基于消防物聯網的高層辦公樓火災風險評估

趙 靖

（黃浦區消防救援支隊，上海 200001）

1 消防設施物聯網系統

消防設施物聯網系統是基于物聯網技術運用到消防設施。從物聯網技術看，它包括感知層、網絡層和應用層，消防設施物聯網系統也是根據這3個層面進行定義。消防設施物聯網可以實時監測入網單位和企業的消防設施的運行是否正常、是否需要維修等情況，將這些信息提供給相關單位可以及時發現建筑消防設施如自動滅火系統運行故障，保證消防設施處于可使用的狀態，極大地降低火災危險性；同時，通過監督平臺的監管，可以起到入網單位的消防部門的監督作用，防止入網單位為了降低管理成本而違反消防檢查的要求，從而消除管理方面的隱患[1]。總體來看，消防設施物聯網系統符合高層辦公樓火災防控趨勢。對其進行合理評估，能夠推進消防設施物聯網系統發揮更大的作用。

1.1 火災風險評估工程方法FRAME

FRAME（Fire Risk Analysis Method for Engineering）是目前最成熟的國際風險評估領域的評估方式[2]。它結合了建筑物內部的具體因素，例如財物、設施等，并且可以對一些流動因子進行分析，將這些影響因素進行系統性質的評價，并最終通過定量的方式展示出來，與傳統的描述性定性評價的方式很不一樣。

FRAME方法的主要模塊有3個，與人的生命、財產、以及建筑物的可持續性整體火災分析相關。如圖1所示FRAME評估方式的核心內容可簡單歸納為“3個一級、17個二級、70個三級指標”方法，也就是三級評估系統。該體系涵蓋疏散設施、通風、煙霧、消防分離、建筑功能、消防供水、人員活動、消防負荷、員工培訓、消防反應、結構性消防、火災探測、消防救援和消防系統等方面。

圖1 FRAME方法三級評價體系

3個一級指標：1）火災風險的可能性P。2）火災風險的可接受性A；。3）消防設施的防護能力水平D。火災風險R=P/（A×D）。

1.2 基于消防物聯網FRAME方法算法調整

在原FRAME算法當中，為了更精確地適用于物聯網及高層建筑，對其中的一些數據算法進行量化調整，內容如下。

1.2.1 可能存在的危險P

根據一級指標可能存在的危險P的計算公式，其中有一項重要的指標，即通風因子v，計算方式如下：

式中：Qm為移動火災荷載；h為層高。原FRAME僅考慮了自然排煙的情況，K為排煙開口率。如建筑采用機械排煙，參考《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251—2017，常規凈高小于6m的場所，每平方米排煙量應不小于60 m3/h，排煙量Qm3/h，面積A，則K=Q/60A×0.02。

取值時，即可通過當前風機完好數量確定機械排煙的風量值，即可取得K值。

1.2.2 可接受的危險A

在原可接受的危險A中，活動因子a分為主要活動a1，次要活動a2，過程和室內供暖系統a3，電氣安裝a4，易燃氣體液體及粉塵a5。

為了更好地適用物聯網，對原有因子進行相應的調整，a1的取值應判斷是否處于裝修狀態，電氣安裝a4的取值以是否有電氣線路檢測為依據。

在原可接受的危險A中，其疏散時間因子t的計算方式如公式（1）所示。

對流動性因子p的取值應考慮半年內是否有演練記錄及應急照明及疏散指示是否完好。

1.2.3 消防保護水平D

1.2.3.1 給水因子W

在計算給水因子W時，發現并沒有針對消防栓泵失效等狀態的參數，因此對其進行調整，新增指標w6消火栓泵狀態，并將其取值定義如下：手動或故障P取值5，正常自動狀態P取值0。參考W5壓力不足取3，手動或故障嚴重程度超壓力不足，因此取5。同時，如果該防火分區區域消火栓管網閥門關閉，同樣消火栓泵視為手動狀態。

1.2.3.2 常規保護因子N

在計算常規保護因子N時，發現有些情況不適用或者是操作指向不明確，為了更好地描述保護因子N的計算，進行調整。

n1取值：報警信息能及時反饋處置時n1取值0，報警信息不能及時反饋處置n1取值2。

n2取值：滅火器數量依據物聯網中滅火器管理的情況（是否過期，是否定期檢查，檢查情況是否合格）判定滅火器是否足夠。

1.2.3.3 特殊保護因子S

在計算特殊保護因子S時，須考慮到自動火災探測的因素。原標準未考慮煙霧或火焰探測器的故障性，給實際增加了很多難度。這里，s1可以根據煙霧或火焰探測器故障比例在0～ 8分取值。當噴淋泵故障或處于停用狀態，s3取0。

1.2.3.4 火災逃生保護因子U

在計算火災逃生保護因子U時，其中的因素垂直疏散路徑u3，為了更好地描述實際情況，適用于項目實際，這里對其相關內容進行了增添。封閉樓梯間的防火門常開即視為敞開樓梯間即u3取值0，防煙樓梯間的前室防火門常開即視為封閉樓梯間即u3取值1。同自動保護s3，新增一條判定取值，當噴淋泵故障或處于停用狀態，u4取值為0。

2 基于FRAME方法的某高層辦公樓風險評估

以某高層辦公樓為例，該建筑2011年通過驗收投入使用，地下3層，地上31層，建筑高度138 m，總建筑面積42 272m2，標準層面積1 200m2，每層一個防火分區，耐火等級一級。建筑設有消火栓系統、自動噴水滅火系統、機械防排煙系統。建筑核心筒設置2部防煙樓梯間。

2.1 設定火災風險指標

在建筑高度大于100 m的超高層建筑中，當火災發生時，人員疏散較為困難，而且火災對建筑結構造成損害的可能性較大，另外，對于高層辦公樓，人員密度較小，使用功能單一，大型的集體活動相對較少，因此該火災危險性分析主要包括火災對建筑的危險性指標R和對人員的危險性指標R1。

由于研究對象高層辦公樓每個樓層的平面布局、使用功能、消防設施、人員情況基本一致，因此取各樓層中R值最高的作為該建筑的火災風險指標。

式中：R為建筑結構危險指數，R1為人員危險指數。

2.2 指標的取值及R、R1值計算

以某高層辦公樓理論最不利樓層第31層的防火分區為例:以下數據中，建筑物基礎數據通過社會單位消防安全戶籍化管理系統得到并導入消防物聯網平臺，消防系統的狀態、工作情況及管理類數據由消防物聯網進行實時監控。

2.2.1 火災風險的可能性P因素取值

火災風險的可能性P見表1，由表1數據代入公式P=q×i×g×e×v×z計算可得，火災對建筑物可能存在的危險P=2.24，由公式P1=q×i×e×v×z計算可得，對人員可能存在的危險P1=2.29。

表1 火災風險的可能性P因素取值

2.2.2 火災風險的可接受性A因素取值

火災風險的可接受性A因素取值見表2，由表2數據代入公式A=1.6 -a-t-c計算可得，建筑物可接受的危險A=0.70，由公式A1=1.6 -a-t-r計算可得，人員可接受危險A1=0.80。

表2 火災風險的可接受性A因素取值

2.2.3 消防保護水平D取值

消防保護水平D因素取值見表3，由公式D=W×N×S×F代入表3數據計算可得，對于建筑的消防保護水平D=2.65，由公式D1=N×U可得，對于人員的消防保護水平D1=3.71。

表3 消防保護水平D因素取值

2.2.4 火災風險指標的確定

由以上數據，根據FRAME計算公式R=P/（A×D）可計算出，火災對建筑結構風險指標的初始風險值R=1.20，由公式R1=P1/（A1×D1）可得，火災對人員危險指標的初始風險值R1=0.77。

2.2.5 建筑物的風險分析及優化措施

在FRAME分析方法中，火災風險指標范圍見表4。

表4 FRAME分析方法中火災風險指標范圍

由于R>1且對于建筑的可接受危險A>0.2，因此火災對建筑結構的具有一定的危險性，需要通過人工干預對建筑的消防保護水平進行調整，從FRAME的基礎原理上進行分析，在理論上，提高“消防保護水平D”的措施如下。

對于建筑結構保護，由公式D=W×N×S×F，可以通過提高耐火因子F、特殊保護因子S、常規保護因子N和給水因子W來加強對財物的消防保護。

對于人員保護，由公式D1=N×U，可以通過提高火災逃生保護因子U和常規保護因子N來加強對人員的消防保護。

根據建筑物實際狀態，分析及檢查建筑物消防設備，得出本建筑在給水因子W、常規保護因子N和特殊保護因子S方面進行優化：排除待處理的故障；將處于手動狀態的消防泵調整為自動狀態；對防火分區內的所有工作人員進行消防培訓，學習滅火器以及消火栓的使用方法[3]。優化后的各項指標見表5。

表5 優化指標

3 展望

目前國內的消防物聯網的建設還處于起步階段，但是關于物聯網的火災風險評估的研究不是很多。對建筑的火災風險評估的研究不僅需要堅實的理論基礎，還需要豐富的工程應用背景。為了更適用于物聯網，該文在原有FRAME火災風險評估指標體系的基礎上加以修改和完善，由于相關數據比較缺乏，還需要進一步檢驗和完善該體系，使其更合理、完整。下一步工作可以從以下3個方面入手：1）進一步完善FRAME火災風險評估指標體系。在實際中，因為高層建筑本身的復雜性，涉及的因素眾多，該文僅針對高層辦公樓對原有FRAME火災風險評估指標體系的基礎上加以修改和完善，可能還有許多因素沒有考慮全面，還需要實踐的檢驗和改進使其更加科學合理。2）該文在總結FRAME火災工程評估方法的基礎上，在消防物聯網系統中采用其他的風險評估方法對高層辦公樓進行評估測試。將這2種評估結果進行對比。3）針對不同建筑類別，調整并完善火災風險評估的權重指標體系，該方法可適用于基于消防物聯網的其他類別的建筑火災風險評估。

4 結論

風險評估是一項復雜的系統工程，應從致災因素、安全預測與等多方面綜合考慮與分析，通過數據統計、安全技術等得出的評估結果才具有科學性、可靠性和實用性。通過該文的研究得出以下結論：通過分析影響高層辦公樓安全的各類因素，以火災事故致因機理分析和安全系統工程原理為基礎，重新建立了FRAME火災評估工程方法的風險評估指標體系，對相關的取值進行了相應的調整，包括通風因子v、疏散時間因子t、給水因子W、保護因子N、特殊保護因子S以及火災逃生保護因子U，具有一定的客觀性和科學性。