The problem of sprinkler reliability

Abstract

Sprinkler systems allow a considerable reduction of fire risk in buildings. Unfortunately, sprinklers are not fail-safe technical systems. Relatively high rates of sprinkler failures evoke the problem of reliability. A solution to this problem is considered from several viewpoints. The diversity of sprinklers' failure modes is the first challenge for estimating reliability (failure probability). It is found that the use of the available data for estimation is problematic. The second challenge is that the published data is insufficiently described to allow a verification of its relevance to the specific case of failure probability estimation. It is suggested to apply the published data with partial relevance to Bayesian inference about failure probabilities. The data is used for developing prior distributions of the unknown values of the probabilities. Bayesian inference is carried out on the basis of binomial distribution used to model the operation of sprinklers on demand basis. A problem of aging and a possible increase in failure probability in the course of sprinkler service is shortly discussed.

Nagrinėta sprinklerių sistemų patikimumo vertinimo problema. Patikimumo matu laikoma sprinklerių atsako tikimybė. Rasta, kad šios tikimybės vertinimas yra sąlygiškai sudėtingas uždavinys. Sprinkleriai gali patirti atsaką labai įvairiais būdais. Be to, šis atsakas patiriamas retai. Tai lemia duomenų apie sprinklerių neįsijungimo gaisro metu negausumą, neleidžia vertinti atsako tikimybės, remiantis klasikiniu santykinio dažnio požiūriu. Patikimumo vertinimą komplikuoja tai, kad duomenys apie sprinklerių atsakus renkami gana nesistemingai, be teorinio pagrindo ir standartizavimo šalies, regiono ar pasaulio mastu. Duomenys paprastai fiksuojami pasyviai, kai sprinkleriai neįsijungia gaisro metu. Turimi empiriniai sprinklerių atsako dažniai gali būti naudojami kaip šiurkštūs tikimybių įverčiai. Juos galima taikyti Bajeso analizei, kai reikia formuoti apriorinį atsako tikimybės tankį. Šį tankį galima atnaujinti pasitelkiant negausius duomenis, surinktus konkrečioje šalyje, ir gautus stebint konkretaus tipo sprinklerius. Teorinis modelis kuriuo galima nusakyti sprinklerių atsakų tikėtinumą per pasirinktą gaisrų skaičių, yra binominis skirstinys. Sprinklerių atsako tikimybės vertinimą galima atlikti taikant standartinę binominio skirstinio parametro vertinimo procedūrą Bajeso statistikos metodais. Pagrindinė binominio skirstinio prielaida yra ta, kad sprinkleriai nesensta ir jų atsako tikimybė nesikeičia laikui bėgant. Galima spėsti, kad ši prielaida yra neteisinga. Deja, duomenų, kurie galėtų patvirtinti arba paneigti tą prielaidą, trūksta. Be tokių duomenų, nebus galima parinkti modelio, kuris nusako atsako tikimybės didėjimą sprinklerius eksploatuojant. Taigi sprinklerių senėjimas ir jų atsako tikimybės didėjimas tėra tik teorinė prielaida, kurią sunku įtraukti į sprinklerių patikimumo vertinimą.