消防系统运行可靠性的评估
背景资料
为执行特定功能而设计和安装的美国消防计划。例如，自动喷水灭火系统目的在于控制或扑灭火灾。为此： 自动灭火系统必须长开，即能满足火灾地所需水量达到控制或消灭火灾，火灾探测系统是为了尽早提供火灾预警通报来通知楼内人员安全逃生，并提供消防通知，使其他的消防组成部分开启(例如，特殊灭火系统、排烟系统)。两种消防系统启动(检测)和(警报)必须达到尽早报警。建筑防火墙的一般设计目的为：限制火灾蔓延的程度和保持建筑物的结构的完整，以及在火灾发生时保护逃生路线的安全性。为了做到这一点，特殊的消防系统必须按标准测试及保持特殊消防系统完整性的特点.。消防系统的组成部分如探测系统、自动灭火系统、防火墙的可靠性，在于提高基于设计基础上的联合演习的细节分析的投入。在安全系统方面，有几个可靠性要素包括有效和能使用的可靠性，运行可靠性能提供一定程度的概率，即消防系统在需要时运行。运行可靠性能在特定的火灾情况下利用起特点成功完成起任务的一种检测手段。前者是系统组成和可靠性的评估，而后者是系统设计适宜性的评估。
这项研究的范围仅限于运行可靠性的评估，其主要原因是在于来自文献资料内容的可靠性。除了这项业务区分可靠性和性能，无条件评估的可靠性和故障估计的研究范围也会在失控的火灾中列出。在该文件的后面将会提供这些条款的讨论。
研究范围
这份文件中提供了关于(1)火灾探测(2)有限范围内的自动灭火(3)防火墙的运行可靠性和执行可靠性的一些观点。一般而言，火灾检测的可靠性大都在于烟气检测或火灾报警系统。自动喷头构成了大部分的自动灭火的数据，防火墙包括分区防火和围墙的完整性。应当指出，在某些情况下，该文献不会超出一般'火灾探测' 或'自动灭火'的范畴和要求假设具体类型消防系统.
几项研究报告估计了火灾探测的可靠性和自动灭火系统计划。然而，对被动防火系统如防火分区的详细评估很少被发现，如根据有限的统计资料经分析后，被用来归纳包括评估和不确定的关联性等信息。后者的作用仅限于文献资料在检测和灭火时的评估。防火分区的可靠性也包括与之关联的不可靠数据。
这份报告列出了与放火系统相关的可靠性原理。为了回顾分析和重要发展以及数据概括，在文献检索时被完成。该文献中适用于喷头、烟雾侦测系统可靠性的数据已经被分析筛选。这些数据是描述防火系统运行可靠性在均值和95%的置信区间时的可靠性。
可靠性分析的原理
在文献中的数据可靠性和相关分析上有很大的变化。基本上，可靠性是一种概率的估计，即一个系统或其组成部分在一定时间内按照设计正常运行，其组成部分在正常运行或预期寿命的时间中。这一时期是“改写”的一个组成部分，是每次测试都发现是运行正常的一个时。因此，系统及其组成部件越经常测试和维修保养，他们就越为可靠。这种形式的可靠性就叫做无条件。
系统正常运行的可靠性是无条件的概率的估计。有条件的可靠性是对所提及的两件事情的估计，即发生火灾和消防系统成功运行在同一个时间内发生。可靠性估计并不认为火灾发生的几率是无条件的估计。
涉及到运行可靠性的其他两个重要概念是安全故障和危险故障。无火灾发生时，消防系统却运行叫做安全故障。一个常见的例子就是一个烟雾探测器的假报警现象。发生火灾时而消防系统却不起作用，这叫做危险故障。在这项研究中不能有效使用的概率(1-可靠性估计)称为危险故障。火灾期间自喷系统不能运行或者运行系统不能控制或扑灭火灾都是这种类型的失误。
整个系统的可靠性取决于各个组成部分的可靠性及其相应的失败率，系统组成部分的相互依存性，安装后系统及其组成部分在维修和测试时所出拒的评估。考虑到关键的可靠性时也涉及到消防系统的性能。系统性能被定义为某一特定系统的能力，为完成其设计安装的任务。例如：被评估为性能分离的系统，是基于在火灾期间各个组成部分在保持建筑物的构造和防止火灾蔓延时的作用。系统性能根据其各个组件控制火灾蔓延的程度来界定。
性能可靠性评估所需要的数据在于，消防系统在一般和大规模火灾情况下完成设计目的的程度，性能可靠性的数据通过复检这些数据的来源。因为这些作用取决于显示数据的内容，因此，这不是某单方面的作用。各种类型系统失败的原因通常分为几大类：安装错误，设计错误，制造/设备缺陷，缺乏保养，超过设计限额和环境因素，有几种方法可以利用以减少失败的概率，这些方法包括：(1)冗余设计，(2)积极监测故障，(3)提供最简单的系统(即最少的部件)为解决危险，以及(4)一个设计检验、测试、维修计划。
这些运行可靠性的概念都是重要的，当运行可靠性评估在温宪忠报道时，因为在某一分析中用到的资料，可靠性评估可能用到一个或多个上述概念，在这一范围内阅读这一文献时可酌情处理，大部分数据是从支持这份论文的文献中获取得，这些文献却符合在无条件运行可靠性！
文献检索
文献检索是搜集各种类型消防系统可能性的数据，这些数据被认为与安全计划有关：自动灭火，自动检测，和消防隔离。文献检索的目的是获得特殊系统的运行可靠性评估，这些特殊系统中每一种类型的消防系统都为一般的居住物（如住宅，商业建筑和公用建筑）。
信息来源包括全国火灾事故的数据资料，美国国防部安全记录工业和住房的特殊研究，工业保险历史记录和检查报告的公开文献和试验数据。试点工作和火灾测试结果的报告只有在火灾探测、自动灭火或者防火隔离计划时被明确评价是被利用，测试系统用于资格核准或列表，并且用于审查失效方式的资料，英国公布的数据也包括日本、澳大利亚和新西兰在内。
常识
多个基础广泛的研究报告指出，这份调查是关于火灾探测和灭火系统还有防火分区的可靠性。这些包括(1)火灾研究[1996]托比在英国 (2)澳大利亚消防工程索引[消防法改革中心、1996] (3)日本东京火灾统计汇编 [东京消防处、1997] (四)日本研究消防系统根源的成果[渡边1979]。
托比消防研究所致力于解决消防系统的可靠性和各组成部分的相互作用。德尔菲方法是一种用来揭示各个组成部分单独使用时的可靠性估计。组成部分包括：火灾探测、报警系统、灭火系统、自动排烟系统和被动防火（如防火隔离）。
澳大利亚消防工程指导守则提出了工程法规依据了新的工作标准，即澳大利亚消防工程法规。在这个方法的指导下，为燃烟、燃烧但无火花的火焰、和燃烧又有火焰建立防火安全性能评估。消防系统的工作情况（即探测概率、灭火或控制火灾）完全根据各个特殊系统运行可靠性来预测。在这份指导手册中可靠性评估来自一个专家小组而不是来自实际数据。最后，运行可靠性的数据分别在日本被两个不同的研究小组公布，一个研究小组涉及东京从1990-1997年间的火灾事故评估[东京消防处1997]。另一个研究小组涉及日本全国从早期到 1978年为止的火灾事故报告评估研究[渡边 1979]。
表1概述了这些研究提供了可靠的估计。单独的可靠性估计存在个别差异取决于这些估计所用的参数。因为消防系统需要准确预测未来的运行性能，从这些研究上导致的可靠性变化，将引起结果的显著改变。此外，不确定性伴随着一种单一的可靠性评估或者在这些推导可靠性的方法中存在某种潜在的偏见，可能限制它们在消防系统中研究运行可靠性或可靠性性能的指导作用。
表1：消防系统运行可靠性评估的公告（成功率）
由于在一般的文献中可靠性估计的使用性有限，审查文献是扩展了它的作用在(1)建立一个完善的原理，该原理是关于被认为能影响可靠性的三种策略，并且(二)确定并评价关系到单独系统可操作性和故障率的一定数据。
自动灭火系统(即 洒水系统)
表2概述了一些研究报告估计，评价实际火灾事故中自动洒水系统灭火的运行可靠性。作为一个群体，这些研究报告差异很大，在时间周期、房屋类型和详细程度关系到火灾的类型和洒水系统设计。
表2所显示的自喷系统的运行可靠性估计一般相对较高，而一些研究提出把火灾控制或火灾失效，作为可靠性评估的一部分，但该报告的数据却并不一致。因此，运行可靠性假定为限喷洒操作。评估也应显示价值范围，暗示不宜使用一个自喷系统可靠性而不注意数据的偏差和一般的从不同数据库不确定性数据源相结合。
原预算表2由可靠性估计范围由81.13%到99.5%[泰勒][maybee，marryat]。81%的偏低价值与泰勒的研究中和一些被kook估计过高的（即87.6%）的报告，这些出现重大偏差的数据在这些研究中使用。在这两种研究中，发生火灾的次数十分少，并且在数据库中不区分自动灭火系统和其他的灭火系统。最终maybee和marryat报告中的99.5%高估计反映了自喷系统在检查、检测和维修是严谨的和有案可稽的。
在自喷系统可取得的数据中，另一个重要的限制是大部分的自喷系统包括记载喷水的事故。在这些研究中，很有限的事故数据也参考了快速反应或适宜的喷水技术。在评估适宜喷水系统的可靠性时应特别关注几个因素，包括(1)允许复盖范围内(2)供水能力较低(3)在火灾中无遥控或警报系统的潜力很大。基于此，还有与这些技术（如维修水平）相关的其他因素可以直接影响这些类型的自喷系统的运行可靠性。另外，还需要解决这些问题时的系统数据，但基于后来的观察和一般住宅一般不太可能保持正常，一些旨在保证住宅自喷系统运行可靠性的东西可能被降低。
火灾探测或警报系统
表3提供了一份关于用于住宅系统运行可靠性分析的概述，评估包括平均可能性和95%的置信区间都是基于HALL[1955]提供的数据所预估的。平均可靠性估计的范围从68%至88%不等。这些标准同托比德尔菲研究所所提供的可靠性数字相一致。然而，95%的置信区间的一般范围为66%至90%。
表3：烟雾探测器的可靠性分析[HALL，1955]
防火分区依靠各种类型器材的功能例如：门（包括固定器材）、墙壁、地板/天花板、渗透孔、玻璃窗、防火卷帘、防烟材料和建筑物。当防火分区被认为是防火计划中的重点时，在文献中有很少的数据认为单个组成部分的运行作用于防火分区。单个为建筑的评估和运行可靠性在WARRIGTON的研究中和澳大利亚消防工程索引中被提到。但这些评估是完全基于专家的判断。因此不会提供更加深入的分析。
高层建筑和火灾的特点
高层建筑具有三个特点：建筑结构复杂（高度高，楼层多，平台）;功能复杂，人口密度高（住宅楼，宾馆，写字楼，商店等功能广泛）;可燃物多，火灾负荷大（多可燃装饰材料，如可燃材料的天花板，塑料壁纸，窗帘等[2]）。从上面绘制的特征如下[3-4]：
（1）火势迅速蔓延。高层建筑有许多楼梯，电梯竖井，管轴，风道，电缆轴和许多其他垂直轴。如果疏散分离不合理，它们将成为高耸的烟囱，换句话说，它们将成为传播火场的通道，特别是在高级酒店，综合楼，图书馆，办公楼和其他高层建筑中。由于现有的可燃物质很多，一旦着火，燃烧就会迅速传播并且强度很高。据测定，由于空气对流的作用，起火初期烟气扩散的水平速度为0.3 m / s，在烈火期可能达到3-4 m / s（图1）。高度为100m的高层建筑一旦着火，烟气将在30秒内通过竖井向顶层扩散，其速度是水平方向的10倍以上。
图1.高层建筑火灾垂直铺展示意图。
（2）难以撤离。高层建筑的特点如下：首先，地面多，垂直方向长，而且疏散成本太高。其次，人口密度集中。第三，一旦发生火灾，空气流通畅通，火势迅速蔓延。所有这些增加了疏散的难度。一些发达城市购买了一些升降式消防车，而大部分高层建筑城市都没有，而且高度不能满足安全疏散和战斗的要求。一般来说，普通电梯不能工作，因为它们无法防止烟雾和火灾或电力故障。因此，要依靠楼梯在大多数高层建筑中撤离。当然，因为楼梯上充满了烟雾，所以很难撤离。以上都是高层建筑疏散的主要缺点。
（3）很难扑灭火灾。由于高层建筑的高度从数十米到数百米不等，因此从外部扑灭火灾相当困难。因此，我们必须依靠自救，也就是说我们必须扑灭室内消防设备的火灾。由于经济和技术的限制，高层建筑的室内消防设备并不完善，尤其是二级高层建筑。由于其强烈的热辐射，火势蔓延的速度，以及缺乏火力等因素，在高层建筑中发生火灾更为困难。
对可能导致高层建筑火灾的因素进行分析
分析可能引起火灾的因素，是建立消防安全体系和消防安全对策的重要组成部分。因此综合分析这些因素是建立消防安全体系和提出消防安全对策的基本前提。
火灾的发生和发展并不是在瞬间发生，而是在一系列发展过程中发生。火灾需要有可燃物，燃烧物和火源，同时有足够的灾难演绎因素（如建筑结构强度和材料，消防负荷特性和分布，点火源的形成和强度，火灾报警系统，消防设备，应急对策，集团等）是充分条件。当必要条件与外界环境条件相混合时，火势就会发生，发展和蔓延，进而造成人员伤亡和财产损失。通过对火灾事故案例的分析可以得出一个部分事件树，其顶部事件是火灾直接损失。
高层建筑火灾是一种威胁人们生命财产安全的风险事件。全国每年大约有成千上万的这些事件，这些事件对我们整个社会产生了可怕的影响，并且遭受了巨大的损失。为了了解和保护火灾事故，除了需要一个完善的预防性应急方案和训练有素的组织外，应该减少突发事件的危险程度，并将危险控制到最低限度[5-7]。分析高层建筑起火的原因不仅有助于应急救援，而且有助于发现预防系统的违约。如果两者能够结合在一起并相互供应，那么高层建筑的消防安全系统会更好。
X1：设计和施工缺陷; X2：操作和维护的缺陷; X3：火灾探测缺陷; X4：灭火系统的缺陷; X5：火灾现场指挥缺陷; X6：重建和延伸的缺陷; X7：预览的缺陷; X8
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