一种供水管网消防安全评估方法、系统、设备及存储介质

1.本发明涉及供水管网系统技术领域，更具体地，涉及一种供水管网消防安全评估方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着城市化进程的不断加快，城镇供水管网系统的消防安全问题日益引起社会的高度重视。然而，消防供水量不足和管网供水能力差等问题在我国城镇消防供水系统中普遍存在。为保障人民群众的生命健康和财产安全，供水管网消防安全目前得到了各级部门和社会各界的重视，是供水管网设计中需要权衡的重要因素之一。供水管网消防安全是指管网在发生火灾时，确保消防供水量充足的同时保障供水管网所有节点压力都大于最低消防压力。然而，在供水管网消防安全研究方面，目前还缺乏成熟的评估方法，未能对供水管网消防安全进行准确评估。因此，如何有效地对供水管网消防安全进行评估已成为目前亟待解决的技术问题之一。


技术实现要素：

3.本发明为实现对供水管网消防安全进行准确评估，提供一种供水管网消防安全评估方法、系统、设备及存储介质。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
5.第一个方面，本发明提出一种供水管网消防安全评估方法，包括：
6.s1：获取供水管网系统水力模型。
7.s2：确定所述供水管网系统水力模型中的至少一个易发生火灾节点。
8.s3：设置供水管网的最低消防压力，以及所述易发生火灾节点的消防设计流量。
9.s4：调整所述易发生火灾节点的消防设计流量，直至供水管网中所有节点的消防压力逼近所述最低消防压力，记录此时的易发生火灾节点的最大消防设计流量。
10.s5：取所述最大消防设计流量与预设的参考消防设计流量的比值作为消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全。
11.第二个方面，本发明还提出一种供水管网消防安全评估系统，包括：
12.获取模块，用于获取供水管网系统水力模型；
13.确定模块，用于确定所述供水管网布置方案中的至少一个易发生火灾节点；
14.设置模块，用于设置所述供水管网的最低消防压力，以及所述易发生火灾节点的消防设计流量；
15.调整模块，用于调整所述易发生火灾节点的消防设计流量，直至供水管网中所有节点的消防压力等于所述最低消防压力，并记录此时的易发生火灾节点的实际消防设计流量；
16.评估模块，用于根据所述实际消防设计流量与预设的参考消防设计流量的比值确定消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全。
17.第三个方面，本发明还提出一种计算设备，所述计算设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现如第一个方面所述的供水管网消防安全评估方法所执行的操作。
18.第四个方面，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行如第一个方面所述的供水管网消防安全评估方法所执行的操作。
19.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过确定供水管网系统水力模型中的易发生火灾节点，找到当供水管网中所有节点处于最低消防压力时的实际消防设计流量，并将所述实际消防设计流量与预设的参考消防设计流量作比值得到消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全，即本发明可以通过量化评估消防可用水量与供水管网实际服务水头的内在关联，为消防工况下的供水服务提供重要的决策支持信息，实现对供水管网消防安全的准确评估，确保消防供水量充足的同时保障供水管网所有节点的压力都大于最低消防压力，避免了消防救援用水对周边用户的正常用水的影响，帮助水务管理部门在发生火灾时评估消防供水能力和低压供水风险。
附图说明
20.图1为实施例1中供水管网消防安全评估方法的流程图。
21.图2为实施例3中的zj管网示意图。
22.图3位实施例3中最低消防压力为10m时不同参考消防设计流量标准下的消防韧性指数示意图。
23.图4为实施例3中最低消防压力为28m时不同参考消防设计流量标准下的消防韧性指数示意图。
24.图5为实施例4中供水管网消防安全评估系统的架构图。
具体实施方式
25.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
26.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
27.实施例1
28.请参阅图1，本实施例提出一种供水管网消防安全评估方法，包括：
29.s1：获取供水管网系统水力模型。
30.s2：确定所述供水管网系统水力模型中的至少一个易发生火灾节点。
31.s3：设置供水管网的最低消防压力，以及所述易发生火灾节点的消防设计流量。
32.s4：调整所述易发生火灾节点的消防设计流量，直至供水管网中所有节点的消防压力逼近所述最低消防压力，记录此时的易发生火灾节点的最大消防设计流量。
33.s5：取所述最大消防设计流量与预设的参考消防设计流量的比值作为消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全。
34.本实施例中，所述参考消防设计流量取自《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)。
35.在具体实施过程中，通过确定供水管网系统水力模型中的易发生火灾节点，找到
当供水管网中所有节点处于最低消防压力时的实际消防设计流量，并将所述实际消防设计流量与《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中参考消防设计流量作比值得到消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全，即本发明可以通过量化评估消防可用水量与供水管网实际服务水头的内在关联，为消防工况下的供水服务提供重要的决策支持信息，实现对供水管网消防安全的准确评估，实现对供水管网消防安全的准确评估，确保消防供水量充足的同时保障供水管网所有节点的压力都大于最低消防压力，提高了供水管网的消防安全的监测准确度，避免了消防救援用水对周边用户的正常用水的影响，帮助水务管理部门在发生火灾时评估消防供水能力和低压供水风险。
36.实施例2
37.请参阅图1，本实施例提出一种供水管网消防安全评估方法，包括以下步骤：
38.s1：获取供水管网系统水力模型。
39.s2：确定所述供水管网系统水力模型中的至少一个易发生火灾节点。
40.本实施例中，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)的要求，考虑供水管网的安全性和经济性等因素，按照对安全性和经济性影响程度的大小，可按以下顺序确定易发生火灾节点：第一是供水管网中正常供水时的水压最低点(控制点)，当若控制点满足供水要求，则其他节点一定满足供水要求。第二是距离二级泵站最远的节点。第三是靠近大用户、工业或企业的节点。
41.s3：设置供水管网的最低消防压力，以及所述易发生火灾节点的消防设计流量。
42.本实施例中，根据《室外给水设计标准》(gb50013-2018)来确定供水管网的最低消防压力。在《室外给水设计标准》(gb50013-2018)中，供水管网的水压按直接供水的建筑层数确定时，用户接管处的最小服务水头，一层应为10m，二层应为12m，二层以上每增加一层应增加4m。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)，在发生火灾时，最低消防压力要求为10m。为保障供水安全，根据实际需要可提升最低消防压力，最高为28m，即满足六层楼供水的服务水头(正常供水压力要求)。
43.本实施例中，根据所述供水管网布置方案的基础资料(主要是服务总人口)设置易发生火灾节点的消防设计流量。《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)根据不同城市的服务人口数量来确定同一时间内可能发生的火灾次数和消防设计流量。
44.表1不同的服务人口数所对应的同一时间内可能发生的火灾次数
[0045][0046]
表2美国、日本和中国城市根据不同服务人口数量设定的消防设计流量
[0047]
[0048][0049]
表3其他国家的标准消防设计流量
[0050][0051]
如表1、表2和表3所示，表1为《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中根据不同的服务人口数所对应的同一时间内可能发生的火灾次数，表2为美国、日本和中国城市根据不同服务人口数量设定的消防设计流量，表3为其他国家的标准消防设计流量。
[0052]
供水管网在添加消防设计流量以后，导致供水管网的流量瞬间增大，消防工况的水头损失也相应增大。
[0053]
本实施例中，易发生火灾节点的最低消防压力与消防可用流量有关，提高最低消防压力限制会减小消防可用流量。
[0054]
s4：调整所述易发生火灾节点的消防设计流量，直至供水管网中所有节点的消防压力逼近所述最低消防压力，记录此时的易发生火灾节点的实际消防设计流量。
[0055]
本实施例中，所述最大消防设计流量是指在满足供水管网中所有节点不低于最低消防压力时，对s3中设定的消防设计流量进行调整后得到的最大消防设计流量。
[0056]
s5：取所述最大消防设计流量与预设的参考消防设计流量的比值作为消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全。其中，所述参考消防设计流量取自《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)。
[0057]
本实施例中，消防韧性指数是指供水管网的最低消防压力为r时，实际消防设计流
量与《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中参考消防设计流量的比值。根据所示消防韧性指数，管理人员可以评估不同最低消防压力下供水管网所能承载的消防设计流量(即消防韧性)。消防韧性指数越大，消防救援用水对周边用户的正常用水的影响越小，从而减少低压供水的风险。所示消防韧性指数fr的计算公式如下所示：
[0058][0059]
其中，qr为供水管网最低消防压力为r所对应的最大消防设计流量，qi为该供水管网在《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中对应的参考消防设计流量。
[0060]
本实施例中，通过找出供水管网在最低消防压力时的实际消防设计流量，与《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中参考消防设计流量作比值得到消防韧性指数，能有效评估供水管网消防安全，帮助水务管理部门在发生火灾时管控消防供水能力和低压供水风险。此外，本实施例依据参考消防设计流量，基于设计规范的消防安全参考指标和现有城镇管网，先获取了供水管网系统水力模型，然后确定了最不利情况时的易发生火灾节点位置和消防设计流量。在计算消防韧性指数来衡量管网的消防安全性时，先设置易发生火灾节点的最低消防压力，最大消防设计流量会随着最低消防压力的变化而变化，这体现在消防韧性指数变化上。
[0061]
本实施例中，当所述消防韧性指数大于或等于1时，则认为供水管网的消防安全满足最低消防压力要求；当所述消防韧性指数小于1时，则认为供水管网的消防安全不满足最低消防压力要求。
[0062]
实施例3
[0063]
为了进一步阐述本发明的技术方案和技术效果，本实施例将实施例2提出的供水管网消防安全评估方法应用在中国的zj管网上。
[0064]
本实施例中，所述zj供水管网是中国浙江省的一个小镇供水管网，该小镇地势平坦，该供水管网包含1个水源，113个用水节点，164根供水管道。在供水管网的北部有一个高位水池，采用重力供水，日供水能力为4.8
×
105m3，服务人口大约为30万人，所有用水节点的高程相同，均为6.5m，保证所有节点正常供水的最低消防压力为28m。
[0065]
如图2所示，其为本实施例中的zj管网示意图及管道筛选结果，其显示了在最不利的消防工况时，节点需水和着火节点的分布情况。
[0066]
本实施例中，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)的消防安全参考指标对所述供水管网布置方案进行优化得到的供水管网布置方案中，分别取出最低消防压力分别为10m和28m时，不同国家消防设计流量标准优化出来的22个zj案例供水管网最优解。
[0067]
如图3和图4所示，图3为最低消防压力为10m时不同参考消防设计流量标准下的消防韧性指数示意图，图4为最低消防压力为28m时不同参考消防设计流量标准下的消防韧性指数示意图，图3和图4中的每一行代表一个案例管网。本实施例中，在visual studio平台中利用c语言编写了计算供水管网消防韧性指数的程序，在该计算程序中设置不同的最低消防压力r，然后通过调用epanet2.0toolkit的内置函数，对供水管网不断进行迭代水力计算，获取相应的水力计算结果，即在最低消防压力为r时所对应的最大消防设计流量，然后将计算结果代入实施例2中消防韧性指数的计算公式，得到这些案例管网的消防韧性指数，
计算出来的消防韧性指数表如图3和图4所示，采用不同颜色深度的灰度图呈现供水管网系统韧性指数结果。消防韧性指数采用不同的灰度表示可以让水务管理部门在使用时更加直观和方便。
[0068]
从图3和图4可以看出，随着最低消防压力的提高，消防韧性指数逐渐减小，即消防可用流量逐渐减小。例如：根据《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中zj管网所对应的参考消防设计流量为60l/s，最低消防压力为10m时，对应的消防韧性指数为2.9，即供水管网的易发生火灾节点的实际消防设计流量扩大2.9倍依然能保证10m的最低消防压力要求，表示消防余量充足。
[0069]
同理，当把最低消防压力提高到24米时，对应表中的消防韧性指数为1，此时依然能满足《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)规定的60l/s的消防供水流量，即没有低压供水的风险。从图3和图4的纵列来看，若在供水管网优化改造时只需保证《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)规定的10m最低消防压力要求，则该供水管网的最大消防流量可以提高到568l/s。
[0070]
对比图3和图4中的结果可知，最低消防压力为28m时优化出来的供水管网明显比最低消防压力为10m时优化的管网消防韧性指数大。因此，在供水管网优化改造时适当提高最低消防压力可以提高供水管网的消防韧性指数，降低火灾对周边用户用水的影响，减少低压供水的风险。消防韧性指数可以作为评估供水管网安全性的重要指标，可以通过调节最低消防压力改变供水管网消防韧性指数等方式来保证消防时的供水安全。
[0071]
实施例4
[0072]
请参阅图5，本实施例提出一种供水管网消防安全系统，包括：
[0073]
获取模块，用于获取供水管网系统水力模型；
[0074]
确定模块，用于确定所述供水管网系统水力模型中的至少一个易发生火灾节点；
[0075]
设置模块，用于设置供水管网的最低消防压力，以及所述易发生火灾节点的消防设计流量；
[0076]
调整模块，用于调整所述易发生火灾节点的消防设计流量，直至供水管网中所有节点的消防压力等于所述最低消防压力，并记录此时的易发生火灾节点的实际消防设计流量；
[0077]
评估模块，用于根据所述实际消防设计流量与预设的参考消防设计流量的比值确定消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全。本实施例中，所述参考消防设计流量取自《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)。
[0078]
本实施例中，所述易发生火灾节点包括以下节点：
[0079]
(1)供水管网中正常供水时的水压最低点；
[0080]
(2)距离二级泵站最远的节点；
[0081]
(3)工业企业节点和公共建筑节点。本实施例中，当所述消防韧性指数大于或等于1时，所述评估模块输出供水管网的消防安全满足最低消防压力要求的结果；当所述消防韧性指数小于1时，所述评估模块输出供水管网的消防安全不满足最低消防压力要求的结果。
[0082]
本实施例中，所述设置模块根据所述供水管网布置方案的服务总人口设置易发生火灾节点的消防设计流量。
[0083]
在具体实施过程中，通过确定供水管网布置方案中的易发生火灾节点，找到当供
水管网中所有节点处于最低消防压力时的实际消防设计流量，并将所述实际消防设计流量与《消防给水及消火栓系统技术规范》(gb5097-2014)中参考消防设计流量作比值得到消防韧性指数，并根据所述消防韧性指数评估供水管网消防安全，即本发明可以通过量化评估消防可用水量与供水管网实际服务水头的内在关联，为消防工况下的供水服务提供重要的决策支持信息，实现对供水管网消防安全的准确评估，实现对供水管网消防安全的准确评估，确保消防供水量充足的同时保障供水管网所有节点的压力都大于最低消防压力，避免了消防救援用水对周边用户的正常用水的影响，帮助水务管理部门在发生火灾时评估消防供水能力和低压供水风险。
[0084]
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0085]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。