導 讀
針對超高層建筑消防給水系統的不同分區形式，提出了對消防給水系統分區的評估和評價的問題。超高層建筑消防給水系統分區的評價有利于解決系統分區形式，從定性與定量的角度給出評價的結果，建立了基于可靠性為基礎的分區形式系統評價方法。消防給水分區的系統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，并給出了系統組件可靠度的計算方法。
0 引言
根據現行國家標準《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB 50974-2014）的規定，當系統工作壓力大于2.40MPa、消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa、自動噴水滅火系統報警閥處的工作壓力大于1.20MPa的條件時，消防給水系統應分區供水。在超高層建筑的消防給水系統的設計中，系統的分區可以有多種形式。同一個建筑的消防給水系統分區，對于不同的設計人員而言，會出現不同形式的分區設計。如何評判某一建筑物或建筑群的消防給水系統分區設計更可靠、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分區的評價方法和標準，有利于解決工程設計對分區供水形式的比選問題。特別是在現行國家標準《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）規定，建筑高度大于250m的建筑，尚應結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供水形式優中選優，采用安全可靠的消防給水分區形式，對提高消防給水的設計安全水平具有積極的意義。
1 消防給水分區供水的形式
超限高層建筑的分區應根據系統壓力、建筑用途功能和特征、水源條件、重要性、技術經濟性和安全可靠性等綜合因素確定。通常，將消防水泵分區定義為“級”，減壓閥、減壓水箱分區定義為“區”。分級可采用重力消防給水系統、串聯消防水箱給水系統、串聯消防水泵給水系統。分區可采用消防減壓水箱和減壓閥減壓的形式。不同的系統分級中，可以存在不同的分區形式。
在分級或分區供水的形式中，并聯消防水泵給水系統指由各個分級的消防水泵直接向本級消防給水管網供水的消防給水系統。串聯消防水泵給水系統由分級的消防水泵逐級轉輸向本級消防給水管網供水，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。串聯消防水箱給水系統由分級的消防水泵向本級消防給水管網供水，消防給水分級之間設置消防轉輸水箱，上級的消防水泵從消防轉輸水箱吸水，并設有消防轉輸泵向相應的消防轉輸水箱供水的消防給水系統。重力消防給水系統不設直接向消防給水管網系統供水的消防泵，由高位消防水池直接向消防給水管網供水，并能滿足消防給水系統水壓和流量的消防給水系統。
2 評價方法的構建
超高層建筑消防給水分區的系統評價應堅持科學嚴謹、實事求是、客觀公正的原則，并應結合設計項目的建筑特點進行。系統評價應以判定系統的可靠性為主，并應對設計方案進行比選、為設計的優化提出相應的技術措施。
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、不符合消防技術標準的強制性條文、可能導致火災發生或火災危害重大的、潛在的不安全因素（要素）與現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評價目的和對象的不同選擇適用的系統評價方法。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時，凡涉及系統性、整體性的指標，應基于該棟建筑所屬工程項目的總體情況進行評價。
系統分區的綜合評定可分為系統分區的評估和系統分區的評價。系統分區的評估作為定性的方法，用于方案設計和初步設計階段。系統分區的評價作為定量的方法，可用于施工圖階段對設計的后評估和初步設計階段。開展對超高層建筑消防給水系統分區的系統評價，可形成相應的系統評估報告。
系統分區的綜合評定對同一建筑或建筑群的消防給水設計采用的不同設計方案進行系統的評價評估，給出比選方案的優劣。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的分值。
3 系統分區的評估
超高層建筑消防給水系統的分區評估應均衡可靠性、安全性和經濟性之間的關系，且消防給水的系統評估應結合自身的特點，以滅火性能的優越性為先。
3.1 評估的方法
消防給水系統的系統評估方法可采用關聯矩陣法（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（可靠性）分析法、專家評估、模型評估法和技術經濟評估法。綜合評定的評價方法應根據評價目的和對象的不同選擇適用的系統評價方法，并宜以系統的可靠性評價為目標。
關聯矩陣法可設A1，A2，……，An為消防給水系統評估的各個方案；X1，X2，……，Xm為系統評估因素，如各功能指標（項目），W為權重，Vij為評分，見表1。
最優值可按式（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劣。
3.2 評估的指標與評估
系統分區的評估的指標體系可由目標與功能、系統性能、經濟效果以及其他方面4類別組成，如表2所示。每類別應按評估指標進行評分。
在超高層建筑的消防給水系統分區評估中，評估指標體系的4類指標總分對每個系統方案為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。每個系統方案的總分為各類別的得分與權重乘積后的總和。
消防給水系統評估指標在應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，可結合各評估指標進行折算。系統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的消防水源、供水設施、系統體制、分級和分區、設備和管道、消防電源、控制與監測、消防排水等因素確定，見表3。通過各指標和要素的賦值，設有正分值和負分值以支撐評估指標的評估。對應同一評價項目的評估應采用同一階段、同一評估指標和賦值進行評估。
4 系統分區的評價
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定的時間內、規定的條件下完成預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的可靠度設計，先建立可靠性模型，然后通過可靠度進行計算。
消防給水系統的分級、分區可作為單元。消防給水系統的閥門、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、高位消防水池等設備可作為組件。可對各系統中各消防給水的組成單元和管網的分級、分區進行可靠度的計算，并可對不同的分級或分區系統的可靠性進行測量。
消防給水的可靠性模型應基于系統的功能、失效模式、邏輯關系來構成可靠性框圖，并計算系統可靠度與單元（組件）可靠度之間的函數關系。
消防給水系統中采用串聯系統的可靠性度量應按式（2）確定：
式中 Rs(t)——系統的可靠度；
Ri(t)——第i單元的可靠度；
i——單元;
n——構成系統的單元數。
消防給水系統中采用并聯系統的可靠性度量應按式（3）確定：
消防給水系統中采用混聯系統的可靠性度量應按式（4）、式（5）確定。N為串聯或并聯支系統的數量，n為每個支系統的單元數。
（1）對串-并聯系統，系統的可靠度如式（4）所示：
（2） 對并-串聯系統，系統的可靠度如式（5）所示：
式中 N——支系統的數量。
消防給水系統中采用表決系統的可靠性度量應按式（6）確定：
式中 k——不失效的單元數（1≤k
4.2 組件備用的可靠度
在實際工程設計中，常常會出現備用量的選擇。如圖1所示，為消防水泵組的備用關系，往往按1用1備的形式設計，其備用量為100％。當消防水泵的流量較大時，從經濟性的角度出發，有采2用1備或3用1備等形式。在系統的評價中，備用與備用量的關系決定了其可靠度。
當采1用1備的形式時，其可靠性的關系為并聯的備用關系。設每套泵組的可靠度相同，且為R（不大于1.00）。其設計的可靠度（F1-1）可按式（3）計算，F1-1=2R-R2。
當采多用1備的方式時，其可靠性的關系為表決的并聯備用關系。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臺消防水泵設備或對應管路發生故障時另2臺水泵設備及管路能夠同時工作。此種結構為按2/3的表決系統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）表決后服從并聯關系。
當3臺水泵都沒有發生故障的結構可靠度為：F1=R1×R2×R3=R3；當3臺水泵，其中水泵A發生故障，水泵B和水泵C正常，結構的可靠度為：F2=（1-R1）R2×R3= R2-R3；當3臺水泵，其中水泵 B發生故障，水泵A和水泵C正常，結構的可靠度為：F3=R1（1-R2）×R3= R2-R3；當3臺水泵，其中水泵 C 發生故障，水泵A 和水泵B正常，結構的可靠度為：F4=R1×R2（1-R3）= R2-R3。則水泵并聯結構的可靠度為：F2-3=F1+F2+F3+F4=3R2-2R3。還可計算出3臺水泵中 1 臺水泵發生故障、2 臺水泵發生故障和 3 臺水泵都發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時不同情況的可靠度，如表4所示。
從表4可以看出，并聯結構中組件的增多，系統可靠性逐漸升高，但也會增加設備投資。作為工程設計，需要在合理的可靠度范圍內減少投資，可以對備用關系的結構進行可靠度優化。1用1備形式的消防水泵組結構是最經濟合理的。
此外，可以采用流體系統仿真分析平臺對高層建筑消防的給水進行可靠性設計和系統優化。
5 結語
超限高層建筑的消防給水系統分區可以進行評價的。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分區的評估和系統分區的評價。
通過構建超高層建筑消防給水系統分區的評價體系，建立評價指標，可以對不同的分區供水形式進行定性和定量分析，給出設計推薦的最佳方案。其有利于判斷系統的可靠性和優劣，特別是對系統的分區進行技術性評判具有參考價值，以解決超高層建筑消防給水設計中的新問題。
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分區的評價方法探討；作者：楊琦；作者單位：華東建筑設計研究總院、上海超高層建筑設計工程技術研究中心。刊登在《給水排水》2021年第8期。