高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計及可靠性

李坤峰（三明市公安消防支隊清流大隊）

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高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計及可靠性

李坤峰（三明市公安消防支隊清流大隊）

由于高層建筑自身的一些特點決定了一旦發(fā)生火災(zāi)便很難對其進行撲救，其中消防供水就是其中最大的問題之一。本文主要介紹了常用的三種高層建筑消防系統(tǒng)給水方式，然后詳細分析了消防系統(tǒng)中常見的超壓問題及其對應(yīng)的處理措施，最后就如何進行消防給水系統(tǒng)可靠性分析進行了簡單探討。

消防供水；高層建筑；可靠性；設(shè)計

引言

高層建筑由于很多自身的特點，比如功能繁雜、空間跨度比較大的本構(gòu)，如果出現(xiàn)了火災(zāi)就很難快速對其撲救，往往造成的損失龐大，后果非常嚴重，所以必須要為高層建筑配備可靠完善的消防系統(tǒng)，這可以很好的遏制初期火勢的蔓延，在很大程度上降低人員傷亡以及財產(chǎn)損失［1～2］。我國目前還未制定完善的高層建筑消防設(shè)計標準和規(guī)范，當(dāng)高層建筑出現(xiàn)火災(zāi)的時候，最大的困難就是消防供水問題。因此，針對高層建筑消防供水系統(tǒng)進行研究具有重要的現(xiàn)實意義［3］。

1　選擇給水方式

按照給水方式不同可以將高層建筑消防給水系統(tǒng)分為串聯(lián)分區(qū)、并聯(lián)分區(qū)以及重力式消防給水三種給水方式。但是在實際操作中，對于高層消防給水方式為進行標準化，使得不同建筑都采取了各種各樣的給水方式，且隨著樓層高度的增加、功能越復(fù)雜則在實際中一般會采取更加繁雜的消防給水方式，在串聯(lián)分區(qū)和并聯(lián)分區(qū)兩種方式的基礎(chǔ)上進行組合使用。

并聯(lián)分區(qū)就是把給水分區(qū)區(qū)分為高區(qū)和地區(qū)，在這兩個區(qū)中分別設(shè)置了消防水泵以及水泵接合器以供各個區(qū)單獨使用。也就是說，一旦高區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)，只需要啟動高區(qū)消防水泵，同樣的如果是低區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)的時候則只需要啟動低區(qū)消防水泵即可。并聯(lián)分區(qū)給水方式具有很多特點，其中優(yōu)點主要有：系統(tǒng)管網(wǎng)比較簡單，由于水泵都設(shè)置在地下室，因此控制以及維護方便，且設(shè)備運行過程的振動和噪音等不會太多的影響到居民，確保了居民居住環(huán)境的安靜和舒適。當(dāng)然也存在缺點：必須在所有區(qū)內(nèi)都裝設(shè)具有獨立水泵接合器；如果是在兩個區(qū)域分界的地方發(fā)生火災(zāi)，則要求兩個區(qū)域的消防水泵同時打開，因此需要綜合考慮兩區(qū)用水和用電需求對防水池的儲水量和供電量進行計算；要求使用兩個獨立的豎管實施供水，需要占用較大空間，增加成本。

串聯(lián)分區(qū)給水方式還可以進一步細分為常高壓串聯(lián)分區(qū)給水以及臨時高壓串聯(lián)分區(qū)給水兩種。其中，臨時高壓串聯(lián)分區(qū)給水方式就是在建筑的設(shè)備層或者避難層安裝水箱和傳輸水泵，在地下室安裝水池和消防水泵，在建筑樓頂安裝水箱和穩(wěn)壓泵。地下水的儲量應(yīng)該確保能夠完成一次滅火任務(wù)，而接力水箱中的儲量應(yīng)該確保能夠使用15～30min。在低區(qū)直接通過接力水箱進行重力供水，而在高區(qū)則通過消防水泵進行加壓供水，在火災(zāi)早期，水的供應(yīng)主要通過高位消防水箱執(zhí)行，此外還需要把中間層的消防泵啟動，將水從下到上供應(yīng)到高區(qū)配備的消火栓管網(wǎng)中，與此同時位于地下室的消防轉(zhuǎn)輸泵將地下室中的水輸送至中間水箱。

重力式消防給水系統(tǒng)就是在高層建筑的最高位置找到一個合適的地方建設(shè)消防水池，并且應(yīng)該確保消防水池的水儲量足夠完成一次滅火任務(wù)，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防水池的水通過自身重力的作用向以下各消防給水分區(qū)分別進行供水。該種方法其最關(guān)鍵的好處就是通過水自身的重力向下供水，可以有效防止火場供電停止以及各種機械故障對消防給水造成的影響，比較可靠和安全。但是該種方式會在很大程度上增加結(jié)構(gòu)荷載，同時還必須占用很多的建筑面積，必然會大大提升建設(shè)成本。

2　超壓以及泄壓問題

（1）給水超壓問題。所謂超壓指的就是系統(tǒng)內(nèi)部的水壓大于其工作壓力上限，由于過大的水壓使得系統(tǒng)內(nèi)的零件出現(xiàn)損壞或者不均勻給水，最終對系統(tǒng)的正常運行造成影響，不利于滅火救災(zāi)的進行。對于高層建筑消防給水而言，超壓問題經(jīng)常出現(xiàn)，主要的原因有：①系統(tǒng)出水流量比較小。剛剛出現(xiàn)火災(zāi)的時候，通常而言自動噴水滅火系統(tǒng)只會啟動幾個噴頭，或者在針對自動噴水滅火系統(tǒng)實施末端試水的時候，只需要很小的流量即可，但是加壓泵在供水的時候卻是根據(jù)設(shè)計秒流量來進行供水，這必然會使得加壓泵揚程顯著提升，造成自動噴水滅火系統(tǒng)內(nèi)部的水壓急劇上升。②不合理的豎向分區(qū)。建筑物高度很大的時候其給水的豎向分區(qū)并沒有按照1.2MPa上作壓力相關(guān)要求來進行分區(qū)。③水錘現(xiàn)象導(dǎo)致超壓。水錘現(xiàn)象指的是消防泵由于停電或者故障突然停止工作引起的。④水泵結(jié)合器超壓。有些消防給水豎向分區(qū)其下區(qū)和上區(qū)是共同使用一個水泵結(jié)合器，如果止回閥出現(xiàn)了不嚴密問題，那么回造成下區(qū)發(fā)生超壓問題；此外，消防車在向室內(nèi)消防給水管網(wǎng)進行供水的時候，就很有可能引起管網(wǎng)超壓問題，尤其是當(dāng)系統(tǒng)的消防泵和消防車消防泵串聯(lián)運作的時候，發(fā)生超壓問題的概率大大增加。⑤沒有設(shè)置排氣裝置。在給水管網(wǎng)中沒有安裝排氣閥，或者安裝的排氣閥位置不合適，使得管網(wǎng)內(nèi)空氣被嚴重壓縮，最終引起超壓問題。

（2）給水的減壓以及泄壓方式。消防給水系統(tǒng)中由于超壓問題的存在對于消防救災(zāi)帶來了不利的影響，所以有必要采取有效措施來進行減壓或者泄壓。進行減壓或者泄壓之后可以確保給水均勻性，提升消防給水系統(tǒng)的可靠性。通過深入分析超壓問題造成的原因，認為可以從下面幾個方面來著手解決超壓問題：①采取對應(yīng)的技術(shù)措施避免出現(xiàn)超壓問題：a.對消防系統(tǒng)的給水管網(wǎng)進行科學(xué)合理的設(shè)計，盡可能保證噴頭的布置較為均勻，且分布在配水管兩側(cè)，以此來實現(xiàn)各個配水管水壓的平衡。b.對下放給水系統(tǒng)的分區(qū)進行適當(dāng)選擇，同時在許可范圍內(nèi)降低給水分區(qū)壓力值。比如，如果建筑物高度不超過120m，那么消防給水豎向分區(qū)宜使用并聯(lián)消防泉給水系統(tǒng)；如果建筑物高度超過了120m，那么消防給水豎向分區(qū)宜使用設(shè)置有中間水箱轉(zhuǎn)輸?shù)拇?lián)消防泵或者是直接串聯(lián)多臺消防泵給水系統(tǒng)。c.在選擇消防泵的時候，最好是選擇流量-揚程曲線相對來說較為平緩的消防泵。在條件允許的情況下可以使用變頻調(diào)速消防泵、水冷直聯(lián)消防泵或者切線消防泵。②提升消防給水系統(tǒng)內(nèi)部零件的抗壓性能。這樣即便是由于各方面原因?qū)е孪到y(tǒng)內(nèi)部水壓增大，其水壓還是在系統(tǒng)許可的工作壓力范圍內(nèi)。③采用行之有效的泄壓或者穩(wěn)壓措施，確保出線超壓之后也不會對給水管網(wǎng)引起嚴重損壞，比如可以采用安全閥、泄壓閥、氣罐閥、穩(wěn)壓閥等。

3　消防給水系統(tǒng)可靠性

在對應(yīng)的時間范圍以及條件下，高層建筑消防給水系統(tǒng)能夠完成對應(yīng)任務(wù)的能力稱之為可靠性。消防給水系統(tǒng)的可靠性對于整個高層建筑而言有著非常重要的影響。一般而言，可以用可靠度來描述消防給水系統(tǒng)可靠性，其意思就是消防給水系統(tǒng)在對應(yīng)的時間范圍以及條件下完成相應(yīng)任務(wù)的概率。

（1）消防給水系統(tǒng)可靠性框圖。在對系統(tǒng)可靠度進行研究的時候，必須首先明確消防系統(tǒng)所具備的功能以及潛在的失效方式，在此基礎(chǔ)上對可靠性框圖進行準確繪制。然后構(gòu)建消防給水系統(tǒng)可靠度模型，對消防系統(tǒng)其整體可靠度和各個單元可靠度之間對應(yīng)關(guān)系進行全面系統(tǒng)的研究。通過大量的實驗就可以獲得各單元其可靠度，然后再通過對應(yīng)的模型便能夠求得各單元進行組合得到的復(fù)元體系統(tǒng)其可靠度。

系統(tǒng)通常情況下能夠分為兩種，即儲備系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)以及非儲備系統(tǒng)。實際上非儲備系統(tǒng)其實是一種串聯(lián)系統(tǒng)，儲備系統(tǒng)還可以進一步細分為工作儲備系統(tǒng)以及非工作儲備系統(tǒng)。不難想象消防給水系統(tǒng)對于供水要求是非常高的，必須要求供水可靠性非常高，因此通常采取儲備系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)的模式。對于工作儲備方式而言可以將其分為三種，即并聯(lián)系統(tǒng)、混聯(lián)系統(tǒng)以及表決系統(tǒng)。整個消防給水系統(tǒng)主要由兩大部分構(gòu)成，即消火栓給水系統(tǒng)以及自動噴水滅火系統(tǒng)，組成這些系統(tǒng)的各個元件或者設(shè)備功能直接決定著可靠性框圖類型。

（2）消防給水系統(tǒng)可靠性定量分析。前文已述，整個消防給水系統(tǒng)其可靠性就是通過各個組成單元功能直接決定的，也即是說整個系統(tǒng)的可靠度就是通過各個組成單元的可靠度來共同決定：①串聯(lián)系統(tǒng)可靠度定量分析。串聯(lián)系統(tǒng)其特征就是只有當(dāng)系統(tǒng)中全部的組成單元都能夠進行正常下作的時候整個系統(tǒng)才可以正常工作。串聯(lián)系統(tǒng)由若干個單元構(gòu)成，第i個單元其可靠度假設(shè)是Ri（t），那么全部單元的可靠度之間的成績就是整個系統(tǒng)其可靠度，即；②并聯(lián)系統(tǒng)可靠度定量分析。并聯(lián)系統(tǒng)最大的特點就是系統(tǒng)中所有的單元只要有一個能夠正常工作，則整個系統(tǒng)就可以進行正常工作。并聯(lián)系統(tǒng)其可靠度計算公式為

4　結(jié)束語

對于整個高層建筑的消防系統(tǒng)而言，給水系統(tǒng)是其中非常重要的內(nèi)容，它在災(zāi)前預(yù)防以及災(zāi)后處理過程中都發(fā)揮中不可替代的作用。給水系統(tǒng)的可靠性對于高層建筑的消防安全而言是非常重要的，可靠度越高則建筑的安全性越高，反之則越低。本文綜合研究分析了高層建筑消防給水系統(tǒng)可靠性以及各個元件對于整個系統(tǒng)可靠性的影響規(guī)律。

［1］張惠遠.高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計及可靠性研究［J］.建筑設(shè)計管理，2012（5）：72～74.

［2］陳小芹.高層建筑消防噴淋給水系統(tǒng)可靠性設(shè)計［J］.民營科技，2010 （7）：275.

［3］楊明煒.高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015 （12）：255.

2016-4-10

TU972.4

A

2095-2066（2016）13-0133-02