楊琦：超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)評(píng)價(jià)方法
針對(duì)超高層建筑消防給水系統(tǒng)的不同分區(qū)形式，提出了對(duì)消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)估和評(píng)價(jià)的問(wèn)題。超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法。消防給水分區(qū)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)包括直接評(píng)定和綜合評(píng)定的評(píng)定方法。直接評(píng)價(jià)對(duì)存在重大隱患的設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)標(biāo)評(píng)定。綜合評(píng)定可以采用不同的指標(biāo)進(jìn)行多因素的評(píng)估，提出了評(píng)估的指標(biāo)，并給出了系統(tǒng)組件可靠度的計(jì)算方法。
根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(dāng)系統(tǒng)工作壓力大于2.40MPa、消火栓栓口處?kù)o壓大于1.0MPa、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥處的工作壓力大于1.20MPa的條件時(shí)，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(jì)中，系統(tǒng)的分區(qū)可以有多種形式。同一個(gè)建筑的消防給水系統(tǒng)分區(qū)，對(duì)于不同的設(shè)計(jì)人員而言，會(huì)出現(xiàn)不同形式的分區(qū)設(shè)計(jì)。如何評(píng)判某一建筑物或建筑群的消防給水系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計(jì)更可靠、合理，是工程中常常遇到的問(wèn)題之一。
建立超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，有利于解決工程設(shè)計(jì)對(duì)分區(qū)供水形式的比選問(wèn)題。特別是在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)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(shí)際情況采取更加嚴(yán)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(duì)提高消防給水的設(shè)計(jì)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(jì)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(jí)”，減壓閥、減壓水箱分區(qū)定義為“區(qū)”。分級(jí)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(jí)中，可以存在不同的分區(qū)形式。
在分級(jí)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(gè)分級(jí)的消防水泵直接向本級(jí)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(jí)的消防水泵逐級(jí)轉(zhuǎn)輸向本級(jí)消防給水管網(wǎng)供水，上級(jí)的消防水泵從下級(jí)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(jí)的消防水泵向本級(jí)消防給水管網(wǎng)供水，消防給水分級(jí)之間設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸水箱，上級(jí)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(píng)價(jià)方法的構(gòu)建
超高層建筑消防給水分區(qū)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是、客觀公正的原則，并應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)項(xiàng)目的建筑特點(diǎn)進(jìn)行。系統(tǒng)評(píng)價(jià)應(yīng)以判定系統(tǒng)的可靠性為主，并應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選、為設(shè)計(jì)的優(yōu)化提出相應(yīng)的技術(shù)措施。
評(píng)價(jià)方法中可采用直接評(píng)定和綜合評(píng)定的兩種方法同時(shí)進(jìn)行。直接評(píng)定以安全評(píng)價(jià)為目標(biāo)，對(duì)于違反消防法律法規(guī)、不符合消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的強(qiáng)制性條文進(jìn)行對(duì)標(biāo)。綜合評(píng)定的評(píng)價(jià)方法根據(jù)評(píng)價(jià)目的和對(duì)象的不同選擇適用的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法。綜合評(píng)定的評(píng)價(jià)可以以單棟建筑或建筑群為評(píng)價(jià)對(duì)象。單棟建筑時(shí)，當(dāng)采用共用消防給水系統(tǒng)時(shí)，凡涉及系統(tǒng)性、整體性的指標(biāo)，應(yīng)基于該棟建筑所屬工程項(xiàng)目的總體情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。
系統(tǒng)分區(qū)的綜合評(píng)定可分為系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)估和系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)。系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)估作為定性的方法，用于方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段。系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)作為定量的方法，可用于施工圖階段對(duì)設(shè)計(jì)的后評(píng)估和初步設(shè)計(jì)階段。開(kāi)展對(duì)超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，可形成相應(yīng)的系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告。
系統(tǒng)分區(qū)的綜合評(píng)定對(duì)同一建筑或建筑群的消防給水設(shè)計(jì)采用的不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)評(píng)估，給出比選方案的優(yōu)劣。評(píng)價(jià)指標(biāo)的危險(xiǎn)程度等級(jí)可分為安全級(jí)、輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)、危險(xiǎn)級(jí)和嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)。定性評(píng)價(jià)可給出對(duì)應(yīng)的分值。
3 系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)估
超高層建筑消防給水系統(tǒng)的分區(qū)評(píng)估應(yīng)均衡可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，且消防給水的系統(tǒng)評(píng)估應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，以滅火性能的優(yōu)越性為先。
3.1 評(píng)估的方法
消防給水系統(tǒng)的系統(tǒng)評(píng)估方法可采用關(guān)聯(lián)矩陣法（原理性方法）、層次分析法（評(píng)價(jià)要素多層次分析）、模糊綜合評(píng)判法（多評(píng)價(jià)主體）、系統(tǒng)（可靠性）分析法、專家評(píng)估、模型評(píng)估法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估法。綜合評(píng)定的評(píng)價(jià)方法應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)目的和對(duì)象的不同選擇適用的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，并宜以系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)為目標(biāo)。
關(guān)聯(lián)矩陣法可設(shè)A1，A2，……，An為消防給水系統(tǒng)評(píng)估的各個(gè)方案；X1，X2，……，Xm為系統(tǒng)評(píng)估因素，如各功能指標(biāo)（項(xiàng)目），W為權(quán)重，Vij為評(píng)分，見(jiàn)表1。
表1 關(guān)聯(lián)矩陣法原理
3.2 評(píng)估的指標(biāo)與評(píng)估
系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)估的指標(biāo)體系可由目標(biāo)與功能、系統(tǒng)性能、經(jīng)濟(jì)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(píng)估指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。
表2 消防給水系統(tǒng)的系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)和設(shè)計(jì)要素
消防給水系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)在應(yīng)用中評(píng)估指標(biāo)可分解為子項(xiàng)指標(biāo)和細(xì)化要素。子項(xiàng)指標(biāo)的總分也可采用百分制，可結(jié)合各評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行折算。系統(tǒng)性能類別評(píng)估中可靠性的指標(biāo)和評(píng)分需要針對(duì)消防給水系統(tǒng)的消防水源、供水設(shè)施、系統(tǒng)體制、分級(jí)和分區(qū)、設(shè)備和管道、消防電源、控制與監(jiān)測(cè)、消防排水等因素確定，見(jiàn)表3。通過(guò)各指標(biāo)和要素的賦值，設(shè)有正分值和負(fù)分值以支撐評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估。對(duì)應(yīng)同一評(píng)價(jià)項(xiàng)目的評(píng)估應(yīng)采用同一階段、同一評(píng)估指標(biāo)和賦值進(jìn)行評(píng)估。
表3 系統(tǒng)性能類別評(píng)估中可靠性指標(biāo)和細(xì)分要素
4.1 可靠度的計(jì)算
消防給水組件的可靠度是消防組件在規(guī)定的時(shí)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(jì)，先建立可靠性模型，然后通過(guò)可靠度進(jìn)行計(jì)算。
消防給水系統(tǒng)的分級(jí)、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?duì)各系統(tǒng)中各消防給水的組成單元和管網(wǎng)的分級(jí)、分區(qū)進(jìn)行可靠度的計(jì)算，并可對(duì)不同的分級(jí)或分區(qū)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行測(cè)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(lái)構(gòu)成可靠性框圖，并計(jì)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：
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：
?。?）對(duì)串-并聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠度如式（4）所示：
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：
4.2 組件備用的可靠度
在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，常常會(huì)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(jì)，其備用量為100％。當(dāng)消防水泵的流量較大時(shí)，從經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)中，備用與備用量的關(guān)系決定了其可靠度。
圖1 消防水泵組的備用關(guān)系
當(dāng)采1用1備的形式時(shí)，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(jì)的可靠度（F1-1）可按式（3）計(jì)算，F(xiàn)1-1=2R-R2。當(dāng)采多用1備的方式時(shí)，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(tái)消防水泵組（A、B、C）中需要任意2臺(tái)能夠滿足工作需要，即當(dāng)1臺(tái)消防水泵設(shè)備或?qū)?yīng)管路發(fā)生故障時(shí)另2臺(tái)水泵設(shè)備及管路能夠同時(shí)工作。此種結(jié)構(gòu)為按2/3的表決系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行可靠度的計(jì)算。3臺(tái)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(dāng)3臺(tái)水泵都沒(méi)有發(fā)生故障的結(jié)構(gòu)可靠度為：F1=R1×R2×R3=R3；當(dāng)3臺(tái)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(dāng)3臺(tái)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(dāng)3臺(tái)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(jì)算出3臺(tái)水泵中 1 臺(tái)水泵發(fā)生故障、2 臺(tái)水泵發(fā)生故障和 3 臺(tái)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(tái)消防水泵組在并聯(lián)時(shí)不同情況的可靠度，如表4所示。
表4 消防水泵組并聯(lián)時(shí)不同組合結(jié)構(gòu)的表決系統(tǒng)可靠度
此外，可以采用流體系統(tǒng)仿真分析平臺(tái)對(duì)高層建筑消防的給水進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化。
5 結(jié)語(yǔ)
超限高層建筑的消防給水系統(tǒng)分區(qū)可以進(jìn)行評(píng)價(jià)的。其評(píng)價(jià)方法可采用直接評(píng)定和綜合評(píng)定，綜合評(píng)定可分為系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)估和系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)。
通過(guò)構(gòu)建超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)體系，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以對(duì)不同的分區(qū)供水形式進(jìn)行定性和定量分析，給出設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)的分區(qū)進(jìn)行技術(shù)性評(píng)判具有參考價(jià)值，以解決超高層建筑消防給水設(shè)計(jì)中的新問(wèn)題。
來(lái)源：給水排水。微信對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題：超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)的評(píng)價(jià)方法探討；作者：楊琦；作者單位：華東建筑設(shè)計(jì)研究總院、上海超高層建筑設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心。刊登在《給水排水》2021年第8期。
來(lái)源：給水排水