地下空間消防排水量淺析

【摘要】消防滅火系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成地下空間積水，對(duì)火災(zāi)區(qū)域造成二次傷害，并影響消防救援。通過(guò)分析現(xiàn)行規(guī)范與地方規(guī)定，結(jié)合相關(guān)論文研究，并通過(guò)理論計(jì)算分析，給出不同業(yè)態(tài)及功能的地下空間消防排水的建議算法。

【關(guān)鍵詞】消防排水； 地下空間； 集水坑設(shè)置

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU96+1A

0 引言

地下空間是指屬于地表以下所建設(shè)的建筑（構(gòu)筑）物，包含地下商業(yè)，地下車(chē)庫(kù)，地鐵等建筑空間。地下空間通常無(wú)法通過(guò)重力流排除積水，只能通過(guò)增設(shè)排水泵的方式提升排放。對(duì)于地下空間雨污水的提升排放，相關(guān)規(guī)范已有詳細(xì)的設(shè)計(jì)原則，但對(duì)于地下消防排水，規(guī)范卻沒(méi)有具體要求。郭汝艷等［4］編著的《建筑給排水設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施2021》提出一般地下室的消防排水量沒(méi)有特殊要求，只要設(shè)有排水泵即可；蔣濟(jì)元［5］在其《高層民用建筑消防設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討》一文中提出設(shè)計(jì)中按開(kāi)啟兩只消防水槍的流量10 L /s，加上70%的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流量來(lái)計(jì)算消防排水量。針對(duì)各方觀點(diǎn)，本文通過(guò)對(duì)各方資料分析及場(chǎng)景模擬計(jì)算，對(duì)地下空間消防排水進(jìn)行定量分析。

1 現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)定

關(guān)于地下消防排水，GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：消防電梯的井底排水泵的排水量不應(yīng)小于 10 L /s［1］。本條文的提出，是為保證消防隊(duì)員能快速抵達(dá)著火地點(diǎn)，須保證消防電梯在消防系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)也能正常使用，此時(shí)消防排水考慮火災(zāi)初期的滅火用水，排水量為2只5 L/s的水槍同時(shí)開(kāi)啟用于消防滅火時(shí)的流量。規(guī)范雖然對(duì)消防電梯排水有具體參數(shù)要求，但是對(duì)整體地下空間如何在消防系統(tǒng)工作狀態(tài)下做到防淹卻沒(méi)有要求。

GB 50098-2009《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定：設(shè)置有消防給水的人防工程，必須設(shè)置消防排水設(shè)施，一般消防排水量可按消防設(shè)計(jì)流量的80%計(jì)算，采用生活排水泵排放消防水時(shí)，可按雙泵同時(shí)運(yùn)行的排水方式設(shè)計(jì)［2］。本規(guī)范對(duì)于人防工程的消防排水是有較為完善的要求，但民用建筑是否參照此條執(zhí)行，并無(wú)明確說(shuō)法。

針對(duì)消防排水，各地區(qū)也紛紛出臺(tái)了地方規(guī)定，現(xiàn)將其總結(jié)列詳見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在制定各地方規(guī)定時(shí)，基本都是遵從安全這一原則，盡量減小因消防滅火帶來(lái)的損失。但同樣的，各地要求各不相同，如何去選擇合適的消防排水量，就須從火災(zāi)發(fā)生時(shí)開(kāi)始分析。

2 消防排水量分析

從上述各地規(guī)定可以看出，地下空間消防排水有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是消防排水區(qū)域的確定，二是在消防排水量和消防設(shè)計(jì)流量的關(guān)系。

2.1 消防排水區(qū)域的確定

關(guān)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，各防火分區(qū)封閉，通過(guò)防火墻、樓板及其他防火分隔設(shè)施能在一定時(shí)間內(nèi)防止火災(zāi)向同一建筑的其余部分蔓延，此時(shí)每個(gè)防火分區(qū)形成單獨(dú)的積水區(qū)域。是否把防火分區(qū)作為消防排水區(qū)域，關(guān)于這點(diǎn)，各方觀點(diǎn)尚有爭(zhēng)議。徐東喜［6］在《民用建筑水消防設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討》一文中提出防火分區(qū)的消防排水不宜流入相鄰防火分區(qū)；賴(lài)琪峰［7］在《地下室排水泵和集水池設(shè)計(jì)探討》一文中以整體地下室面積進(jìn)行消防排水計(jì)算。在火災(zāi)發(fā)生初期，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，消防系統(tǒng)啟動(dòng)的同時(shí)防火門(mén)與防火卷簾關(guān)閉，各防火分區(qū)形成單獨(dú)封閉的區(qū)域。若此時(shí)不同防火分區(qū)消防廢水可漫流且共用排水設(shè)施，則需考慮不同防火分區(qū)的排水連通問(wèn)題，會(huì)涉及防火封堵等一系列問(wèn)題。為了不引起其他防火方面的問(wèn)題，將各防火分區(qū)單獨(dú)看做積水區(qū)域，各防火分區(qū)間不能形成漫流是較為合理的。

2.2 消防排水量的確定

在總結(jié)了多方關(guān)于消防排水量計(jì)算方法后，現(xiàn)列出較為常用的4種算法：（1）地下空間嚴(yán)格不允許積水時(shí)，消防排水量按消防設(shè)計(jì)流量的100％計(jì)算；（2）一般地下空間，消防排水量按消防設(shè)計(jì)流量的80％計(jì)算；（3）按地下空間積水高度不大于150 mm考慮。（4）按開(kāi)啟兩只消防水槍的流量 10 L/s，加上 70% 的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流量來(lái)計(jì)算消防排水量。

若不允許積水，按照消防“用多少，排多少”的原則按消防設(shè)計(jì)流量的100％計(jì)算，安全性是能得到保障的，但這種做法下將會(huì)導(dǎo)致地下消防排水量較大，集水坑設(shè)置密集，對(duì)于基礎(chǔ)投資和空間利用有一定的影響。

消防設(shè)計(jì)流量的80％及兩只消防水槍流量10 L/s加上 70%的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流量的算法，是考慮到由于蒸發(fā)、被物體吸收等因素，認(rèn)為滅火時(shí)不可能消防用水全部積存在地下室，只要排除大部分消防時(shí)積水即可保證地下空間的安全。目前并無(wú)相關(guān)蒸發(fā)吸收的相關(guān)研究，缺乏理論支持，無(wú)法保證其可靠性和安全性。但對(duì)于一般建筑，上述幾種做法也是有一定參考性和可行性的。

按地下空間積水高度不大于150 mm考慮，主要是從保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全角度考慮。對(duì)于普通汽車(chē)，汽車(chē)一旦進(jìn)水，會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電子系統(tǒng)造成損害，嚴(yán)重情況下會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢，避免汽車(chē)進(jìn)水也是在進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí)需考慮因素。而汽車(chē)的進(jìn)氣口、排氣口是最易進(jìn)水的部位，經(jīng)調(diào)查市面上5款主流轎車(chē)進(jìn)排氣口高度，具體參數(shù)詳見(jiàn)表2。

調(diào)查中的5款轎車(chē)中排氣口高度均處于250～300 mm區(qū)間，結(jié)合表2數(shù)據(jù)，150 mm的積水深度基本雖已達(dá)到部分車(chē)輛的最小離地間隙，會(huì)淹沒(méi)車(chē)輪及底盤(pán)部分區(qū)域，但不會(huì)對(duì)汽車(chē)關(guān)鍵設(shè)備造成影響。若積水達(dá)到200 mm，在水位相對(duì)靜止條件下排氣口雖然不會(huì)進(jìn)水，但已超過(guò)大眾速騰、奧迪A4等車(chē)型最小離地高度70多cm，車(chē)廂內(nèi)有較高的進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)保證汽車(chē)排氣口不進(jìn)水這一原則，在現(xiàn)行規(guī)范中也有相關(guān)要求?！冻擎?zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：居民住宅和工商業(yè)建筑的底層不進(jìn)水；道路中的一條車(chē)道的積水深度不超過(guò)150 mm。［3］。而對(duì)于地下空間存在的配電房、消控室、水泵房等房間，一般會(huì)設(shè)置20～30 cm高的擋水門(mén)檻。所以將地面允許積水高度定在150 cm，可以同時(shí)保障地下停車(chē)庫(kù)內(nèi)車(chē)輛及重要設(shè)備用房的使用安全。對(duì)于普通功能的地下空間，積水高度按不大于150 mm考慮是較為安全可靠的。

2.3 其他相關(guān)問(wèn)題

在收集研究相關(guān)資料過(guò)程中，有的設(shè)計(jì)從安全角度考慮，將室外消防設(shè)計(jì)用水量計(jì)入消防設(shè)計(jì)流量，即消防設(shè)計(jì)流量包含：室內(nèi)消防用水量、室外消防用水量和自動(dòng)噴水滅火用水量三部分。根據(jù)此理論計(jì)算，消防排水量勢(shì)必會(huì)增大。筆者認(rèn)為，室外消防用水量主要用于建筑外墻與室外滅火，將其流量計(jì)入室內(nèi)消防設(shè)計(jì)流量并以此計(jì)算消防排水量，雖然安全性能得到保證，但如同按按消防設(shè)計(jì)流量的100％計(jì)算的弊端，會(huì)造成集水坑設(shè)置密集等情況，是否有必要將室外消防用水量計(jì)入消防設(shè)計(jì)流量還需要更多實(shí)際情況參考及理論分析。進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，暫不將室外消防用水量考慮進(jìn)來(lái)。

3 場(chǎng)景模擬計(jì)算

目前對(duì)于消防排水做法各方不統(tǒng)一，基礎(chǔ)理論與實(shí)際情況割裂，給設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)造成較大困擾。而根據(jù)上文分析，影響消防排水量的兩部分，消防排水區(qū)域的劃定和消防排水量如何確定?，F(xiàn)模擬四種典型場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)際計(jì)算得出在不同算法下四種典型場(chǎng)景的消防用水量。

場(chǎng)景一：大型綜合地下商業(yè)建筑，室內(nèi)消防用水量40 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水量40 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間1 h。單個(gè)防火分區(qū)面積1500 m2。

場(chǎng)景二：中小型地下展覽建筑，室內(nèi)消防用水量20 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水量30 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間1 h。單個(gè)防火分區(qū)面積1500 m2。

場(chǎng)景三：建筑性質(zhì)，消防用水量及防火分區(qū)面積同場(chǎng)景一，但有該防火分區(qū)內(nèi)有局部500 m2下沉區(qū)域，即計(jì)算集水面積為500 m2。

場(chǎng)景四：一類(lèi)地下停車(chē)庫(kù)，室內(nèi)消防用水量10 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用水量40 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間1 h。單個(gè)防火分區(qū)面積3000 m2。

場(chǎng)景五：大型綜合地下商業(yè)建筑，設(shè)備機(jī)房單獨(dú)設(shè)置的防火分區(qū)，防火分區(qū)面積600 m2，樓梯間及中間過(guò)道面積合計(jì)200 m2。消防用水量及火災(zāi)延續(xù)時(shí)間同場(chǎng)景一。

在工程實(shí)際中，考慮到便于統(tǒng)一管理，建筑專(zhuān)業(yè)會(huì)將各設(shè)備機(jī)房集中布置，并單獨(dú)劃分為一個(gè)防火分區(qū)。這樣劃分的防火分區(qū)，因電氣機(jī)房和給水泵房均不能進(jìn)水，積水面積往往就只有樓梯間及中間過(guò)道。因集水面積小，水位上升快，而設(shè)備機(jī)房一旦被淹會(huì)造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。故根據(jù)此類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)，增加場(chǎng)景五來(lái)模擬計(jì)算。

現(xiàn)以場(chǎng)景一為例，按總消防用水量的80%計(jì)算，消防排水量為（40 L/s+40 L/s）×80%=64 L/s；按總消防用水量的100%計(jì)算，消防排水量為40 L/s+40 L/s=80 L/s；按消火栓用水量10 L/s+70 %自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流量計(jì)算，消防排水量為10 L/s+70%×40 L/s=38 L/s；按按積水高度不大于150 mm考慮，因室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間不同，最大積水時(shí)刻出現(xiàn)在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)剛停止時(shí)，即1 h末，此時(shí)，共計(jì)使用水量（40 L/s+40 L/s）×3600/1000=288 m3，地面積水高度按150 mm計(jì)，則地面積水量為1500 m2×0.15 m=225 m3，消防排水量需大于288 m3-225 m3=63 m3，即1 h內(nèi)排水量需大于63 m3×1000/3600=17.5 L/s。

在計(jì)算場(chǎng)景二時(shí)，以積水高度不大于150 mm計(jì)算時(shí)較為特殊，1 h末時(shí)消防共計(jì)使用水量（20 L/s+30 L/s）×3600/1000=180 m3。當(dāng)?shù)孛娣e水高度150 mm時(shí)，地面積水量為1500 m2×0.15 m=225 m3，180 m3＜225 m3，此時(shí)地面積水未達(dá)到150 mm深度，但在2 h末時(shí)消防共計(jì)使用水量（20 L/s+30 L/s）×3600/1000+20L/s×3600/1000=252 m3，252 m3＞225 m3，積水深度超過(guò)150 mm深度，所以消防排水量需大于（252 m3-225 m3）×1000/（3600×2）=3.75 L/s。

以上過(guò)程，對(duì)場(chǎng)景二、場(chǎng)景三、場(chǎng)景四分別進(jìn)行計(jì)算，得到表3。

從表3可以看出，在各種場(chǎng)景下，根據(jù)幾種公式計(jì)算出的消防排水量差距較大，并無(wú)統(tǒng)一規(guī)律。從安全性分析，場(chǎng)景一（地下商業(yè)）、場(chǎng)景二（地下展覽）與場(chǎng)景三（局部下沉地下商業(yè)），若產(chǎn)生積水會(huì)造成一定經(jīng)濟(jì)損失，但危險(xiǎn)性不高，又因無(wú)法判斷150 mm積水深度是否會(huì)對(duì)室內(nèi)商品或展品造成損害，故按總消防用水量的80%或10 L/s+70%自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)較為合理。場(chǎng)景四（地下停車(chē)庫(kù)），按積水高度不大于150 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)即可保證汽車(chē)不受損害，而根據(jù)計(jì)算排水量為0，即表明消防用水全進(jìn)入地下車(chē)庫(kù)也不會(huì)造成積水高度超過(guò)150 mm，這里可以按照《建筑給排水設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施2021》的做法，一個(gè)防火分區(qū)至少設(shè)置一個(gè)消防集水坑的原則設(shè)置即可，對(duì)于排水量并無(wú)過(guò)于嚴(yán)苛。場(chǎng)景五（地下商業(yè)設(shè)備機(jī)房），必須保證積水不能超過(guò)擋水門(mén)檻，為保證機(jī)房安全建議按照總消防用水量的100%或積水高度不大于150 mm來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在計(jì)算分析中發(fā)現(xiàn)，按積水高度不大于150 mm計(jì)算消防排水量時(shí)，計(jì)算積水面積的大小會(huì)對(duì)計(jì)算值造成較大影響，即積水面積越小，計(jì)算排水量越大。在場(chǎng)景三中按積水高度不大于150 mm的計(jì)算值接近按總消防用水量的80%的計(jì)算值，在場(chǎng)景五中，按積水高度不大于150 mm的計(jì)算值已大于按總消防用水量的80%的計(jì)算值。而在實(shí)際工程中，“積水高度不大于XX”這一結(jié)果是可以直觀感受的，能夠幫助設(shè)計(jì)人員清晰的評(píng)估消防系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)水淹的損失。所以筆者建議在進(jìn)行消防排水設(shè)計(jì)時(shí)，也可根據(jù)各項(xiàng)目實(shí)際情況，由水淹損失來(lái)判斷允許的積水高度，從而計(jì)算出適合的消防排水量。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)各項(xiàng)地下空間場(chǎng)景，通過(guò)理論計(jì)算分析地下空間積水影響，并通過(guò)收集的資料和積水風(fēng)險(xiǎn)性給出幾種典型功能地下空間消防排水量的建議計(jì)算方式，也希望相關(guān)規(guī)范在下一步修訂時(shí)能明確消防排水的積水面積與消防流量相關(guān)參數(shù)，使得給排水設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行消防排水設(shè)計(jì)時(shí)有規(guī)可依。

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