消防給水系統研究

費廣成

（鹽城市消防技術服務事務所，江蘇 鹽城 224001）

1 消防給水系統的現狀

近年來，隨著經濟的高速發展，我國綜合國力的日益增強，人民生活水平的不斷提高，越來越多的集中型城市不斷興建，消防問題越發嚴重。各種建筑功能復雜，建筑物地區性密集，城市人口劇增等現象帶來了嚴重的消防隱患。大型高層綜合型建筑、高層民用住宅建筑、集餐飲、購物、賓館和娛樂為一體的綜合型高層建筑都是消防的重點。這些大型商業建筑通常采用無隔斷、無間斷的大面積區域作為經營場所，大量的易燃物品擺放集中，數量巨大，有的還設有餐飲業，這都為火災提供了迅速傳播的便利條件，導致火災在水平和豎直方面迅速蔓延。如果其隔墻不具備足夠的耐火能力，大火就會快速蔓延至其他位置；如果在建筑的背火面儲存了大量的可燃物，會導致火災快速擴大至其他區域；而且在豎向扶梯、中庭等區域，由于煙霧的上升也會導致豎向的火災蔓延。高層建筑人口密集，消防意識薄弱，通常會導致火災后救援困難；消防水槍的高度限制，也使該建筑主要依靠自身的消防設施。因此消防給水問題成為了建筑設計的重要問題[1]。

2 消防給水系統的類型及其特點

圖1為某工程室內給水系統流程圖，該工程為多層商住樓。消防給水系統主要分為室外給水系統、室內消火栓給水系統、ESFR系統、自動噴水系統、固定消防水泡系統等多種系統。本文著重分析室外給水系統。室內給水系統和自動噴水系統。

2.1 室外給水系統

在消防給水設計中，室外給水系統尤為重要。室外給水系統關系到室內給水系統的水源問題，例如消防水壓的保證，消防管道的連接等問題。所以在消防給水系統設計時，應完善室外給水系統。

首先設計時應注意管道的設計[2]。根據當前工程的級別等確定消防用水量，從而確定管徑。一般來說管徑可以按以下公式計算：

式中：D為管道直徑；q為管道流量；v為流速。管材的選用也是十分重要的。一方面必須能夠承受各種內外荷載的機械性能，例如剛度足夠，水密性能好，不滲透，不破裂，良好的水力性能，能減少沿程水頭損失和局部水頭損失；另一方面價格適中，壽命長，防水和侵蝕能力較強。在埋管道時，應堅持將深埋和淺埋相結合的原則。深埋還是淺埋要根據冰凍層厚度，外部荷載，最小管頂覆土厚度和工程造價以及將來的管道維修費用等綜合因素決定的。管道設計時，應秉承多平緩順直，少陡峭曲折的原則。

其次，應注意室外給水系統的其他附屬設施包括閥門、排氣閥、消火栓、閥門井等。這些設施都需要適當的設置和安裝。閥門應在主管道每隔500~1000m設置一個檢修閥門。管道局部最高點應設置排氣閥。排氣閥與管道直徑之比應在1:8~1:12之間。也可設在閥門井內。消火栓間隔為100~120m，距建筑物不小于5m，距道路不大于2m。

消防水池設計時，要按照規定中的有效容積設計[3]，必須滿足火災發生時的持續消防用水量，并按照以下公式計算：

式中：V為消防水池的有效容積；Vn為室內消防用水量；Vw為室外消防用水量；Vg為室外給水管網供水量。但是該條款的定義有點模糊。在實際設計中，由于建筑物的差異，一般選擇按照最大建筑的消防用水來設計，而不是疊加用水量來設計消防水池。并且對于消防水池的保護半徑也有定義，即150m，但是有些大型的小區不能滿足此需求，故而可以分散設置多個。但是蓄水量應滿足150m的保護范圍。

2.2 室內給水系統

消防室內給水系統可以分為兩種，高壓制和臨時高壓制。高壓式給水系統有利于節約時間，因為無論何時，管道中水體一直處于壓力狀態下，發生火災時可以及時送水救災。但是，由于輸水管道、設備層和地下室都需要長期儲存大量水體，既不利于節約，而且會加重建筑負荷，干擾結構布局，增大滲漏的幾率。而臨時高壓給水系統可以解決這個問題，它只需要在地下室儲存全部水體，但是火災發生時，有短暫延誤撲救的危險。因此有些工程在中間設置轉輸水箱，或者在屋頂設置水箱，儲存的水體需要滿足火災突發的前10分鐘之內的用量。而且水泵應為一臺常用、一臺備用進行配置。表1為我國超高層建筑消防給水方式。事實證明兩種給水系統均有使用。在給水系統中，各區供水分為串聯和并聯兩種方式。串聯系統有利于降低水泵負擔的壓力，經濟并安全，因此表1中的超高層建筑多選用串聯方式。并聯方式有利于分區給水，將各區供水獨立，但是水泵壓力增大。

表1 我國已建和在建超高層建筑消防給水方式統計

2.3 自動噴水滅火系統

近年來，我國的滅火給水從以消火栓系統為主逐步向以自動噴水滅火系統為主過渡，這也是我國消防給水系統設置標準和發達國家逐步接軌的重大舉措。自動噴水滅火系統，早期是以“鉆孔管式噴水滅火系統”的形式出現，已經使用一百多年，從它被人們接受并使用期間，一直在不斷研發新技術、新設備與新材料。目前已經是世界上公認的最為有效的自救滅火設施，并以應用最廣泛、用量最大而著稱。它具有安全可靠、經濟實用、滅火成功率高等特點，在保障人們的生命、財產安全方面起到了非常重要的作用。自動噴水滅火系統是一種由水流報警裝置（水流指示器或壓力開關）、報警閥組、灑水噴頭，以及管道、供水設施組成的，并能在發生火災時自動噴水的自動滅火系統[4]。它一般設置在容易起火的部位、疏散通道和人員密集場所,而且還設置在水災容易蔓延的通道, 不易發現和不易撲救的火災地方以及需要淋水降溫、保護等的場所。這樣可以更及時、更迅速, 更有效地撲救火災，防止火災擴大，減少人員和經濟的損失。

依照采用的噴頭不同，該系統可以分為三大類[5]：閉式系統、開式系統和水幕系統，如圖2所示。閉式系統采用閉式灑水噴頭，而開式系統采用開式灑水噴頭。下面分別對其進行介紹

閉式灑水的自動噴水滅火系統包括：濕式系統、干式系統、預作用系統。濕式系統一般用于常溫環境，即溫度不低于4度，不高于70度的環境。這是由濕式系統的工作原理決定的[6]。濕式系統是在熱敏感元件感應到熱源時，破裂或者融化，從而使戒備中的管道預留水體噴灑出來進行阻擋火勢。干式系統不受環境溫度的影響，它是將管道中充滿有壓氣體，而不是水。所以它可以用于高溫環境和低溫環境，但是由于水管中的氣體存在，會延遲救火時間，不利于快速滅火，因此它一般適用于溫度低于4度或者高于70度的環境，例如我國北方沒有取暖設施的地方。預作用系統是將以上兩種系統相互結合，取長補短。在更加敏感的報警系統提示下，同時開啟雨淋閥和供水泵，在噴頭開啟前將管道供水，從而提高供水效率和縮短等待時間。該系統一般用于對環境狀態要求較高，例如嚴禁管道漏水，防止誤噴的建筑內。

開式系統也稱為雨淋噴水滅火系統。該系統一般用于火災蔓延速度較快，其他方式難以覆蓋廣泛面積時，或者由于特殊情況需要延時噴水的情況。例如在隧道發生火災時，需要等待交通終止，保證人員安全的情況下才能開啟滅火裝置。這時火災已經有蔓延的可能，需大范圍的覆蓋滅火面積，就可利用開式系統阻止火災蔓延。開式系統是在自動報警系統啟動下，開啟雨淋閥和供水泵，以開式或者閉式噴水閥噴水。自動報警器一般是電子探測系統，對燃燒物、煙霧、熱源和火焰等現象快速做出感測或者反應。開式系統還可以添加泡沫液，如水成膜泡沫液，滅火時泡沫覆蓋在非水溶性液體上形成薄膜，減輕或者防止易燃蒸汽的釋放，從而減輕火災的程度和蔓延。

水幕系統是由水幕噴頭和雨淋報警閥組以及水流報警裝置等組成。水幕系統根據其作用一般分為兩類，即防火分隔水幕和防火冷卻水幕。防火分隔水幕的設置主要是由于設置防火墻困難，從而以防火分隔水幕替代。其目的與防火墻和防火卷簾的作用相同，實現火災的分隔和隔離而不是滅火，因此該系統多用于救火的初期。防火冷卻水幕主要是用于保護和冷卻防火卷簾，降低其溫度，增強其耐火極限，延長阻擋煙霧時間。總之水幕滅火系統主要是形成具有一定高度的水墻，起到防火分隔、降低熱輻射、冷卻分隔設施、稀釋有毒氣體和節省消防人力的作用。

3 消防給水系統中應考慮的幾個重點問題

目前現行的規范中仍然存在一些問題，比如規范中條文的前后沖突，有些條文操作性不強，而有些強制性又過強，這些都不利于設計施工人員的實際操作，也對消防給水系統帶來了不良影響。例如關于七種情況下設置的倒流防止器的條文為強制性條文。該條規定使得倒流防止器大規模使用，不但增大了系統壓力損失，還會導致城市供水系統壓力降低，既不利于節約型社會的建設，又對干管和直管與倒流防止器的串聯造成用水點水壓不足。再有關于消防栓的設計問題，不同的規范中有不同的規定。GB50016-2006《建筑設計防火規范》第8.4.3.2條規定的與GB50045-1995《高層民用建筑設計防火規范(2005年版)》第7.4.6.8條規定相互沖突。前者規定消防電梯前室所設的消火栓不應計入總數，但是后者又規定應計入總數。因此在多項工程設計中一直存在爭議。

關于屋頂水箱的規定也存在爭議，按照《建筑設計防火規范》第8.4.4.2條的規定，所計算出的水箱容量在實際工程中是否適當。這是由于一般工程設計都是按照用水量包含了自動噴水的水量而設計的，而規定中沒有明確的指出是否應該包含這部分的用水量，因此該問題依然有待解決。同時，對于整個小區合用一個消防水箱時，應注意不能在設有屋頂水箱的樓上設置止回閥。另一方面，對于高層民用建筑，規范中規定凡是高度高于25m的建筑，并且使用高壓給水系統應設置高位水箱，但是即使高位水箱的存在依然不能滿足消防用水的水壓，同時增加的消防增壓泵還增大了開支，不利于節約成本和經濟合理性，并且還會影響建筑的立面優化。因此建議50m以下的建筑不用設置高位水箱，改為在消防泵房內設置小流量的穩壓水泵[7]。《高層民用建筑設計防火規范(2005年版)》中的統一利用穩壓水泵代替高位水箱這一規定，也存在很多弊端。因此對于高于50m的建筑，建議仍然使用高位水箱，這樣不但可以減少成本，特別是在民用住宅建筑，可以為居民降低成本費用，而且在平時運行中，可以節約用電，甚至可以不用電力支持，特別是在電力供應不穩的地區。

關于消防水池的規定，《建筑設計防火規范》中明確指出，當市政給水管道為支狀時，或者一根進水管的消防用水量大于25L/s時，應設置消防水池；但是同時，其說明文中，又將用水量改為20L/s，如此說明雖然增加了安全系數，但是對于設計人員來說，不能夠準確把握規定的內容，從而不利于規范消防給水設計。因此有的設計人員將消防水池的容積計算按照以下公式計算，雖然不合乎標準，但是卻符合當地的實際情況[8]。

式中：Q為消防水池的容積；Qs為室內消防用水量；Qw為室外消防用水量；Qz為自動噴水滅火系統用水量。鑒于此，規范中的規定應根據實際情況給予設計人員一定的自主范圍，從而使消防給水系統更好的服務于人。

4 結 語

人們常說，水火無情。消防給水系統是建筑滅火的主要手段之一。因此消防的供水問題便成為了建筑設計的重要問題，它關系著人們群眾的人身和財產的安危，因此對于其的優化、管理和運行都有著重要的意義。在設計消防給水系統時，不但要考慮實際工程所在的地點，環境和氣候，而且還應考慮其建筑自身的作用。不同的給水系統各有優缺點、也各有適用范圍。只有準確的把握其特點，才能做出準確的抉擇。不但要考慮技術問題，同時還應考慮業主、設計人員和施工人員的意見，做到滿足業主的要求，符合規范的規定，在施工中具有可行性，并在節約、經濟的基礎上優化設計。

[1]劉大為,唐國安,王蔚.北京當代大型商業建筑及其發展趨勢思考[J].中外建筑,2009,(5):116-119.

[2]王晶晶.大型商業建筑的防火設計探析[J].中國科技信息,2011,(9):195.

[3]張吉光,史自強,崔紅社.高層建筑和地下建筑通風與防排煙[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[4]辛瑞東.大空間建筑的防火分區設計方法[J].建筑技術,2010,(3):180.

[5]王學謙.建筑防火安全技術[M].北京:化學工業出版社,2006.

[6]韋明學.高層建筑煙氣蔓延規律及防范設計[J].廣西民族大學學報:自然科學版,2009,(11):84-86.

[7]馬勇,周樂.超高層辦公樓給水及消防方案選擇分析[J].給水排水,2008,34(13):86-88.

[8]張鈺銘,陳雪東,淺談國內建筑給排水技術現狀及發展趨向[J].建筑學研究前沿, 2012,(7): 32-33.