高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

李星霖

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廣西分院 廣西南寧 530000)

高層建筑的人員密集度較高、功能較為復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，其危險(xiǎn)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單層建筑和多層建筑，重大人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)明顯升高。因此，消防給水系統(tǒng)作為建筑中非常重要的滅火設(shè)施，應(yīng)得到更多的重視和關(guān)注。在設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)時需要保證符合國家的各項(xiàng)規(guī)定，滿足消防管理部門的相關(guān)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)等，從系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，以安全為主要目標(biāo)，保證技術(shù)的合理性，同時注意消防給水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，提升給水系統(tǒng)的綜合價(jià)值?？梢?，消防給水系統(tǒng)是高層建筑中不容忽視的工程，需要提高其設(shè)計(jì)的合理性與安全性。

1 高層建筑消防給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1.1 實(shí)際用水量大

高層建筑室內(nèi)消防系統(tǒng)用水量與建筑性質(zhì)、使用功能系統(tǒng)關(guān)系密切，建筑的高度不同，消防方面的用水量也會有所不同。對高層建筑建筑來說，消防用水量一般包括室內(nèi)消火栓系統(tǒng)用水量、室外消火栓系統(tǒng)用水量、自動噴淋系統(tǒng)消防用水量、自動消防炮消防用水量等。例如室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，第一，對于高層住宅（建筑高度H>27）來說，建筑高度≤54 m，室內(nèi)消火栓用水量一般為10 L/s；如果建筑高度>54 m，那么室內(nèi)消火栓用水量為20 L/s。第二，對于醫(yī)院、商場等高層公共建筑（建筑高度H>24 m），當(dāng)設(shè)計(jì)建筑為一類高層公共建筑時，建筑高度≤50 m時，室內(nèi)消火栓用水量為30 L/s；建筑高度>50 m時，室內(nèi)消火栓用水量為30 L/s；當(dāng)設(shè)計(jì)建筑為二類高層公共建筑時（建筑高度24 m

1.2 消防給水超壓

消防給水壓力大是高層建筑消防工作中非常突出的一個特點(diǎn)，如果設(shè)計(jì)時出現(xiàn)失誤可能會引起超壓現(xiàn)象。由于高層建筑的樓層很高，滅火時的壓力穩(wěn)定性可能會受到影響，尤其是在啟動消防水泵的瞬間和滅火的初期階段消防用水量較小，消防給水泵在小流量運(yùn)行小，往往揚(yáng)程大大高于設(shè)計(jì)揚(yáng)程，以至于發(fā)生超壓的可能性更高。我國關(guān)于消防給水系統(tǒng)有明確要求，既需要使用的水泵滿足給水系統(tǒng)壓力以及流量的需求，又需要保證流量是光滑的曲線，不能出現(xiàn)拐點(diǎn)和駝峰，壓力在沒有流量狀態(tài)下不能超出設(shè)計(jì)的140%，并且最小為額定壓力的120%；同時，如果消防給水系統(tǒng)的工作壓力超出2.40 MPa，消火栓系統(tǒng)最不利消火栓靜壓大于1.0 MPa，自動噴淋滅火系統(tǒng)中的報(bào)警組工作壓力大于1.6 MPa 或者最不利噴頭工作壓力大于1.20 MPa 時，消防給水應(yīng)采取分區(qū)供水的方式。因此，在進(jìn)行高層建筑消防給水系統(tǒng)時，應(yīng)通過精確的消防給水系統(tǒng)揚(yáng)程計(jì)算，正確選擇消防給水泵；合理布置消防給水系統(tǒng)豎向分區(qū)，采取安全可靠的減壓措施，避免消防給水系統(tǒng)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。

2 高層建筑消防給水系統(tǒng)給水形式

2.1 加壓給水

由于市政水壓及水量無法滿足高層建筑消防給水系統(tǒng)滅火所需的消防給水水壓及流量要求，高層建筑消防給水系統(tǒng)需采用二次加壓供水，以滿足消防系統(tǒng)滅火需求。高層建筑消防加壓給水系統(tǒng)一般采用臨時高壓制消防給水系統(tǒng)，主要由消防水池、消防加壓給水泵、高位消防水箱、消防管網(wǎng)、滅火設(shè)施等組成。消防水池及消防加壓給水泵直接向室內(nèi)消防給水系統(tǒng)加壓供水，一般設(shè)置高層建筑地下室內(nèi)，消防水池直接由市政給水管網(wǎng)補(bǔ)水；高位消防水箱通常設(shè)置于屋面，高于最不利滅火設(shè)施，以保證消防系統(tǒng)啟動所需水壓及消防前期水量。當(dāng)建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，室內(nèi)消火栓或噴頭開啟噴水，火災(zāi)前期主要由高位消防水箱供水滅火，當(dāng)消防水箱水位下降至設(shè)定啟動消防加壓給水泵水位或消防加壓水泵出水管壓力開關(guān)下降至設(shè)定值時，消防加壓給水泵啟動向室內(nèi)消防給水系統(tǒng)加壓供水，保證室內(nèi)消防滅火所需的水壓及水量，確保完成滅火任務(wù)。

2.2 區(qū)域集中給水

區(qū)域集中給水方式主要是指至少兩棟高層建筑使用一個泵房的消防系統(tǒng)。如果是單獨(dú)的高層建筑，消防給水系統(tǒng)中的高位水箱、消防泵等的不可缺少的組件，但是多棟高層建筑區(qū)域內(nèi)，如果每棟建筑都設(shè)置消防水泵以及高位水箱，不僅會增加建筑工程投入的資金，還會增加物業(yè)管理工作。為了能夠解決這個問題，可以在高層建筑區(qū)域內(nèi)集中設(shè)置消防給水系統(tǒng)。這是因?yàn)樵谕粋€區(qū)域內(nèi)火災(zāi)同時發(fā)生在多棟高層中的可能性非常小，可以理解為在同一個時間內(nèi)同一個區(qū)域發(fā)生一次火災(zāi)，進(jìn)而從設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、合理性角度出發(fā)，從一個消防泵中引出滿足多棟高層建筑消防給水需要的多條出水管，與這個區(qū)域內(nèi)多棟高層建筑的供水管連接起來，也就等同于每棟高層建筑都設(shè)計(jì)了消防水泵，只是供水距離不同，但是不會對消防供水功能產(chǎn)生影響[2]。區(qū)域集中給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，需要設(shè)計(jì)人員將其設(shè)計(jì)成管網(wǎng)形式，進(jìn)而滿足多棟高層建筑的消防給水需求，保證消防供水的安全性與可靠性。

2.3 分區(qū)并聯(lián)給水

目前，我國消防給水系統(tǒng)規(guī)定：當(dāng)消防給水系統(tǒng)的工作壓力超出2.40 MPa，消火栓系統(tǒng)最不利消火栓靜壓大于1.0 MPa，自動噴淋滅火系統(tǒng)中的報(bào)警組工作壓力大于1.6 MPa 或最不利噴頭工作壓力大于1.20 MPa時，消防給水系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)。

在高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們常常會遇到消防給水系統(tǒng)最不利消火栓或噴淋噴頭出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，為了滿足高層建筑最高最不利滅火設(shè)施的最低水壓要求，在選擇消防加壓給水泵時，選擇揚(yáng)程加大的消防加壓給水泵，則消防給水系統(tǒng)最大工作壓力較大，就會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。為了消防系統(tǒng)超壓問題，我們常常對高層建筑消防給水系統(tǒng)進(jìn)行豎向分區(qū)，對于高層建筑（建筑高度≤100 m 建筑）通常采用并聯(lián)分區(qū)給水方式，這種分區(qū)方式通常將消防給水系統(tǒng)豎向分高、低兩個并聯(lián)供水區(qū)，分別從消防加壓給水泵出水管獨(dú)立接兩路消防供水主管至各自消防環(huán)管網(wǎng)，為了保證低區(qū)消防給水管網(wǎng)不出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，則需獨(dú)立設(shè)置一組減壓閥組。消防給水應(yīng)采取分區(qū)供水的方式并聯(lián)分區(qū)給水方式的消防加壓給水泵以集中的方式安裝在建筑物的地下室中，這樣能夠有效減少對地面空間的占用，盡量使各個區(qū)域內(nèi)的設(shè)置都可以維持在相對獨(dú)立的狀態(tài)下運(yùn)行，避免彼此之間的影響，這樣分區(qū)并聯(lián)給水系統(tǒng)的運(yùn)行也更具穩(wěn)定性，可靠性以及安全性都會相對較高。將設(shè)備集中安全起來，維修管理工作也會相對得到優(yōu)化，減輕工作量的同時，管理工作的實(shí)施也會更加順利。但是，水泵為高區(qū)工作狀態(tài)時產(chǎn)生的壓力較大，需要投入的資金也會隨之升高。此外，如果要將減壓閥安裝在給水系統(tǒng)中，以此取代水箱的位置，這樣能夠減少給水系統(tǒng)占用的空間，也能夠避免二次污染以及噪聲影響。

2.4 不分區(qū)給水

當(dāng)消防給水系統(tǒng)中的最不利消火栓靜壓應(yīng)不大于1.0 MPa，自動噴淋滅火系統(tǒng)中的報(bào)警組工作壓力小于等于1.6 MPa 或者最不利噴頭工作壓力小于等于1.20 MPa時，消防給水系統(tǒng)可以不進(jìn)行分區(qū)。但是，通常進(jìn)行高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，為了滿足最高最不利滅火設(shè)施的最低出水壓力要求，在選擇消防加壓給水泵時，選擇揚(yáng)程加大的消防加壓給水泵，不分區(qū)給水的消防給水系統(tǒng)底部的消防滅火設(shè)施在進(jìn)行滅火時，出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。目前規(guī)定：室內(nèi)消火栓水壓不應(yīng)大于0.50 MPa，當(dāng)大于0.70 MPa 時,必須設(shè)置減壓措施。目前常用的消防給水系統(tǒng)的減壓措施主要有減壓孔板、減壓穩(wěn)壓型消火栓、減壓閥等。

2.5 減壓給水方式

減壓閥給水方式是一組屋頂水箱供給多個分區(qū)消防用水，利用減壓閥并聯(lián)的方式供水給不同的分區(qū)，減壓閥是其中非常關(guān)鍵的設(shè)備，在消防給水系統(tǒng)中已經(jīng)有相當(dāng)長的應(yīng)用時間，且隨著技術(shù)的發(fā)展，減壓閥設(shè)備的性能也在不斷優(yōu)化。為了保證消防泵能夠正常運(yùn)行，相關(guān)文件中明確規(guī)定消防泵需要使用柴油發(fā)動機(jī)或者柴油泵兩種形式的電動泵；為了保證消防水源的可靠性，對容積超過500 m3的消防水池需要劃分為2個；如果高層小區(qū)內(nèi)使用集中形式的給水系統(tǒng)具有消防和生活兩個方面的作用，并且水泵日常出水時的壓力低于0.45 MPa的不超過12層的高層住宅建筑，在設(shè)計(jì)時可以去掉高位的消防水箱。這種消防和生活共同使用的給水系統(tǒng)可以采取變頻調(diào)速的方式供水，在生活供水方面需要滿足用戶對數(shù)量的需求，也需要達(dá)到一定的水壓要求；消防用水時需要生活以及消防兩個方面對水壓以及水量的要求；對于電源方面的需求，可以自備柴油發(fā)電機(jī)或者使用不低于二級負(fù)荷的供電要求。因此，取消消防高位水箱的設(shè)備不會對滅火活動產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響[3]。

3 高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨瘸鱿儡嚋缁鸬挠行Ц叨龋揽肯儡嚐o法有效地對室內(nèi)火災(zāi)進(jìn)行滅火，在滅火時主要依靠室內(nèi)消防給水系統(tǒng)。建筑消防給水所能夠達(dá)到的高度和實(shí)現(xiàn)的功能主要受到建筑高度的影響，采取的防火促使較為特殊，并且需要將相關(guān)的資料提交給國家的相關(guān)部門進(jìn)行核查、驗(yàn)證，且以室內(nèi)自救為主；同時，在滅火時以水主要滅火劑，其他類型的滅火劑作為輔助；此外，消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要符合國家以及當(dāng)?shù)氐南酪?guī)定。具體可進(jìn)行如下設(shè)計(jì)。

3.1 合理設(shè)計(jì)消防水池容積

在高層建筑消防給水系統(tǒng)中，消防水池是一個非常重要的組成部分，容積的大小直接關(guān)系著儲水量，進(jìn)而影響滅火效率和效果，對消防系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及經(jīng)濟(jì)性都會產(chǎn)生影響。對于消防水池容積的計(jì)算，主要按照以下規(guī)定實(shí)施。第一，如果市政給水管網(wǎng)能夠滿足建筑室外消防用水需求時，水池的容積需要考慮在火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)建筑物室內(nèi)消防對水的需求量，以便保證室內(nèi)消防活動的正常運(yùn)行。第二，如果市政管網(wǎng)供水效果無法滿足室外消防用水需求，那么消防水池的容積不僅需要滿足室內(nèi)消防對水的需求，還需要考慮室外消防實(shí)際用水的所缺少部分的需求。水池使用的進(jìn)水管應(yīng)該結(jié)合補(bǔ)水時間以及容積進(jìn)行計(jì)算，并且其他與消防聯(lián)合使用的水池，需要保證消防用水部分不會用在其他方面，以此保證消防用水時不會出現(xiàn)缺失。因此，消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要保證水池容積的合理性，才能滿足高層建筑的消防用水需求。

3.2 合理設(shè)計(jì)自動滅火系統(tǒng)

自動噴淋系統(tǒng)整體操作比較簡單、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高、滅火迅速且后期的維護(hù)工作方便，在消防工作中受到的關(guān)注度越來越高。在設(shè)計(jì)自動噴淋滅火系統(tǒng)時，噴淋系統(tǒng)可以直接利用消防泵，不需要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，既可以減少投入的資金，又可以減少泵房占用的建筑空間。一旦在樓層內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，噴頭會直接爆破噴水，從而達(dá)到滅火的效果，報(bào)警閥在水的影響下會觸發(fā)水力警鈴，進(jìn)而發(fā)出信號，同時每個樓層的感煙探測器也會隨之發(fā)出警報(bào)，指示發(fā)生火災(zāi)的地點(diǎn)。如果噴頭發(fā)生誤爆現(xiàn)象，水力警鈴也會隨之發(fā)生相應(yīng)的報(bào)警動作，指示工作人員到誘發(fā)誤爆情況的地點(diǎn)檢查[4]。同時，在設(shè)計(jì)給水系統(tǒng)時，還需要考慮噴淋系統(tǒng)與消火栓之間的作用存在差異性，可以將泵后的管道實(shí)施分開設(shè)置，這樣當(dāng)火災(zāi)時間超過1 h 之后可以直接切斷噴淋系統(tǒng)的供水。對于高層建筑而言，為了能夠最大限度地減少火災(zāi)造成的損失，縮小火災(zāi)范圍，可以在入戶門以及廚房等位置設(shè)計(jì)建議的噴淋系統(tǒng)，便于第一時間控制火災(zāi)?？梢?，高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時合理設(shè)計(jì)自動滅火系統(tǒng)具有重要意義。

3.3 合理設(shè)計(jì)自動水炮系統(tǒng)

高層建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，其中的難點(diǎn)在于大體量的中庭空間防火設(shè)計(jì)，為了在保證建筑功能的同時也保證消防安全，很多的高層建筑使用了自動水炮系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要利用紅外技術(shù)、圖像技術(shù)等方式實(shí)施監(jiān)控中庭空間等較大的空間，便于及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或者潛在的火災(zāi)隱患，并且能夠?qū)馂?zāi)發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，便于發(fā)生火災(zāi)后盡快控制其擴(kuò)散范圍，從而在早期時滅火。水炮的數(shù)量和同時滅火的數(shù)量需要結(jié)合被保護(hù)區(qū)域的大小和高度來確定，且根據(jù)以上條件確定滅火時的水流量。此外，還需要考慮火災(zāi)的持續(xù)時間，合理設(shè)計(jì)自動水炮系統(tǒng)，保證發(fā)揮該系統(tǒng)的作用。

3.4 合理設(shè)計(jì)室內(nèi)的消火栓

高層建筑給水系統(tǒng)中室內(nèi)消火栓系統(tǒng)中主要包括消火栓箱、消火栓管網(wǎng)、消防水池、水泵接合器、增壓設(shè)備以及消防水箱等，是一種具有固定性特點(diǎn)的滅火系統(tǒng)。結(jié)合我國目前使用比較廣泛的建筑消防車等器材的供水能力來看，對于高層以及地層建筑的室內(nèi)消防給水系統(tǒng)所提出的要求也會不同，對于高層建筑的高度已經(jīng)超出室外消防車滅火工作中的有效高度，難以在消防車的輔助下直接撲救上部火災(zāi)，因此一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，就需要重視“自救”，并且盡量提高“自救”的合理性與有效性。目前，常見的幾種室內(nèi)消火栓存在形式有：僅設(shè)置水箱、設(shè)置水泵以及水箱、設(shè)置消防水箱和水泵、分區(qū)給水、區(qū)域集中以及臨時高壓等幾種形式的室內(nèi)消火栓[5]。

室內(nèi)消火栓的設(shè)置需要參考相關(guān)的文件規(guī)定，其中靜壓與消火栓的質(zhì)量關(guān)系密切。我國室內(nèi)消火栓的試驗(yàn)壓力遠(yuǎn)高于靜壓分區(qū)值，對此可以適當(dāng)提高分區(qū)值。我國有很多建筑的高度在60～70 m 之間，達(dá)到這種高度的建筑加上屋頂水箱和地下室兩個位置的高度，總共度一般超過80 m，此時就需要對消火栓進(jìn)行分區(qū)處理，這樣就需要增加給水系統(tǒng)的設(shè)備以及相應(yīng)的管道設(shè)備，那么投入的資金也就需要相應(yīng)增加，此時如果能夠提高分區(qū)值，能夠有效節(jié)約資金，并且簡化消火栓系統(tǒng)。

在設(shè)計(jì)消火栓時，設(shè)計(jì)人員需要以預(yù)防為主，并采取防消結(jié)合的方式作為主要設(shè)計(jì)原則，考慮高層建筑火災(zāi)發(fā)生時的特點(diǎn)，以自防自救作為基礎(chǔ)，利用可靠、安全的防火措施，保障消火栓設(shè)計(jì)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)先進(jìn)性以及適用性等，提升消火栓設(shè)計(jì)效果[6]。

3.5 合理設(shè)計(jì)消防補(bǔ)水系統(tǒng)

高層建筑在設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)時需要重視消防補(bǔ)水的設(shè)計(jì)，具體可以采取底層消防水池與中間水箱接力的形式進(jìn)行補(bǔ)水設(shè)計(jì)。按照這樣的思路，可以在地下選擇合適的位置設(shè)計(jì)消防水池，水池的大小根據(jù)給水形式、樓層高度以及消防用水需求等方式確定；與此同時，根據(jù)樓層的高度選擇合適的水箱接力位置，安裝大小合適的水箱，以便在消防工作中實(shí)施接力給水，保證消防安全性。與接力水箱配合使用的是接力補(bǔ)水泵，滿足補(bǔ)水需求。消防補(bǔ)水系統(tǒng)發(fā)揮作用的主要流程為：市政給水管網(wǎng)的自來水、地下消防水池、補(bǔ)水泵、啟動供水管網(wǎng)、中間補(bǔ)水箱進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)等。補(bǔ)水系統(tǒng)在高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著很重要的作用，且樓層越高，補(bǔ)水系統(tǒng)發(fā)揮的作用越大，因此在設(shè)計(jì)工作中要保證補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，以便發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。

4 結(jié)語

高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建筑物中非常重要的構(gòu)成部分，無論是建筑本身還是消防系統(tǒng)而言，都有著非常重要的價(jià)值。高層建筑的用戶密集度高，潛在的消防隱患高于單層、多層等普通建筑，且建筑的功能復(fù)雜多樣，對于消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求更高，因此需要設(shè)計(jì)人員在工作中以人為本，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，認(rèn)真工作，才能在保證消防安全效果的同時保證高層建筑的經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)時，需要詳細(xì)了解其不同的給水形式，而后合理設(shè)計(jì)消防水池容積、自動滅火系統(tǒng)、自動水炮系統(tǒng)等，以便滿足高層建筑的消防需求，提高消防安全性，提升建筑價(jià)值。