消防給水系統(tǒng)研究

費(fèi)廣成

（鹽城市消防技術(shù)服務(wù)事務(wù)所，江蘇 鹽城 224001）

1 消防給水系統(tǒng)的現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)綜合國(guó)力的日益增強(qiáng)，人民生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的集中型城市不斷興建，消防問題越發(fā)嚴(yán)重。各種建筑功能復(fù)雜，建筑物地區(qū)性密集，城市人口劇增等現(xiàn)象帶來(lái)了嚴(yán)重的消防隱患。大型高層綜合型建筑、高層民用住宅建筑、集餐飲、購(gòu)物、賓館和娛樂為一體的綜合型高層建筑都是消防的重點(diǎn)。這些大型商業(yè)建筑通常采用無(wú)隔斷、無(wú)間斷的大面積區(qū)域作為經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所，大量的易燃物品擺放集中，數(shù)量巨大，有的還設(shè)有餐飲業(yè)，這都為火災(zāi)提供了迅速傳播的便利條件，導(dǎo)致火災(zāi)在水平和豎直方面迅速蔓延。如果其隔墻不具備足夠的耐火能力，大火就會(huì)快速蔓延至其他位置；如果在建筑的背火面儲(chǔ)存了大量的可燃物，會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)快速擴(kuò)大至其他區(qū)域；而且在豎向扶梯、中庭等區(qū)域，由于煙霧的上升也會(huì)導(dǎo)致豎向的火災(zāi)蔓延。高層建筑人口密集，消防意識(shí)薄弱，通常會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)后救援困難；消防水槍的高度限制，也使該建筑主要依靠自身的消防設(shè)施。因此消防給水問題成為了建筑設(shè)計(jì)的重要問題[1]。

2 消防給水系統(tǒng)的類型及其特點(diǎn)

圖1為某工程室內(nèi)給水系統(tǒng)流程圖，該工程為多層商住樓。消防給水系統(tǒng)主要分為室外給水系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)、ESFR系統(tǒng)、自動(dòng)噴水系統(tǒng)、固定消防水泡系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。本文著重分析室外給水系統(tǒng)。室內(nèi)給水系統(tǒng)和自動(dòng)噴水系統(tǒng)。

2.1 室外給水系統(tǒng)

在消防給水設(shè)計(jì)中，室外給水系統(tǒng)尤為重要。室外給水系統(tǒng)關(guān)系到室內(nèi)給水系統(tǒng)的水源問題，例如消防水壓的保證，消防管道的連接等問題。所以在消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)完善室外給水系統(tǒng)。

首先設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意管道的設(shè)計(jì)[2]。根據(jù)當(dāng)前工程的級(jí)別等確定消防用水量，從而確定管徑。一般來(lái)說管徑可以按以下公式計(jì)算：

式中：D為管道直徑；q為管道流量；v為流速。管材的選用也是十分重要的。一方面必須能夠承受各種內(nèi)外荷載的機(jī)械性能，例如剛度足夠，水密性能好，不滲透，不破裂，良好的水力性能，能減少沿程水頭損失和局部水頭損失；另一方面價(jià)格適中，壽命長(zhǎng)，防水和侵蝕能力較強(qiáng)。在埋管道時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持將深埋和淺埋相結(jié)合的原則。深埋還是淺埋要根據(jù)冰凍層厚度，外部荷載，最小管頂覆土厚度和工程造價(jià)以及將來(lái)的管道維修費(fèi)用等綜合因素決定的。管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)秉承多平緩順直，少陡峭曲折的原則。

其次，應(yīng)注意室外給水系統(tǒng)的其他附屬設(shè)施包括閥門、排氣閥、消火栓、閥門井等。這些設(shè)施都需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)置和安裝。閥門應(yīng)在主管道每隔500~1000m設(shè)置一個(gè)檢修閥門。管道局部最高點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排氣閥。排氣閥與管道直徑之比應(yīng)在1:8~1:12之間。也可設(shè)在閥門井內(nèi)。消火栓間隔為100~120m，距建筑物不小于5m，距道路不大于2m。

消防水池設(shè)計(jì)時(shí)，要按照規(guī)定中的有效容積設(shè)計(jì)[3]，必須滿足火災(zāi)發(fā)生時(shí)的持續(xù)消防用水量，并按照以下公式計(jì)算：

式中：V為消防水池的有效容積；Vn為室內(nèi)消防用水量；Vw為室外消防用水量；Vg為室外給水管網(wǎng)供水量。但是該條款的定義有點(diǎn)模糊。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于建筑物的差異，一般選擇按照最大建筑的消防用水來(lái)設(shè)計(jì)，而不是疊加用水量來(lái)設(shè)計(jì)消防水池。并且對(duì)于消防水池的保護(hù)半徑也有定義，即150m，但是有些大型的小區(qū)不能滿足此需求，故而可以分散設(shè)置多個(gè)。但是蓄水量應(yīng)滿足150m的保護(hù)范圍。

2.2 室內(nèi)給水系統(tǒng)

消防室內(nèi)給水系統(tǒng)可以分為兩種，高壓制和臨時(shí)高壓制。高壓式給水系統(tǒng)有利于節(jié)約時(shí)間，因?yàn)闊o(wú)論何時(shí)，管道中水體一直處于壓力狀態(tài)下，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以及時(shí)送水救災(zāi)。但是，由于輸水管道、設(shè)備層和地下室都需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存大量水體，既不利于節(jié)約，而且會(huì)加重建筑負(fù)荷，干擾結(jié)構(gòu)布局，增大滲漏的幾率。而臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)可以解決這個(gè)問題，它只需要在地下室儲(chǔ)存全部水體，但是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，有短暫延誤撲救的危險(xiǎn)。因此有些工程在中間設(shè)置轉(zhuǎn)輸水箱，或者在屋頂設(shè)置水箱，儲(chǔ)存的水體需要滿足火災(zāi)突發(fā)的前10分鐘之內(nèi)的用量。而且水泵應(yīng)為一臺(tái)常用、一臺(tái)備用進(jìn)行配置。表1為我國(guó)超高層建筑消防給水方式。事實(shí)證明兩種給水系統(tǒng)均有使用。在給水系統(tǒng)中，各區(qū)供水分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。串聯(lián)系統(tǒng)有利于降低水泵負(fù)擔(dān)的壓力，經(jīng)濟(jì)并安全，因此表1中的超高層建筑多選用串聯(lián)方式。并聯(lián)方式有利于分區(qū)給水，將各區(qū)供水獨(dú)立，但是水泵壓力增大。

表1 我國(guó)已建和在建超高層建筑消防給水方式統(tǒng)計(jì)

2.3 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

近年來(lái)，我國(guó)的滅火給水從以消火栓系統(tǒng)為主逐步向以自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)為主過渡，這也是我國(guó)消防給水系統(tǒng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國(guó)家逐步接軌的重大舉措。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，早期是以“鉆孔管式噴水滅火系統(tǒng)”的形式出現(xiàn)，已經(jīng)使用一百多年，從它被人們接受并使用期間，一直在不斷研發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備與新材料。目前已經(jīng)是世界上公認(rèn)的最為有效的自救滅火設(shè)施，并以應(yīng)用最廣泛、用量最大而著稱。它具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、滅火成功率高等特點(diǎn)，在保障人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全方面起到了非常重要的作用。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是一種由水流報(bào)警裝置（水流指示器或壓力開關(guān)）、報(bào)警閥組、灑水噴頭，以及管道、供水設(shè)施組成的，并能在發(fā)生火災(zāi)時(shí)自動(dòng)噴水的自動(dòng)滅火系統(tǒng)[4]。它一般設(shè)置在容易起火的部位、疏散通道和人員密集場(chǎng)所,而且還設(shè)置在水災(zāi)容易蔓延的通道, 不易發(fā)現(xiàn)和不易撲救的火災(zāi)地方以及需要淋水降溫、保護(hù)等的場(chǎng)所。這樣可以更及時(shí)、更迅速, 更有效地?fù)渚然馂?zāi)，防止火災(zāi)擴(kuò)大，減少人員和經(jīng)濟(jì)的損失。

依照采用的噴頭不同，該系統(tǒng)可以分為三大類[5]：閉式系統(tǒng)、開式系統(tǒng)和水幕系統(tǒng)，如圖2所示。閉式系統(tǒng)采用閉式灑水噴頭，而開式系統(tǒng)采用開式灑水噴頭。下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹

閉式灑水的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)包括：濕式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)。濕式系統(tǒng)一般用于常溫環(huán)境，即溫度不低于4度，不高于70度的環(huán)境。這是由濕式系統(tǒng)的工作原理決定的[6]。濕式系統(tǒng)是在熱敏感元件感應(yīng)到熱源時(shí)，破裂或者融化，從而使戒備中的管道預(yù)留水體噴灑出來(lái)進(jìn)行阻擋火勢(shì)。干式系統(tǒng)不受環(huán)境溫度的影響，它是將管道中充滿有壓氣體，而不是水。所以它可以用于高溫環(huán)境和低溫環(huán)境，但是由于水管中的氣體存在，會(huì)延遲救火時(shí)間，不利于快速滅火，因此它一般適用于溫度低于4度或者高于70度的環(huán)境，例如我國(guó)北方?jīng)]有取暖設(shè)施的地方。預(yù)作用系統(tǒng)是將以上兩種系統(tǒng)相互結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。在更加敏感的報(bào)警系統(tǒng)提示下，同時(shí)開啟雨淋閥和供水泵，在噴頭開啟前將管道供水，從而提高供水效率和縮短等待時(shí)間。該系統(tǒng)一般用于對(duì)環(huán)境狀態(tài)要求較高，例如嚴(yán)禁管道漏水，防止誤噴的建筑內(nèi)。

開式系統(tǒng)也稱為雨淋噴水滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般用于火災(zāi)蔓延速度較快，其他方式難以覆蓋廣泛面積時(shí)，或者由于特殊情況需要延時(shí)噴水的情況。例如在隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，需要等待交通終止，保證人員安全的情況下才能開啟滅火裝置。這時(shí)火災(zāi)已經(jīng)有蔓延的可能，需大范圍的覆蓋滅火面積，就可利用開式系統(tǒng)阻止火災(zāi)蔓延。開式系統(tǒng)是在自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)下，開啟雨淋閥和供水泵，以開式或者閉式噴水閥噴水。自動(dòng)報(bào)警器一般是電子探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)燃燒物、煙霧、熱源和火焰等現(xiàn)象快速做出感測(cè)或者反應(yīng)。開式系統(tǒng)還可以添加泡沫液，如水成膜泡沫液，滅火時(shí)泡沫覆蓋在非水溶性液體上形成薄膜，減輕或者防止易燃蒸汽的釋放，從而減輕火災(zāi)的程度和蔓延。

水幕系統(tǒng)是由水幕噴頭和雨淋報(bào)警閥組以及水流報(bào)警裝置等組成。水幕系統(tǒng)根據(jù)其作用一般分為兩類，即防火分隔水幕和防火冷卻水幕。防火分隔水幕的設(shè)置主要是由于設(shè)置防火墻困難，從而以防火分隔水幕替代。其目的與防火墻和防火卷簾的作用相同，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的分隔和隔離而不是滅火，因此該系統(tǒng)多用于救火的初期。防火冷卻水幕主要是用于保護(hù)和冷卻防火卷簾，降低其溫度，增強(qiáng)其耐火極限，延長(zhǎng)阻擋煙霧時(shí)間?？傊粶缁鹣到y(tǒng)主要是形成具有一定高度的水墻，起到防火分隔、降低熱輻射、冷卻分隔設(shè)施、稀釋有毒氣體和節(jié)省消防人力的作用。

3 消防給水系統(tǒng)中應(yīng)考慮的幾個(gè)重點(diǎn)問題

目前現(xiàn)行的規(guī)范中仍然存在一些問題，比如規(guī)范中條文的前后沖突，有些條文操作性不強(qiáng)，而有些強(qiáng)制性又過強(qiáng)，這些都不利于設(shè)計(jì)施工人員的實(shí)際操作，也對(duì)消防給水系統(tǒng)帶來(lái)了不良影響。例如關(guān)于七種情況下設(shè)置的倒流防止器的條文為強(qiáng)制性條文。該條規(guī)定使得倒流防止器大規(guī)模使用，不但增大了系統(tǒng)壓力損失，還會(huì)導(dǎo)致城市供水系統(tǒng)壓力降低，既不利于節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，又對(duì)干管和直管與倒流防止器的串聯(lián)造成用水點(diǎn)水壓不足。再有關(guān)于消防栓的設(shè)計(jì)問題，不同的規(guī)范中有不同的規(guī)定。GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.4.3.2條規(guī)定的與GB50045-1995《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(2005年版)》第7.4.6.8條規(guī)定相互沖突。前者規(guī)定消防電梯前室所設(shè)的消火栓不應(yīng)計(jì)入總數(shù)，但是后者又規(guī)定應(yīng)計(jì)入總數(shù)。因此在多項(xiàng)工程設(shè)計(jì)中一直存在爭(zhēng)議。

關(guān)于屋頂水箱的規(guī)定也存在爭(zhēng)議，按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第8.4.4.2條的規(guī)定，所計(jì)算出的水箱容量在實(shí)際工程中是否適當(dāng)。這是由于一般工程設(shè)計(jì)都是按照用水量包含了自動(dòng)噴水的水量而設(shè)計(jì)的，而規(guī)定中沒有明確的指出是否應(yīng)該包含這部分的用水量，因此該問題依然有待解決。同時(shí)，對(duì)于整個(gè)小區(qū)合用一個(gè)消防水箱時(shí)，應(yīng)注意不能在設(shè)有屋頂水箱的樓上設(shè)置止回閥。另一方面，對(duì)于高層民用建筑，規(guī)范中規(guī)定凡是高度高于25m的建筑，并且使用高壓給水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置高位水箱，但是即使高位水箱的存在依然不能滿足消防用水的水壓，同時(shí)增加的消防增壓泵還增大了開支，不利于節(jié)約成本和經(jīng)濟(jì)合理性，并且還會(huì)影響建筑的立面優(yōu)化。因此建議50m以下的建筑不用設(shè)置高位水箱，改為在消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置小流量的穩(wěn)壓水泵[7]?！陡邔用裼媒ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范(2005年版)》中的統(tǒng)一利用穩(wěn)壓水泵代替高位水箱這一規(guī)定，也存在很多弊端。因此對(duì)于高于50m的建筑，建議仍然使用高位水箱，這樣不但可以減少成本，特別是在民用住宅建筑，可以為居民降低成本費(fèi)用，而且在平時(shí)運(yùn)行中，可以節(jié)約用電，甚至可以不用電力支持，特別是在電力供應(yīng)不穩(wěn)的地區(qū)。

關(guān)于消防水池的規(guī)定，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中明確指出，當(dāng)市政給水管道為支狀時(shí)，或者一根進(jìn)水管的消防用水量大于25L/s時(shí)，應(yīng)設(shè)置消防水池；但是同時(shí)，其說明文中，又將用水量改為20L/s，如此說明雖然增加了安全系數(shù)，但是對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說，不能夠準(zhǔn)確把握規(guī)定的內(nèi)容，從而不利于規(guī)范消防給水設(shè)計(jì)。因此有的設(shè)計(jì)人員將消防水池的容積計(jì)算按照以下公式計(jì)算，雖然不合乎標(biāo)準(zhǔn)，但是卻符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況[8]。

式中：Q為消防水池的容積；Qs為室內(nèi)消防用水量；Qw為室外消防用水量；Qz為自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水量。鑒于此，規(guī)范中的規(guī)定應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況給予設(shè)計(jì)人員一定的自主范圍，從而使消防給水系統(tǒng)更好的服務(wù)于人。

4 結(jié) 語(yǔ)

人們常說，水火無(wú)情。消防給水系統(tǒng)是建筑滅火的主要手段之一。因此消防的供水問題便成為了建筑設(shè)計(jì)的重要問題，它關(guān)系著人們?nèi)罕姷娜松砗拓?cái)產(chǎn)的安危，因此對(duì)于其的優(yōu)化、管理和運(yùn)行都有著重要的意義。在設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)時(shí)，不但要考慮實(shí)際工程所在的地點(diǎn)，環(huán)境和氣候，而且還應(yīng)考慮其建筑自身的作用。不同的給水系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)、也各有適用范圍。只有準(zhǔn)確的把握其特點(diǎn)，才能做出準(zhǔn)確的抉擇。不但要考慮技術(shù)問題，同時(shí)還應(yīng)考慮業(yè)主、設(shè)計(jì)人員和施工人員的意見，做到滿足業(yè)主的要求，符合規(guī)范的規(guī)定，在施工中具有可行性，并在節(jié)約、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1]劉大為,唐國(guó)安,王蔚.北京當(dāng)代大型商業(yè)建筑及其發(fā)展趨勢(shì)思考[J].中外建筑,2009,(5):116-119.

[2]王晶晶.大型商業(yè)建筑的防火設(shè)計(jì)探析[J].中國(guó)科技信息,2011,(9):195.

[3]張吉光,史自強(qiáng),崔紅社.高層建筑和地下建筑通風(fēng)與防排煙[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[4]辛瑞東.大空間建筑的防火分區(qū)設(shè)計(jì)方法[J].建筑技術(shù),2010,(3):180.

[5]王學(xué)謙.建筑防火安全技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[6]韋明學(xué).高層建筑煙氣蔓延規(guī)律及防范設(shè)計(jì)[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,(11):84-86.

[7]馬勇,周樂.超高層辦公樓給水及消防方案選擇分析[J].給水排水,2008,34(13):86-88.

[8]張鈺銘,陳雪東,淺談國(guó)內(nèi)建筑給排水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨向[J].建筑學(xué)研究前沿, 2012,(7): 32-33.