既有建筑物改造中消防給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳 剛

傳統(tǒng)的給排水系統(tǒng)難以滿足未來(lái)新時(shí)代城市建設(shè)的需要，針對(duì)當(dāng)前消防給水排水系統(tǒng)中面臨的問(wèn)題，應(yīng)提出具體的改善舉措，以最大程度發(fā)揮城市消防給排水系統(tǒng)功能。另外，合理設(shè)計(jì)城市建筑中消防給排水系統(tǒng)，能夠顯著提升城市消防系統(tǒng)的滅火效率，進(jìn)為建筑的使用安全性提供保障。

1 建筑消防給排水系統(tǒng)概述

消防設(shè)備管理系統(tǒng)是建筑中必不可少的安全控制系統(tǒng)，建筑物如果發(fā)生大火，消防設(shè)備管理系統(tǒng)可以防止大火蔓延并撲救火災(zāi)?，F(xiàn)代消防系統(tǒng)中，給排水系統(tǒng)主要在雨水儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移過(guò)程中提供作用，因此當(dāng)建筑中發(fā)生火災(zāi)時(shí)，給排水系統(tǒng)通常無(wú)法提供及時(shí)的給水撲救功能，從而危及附近居民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

因此，要想提高建筑的消防安全性能，還需要改進(jìn)與優(yōu)化火災(zāi)供水體系，無(wú)論建筑是否遭遇火災(zāi)，都要保證消防給水系統(tǒng)全天候正常運(yùn)行，做到未雨綢繆。消防給水系統(tǒng)的安全運(yùn)行是保證建筑正常使用的關(guān)鍵，基與嚴(yán)格的控制密切相關(guān)[1]。

2 建筑消防給排水系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 消防栓問(wèn)題

消防栓在建筑消防、給排水體系中具有舉足輕重的作用，其安裝過(guò)程中最常見(jiàn)的問(wèn)題是實(shí)際壓力值和工程設(shè)計(jì)中的壓力值不一致，且存在巨大差距。

首先，室內(nèi)消火栓通常安裝在墻內(nèi)側(cè)，或放置于其他位置，而不是設(shè)置成過(guò)墻形式。由于消火栓柜自身具有較大的重量，容易出現(xiàn)箱體下沉的問(wèn)題，從而妨礙消火栓的正常使用。

其次，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置時(shí)，一些工作人員未能夠嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求配置消火栓，消火栓布置地點(diǎn)有誤且布點(diǎn)雜亂無(wú)章，嚴(yán)重違反工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致消防水帶出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，妨礙消火栓的正常使用[2]。

2.2 室內(nèi)外消防栓系統(tǒng)存在不足

室內(nèi)外消防栓給排水工程建設(shè)也可能存在問(wèn)題，主要表現(xiàn)為消防栓壓力不一致、消防栓安裝不合理等。由于消防栓不能自行啟動(dòng)，使用年限較長(zhǎng)后更不易啟動(dòng)，若發(fā)生事故，消防栓在外界壓力影響下就會(huì)損壞，整個(gè)消防栓的工作系統(tǒng)都將受損，從而無(wú)法發(fā)揮作用。

在安裝過(guò)程中，施工人員往往對(duì)消防栓的安裝規(guī)范了解不足，導(dǎo)致消火栓箱與施工孔之間的間距也有所不同[3]。通常情況下，設(shè)置消防栓系統(tǒng)的墻體并不能與消火栓部位保持垂直，這將給消防水帶的施工造成阻礙。如果消防水帶不能合適地安裝在消防栓上，就會(huì)導(dǎo)致消防水帶下落，從而限制了消防設(shè)備的出水量，造成消防工作不能順利進(jìn)行，錯(cuò)失最好的滅火機(jī)會(huì)。

另外，消防栓的內(nèi)部構(gòu)件和箱體結(jié)構(gòu)也存在一定的不足。在建設(shè)項(xiàng)目后期施工階段，部分施工人員將滅火水管直接系到接口處。這就造成在實(shí)際工作期間，消防水帶很容易從消防栓柱上滑落，影響消防栓中水柱的順利排出，不但大大降低了滅火效果，還危害了消防人員的生命安全，同時(shí)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 消防排水系統(tǒng)試壓?jiǎn)栴}

在消防供水系統(tǒng)施工建設(shè)中，供水管線的施工測(cè)壓是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與消防系統(tǒng)的滅火功能密切相關(guān)，因此要在常壓或加壓條件下對(duì)消防供水系統(tǒng)的管線工程做好滲漏監(jiān)測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，給排水系統(tǒng)管網(wǎng)的水壓測(cè)試都是在實(shí)測(cè)水壓和試驗(yàn)結(jié)果情況下完成的，但是工作人員往往忽略對(duì)管道密封性的試驗(yàn)分析，造成實(shí)測(cè)結(jié)果和設(shè)計(jì)數(shù)值之間產(chǎn)生較大偏差，從而嚴(yán)重影響了消防給排水系統(tǒng)的功能發(fā)揮[4]。

3 案例工程及改造難點(diǎn)

3.1 工程概況

改造項(xiàng)目位于安徽省巢湖市中部，原有建筑于20 世紀(jì)60 ～80 年代初相繼建成，周圍基礎(chǔ)設(shè)施條件齊全，主要是對(duì)建筑內(nèi)部消防系統(tǒng)的改造。建筑均為多層辦公樓，總高度21.6 m，地上6 層，總建筑面積為4 138 m2。

3.2 改造難點(diǎn)

原建筑只有1 條市政給水管線，房頂上還有1 座共用水池，實(shí)際的容量為54 m3，僅設(shè)有1 座內(nèi)部消防栓臨時(shí)高壓水泵和1 座手動(dòng)噴射消防系統(tǒng)。原有消防器材和管路老化銹蝕嚴(yán)重，已不能適應(yīng)當(dāng)前消防工作要求，必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并更換。

本項(xiàng)目屬于既有建筑改造，符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014）和《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50084-2017）的適用范圍。項(xiàng)目改造后，將建立總面積超過(guò)3 000 m2的多開(kāi)關(guān)送回風(fēng)管道系統(tǒng)。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2014）第8.3.4 條第3 款的要求，還需要設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。經(jīng)檢查和計(jì)算規(guī)格后，各消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量如表1 所示。

由表1 可知，目前54 m3的屋頂水池和實(shí)際計(jì)算所需要的396 m3消防用水相去甚遠(yuǎn)。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)加固研究的結(jié)論，該建筑使用年限較長(zhǎng)，當(dāng)前建筑構(gòu)造已達(dá)到荷載限值，無(wú)法再擴(kuò)容屋頂水池。由此可見(jiàn)，消防水池容量不足、消防水箱缺失以及消防水泵房占用等問(wèn)題給整個(gè)消防系統(tǒng)的改造帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。

表1 各消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

4 解決措施

4.1 合理利用市政消防栓

本工程地處市區(qū)，城市供水采用換裝的形式。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，在距辦公樓和市政道路40 m 左右的區(qū)域內(nèi)，有兩個(gè)消防栓可被列入建筑物的戶外消防栓中，并能為消防水泵的接合器提供水源。室外消防栓的設(shè)計(jì)流量為25 L/s，兩個(gè)消防栓均超出了室外消防栓的設(shè)計(jì)流量，而該工程也在其防護(hù)半徑之內(nèi)。因此，如果本項(xiàng)目直接采用市政消防栓供應(yīng)，那么在火災(zāi)時(shí)間內(nèi)可以滿足戶外熱工水力設(shè)計(jì)流量的規(guī)定，而消防水池則無(wú)需儲(chǔ)存戶外熱工水力消耗量。

4.2 合理折減室內(nèi)消防設(shè)計(jì)流量

按照《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014）第3.5.3 條，在大樓內(nèi)部設(shè)有1 臺(tái)或多臺(tái)自動(dòng)噴淋裝置，當(dāng)1種或多種自動(dòng)噴水系統(tǒng)全保護(hù)時(shí)，如水噴射系統(tǒng)已達(dá)到充分防護(hù)作用時(shí)，多層建筑室內(nèi)消防栓的設(shè)計(jì)流速可以降低50%，且不能低于10 L/s。因此，當(dāng)在辦公樓安裝了自動(dòng)噴水消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面保護(hù)時(shí)，由于室內(nèi)消防栓的設(shè)計(jì)流量可由20 L/s 調(diào)節(jié)至10 L/s，因此室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的用水量便可減少到72 m3。

4.3 進(jìn)行水力計(jì)算

根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50084-2017）第9.1.3 條規(guī)定，自動(dòng)噴灑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)目應(yīng)以最不利位置為依據(jù)，并結(jié)合灑水的總流量設(shè)定。因該多層建筑處于輕危害級(jí)別，最不利的位置位于6 層的辦公室，受房間隔斷的干擾，設(shè)有17 個(gè)以上的噴水裝置。由于在同一個(gè)工作區(qū)域中的平均注水壓力至少不低于4 L/（min·m2），因此需要采取措施適當(dāng)擴(kuò)大給水管口徑，并平衡管路的布置，以減少管頭損失，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量。按照水力理論計(jì)算，將17臺(tái)噴頭同時(shí)噴水的總流量控制在20 L/s，本項(xiàng)目自噴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量即為20 L/s。

4.4 設(shè)置消防水池和高位消防水箱

按照上述3 種方法，本工程消防水池的蓄水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表2。

由表2 可知，消防火池的有效容積是144 m3，然而該建筑屋頂水池的有效容積只有54 m3，缺少一個(gè)高質(zhì)量且容量為18 m3的高位消防水箱。因此，需要取消樓頂水池的日常供水能力，將生活排水系統(tǒng)改造成無(wú)生活水泵的超壓供水設(shè)備。同時(shí)，充分利用原有的屋面水池，在中間加上鋼板隔墻，將其分為兩個(gè)獨(dú)立板塊。其中，第一個(gè)消防水池的有效容積是18 m3，可將其作為高位消防水箱，但其最低有效水位仍無(wú)法達(dá)到消防設(shè)施最不利點(diǎn)的正常靜水壓力。

表2 各消防系統(tǒng)儲(chǔ)水容積

因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)措施之后，又在樓頂添加了1 個(gè)穩(wěn)壓泵組，以保證管網(wǎng)修建的正常靜壓。第二個(gè)消防水池的有效容量是36 m3，在結(jié)構(gòu)載荷允許的條件下，再增加1 處下水道消防水池，與之配合使用。

根據(jù)城市給水壓力及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，最終確定采用1 樓有效容積為108 m3的預(yù)應(yīng)力混凝土消防水池及消防泵房。當(dāng)出現(xiàn)重大火災(zāi)事故時(shí)，6 樓以上消防火池、地上消防火池和地下消防火池將聯(lián)合作為臨時(shí)高壓排水管和臨時(shí)高壓水箱的自動(dòng)注入設(shè)備，確保二者均滿足規(guī)范需求，同時(shí)也能顧及當(dāng)前的施工條件。為滿足消防系統(tǒng)安全、可靠的供水需求，本工程采用雙向管道連接，接管長(zhǎng)度按照室內(nèi)消防栓設(shè)計(jì)與自動(dòng)噴射消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流量之和，即30 L/s 進(jìn)行計(jì)算，從而保證消防水池中必須有1 個(gè)接管能夠適應(yīng)所有消防設(shè)計(jì)流量的給排水條件。

5 設(shè)計(jì)與施工方面注意事項(xiàng)

5.1 科學(xué)設(shè)計(jì)消防給排水系統(tǒng)

在建筑工程中，消防部門的內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)將室內(nèi)消防的設(shè)計(jì)用水量設(shè)定為40 L/s，火災(zāi)時(shí)間則按3 h 計(jì)算。同時(shí)，設(shè)計(jì)師還應(yīng)充分考慮建筑物的特殊高度和壓力條件，將其垂直分成兩個(gè)區(qū)，且地下室也要進(jìn)行分區(qū)。將消防栓系統(tǒng)泵的排氣管安裝在地下室上1 層，將降壓設(shè)備安裝在指定地點(diǎn)，減壓方法為向建筑物室內(nèi)供給所需的消防用水。

在進(jìn)行消防栓室的建設(shè)中，首先應(yīng)保證獨(dú)立的消防栓室耐火等級(jí)至少為二級(jí)。其次，抽水間的防火門必須是A 類，且墻體不能燃燒，同時(shí)要與地板還有其他部分完全隔離[5]。水泵的自動(dòng)起動(dòng)信號(hào)被設(shè)計(jì)為采用流量和壓力開(kāi)關(guān)代替滅火栓按鈕，保證滅火系統(tǒng)在火災(zāi)時(shí)能迅速起動(dòng)，并能提供充足的滅火水源。最后，按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定，當(dāng)建筑物的高度大于100 m 時(shí)，其有效容量應(yīng)為100 m3。出口管道上應(yīng)安裝有自動(dòng)檢測(cè)器的開(kāi)關(guān)裝置，以保證建筑物的正常運(yùn)行。

5.2 規(guī)范各設(shè)備的安裝施工

對(duì)建筑給排水系統(tǒng)的各類設(shè)施及設(shè)備進(jìn)行規(guī)范，是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改善的一項(xiàng)重要措施。為保證專業(yè)技術(shù)，建筑人員應(yīng)積極與地方部門協(xié)商，并在有關(guān)部門的專業(yè)指導(dǎo)下，完成建筑消防給排水等基礎(chǔ)設(shè)施的安裝[6]。在排水管道安裝前，工作人員應(yīng)先測(cè)試管路的各種技術(shù)指標(biāo)，并及時(shí)清除管路內(nèi)殘存的異物，保證其全部符合要求；然后采用專業(yè)防腐材料均勻涂刷在管路的薄弱部分，有效增強(qiáng)其整體防銹性能。

在進(jìn)行金屬管線架設(shè)時(shí)，一方面工作人員應(yīng)在焊接與架設(shè)前全面清理管線，另一方面還應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)的要求，將鋼管掛鉤或沖壓模具緊密焊接在承重構(gòu)件上，或?qū)⒅伪壑糜谏仙撞康膹濐^處。

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置冒口時(shí)，工作人員應(yīng)及時(shí)正確檢測(cè)其位置，保證消防栓出口與建筑物垂直。架設(shè)加壓水泵后，便可直接通過(guò)消防線路供應(yīng)工作電源。同時(shí)，在施工期間，施工人員應(yīng)把消防栓的電源調(diào)整到24 V 或更高，有效防止消防栓在后續(xù)操作中過(guò)載[7]。

5.3 樹(shù)立責(zé)任意識(shí)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

在充分考慮建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，一方面需要組織專業(yè)的人員監(jiān)督管理施工過(guò)程，另一方面對(duì)全體建筑工人進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)也十分必要。專業(yè)培訓(xùn)不僅可以有效提升建筑工人的專業(yè)技術(shù)水平和技術(shù)創(chuàng)新能力，還可增強(qiáng)其自我保護(hù)意識(shí)，在工作中自覺(jué)按照相關(guān)規(guī)范和施工文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作。此外，監(jiān)理單位還必須協(xié)助工作人員定時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8]。對(duì)于煙氣傳感器和溫度傳感器等監(jiān)控裝置，必須檢驗(yàn)它們之間相對(duì)高度，重點(diǎn)關(guān)注是否嚴(yán)格控制在5 m 高度，以及自動(dòng)噴水裝置內(nèi)部能否實(shí)現(xiàn)有效連通等。在測(cè)試引流管線的滲漏特性之后，必須適當(dāng)提高試驗(yàn)壓力，并標(biāo)準(zhǔn)化、高精度地進(jìn)行設(shè)備設(shè)施檢測(cè)，盡可能將測(cè)試誤差降到最低，從而使室內(nèi)消防和給水系統(tǒng)具有更穩(wěn)定的性能[9]。

6 結(jié)語(yǔ)

按照現(xiàn)行國(guó)家消防規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，改造工程解決了消防水池和泵房用地緊缺等問(wèn)題，不但結(jié)構(gòu)上更合理，在體系上也更可靠。現(xiàn)已經(jīng)順利通過(guò)消防設(shè)計(jì)和防火檢查，目前已投入使用，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。