城市綜合體消防給水系統設計優化與可靠性分析

摘要：隨著城市化進程的加速，城市綜合體作為集商業、辦公、居住等多功能于一體的綜合性建筑，其消防安全問題日益受到關注。消防給水系統是城市綜合體消防安全的重要組成部分，其設計優化與可靠性對于保障人民生命財產安全具有重要意義。本文將對城市綜合體消防給水系統的設計優化與可靠性進行分析，旨在提出更為科學合理的設計方案，提高消防給水系統的可靠性，為城市綜合體的消防安全提供有力保障。

關鍵詞：城市綜合體；消防給水系統；設計優化；可靠性分析

引言

城市綜合體作為現代城市發展的重要標志，其消防安全問題關系到人們的生命財產安全和社會的穩定。消防給水系統是城市綜合體消防安全的重要保障，其設計優化與可靠性對于預防和減少火災事故具有重要意義[1]。然而，當前城市綜合體消防給水系統設計存在一些問題，如設計不合理、設備老化、維護不當等，這些問題直接影響了消防給水系統的可靠性和有效性。因此，對城市綜合體消防給水系統進行設計優化與可靠性分析，對于提高消防給水系統的性能，保障城市綜合體的消防安全具有重要意義。

一、城市綜合體消防給水系統設計優化

（一）系統布局優化

1.布局設計基本要求

為保證消防給水系統的有效性和高效性，布局設計應根據城市綜合體具體情況，考慮水源供應、管網分布和水壓控制等因素，符合科學性和合理性原則。同時，應考慮建筑物特征、功能和火災危險性等因素，確定消防設施的適宜位置和數量，保證消防水源的可靠性和穩定性。

2.水源選擇和配置

水源是消防給水系統重要組成部分，選擇和配置應考慮水源的數量、質量、可靠性和經濟性等因素，優先選用市政自來水、地下水、水庫等常規水源，充分利用雨水、污水處理回用水等非常規水源，提高水源的多樣性和充足性。消防水池是儲存消防水源的主要設施，容量應滿足消防用水的儲備量要求，并應安裝水位報警裝置，實時監測水位變化[2]。

3.管網設置和優化

管網是消防給水系統主要組成部分，設置和優化應考慮管網的流量、壓力和結構等因素，使之符合簡化、平衡和分區的原則。簡化原則是指盡可能簡化管網結構，減少管道長度和彎頭數量，降低水力損失，提高管網效率。平衡原則是指盡可能平衡管網壓力，避免出現壓力過高或過低的情況，保證各消防設施正常工作。分區原則是指盡可能分區設置管網，避免出現單點故障導致整個系統失效的情況，提高管網的安全性和可靠性。消防管網的流量應滿足消防用水的流量要求，并應安裝流量報警裝置，實時監測流量變化情況。

（二）設備選型優化

1.設備選型目標和依據

消防給水系統設備選型目標是選擇滿足城市綜合體消防用水需求的設備，具有穩定性、簡便性和易維護性。設備選型依據是設備主要參數和耐用性以及水源性質和位置、水質特點、系統要求、場地條件等因素。

2.消防水泵選型和安裝

消防水泵是消防給水系統的核心設備，提供消防用水流量和壓力。消防水泵選型應根據消防用水最大流量和最大揚程確定，一般設置兩臺及以上消防水泵，其中一臺為備用，如圖1。消防水泵安裝應根據水源性質和位置選擇合適類型、材質、控制方式和安裝方式。

3.消防水箱選型和安裝

消防水箱是消防給水系統儲水設備，儲存消防用水儲備量。消防水箱選型應根據消防用水儲備量確定，一般宜設置兩個以上消防水箱，其中一個為備用，如圖2。

4.消防閥門選型和安裝

消防閥門是消防給水系統的控制設備，控制和調節消防用水流量和壓力。消防閥門選型應根據消防用水流量和壓力確定，一般設置在消防管網關鍵位置，如水源出口、管網分支、消防設施入口等，如圖3。消防閥門安裝應根據系統要求選擇合適類型、材質、安裝方式[3]。

5.消防噴頭選型和安裝

消防噴頭是消防給水系統的輸出設備，對火災進行有效控制和滅火。消防噴頭選型應根據消防用水強度和時間確定，一般設置在消防區域各位置。消防噴頭安裝應根據建筑物結構選擇合適類型、材質、安裝方式。

（三）智能化管理優化

1.智能化管理背景和目標

消防給水系統的智能化管理利用信息化技術進行全面監測、預警、控制和操作，提高系統的可靠性和有效性，保證在火災發生時及時響應和有效滅火。同時，智能化管理提高消防給水系統的管理效率和使用便捷性，降低管理成本和人力投入。

2.智能化管理核心功能

消防給水系統的智能化管理系統主要包括數據采集和分析、故障診斷和預警、遠程控制和自動化操作功能。數據采集和分析功能：通過安裝傳感器和儀表，實時采集消防給水系統的各項數據，如水位、壓力、流量、溫度等，并通過數據分析軟件，對數據進行處理和分析，為系統的優化和改進提供數據支持。故障診斷和預警功能：通過設定報警參數和閾值，實時監測消防給水系統的異常情況，并通過報警裝置，向管理人員發出報警信號，提醒管理人員及時處理故障。遠程控制和自動化操作功能：通過網絡通信技術，實現對消防給水系統的遠程控制和自動化操作，提高系統的響應速度和靈活性[4]。

二、城市綜合體消防給水系統可靠性分析

為了評估城市綜合體消防給水系統的可靠性，采用故障樹分析（FTA）的方法，評估城市綜合體消防給水系統的可靠性，分析系統故障原因和概率，提出提升系統可靠性的措施。故障樹分析是一種自上而下的邏輯推理方法，通過將系統故障分解為下級故障，直至達到基本故障，然后利用布爾代數和概率論計算系統故障概率。

（一）系統可靠性評估

1.確定系統故障模式

系統故障模式是指系統不能滿足其預期功能的狀態。例如，消防給水系統不能提供足夠的水量和壓力或者消防設施不能正常啟動和工作等。系統故障模式可以根據系統的功能要求和性能指標來確定，也可以參考歷史數據和故障報告來確定[5]。

2.建立故障樹

故障樹是一種圖形化的表示方法，用來描述系統故障與下級故障之間的邏輯關系。故障樹的頂層是系統故障模式，下層是導致系統故障的直接或間接原因，即故障事件。故障事件可以進一步分解為更低層的故障事件，直至達到基本故障，即不能再分解的故障事件。故障事件之間用邏輯門來連接，表示其組合方式。

3.計算故障概率

故障概率是指在一定時間內，系統或組件發生故障的概率。故障概率可以根據歷史數據、試驗數據、故障率、壽命分布等來估計，也可以利用故障模式和效應分析（FMEA）、故障模式、效應和關鍵性分析（FMECA）等方法來評估。

4.評價系統可靠性

系統可靠性是指系統在一定時間內，能夠正常完成其預期功能的能力。系統可靠性可以用系統故障概率的補數來表示，即R=1-P，其中R為系統可靠性，P為系統故障概率。系統可靠性的大小可以根據系統的重要性和安全性來確定，一般要求系統可靠性不低于某個閾值，如0.95、0.99等。

（二）系統故障分析

通過故障樹分析，對系統故障進行定性和定量分析，從而找出系統的薄弱環節和關鍵故障點，為系統的改進和優化提供依據。常用的系統故障分析方法有最小割集分析、結構重要度分析和故障序列分析[6]。最小割集分析是找出導致系統故障的最小故障事件組合，即最可能的故障路徑以及各個故障事件對系統故障的貢獻度。結構重要度分析是找出故障事件對系統故障概率的影響程度，即敏感因素和關鍵組件以及各個組件對系統可靠性的影響程度。故障序列分析是找出故障事件發生的時間順序，即系統故障的動態過程以及各個故障事件發生的概率和時間分布。

（三）系統可靠性提升措施

根據系統故障分析的結果，可以采取以下措施來提升系統的可靠性，如增加冗余、優化布局、提高質量、增加監測和增加培訓。增加冗余是在系統中增加額外的組件或功能，以提高系統的容錯能力和靈活性。優化布局是合理分配和調整系統中各個組件的位置和連接方式以及系統與環境的關系，以提高系統的效率和安全性。提高質量是通過選擇合適的材料、工藝、標準和規范以及進行嚴格的檢測、維護和更新，提高系統中各個組件的性能和可靠性，從而提高系統的整體性能和可靠性。增加監測是通過安裝更多的傳感器和儀表以及利用更先進的數據采集和分析技術，來增加系統中各個組件的監測頻率和精度，從而及時發現和處理系統的異常情況，提高系統的可控性和可維護性[7，8]。增加培訓是對系統的管理人員和操作人員進行系統的知識和技能教育和訓練以及對系統使用和維護的規范和方法的指導和演練，提高系統的管理效率和使用便捷性。

結語

城市綜合體消防給水系統是城市綜合體消防安全的重要組成部分，其設計優化與可靠性對于保障人民生命財產安全具有重要意義。本文對城市綜合體消防給水系統的設計優化與可靠性進行了分析，提出了一種基于故障樹分析的方法以及一些提升系統可靠性的措施，旨在為城市綜合體的消防安全提供有力保障。

參考文獻

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[3]路昊.城市商業綜合體給排水消防設計問題分析[J].建筑工程技術與設計，2020（16）：1153.

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[5]儲偲偲.大型城市綜合體給排水及消防設計解析[J].門窗，2019（18）：132.

[6]邱玉琴.大型商業綜合體給排水及消防設計要點[J].建材與裝飾，2021，17（32）：75-76.

[7]劉桂芳.城市商業綜合體建筑給排水工程設計[J].科學與財富，2022，14（17）：110-112.

[8]姚曉紅.大型商業綜合體消防與給排水設計研究[J].居業，2020（03）：70-71.

作者簡介：蔡敏敏（1986- ），女，漢族，江蘇宿遷人，本科，高級工程師，研究方向：建筑給排水、消防給排水。