高層建筑消防水源設(shè)計與水壓保障技術(shù)研究與應(yīng)用

員續(xù)生

(山西華鼎建筑設(shè)計有限公司，山西 運(yùn)城 044000)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，高層建筑在現(xiàn)代城市中扮演著日益重要的角色。然而，高層建筑由于其特殊的結(jié)構(gòu)與高度，其消防安全問題也日益凸顯。一旦發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)事件，如何保障消防水源的充足供應(yīng)以及水壓的穩(wěn)定成為了至關(guān)重要的問題。通過深入探討高層建筑消防水源與水壓保障技術(shù)，為保障城市高層建筑的消防安全提供有效的解決方案。

1 高層建筑消防水源設(shè)計與綜合利用

1.1 消防水池的設(shè)計與布置

1.1.1 消防水池與市政供水的關(guān)系

消防水池與市政供水系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的。消防水池可以作為備用供水系統(tǒng)，當(dāng)市政供水系統(tǒng)發(fā)生故障或水壓不足時，消防水池可以提供穩(wěn)定的消防水源[1]。

消防水池與市政供水系統(tǒng)之間應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)倪B接和控制裝置，以確保消防水池能夠及時補(bǔ)充并保持水源的穩(wěn)定性。同時，消防水池的設(shè)計應(yīng)考慮到市政供水系統(tǒng)的水質(zhì)要求和消防水源的水質(zhì)要求，確保供水的安全和可靠性。

為了保證消防水池的供水能力，應(yīng)定期進(jìn)行水質(zhì)檢測和水池清洗，確保水池內(nèi)部的水質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.1.2 消防水池的容量和數(shù)量要求

在高層建筑的消防系統(tǒng)中，消防水池是確保消防水源供應(yīng)的重要組成部分。消防水池的容量和數(shù)量的設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑物的高度、使用性質(zhì)以及消防水源供應(yīng)的要求來確定。

1)一次滅火用水量。根據(jù)規(guī)范要求，消防水池的容量應(yīng)滿足以下公式。

V = Q × T

其中，V表示消防水池的容量(單位：m3)，Q表示建筑物每分鐘所需的消防水量(單位：L/min)，T表示消防持續(xù)時間(單位：s)。根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)和規(guī)模，可以確定Q的數(shù)值。

2)消防水量。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求，建筑物消防用水水量Q(包含室內(nèi)和室外用水量)可依據(jù)表格3.3.2和表格3.5.2查得；消火栓系統(tǒng)和固定冷卻水系統(tǒng)的火災(zāi)延續(xù)時間可依據(jù)表3.6.2查得。

3)消防水池數(shù)量。消防水池的數(shù)量可根據(jù)同一時間發(fā)生火災(zāi)起數(shù)確定，建筑群共用臨時高壓消防給水系統(tǒng)時，工礦企業(yè)消防供水的最大保護(hù)半徑不宜超過1200m，且占地面積不宜大于200hm2；居住小區(qū)消防供水的最大保護(hù)建筑面積不宜超過500000m2；公共建筑宜為同一產(chǎn)權(quán)或物業(yè)管理單位。若不滿足上述要求，就要增加消防水池數(shù)量。

4)消防水池容量。當(dāng)市政給水管網(wǎng)能保證室外消防給水設(shè)計流量時，消防水池的有效容積應(yīng)滿足在火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)消防用水量的要求；當(dāng)市政給水管網(wǎng)不能保證室外消防給水設(shè)計流量時，消防水池的有效容積應(yīng)滿足火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。當(dāng)消防水池采用兩路消防供水且在火災(zāi)情況下連續(xù)補(bǔ)水能滿足消防要求時，消防水池的有效容積應(yīng)根據(jù)計算確定，但不應(yīng)小于100m3。當(dāng)僅設(shè)有消火栓系統(tǒng)時不應(yīng)小于50m3。消防水池的總蓄水有效容積大于500m3時，設(shè)兩格能獨(dú)立使用的消防水池；當(dāng)大于1000m3時，設(shè)置能獨(dú)立使用的兩座消防水池。

1.2 高層建筑消防水泵的選擇與配置

1.2.1 水泵的類型與特點(diǎn)

在高層建筑的消防系統(tǒng)中，水泵是將消防水源供應(yīng)到各個消防設(shè)施的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)不同的需求和特點(diǎn)，常見的水泵類型包括離心泵、柱塞泵和渦流泵等[2]。

1)離心泵。離心泵是最常用的水泵類型之一，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高。離心泵的流量與揚(yáng)程之間的關(guān)系可以通過以下公式計算。

Q = k×H^0.5

其中，Q表示流量，H表示揚(yáng)程，k為常數(shù)。

2)柱塞泵。柱塞泵是一種容積式泵，其特點(diǎn)是能夠提供較高的壓力，適用于長距離輸送和高層建筑消防系統(tǒng)的需求。柱塞泵的流量與揚(yáng)程之間的關(guān)系可以通過以下公式計算。

Q = k×H

3)渦流泵。渦流泵是一種特殊的離心泵，其特點(diǎn)是能夠處理含有固體顆粒的液體。渦流泵的流量與揚(yáng)程之間的關(guān)系可以通過以下公式計算。

Q = k×H^0.75

1.2.2 水泵的安裝位置與數(shù)量

在高層建筑的消防系統(tǒng)中，水泵的安裝位置和數(shù)量的選擇應(yīng)考慮到建筑物的高度、消防水源的供應(yīng)能力以及消防水壓的要求。

首先，水泵應(yīng)安裝在建筑物的底部或地下室，以便將消防水源供應(yīng)到各個樓層和消防設(shè)施。同時，為了確保消防水源的供應(yīng)穩(wěn)定性，建議在高層建筑中設(shè)置多臺水泵，以備份和互為替補(bǔ)。

其次，水泵的數(shù)量應(yīng)根據(jù)建筑物的高度和消防水壓的要求來確定。一般來說，每個消防水泵的揚(yáng)程應(yīng)能滿足建筑物各樓層的消防水壓要求。根據(jù)消防規(guī)范的要求，每個樓層的消防水壓一般為0.2～0.3 MPa。

1.3 其他備用水源的利用

1.3.1 生活水源的利用

在高層建筑的消防系統(tǒng)中，除了市政供水和消防水池之外，還可以考慮利用生活水源作為備用水源。生活水源可以是建筑物內(nèi)部的自來水系統(tǒng)或其他非消防用途的水源。生活水源的利用可以通過設(shè)置合適的閥門和管道連接來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)市政供水或消防水池的供水出現(xiàn)問題時，可以通過切換閥門的方式將生活水源引入消防系統(tǒng)，以保證消防水源的供應(yīng)[3]。

同時，為了確保生活水源的可靠性和水質(zhì)安全性，需要對生活水源進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。此外，還需要設(shè)置適當(dāng)?shù)倪^濾和處理設(shè)備，以確保生活水源符合消防用水的要求。

1.3.2 雨水收集系統(tǒng)的應(yīng)用

雨水收集系統(tǒng)是另一種備用水源的考慮方案。通過收集和儲存雨水，可以在市政供水或消防水池供水不足時提供備用水源。雨水收集系統(tǒng)的應(yīng)用可以通過設(shè)置雨水收集裝置、儲水罐和管道連接來實(shí)現(xiàn)。收集到的雨水可以通過過濾和處理設(shè)備進(jìn)行凈化，以確保水質(zhì)符合消防用水的要求。

雨水收集系統(tǒng)的容量和數(shù)量的設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑物的需求和雨水資源的可利用性來確定?？梢酝ㄟ^以下公式計算雨水收集系統(tǒng)的容量。

V = A×R×C

其中，V表示雨水收集系統(tǒng)的容量，A表示建筑物的屋面面積，R表示年平均降雨量，C表示雨水收集效率。

2 高層建筑消防水壓保障技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1 水壓調(diào)節(jié)設(shè)備的選擇與配置

2.1.1 減壓閥的原理與應(yīng)用

減壓閥是一種常用的水壓調(diào)節(jié)設(shè)備，其原理是通過閥門內(nèi)部的調(diào)節(jié)裝置，如彈簧、活塞等，來控制水流的流速和壓力。當(dāng)供水管道的壓力超過設(shè)定值時，減壓閥會自動調(diào)節(jié)閥門的開度，使水壓保持在設(shè)定范圍內(nèi)。在高層建筑的消防系統(tǒng)中，減壓閥可以用于調(diào)節(jié)供水管道的水壓，以滿足消防系統(tǒng)的需求。

減壓閥的應(yīng)用可以通過設(shè)置在供水管道上來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)消防系統(tǒng)的要求和設(shè)計參數(shù)，選擇合適的減壓閥型號和規(guī)格。減壓閥的選擇應(yīng)考慮到供水管道的壓力和流量，以及消防系統(tǒng)的水壓要求。

2.1.2 變頻調(diào)速水泵的優(yōu)勢與應(yīng)用

變頻調(diào)速水泵是一種先進(jìn)的水壓調(diào)節(jié)設(shè)備，其工作原理是通過控制器和變頻器來實(shí)現(xiàn)對水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。根據(jù)消防系統(tǒng)的需求，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)精確的水壓控制，確保消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。變頻調(diào)速水泵的優(yōu)勢在于可以根據(jù)消防系統(tǒng)的需求實(shí)時調(diào)整水泵的運(yùn)行速度和水流量。通過改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以有效地控制供水管道的水壓。

變頻調(diào)速水泵的應(yīng)用可以通過設(shè)置在供水管道上來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)消防系統(tǒng)的需求和設(shè)計參數(shù)，選擇合適的變頻調(diào)速水泵型號和規(guī)格。變頻調(diào)速水泵的選擇應(yīng)考慮到供水管道的壓力和流量，以及消防系統(tǒng)的水壓要求[4]。

2.2 區(qū)域供水系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施

2.2.1 分區(qū)供水與管網(wǎng)設(shè)計

在高層建筑的消防水壓保障技術(shù)中，分區(qū)供水是一種常用的設(shè)計策略。通過將建筑物劃分為不同的區(qū)域，每個區(qū)域都有獨(dú)立的供水系統(tǒng)，可以更好地控制和調(diào)節(jié)水壓。

1)分區(qū)供水設(shè)計。在進(jìn)行分區(qū)供水的設(shè)計時，需要考慮以下因素：①建筑物的結(jié)構(gòu)和布局。根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和布局，確定合適的分區(qū)方案，確保每個區(qū)域都能夠得到足夠的水壓供應(yīng)；②消防系統(tǒng)需求。根據(jù)消防系統(tǒng)的需求，確定每個區(qū)域的消防水源和供水管道的規(guī)格和容量；③水壓調(diào)節(jié)設(shè)備。根據(jù)每個區(qū)域的水壓需求，選擇合適的水壓調(diào)節(jié)設(shè)備，如減壓閥和變頻調(diào)速水泵，來保證每個區(qū)域的水壓穩(wěn)定。

2)管網(wǎng)設(shè)計。在管網(wǎng)設(shè)計方面，需要考慮以下因素：①管道布局。根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和布局，設(shè)計合理的管道布局，確保供水管道的路徑短且直接，減少水流阻力和壓力損失；②管道規(guī)格和容量。根據(jù)每個區(qū)域的供水需求和水壓要求，確定合適的管道規(guī)格和容量，以保證足夠的水流量和水壓供應(yīng)；③管道材料和連接方式。選擇適合高層建筑消防系統(tǒng)的管道材料，如不銹鋼或銅管，以及可靠的連接方式，如焊接或螺紋連接，以確保管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐久性。

2.2.2 分區(qū)水箱與供水壓力的關(guān)聯(lián)

分區(qū)水箱是區(qū)域供水系統(tǒng)中的重要組成部分。它可以用來儲存水源，并通過供水泵提供水壓。分區(qū)水箱的容量和供水壓力的關(guān)聯(lián)可以通過以下公式計算：

P = (ρgh + Pp)/ A

其中，P表示供水壓力，ρ表示水的密度，g表示重力加速度，h表示水箱的有效高度，Pp表示供水泵的壓力，A表示供水面積。

根據(jù)消防系統(tǒng)的需求和每個區(qū)域的水壓要求，可以確定分區(qū)水箱的容量和高度。同時，需要根據(jù)供水泵的性能和工作條件，確定供水泵的壓力。

為了保證供水壓力的穩(wěn)定性，分區(qū)水箱應(yīng)設(shè)置合適的進(jìn)水和排水口，以及水位控制裝置。水位控制裝置可以根據(jù)水箱的水位變化自動控制供水泵的啟停，以保持恒定的供水壓力。

3 消防水源安全性供水策略

3.1 消防水源的備用與監(jiān)控

在高層建筑的消防水壓保障技術(shù)中，消防水源的備用與監(jiān)控是確保消防系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。消防水源的備用是指在主要供水源發(fā)生故障或無法正常供水時，能夠及時切換到備用供水源，保證消防系統(tǒng)的可靠供水。而消防水源的監(jiān)控則是指對消防水源進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保其正常運(yùn)行和供水狀態(tài)的可靠性。

首先，消防水源的備用是為了應(yīng)對主要供水源故障或停水情況而設(shè)計的。在高層建筑中，主要供水源可能會受到各種因素的影響，如供水管道破裂、供水壓力不穩(wěn)定等。因此，設(shè)置備用供水源是非常必要的。備用供水源可以是其他水源，如水井、水泵或其他建筑物的供水系統(tǒng)。在設(shè)計時，需要考慮備用供水源的可靠性、供水能力和供水壓力等因素。同時，備用供水源應(yīng)與主要供水源相互獨(dú)立，以確保在主要供水源發(fā)生故障時能夠及時切換到備用供水源。

其次，消防水源的監(jiān)控是為了實(shí)時監(jiān)測供水狀態(tài)和供水壓力，確保消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)可以通過傳感器、儀表和監(jiān)控設(shè)備等實(shí)現(xiàn)。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠監(jiān)測供水源的供水能力、供水壓力、水位、水質(zhì)等參數(shù)，并及時報警或提供報警信號，以便消防人員能夠及時采取措施。監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)具備數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，以便對供水狀態(tài)進(jìn)行分析和評估，并及時進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)。

3.2 火災(zāi)發(fā)生時的緊急供水措施

首先，應(yīng)設(shè)置緊急供水控制閥門。這些閥門可以手動或自動控制，用于切斷非緊急用水管道，優(yōu)先保障消防系統(tǒng)的供水。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，可以通過操作這些閥門，將供水重定向到消防系統(tǒng)。

其次，應(yīng)設(shè)置緊急供水泵。這些泵可以是備用消防水泵或其他緊急供水泵。在火災(zāi)發(fā)生時，可以啟動這些泵，提供額外的供水壓力和流量，以滿足消防系統(tǒng)的需求。

4 結(jié)語

綜上所述，在高層建筑消防水源設(shè)計與水壓保障技術(shù)研究與應(yīng)用中，我們深入探討了消防水源的安全性供水策略。通過備用與監(jiān)控系統(tǒng)的合理設(shè)置，以及緊急供水措施的實(shí)施，可以確保消防系統(tǒng)的可靠供水和正常運(yùn)行。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了高層建筑消防安全的水平，也為保護(hù)人員生命和財產(chǎn)安全提供了有力保障。然而，我們也要意識到，消防水源設(shè)計與水壓保障技術(shù)的研究與應(yīng)用是一個不斷發(fā)展的領(lǐng)域，需要不斷更新和完善。下一步，希望通過相關(guān)專業(yè)人員的努力，為高層建筑消防安全做出更大的貢獻(xiàn)，為建筑安全和人員生命安全保駕護(hù)航。