定了其可靠度。
當采1用1備的形式時，其可靠性的關(guān)系為并聯(lián)的備用關(guān)系。設(shè)每套泵組的可靠度相同，且為R（不大于1.00）。其設(shè)計的可靠度（F1-1）可按式（3）計算，F(xiàn)1-1=2R-R2。
當采多用1備的方式時，其可靠性的關(guān)系為表決的并聯(lián)備用關(guān)系。如2用1備的形式，3臺消防水泵組（A、B、C）中需要任意2臺能夠滿足工作需要，即當1臺消防水泵設(shè)備或?qū)?yīng)管路發(fā)生故障時另2臺水泵設(shè)備及管路能夠同時工作。此種結(jié)構(gòu)為按2/3的表決系統(tǒng)來進行可靠度的計算。3臺相同的消防泵組總的可靠度（F2-3）表決后服從并聯(lián)關(guān)系。
當3臺水泵都沒有發(fā)生故障的結(jié)構(gòu)可靠度為：F1=R1×R2×R3=R3；當3臺水泵，其中水泵A發(fā)生故障，水泵B和水泵C正常，結(jié)構(gòu)的可靠度為：F2=（1-R1）R2×R3= R2-R3；當3臺水泵，其中水泵 B發(fā)生故障，水泵A和水泵C正常，結(jié)構(gòu)的可靠度為：F3=R1（1-R2）×R3= R2-R3；當3臺水泵，其中水泵 C 發(fā)生故障，水泵A 和水泵B正常，結(jié)構(gòu)的可靠度為：F4=R1×R2（1-R3）= R2-R3。則水泵并聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠度為：F2-3=F1+F2+F3+F4=3R2-2R3。還可計算出3臺水泵中 1 臺水泵發(fā)生故障、2 臺水泵發(fā)生故障和 3 臺水泵都發(fā)生故障的不同情況可靠度。
同理分析，可以得出4臺消防水泵組在并聯(lián)時不同情況的可靠度，如表4所示。
從表4可以看出，并聯(lián)結(jié)構(gòu)中組件的增多，系統(tǒng)可靠性逐漸升高，但也會增加設(shè)備投資。作為工程設(shè)計，需要在合理的可靠度范圍內(nèi)減少投資，可以對備用關(guān)系的結(jié)構(gòu)進行可靠度優(yōu)化。1用1備形式的消防水泵組結(jié)構(gòu)是最經(jīng)濟合理的。
此外，可以采用流體系統(tǒng)仿真分析平臺對高層建筑消防的給水進行可靠性設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化。
5 結(jié)語
超限高層建筑的消防給水系統(tǒng)分區(qū)可以進行評價的。其評價方法可采用直接評定和綜合評定，綜合評定可分為系統(tǒng)分區(qū)的評估和系統(tǒng)分區(qū)的評價。
通過構(gòu)建超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評價體系，建立評價指標，可以對不同的分區(qū)供水形式進行定性和定量分析，給出設(shè)計推薦的最佳方案。其有利于判斷系統(tǒng)的可靠性和優(yōu)劣，特別是對系統(tǒng)的分區(qū)進行技術(shù)性評判具有參考價值，以解決超高層建筑消防給水設(shè)計中的新問題。
來源：給水排水。微信對原文有修改。原文標題：超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評價方法探討；作者：楊琦；作者單位：華東建筑設(shè)計研究總院、上海超高層建筑設(shè)計工程技術(shù)研究中心?？窃凇督o水排水》2021年第8期。