高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性的研究
高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性的研究
摘 要 文章簡要介紹了高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備的可靠性模型及可靠度的計算方法，分析了系統功能作用過程及概率特征，指出了可靠性設計的原理和提高可靠性的方法，以利于消防給水系統的優化設計；并對系統可靠性的發展進行了展望。
關鍵詞 消防給水 消火栓 自動噴水滅火系統
高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備系統是高層建筑消防中的基礎結構，是其重要的組成部分。它的可靠性對保證高層建筑消防的作用有舉足輕重的影響。
高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性是指高層建筑消防給水系統在規定的條件下，在規定的時間內，能夠完成規定的功能的能力。
1 消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性模型及可靠度計算
消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性常用可靠度來表示。它是消防給水系統在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率。可靠度R（t）是一種表示隨機事件發生可能性大小的一個量，是時間的函數。
1．1 消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性框圖
為了研究系統的可靠度，首先需要弄清系統的功能、失效模式，準確地繪出可靠性框圖。通過建立消防隔膜式氣壓自動給水設備系統模型，研究系統可靠度與單元(組件)可靠度之間的函數關系。單元的可靠度可以通過大量的試驗確定，由此可確定由若干單元相互組合成的復元體系統的可靠度。
消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可以分為非儲備系統、儲備系統和復雜系統。儲備系統又可分為工作儲備和非工作儲備系統。非儲備系統實際上是一種串聯系統。消防隔膜式氣壓自動給水設備系統對供水的要求較高，需要有足夠的保證率，故常采用儲備系統和復雜系統的形式。在工作儲備方式中，可分為并聯系統、混聯系統、表決系統。在消防給水系統中，主要由消火栓給水系統和自動噴水滅火系統組成，其中各單元(閥門、消火栓、噴頭、管道等部件)或設備(水泵、水池、水箱等)的功能，決定了可靠性框圖的關系。
就兩個閥門用管道相連的可靠性框圖而言。如果它們的作用是讓水流通過，則兩閥需同時開啟，從可靠性的角度看，這就是一個串聯系統；如果其作用是起截斷水流作用，則關閉其中一個閥門就可完成截流作用，該可靠性框圖為并聯系統。可見同是一個結構，不同的功能可靠度是不同的。在水泵給水的方式中，如圖1，雖然同樣的形式但關系不同，可靠性框圖也不同。
1．2 消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性度量
消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性是由各單元的功能關系決定的，系統的可靠度也就由各單元的可靠度組合產生。
1．2．1 串聯系統可靠度計算
串聯系統是指只有當系統中所有單元都正常工作時，系統才能正常工作。若由n個單元組成的串聯系統，假定第i單元的可靠度為Ri(t)，則系統的可靠度為所有單元可靠度的連乘積，即：
1．2．2 并聯系統可靠度計算
它是指系統中只要有一個單元正常工作能正常工作。其系統的可靠度為：
1．2．3 混聯系統可靠度計算系統就
對串一并聯系統，設某一單元的可靠度為Rij，共N個支系統串聯。整個系統的可靠度為：
對于并一串聯系統，設N個子系統并聯構成，每個子系統有n個單元，則：
1．2．4 表決系統可靠度計算
組成系統的n個單元中，不失效的單元數不少于是個(1≤k
2 消防隔膜式氣壓自動給水設備系統功能作用過程及概率特征
消防隔膜式氣壓自動給水設備系統中的用水過程是隨機的和不可控制的，其工作的實際情況取決于滅火過程中各用水點匯集起來的隨機事件流(隨時間的一種變化)。也就是說，消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的工作特點是特別的隨機過程。
高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的功能作用過程可用下列指標表示：流量(需水量qn、用水延續時間 、火災用水的頻率V、同時發生火災的數目m。消防給水流量的隨機值，可用概率分布的積分函數表示，服從指數規律；滅火的延續時間可用指數規律表示；而同時發生火災時，給水系統的服務過程具有平穩的泊松流的性質。此外，消防給水系統中多數組件出故障前的工作容量分布服從于指數分布規律。在某些特定條件下，給水管道檢修的延續時間服從指數規律的聯合分布。
在消防隔膜式氣壓自動給水設備系統管線布置上，常采用環狀管網，增加了故障管線的互換性，使整個給水管網具有較高的儲備度。然而，為保證故障時備用管線的水頭損失不致過大，將會造成系統平時的超壓問題。
3 消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性設計
3．1 可靠性的分配和預測
在消防隔膜式氣壓自動給水設備系統功能和可靠性指標確定后，就可以根據系統設備的可靠性指標、各子系統(單元組件)重要程度和本身的失效率進行可靠性分配。可靠性的分配可保證高層建筑消防給水系統的功能和壽命達到設計要求。在整個系統的技術設計完成后，須根據各單元組件的失效率、系統工作模式、實際要求的工作時間對系統進行可靠度預測。通過與設定的可靠度比較，再調整設計或提高各單元組件的可靠度。
可靠性的分配要根據消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性的要求和各單元的重要性、復雜程度和選用單元的技術水平合理的分配。同時還須作經濟技術的綜合分析。各單元的可靠度是系統可靠性分配得到的。可靠性的分配方法有：等分配法、按子系統重要度分配法、按子系統的復雜度分配法、評分分配法、根據加權因子分配法、AGREE分配法、相對失效率分配法、較少工作量分配法等。
消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性的預測是從子系統(或單元組件)到系統的可靠性分析。這種分配和預測相互轉換的 終目的是使系統在建成后獲得比較滿意的可靠性指標。系統可靠性預測的方法主要可分為分析法和模擬法兩大類。在高層建筑消防給水系統中，利用分配與預測的過程，可以從給水豎向分區的三類方式(水箱分區、減壓閥分區、水泵分區)中得到一種較優化的方法。
3．2 可靠性工程設計
消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的可靠性設計首先要明確指標。諸如可靠度、失效率、MTBF、維修度、有效度等。然后依據設計理論，經反復的分配和預測，使系統達到要求的可靠性指標。在這個過程中，還需考慮建筑環境因素的影響，并保證系統具有良好的維修性。其設計的基本思想是將設計中所涉及到的參數作為隨機變量來考慮，比較真實地反映工程實際情況。
4 發展趨勢與展望
隨著人們對該方面認識的提高，消防給水系統可靠性問題的研究將會進一步展開。
a)加強消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性基礎工作的研究。它包括有組織地收集與處理失常隨機資料，初步建立收集與處理統計資料的合理系統，積累相關組件的可靠性基本數據，并合理確定系統可靠性的指標。
b)增加消防隔膜式氣壓自動給水設備系統的評價方法。通過研究消防給水管網“拓撲學”及其對管網可靠性指標的影響，開展以圖論為基礎的解析方法。對系統組件和邊界條件作適當的等效和足夠的近似變換，深入以水力模擬模型為核心的方法，將影響可靠性的各隨機因子作逐一分解。
c)充分關注人的可靠性。人的可靠性涉及到人的操作可靠性和人機界面。它與人的意識水平、環境和人與人之間的配合有關。
d)實現可靠性工程的優化。高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性本身也是優化設計的一部分。在可靠性建立模型的分析中，盡量綜合考慮所涉及的各種因素，明確消防隔膜式氣壓自動給水設備系統主次的形式，并盡量降低問題的復雜程度，結合經濟技術分析，以優化消防給水系統設計。
e)重視消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性的完成過程。高層建筑消防給水的可靠性貫穿在系統的設計計算、籌備(采用可靠的材料和設備)、建筑(高質量的建筑安裝工作)以及運行(通過排除故障工作的良好組織、有計劃的預防性維修和管理人員的高超技能)的整個過程中。加強高層建筑消防給水系統在這些過程中的薄弱環節，有利于整個系統的可靠性提高。
f)正確處理可靠性與經濟性的關系。在重視消防隔膜式氣壓自動給水設備系統可靠性的同時，必，須明確消防是為建筑服務的。系統可靠性指標的確定應與建筑物本身相適應。同時須注意到增設不合理的儲備并不能提高系統的可靠性。此外，高層建筑消防給水系統的可靠性與經濟性存在二方面的意義。一方面是，它的可靠性提高有利于高層建筑經濟價值的增加和信譽的提高；另一方面，它的可靠性提高應與高層建筑自身的經濟性相適應。
隔膜式氣壓自動給水設備概述
隔膜式氣壓自動給水設備是國內近年來出現的新型給水設備。隔膜式氣壓自動供水設備由膨脹水罐、水泵、自動控制柜、管道、閥門、儀表等組成。本公司已系列化生產，該產品可以彌補低壓供水不足，代替屋頂水箱或水塔。隔膜式氣壓自動給水設備系列廣泛用于居民住宅、賓館飯店、醫院等民用建筑和工業設施的生活、生產及消防系統上。補氣式氣壓自動給水裝亦被廣泛用于熱水供應，熱水采暖，小區集中供暖空調系統做落地膨脹水箱，深受廣大用戶的信任和好評。
隔膜式氣壓自動給水設備特點
1、密閉性能好：罐體為密封裝置，氣水接觸少，保證水質不收污染。
2、結構緊湊、占地少：借助電腦三維設計，不僅僅是簡單地拼合，而且科學合理布置各組成部件，較大限度壓縮占地面積。
3、美觀、大方：可取代生活、消防、采暖、及空調用的高位水塔，不影響建筑美觀，降低建筑造價。
4、便于集中管理：該機組為一體化結構，免除用戶因不同廠家產生的售后服務不一致的麻煩。
隔膜式氣壓自動給水設備工作原理
根據波義耳氣體定律，一定質量的氣體在一定溫度下，壓力與容積的乘積為常數。當水泵工作時，水送至給水管網的同時，多余的水進入氣壓水罐，水室擴大并將罐內的氣體壓縮，氣室縮小，罐內的壓力隨之升高；壓力升到較高工作壓力P2時，電控柜切斷水泵的電源，水泵停轉，此時利用罐內被壓縮氣體的壓力將罐內貯存的水送入給水管網，水室縮小，氣室擴大，罐內壓力也隨之下降，當壓力降低到工作壓力P1時，電控柜接通水泵電源，水泵重新啟動，如此周而復始，不斷運行
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