基于消防物联网的高层办公楼火灾风险评估

赵 靖

（黄浦区消防救援支队，上海 200001）

1 消防设施物联网系统

消防设施物联网系统是基于物联网技术运用到消防设施。从物联网技术看，它包括感知层、网络层和应用层，消防设施物联网系统也是根据这3个层面进行定义。消防设施物联网可以实时监测入网单位和企业的消防设施的运行是否正常、是否需要维修等情况，将这些信息提供给相关单位可以及时发现建筑消防设施如自动灭火系统运行故障，保证消防设施处于可使用的状态，极大地降低火灾危险性；同时，通过监督平台的监管，可以起到入网单位的消防部门的监督作用，防止入网单位为了降低管理成本而违反消防检查的要求，从而消除管理方面的隐患[1]。总体来看，消防设施物联网系统符合高层办公楼火灾防控趋势。对其进行合理评估，能够推进消防设施物联网系统发挥更大的作用。

1.1 火灾风险评估工程方法FRAME

FRAME（Fire Risk Analysis Method for Engineering）是目前最成熟的国际风险评估领域的评估方式[2]。它结合了建筑物内部的具体因素，例如财物、设施等，并且可以对一些流动因子进行分析，将这些影响因素进行系统性质的评价，并最终通过定量的方式展示出来，与传统的描述性定性评价的方式很不一样。

FRAME方法的主要模块有3个，与人的生命、财产、以及建筑物的可持续性整体火灾分析相关。如图1所示FRAME评估方式的核心内容可简单归纳为“3个一级、17个二级、70个三级指标”方法，也就是三级评估系统。该体系涵盖疏散设施、通风、烟雾、消防分离、建筑功能、消防供水、人员活动、消防负荷、员工培训、消防反应、结构性消防、火灾探测、消防救援和消防系统等方面。

图1 FRAME方法三级评价体系

3个一级指标：1）火灾风险的可能性P。2）火灾风险的可接受性A；。3）消防设施的防护能力水平D。火灾风险R=P/（A×D）。

1.2 基于消防物联网FRAME方法算法调整

在原FRAME算法当中，为了更精确地适用于物联网及高层建筑，对其中的一些数据算法进行量化调整，内容如下。

1.2.1 可能存在的危险P

根据一级指标可能存在的危险P的计算公式，其中有一项重要的指标，即通风因子v，计算方式如下：

式中：Qm为移动火灾荷载；h为层高。原FRAME仅考虑了自然排烟的情况，K为排烟开口率。如建筑采用机械排烟，参考《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251—2017，常规净高小于6m的场所，每平方米排烟量应不小于60 m³/h，排烟量Qm³/h，面积A，则K=Q/60A×0.02。

取值时，即可通过当前风机完好数量确定机械排烟的风量值，即可取得K值。

1.2.2 可接受的危险A

在原可接受的危险A中，活动因子a分为主要活动a1，次要活动a2，过程和室内供暖系统a3，电气安装a4，易燃气体液体及粉尘a5。

为了更好地适用物联网，对原有因子进行相应的调整，a1的取值应判断是否处于装修状态，电气安装a4的取值以是否有电气线路检测为依据。

在原可接受的危险A中，其疏散时间因子t的计算方式如公式（1）所示。

对流动性因子p的取值应考虑半年内是否有演练记录及应急照明及疏散指示是否完好。

1.2.3 消防保护水平D

1.2.3.1 给水因子W

在计算给水因子W时，发现并没有针对消防栓泵失效等状态的参数，因此对其进行调整，新增指标w6消火栓泵状态，并将其取值定义如下：手动或故障P取值5，正常自动状态P取值0。参考W5压力不足取3，手动或故障严重程度超压力不足，因此取5。同时，如果该防火分区区域消火栓管网阀门关闭，同样消火栓泵视为手动状态。

1.2.3.2 常规保护因子N

在计算常规保护因子N时，发现有些情况不适用或者是操作指向不明确，为了更好地描述保护因子N的计算，进行调整。

n1取值：报警信息能及时反馈处置时n1取值0，报警信息不能及时反馈处置n1取值2。

n2取值：灭火器数量依据物联网中灭火器管理的情况（是否过期，是否定期检查，检查情况是否合格）判定灭火器是否足够。

1.2.3.3 特殊保护因子S

在计算特殊保护因子S时，须考虑到自动火灾探测的因素。原标准未考虑烟雾或火焰探测器的故障性，给实际增加了很多难度。这里，s1可以根据烟雾或火焰探测器故障比例在0～ 8分取值。当喷淋泵故障或处于停用状态，s3取0。

1.2.3.4 火灾逃生保护因子U

在计算火灾逃生保护因子U时，其中的因素垂直疏散路径u3，为了更好地描述实际情况，适用于项目实际，这里对其相关内容进行了增添。封闭楼梯间的防火门常开即视为敞开楼梯间即u3取值0，防烟楼梯间的前室防火门常开即视为封闭楼梯间即u3取值1。同自动保护s3，新增一条判定取值，当喷淋泵故障或处于停用状态，u4取值为0。

2 基于FRAME方法的某高层办公楼风险评估

以某高层办公楼为例，该建筑2011年通过验收投入使用，地下3层，地上31层，建筑高度138 m，总建筑面积42 272m2，标准层面积1 200m2，每层一个防火分区，耐火等级一级。建筑设有消火栓系统、自动喷水灭火系统、机械防排烟系统。建筑核心筒设置2部防烟楼梯间。

2.1 设定火灾风险指标

在建筑高度大于100 m的超高层建筑中，当火灾发生时，人员疏散较为困难，而且火灾对建筑结构造成损害的可能性较大，另外，对于高层办公楼，人员密度较小，使用功能单一，大型的集体活动相对较少，因此该火灾危险性分析主要包括火灾对建筑的危险性指标R和对人员的危险性指标R1。

由于研究对象高层办公楼每个楼层的平面布局、使用功能、消防设施、人员情况基本一致，因此取各楼层中R值最高的作为该建筑的火灾风险指标。

式中：R为建筑结构危险指数，R1为人员危险指数。

2.2 指标的取值及R、R1值计算

以某高层办公楼理论最不利楼层第31层的防火分区为例:以下数据中，建筑物基础数据通过社会单位消防安全户籍化管理系统得到并导入消防物联网平台，消防系统的状态、工作情况及管理类数据由消防物联网进行实时监控。

2.2.1 火灾风险的可能性P因素取值

火灾风险的可能性P见表1，由表1数据代入公式P=q×i×g×e×v×z计算可得，火灾对建筑物可能存在的危险P=2.24，由公式P1=q×i×e×v×z计算可得，对人员可能存在的危险P1=2.29。

表1 火灾风险的可能性P因素取值

2.2.2 火灾风险的可接受性A因素取值

火灾风险的可接受性A因素取值见表2，由表2数据代入公式A=1.6 -a-t-c计算可得，建筑物可接受的危险A=0.70，由公式A1=1.6 -a-t-r计算可得，人员可接受危险A1=0.80。

表2 火灾风险的可接受性A因素取值

2.2.3 消防保护水平D取值

消防保护水平D因素取值见表3，由公式D=W×N×S×F代入表3数据计算可得，对于建筑的消防保护水平D=2.65，由公式D1=N×U可得，对于人员的消防保护水平D1=3.71。

表3 消防保护水平D因素取值

2.2.4 火灾风险指标的确定

由以上数据，根据FRAME计算公式R=P/（A×D）可计算出，火灾对建筑结构风险指标的初始风险值R=1.20，由公式R1=P1/（A1×D1）可得，火灾对人员危险指标的初始风险值R1=0.77。

2.2.5 建筑物的风险分析及优化措施

在FRAME分析方法中，火灾风险指标范围见表4。

表4 FRAME分析方法中火灾风险指标范围

由于R>1且对于建筑的可接受危险A>0.2，因此火灾对建筑结构的具有一定的危险性，需要通过人工干预对建筑的消防保护水平进行调整，从FRAME的基础原理上进行分析，在理论上，提高“消防保护水平D”的措施如下。

对于建筑结构保护，由公式D=W×N×S×F，可以通过提高耐火因子F、特殊保护因子S、常规保护因子N和给水因子W来加强对财物的消防保护。

对于人员保护，由公式D1=N×U，可以通过提高火灾逃生保护因子U和常规保护因子N来加强对人员的消防保护。

根据建筑物实际状态，分析及检查建筑物消防设备，得出本建筑在给水因子W、常规保护因子N和特殊保护因子S方面进行优化：排除待处理的故障；将处于手动状态的消防泵调整为自动状态；对防火分区内的所有工作人员进行消防培训，学习灭火器以及消火栓的使用方法[3]。优化后的各项指标见表5。

表5 优化指标

3 展望

目前国内的消防物联网的建设还处于起步阶段，但是关于物联网的火灾风险评估的研究不是很多。对建筑的火灾风险评估的研究不仅需要坚实的理论基础，还需要丰富的工程应用背景。为了更适用于物联网，该文在原有FRAME火灾风险评估指标体系的基础上加以修改和完善，由于相关数据比较缺乏，还需要进一步检验和完善该体系，使其更合理、完整。下一步工作可以从以下3个方面入手：1）进一步完善FRAME火灾风险评估指标体系。在实际中，因为高层建筑本身的复杂性，涉及的因素众多，该文仅针对高层办公楼对原有FRAME火灾风险评估指标体系的基础上加以修改和完善，可能还有许多因素没有考虑全面，还需要实践的检验和改进使其更加科学合理。2）该文在总结FRAME火灾工程评估方法的基础上，在消防物联网系统中采用其他的风险评估方法对高层办公楼进行评估测试。将这2种评估结果进行对比。3）针对不同建筑类别，调整并完善火灾风险评估的权重指标体系，该方法可适用于基于消防物联网的其他类别的建筑火灾风险评估。

4 结论

风险评估是一项复杂的系统工程，应从致灾因素、安全预测与等多方面综合考虑与分析，通过数据统计、安全技术等得出的评估结果才具有科学性、可靠性和实用性。通过该文的研究得出以下结论：通过分析影响高层办公楼安全的各类因素，以火灾事故致因机理分析和安全系统工程原理为基础，重新建立了FRAME火灾评估工程方法的风险评估指标体系，对相关的取值进行了相应的调整，包括通风因子v、疏散时间因子t、给水因子W、保护因子N、特殊保护因子S以及火灾逃生保护因子U，具有一定的客观性和科学性。