火灾自动报警系统在应用中的可靠性分析

1 前言

火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的火灾报警系统。它是为了早期发现和通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾而设置在建筑中或其它场所的一种自动消防设施[1]。火灾初期，系统里各种自动探测装置（如感温探测器、感烟探测器、燃气探测器和适合于高大空间用的吸气式探测装置等）都能及时的给出火灾报警电信号，传送到火灾报警控制器开启声光报警来警示相关工作人员，同时控制主机上还显示出火灾发生的部位及时间等信息，工作人员确认后便可以进行联动控制以及其它辅助功能的控制。比如，启动消火栓泵、喷淋泵、水喷雾泵、水炮泵、电梯回降、防排烟、防火卷帘、防火门、排烟窗等消防用的灭火、减灾设备，及时扑灭火灾，防止火灾蔓延，最大限度的减少生命和财产损失。可见，火灾自动报警系统是同火灾做斗争的有力工具，在消防安全保卫工作中发挥着重要作用。

然而，火灾是无情的，它吞噬生命、焚毁文物、毁坏财富，给人们带来的损失是无法估量的。因此，能够及时准确报告火灾情况并迅速采取有效措施控制火势的安全可靠的火灾自动报警系统就显得更为重要。但是，由于火灾自动报警系统长期处于备战状态，而且其探测装置对环境的变化及其它干扰又十分敏感，导致系统的误报率较高[2-5]。为了分析系统的运行情况，保障系统的正常运行，合理对系统进行维护保养并提高其性能，要求对实际应用中的火灾自动报警系统可靠性进行分析。由此可见，系统的可靠性分析具有重大意义。

本文首先对火灾自动报警系统可靠性、影响因素以及目前的分析方法进行详细的阐述，然后根据实际应用中的火灾探测报警系统数据进行概率及数理统计分析，得到探测系统故障率的概率论数学模型及其分布规律，最后从维护保养以及使用方面寻求提高火灾自动报警系统可靠性的措施。

2 火灾自动报警系统可靠性及其现状分析

狭义上讲，可靠性就是指产品在使用期间没有发生故障的一种性能。广义上说，可靠性可以是指对产品的满意程度或信赖度等。火灾自动报警系统的可靠性是指系统对所监测的空间内火灾事件信息响应的及时性（反应时间）和准确性（误报率与漏报率）的综合性能[2-3]。此系统的故障主要有漏报和误报，其中误报最为频繁。

2.1 可靠性的影响因素

文献[3][6]从人机工程学的相关理论和原理出发，归纳总结了火灾自动报警系统可靠性影响因素，即人为因素、设备因素和环境因素。在人-机-环系统中，人是最重要的。整个火灾自动报警系统的设计、安装、使用、维护、保养以及管理等环节都需要人的作用，同时，设备、环境也会反作用于人，对人为失误产生影响。而且文献[2]中也强调了使用维护过程中，人的管理缺陷如系统维护不当、输入数据、信号有误以及意外事件等都会导致系统失效，直接影响系统的可靠性。设备因素主要包括硬件设备、软件系统以及传输线路三方面的作用。硬件设备中，探测器的质量对系统可靠性的影响最为显著，是导致系统故障的主要原因。环境因素[3,5,6]主要包括空气湿度、粉尘污染、气流气压变化、油烟、电磁波、光干扰等等，这些直接作用到探测系统上，从而造成系统的误报和漏报。其中，粉尘和空气湿度对系统可靠性影响较大。

2.2 可靠性的分析方法

可靠性作为一项重要的质量指标，只是简单的定性进行描述显然是不够的，量化可靠性指标已成为发展的必然趋势。目前，学术界对火灾自动报警系统可靠性的分析基本都基于两大类模型，一类是宏观分析方法——概率论模型，一类是微观分析方法——物理论模型[3,4,7,8]。概率论模型就是应用数理统计的方法对现场收集到的数据进行回归分析，得到故障与时间的关系及其分布规律的回归方程。物理论模型就是从失效机理出发进行分析，其难度较大。因此，对火灾自动报警系统可靠性进行量化分析时大多选择采用第一类分析方法——概率论模型。

因为火灾自动报警系统的性能、应用条件以及使用环境等不同，可靠性的定量表示也很难统一成某一个特征量来表示。可靠度R(t)、不可靠度F(t)、故障概率密度f(t)、故障率λ(t)以及平均故障间隔时间MTBF等都可以作为分析系统可靠性的指标。

3 火灾自动报警系统故障分析

下面以某大楼火灾自动报警系统2012年11月至2013年4月共计半年的实际数据为例，进行具体的系统可靠性分析。从系统日志文件中读取得到的数据见图1。初步观察，数据可知系统故障主要以误报为主，然后对数据分类处理进行简单的故障分析，最后应用数理统计的方法参数拟合得到故障率的概率论数学模型，对故障进行具体的量化分析。

3.1 具体故障分析

从半年的数据表中可以清晰的看出，实际事件基本为火警确认、火警解除和其它操作三大类，而引起火警的原因有烟感、消火栓、手报、信号阀等设备。经数据汇总统计分析后得到数据分类分析图（如图2所示）可以发现，在半年实际应用中，火警报警事件操作占了整个所有事件中的38%，而且在火警报警事件中，96%是由于烟感触发报警的，由此证明了探测器问题对系统可靠性的影响最为显著，是导致系统故障的主要原因。

3.2 概率论数学模型

根据文献[3]中给出的可靠性观测值计算方法对上述数据进行分析等间隔时间区间分析，可得到系统运行半年的故障率，具体数值参见下表1所示。

对系统故障率λ(t)进行Weibull曲线拟合及参数计算，便可以得到火灾自动报警系统中的火灾探测报警装置在实际运行半年内故障率λ(t)的概率论数学模型为：

同时，通过回归分析可以得到拟合曲线的R2=0.92573，这个数字非常接近1，说明拟合程度非常好。而且方差分析得到P=1.13×10-12<<0.01，说明回归方程成立，即拟合得到的概率论数学模型成立。而且从图3故障率实际数据与拟合曲线的对比图中也可以清楚地看出，拟合曲线与实际数据吻合的很好。

4 提高火灾自动报警系统可靠性的措施

火灾自动报警系统正确的使用和及时有效的维护保养对系统的可靠性影响十分重大[2]。因此，下文就从系统的使用、维护和保养方面提出几点提高可靠性的措施[9,10]。

（1）提高人员素质，严格按照规章制度进行操作。为了保证系统处于正常运行或准工作状态，系统的操作使用人员一定要经过专业培训，做到持证上岗。同时，还要建立健全系统的日常管理制度、操作人员工作职责、操作规程、故障报告及消除登记制度等工作制度。

（2）加强对设备系统（包括软件与硬件）的维护与管理。按照消防设施维护的行业标准[9]和国家标准[10]，检查火灾自动报警系统的硬件设备如火灾探测器、手动火灾报警按钮、消防控制室图形显示装置及联动控制设备等。尤其要做到每年至少一次对每只探测器和手动报警按钮的检查并及时更换易损件。而且还要对各类火灾探测器按照产品说明书的要求定期清洗，并由生产企业或具备资质的检测机构进行标定同时出具标定记录。

（3）减少环境因素对探测器的干扰。由于探测器的可靠性与周边的环境状况关联性很大，所以除了加强对设备进行维护保养外，日常使用时还要根据应用环境进行相应的调整。比如遇到部分场所进行装修改造时，为避免粉尘、灰尘等污染探测器造成其不能正常工作或产生误报，应及时拆卸探测器，等施工结束后再重新装上。

5 结论与展望

文章从人为因素、设备因素和环境因素三方面对火灾自动报警系统可靠性的影响因素进行了概括性的阐述，对系统可靠性的分析方法进行了总结性的分析。然后针对某实际运行的火灾自动报警系统的火灾探测报警装置的半年数据进行统计分析。通过对数据的分类汇总分析得出，火警报警事件中96%是由于烟感触发报警的，由此也证明了探测器问题对系统可靠性的影响最为显著，是导致系统故障的主要原因；通过对数据进行回归分析得出，故障率的概率论数学模型符合Weibull分布。最后，从维护保养和使用方面寻求提高火灾自动报警系统可靠性的措施。

文章仅仅对实际运行的火灾自动报警系统可靠性进行了初步的分析，对系统中的火灾探测报警子系统进行了简单的计算和量化分析。然而，整个系统的可靠性研究还要涉及到其它子系统或装置以全系统在设计、生产、安装等运行前的各个环节。因此，完备各个子系统或装置以及各个环节的数据是完善可靠性研究的一个重要前提。同时，一套成熟的研究分析方法也是系统可靠性研究发展的必然趋势。