高層建筑的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性研究

薛永壽

福建省廈門市公安消防支隊(duì)思明消防大隊(duì)

近年來，隨著我國(guó)城市建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)，高層建筑在城市建設(shè)中屢見不鮮。由于高層建筑的規(guī)模較大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑裝飾材料較多、建筑內(nèi)活動(dòng)人員較多，若此類建筑出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，則極易造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失。為了減少高層建筑火災(zāi)的損失程度，在建設(shè)之初加強(qiáng)建筑的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。本文首先將簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)適用性較好的幾種常見高層建筑消防給水方式，并就常用情況下高層建筑的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及可靠性進(jìn)行系統(tǒng)性研究與分析。

近年來城市建設(shè)用地日趨緊張，高層建筑以獨(dú)特的節(jié)約土地、增加使用面積等優(yōu)勢(shì)獲得快速發(fā)展，而與此同時(shí)高層建筑的消防安全問題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其近年來國(guó)內(nèi)發(fā)生多起高層建筑火災(zāi)事故，造成了嚴(yán)重的人員、財(cái)產(chǎn)損失，這給現(xiàn)代高層建筑的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者敲響了消防安全警鐘。

城市建筑作為城市現(xiàn)代化發(fā)展最重要的標(biāo)志之一，其代表了一個(gè)城市的發(fā)展程度與水平。近年來城市建設(shè)用地日趨緊張，高層建筑以獨(dú)特的節(jié)約土地、增加使用面積等優(yōu)勢(shì)獲得快速發(fā)展，而與此同時(shí)高層建筑的消防安全問題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其近年來國(guó)內(nèi)發(fā)生多起高層建筑火災(zāi)事故，造成了嚴(yán)重的人員、財(cái)產(chǎn)損失，這給現(xiàn)代高層建筑的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者敲響了消防安全警鐘。消防給水系統(tǒng)是高層建筑消防體系中的核心組成部分，其設(shè)計(jì)的合理性、使用的可靠性將直接決定出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)能否在一定時(shí)間、條件內(nèi)提供充足的消防用水。本文將針對(duì)高層建筑的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可靠性進(jìn)行系統(tǒng)性分析，旨在優(yōu)化我國(guó)高層建筑的消防給水系統(tǒng)提供一定參考。

1 高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量、水平?jīng)Q定高層建筑消防工作的有效性，并對(duì)整個(gè)消防系統(tǒng)運(yùn)行中的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等產(chǎn)生直接影響。接下來我們將以國(guó)內(nèi)常用消防給水形式系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行系統(tǒng)性分析。

消防水池的設(shè)計(jì)方法

消防水池是消防供水系統(tǒng)中基礎(chǔ)的裝置之一，其主要是指在高層建筑頂層或者建筑內(nèi)修建一個(gè)大容量的消防蓄水池，目的在于貯存消防用水，當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)便可通過消防栓或者自動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火操作，該裝置是國(guó)內(nèi)最常用的消防供水方式。

在消防水池設(shè)計(jì)時(shí)，在進(jìn)水管設(shè)計(jì)時(shí)需要選取不同方向的兩根市政給水管作為供水水源，以此來形成一個(gè)循環(huán)的供水體系，以此確保消防供水的可靠性、及時(shí)性；消防水池容量設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)需要考慮市政水管的供水能力，若城市的供水系統(tǒng)無法確保市政供水的持續(xù)性，則需要根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)增大水池容積；若室外供水管網(wǎng)可滿足室外消防用水需求，則可在滿足室內(nèi)消防供水條件下適當(dāng)縮小消防水池容積。

消防栓設(shè)計(jì)方法

在高層建筑的消防供水系統(tǒng)中消防栓主要分為室外與室內(nèi)兩類。其中室外消防栓在設(shè)計(jì)時(shí)可沿著高層建筑均勻進(jìn)行布置，并適當(dāng)預(yù)留一定的消防操作空間，其他具體標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與地層建筑基本相似。

室內(nèi)消防栓是整個(gè)消防供水系統(tǒng)的核心組成部分，其主要設(shè)備有消防箱、消防栓、卷盤、消防水帶、消防水槍、消防栓啟泵按鈕等組成。為了滿足高層建筑的消防用水需求，消防栓口徑、消防水帶直徑應(yīng)大于65 mm 消防水槍噴嘴口徑則應(yīng)大于20 mm；另外，為了便于火災(zāi)發(fā)生時(shí)普通民眾能夠適應(yīng)消防設(shè)備進(jìn)行滅火，可在消防栓內(nèi)增加一個(gè)消防卷盤。為了增加消防給水系統(tǒng)的可靠性，消防栓管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需保持相對(duì)獨(dú)立性。若消防給水系統(tǒng)的管網(wǎng)工作壓力低于1.2MPa 時(shí)，消防埋地管道建議采用鋼絲網(wǎng)骨架復(fù)合管或者球墨鑄鐵管；若消防給水系統(tǒng)的管網(wǎng)工作壓力高于1.2MPa 時(shí)，則建議采用無縫鋼管或者厚壁焊接鋼管，管道連接方式可根據(jù)材料合理選擇承插式、焊接、溝槽式等。

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層建筑消防給水系統(tǒng)中的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)屬于消防終端設(shè)備。在消防給水系統(tǒng)中的自動(dòng)噴水滅水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)首先是設(shè)置一個(gè)報(bào)警閥組，在設(shè)計(jì)時(shí)可將自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的管道鋪設(shè)呈一個(gè)大型的環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)，然后根據(jù)樓層設(shè)計(jì)將報(bào)警閥組設(shè)置在合理的地方；在系統(tǒng)供水管道的最高處安裝一個(gè)排氣閥門，這樣有利于排出給水管道中的氣囊；在所有的防火分區(qū)中的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)的水流指示器、最低點(diǎn)等部位設(shè)置一個(gè)泄水口，這樣有利于合理調(diào)整、布置噴頭以及維修自動(dòng)系統(tǒng)；在消防水泵及噴淋泵的總出水管上應(yīng)該安裝一個(gè)水壓表，便于隨時(shí)檢查自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、消防栓給水系統(tǒng)的工作水壓是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求；若建筑內(nèi)裝飾采用大面積格柵吊頂，為了確保噴水的強(qiáng)度值，建議工作人員隨時(shí)校準(zhǔn)噴淋泵的出水量，保證當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)噴淋泵可正常運(yùn)行。

2 高層建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性分析

消防給水系統(tǒng)可靠性衡量指標(biāo)

由于消防給水系統(tǒng)的組成部分主要是靠不同的元件及各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)特定的關(guān)系而連接在一起的，因此這些元件和各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性決定消防給水系統(tǒng)的可靠性。通常消防給水系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)一般分為：無故障工作概率、故障概率、準(zhǔn)備系數(shù)及修復(fù)率等。具體類型如下所述：

①系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性所指的是無故障性指標(biāo)，其主要包括故障概率和無故障工作概率等。

②耐久性的基本指標(biāo)是服務(wù)期限和技術(shù)壽命。該項(xiàng)指標(biāo)在組成系統(tǒng)的元件、電機(jī)及水泵等各個(gè)元素中較為適用。

③通常操作準(zhǔn)備系數(shù)、準(zhǔn)備系數(shù)等被用來衡量一個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。工程師可以通過選取每發(fā)生兩次故障的時(shí)間間隔，或一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)來分析一個(gè)消防給水系統(tǒng)的可靠性，但這些指標(biāo)都與時(shí)間具有一定關(guān)系。

④修復(fù)的難易程度所指的是宜修性，一般用平均修復(fù)時(shí)間來表示。另外，可靠性的指標(biāo)還可以用修復(fù)率來表示，是指在一定時(shí)間內(nèi)，能夠修復(fù)損壞元件及正常使用的概率。

消防給水系統(tǒng)可靠性框圖

為了能夠系統(tǒng)性分析高層建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性，首先需要詳細(xì)羅列出消防給水系統(tǒng)的基本功能、失效模式等，并準(zhǔn)確繪制出可靠性框圖。

圖1 工作儲(chǔ)備不同組件的可靠性框圖

高層建筑消防給水系統(tǒng)可分為工作儲(chǔ)備和非工作儲(chǔ)備。工作儲(chǔ)備中又可細(xì)分為并聯(lián)系統(tǒng)、串聯(lián)系統(tǒng)以及表決系統(tǒng)（如圖1 所示）。在高層建筑消防給水系統(tǒng)中主要由兩大系統(tǒng)組成，即：消防栓給水系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)設(shè)備（水池、水泵、水箱等）或者單元（消防栓、管道、閥門、噴頭等）的功能發(fā)揮，都對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性框圖產(chǎn)生直接關(guān)系。我們以兩個(gè)閥門間管道連接的可靠性框圖為例，若閥門主要作用是截?cái)嗨鞯墓πВ瑒t將其中一個(gè)閥門關(guān)閉則可完成截流效果，其可靠性框圖為一個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)；若閥門主要作用是通過水流，則需要將兩個(gè)閥門同時(shí)打開才能發(fā)揮作用，因此其可靠性框圖為一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)。由此可知，即便是相同的結(jié)構(gòu)，在不同作用中期可靠度是不相同的，這種關(guān)系在消防栓給水系統(tǒng)中也是相似的。

消防給水系統(tǒng)可靠性度量計(jì)算方法

由于高層建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性與系統(tǒng)各個(gè)單元功能有密切關(guān)聯(lián)性，因此組合各個(gè)單元的可靠度后便產(chǎn)生了系統(tǒng)的可靠度。在計(jì)算消防給水系統(tǒng)的可靠性度量時(shí)，首先需要建立一個(gè)消防給水系統(tǒng)模型，然后分析系統(tǒng)與各個(gè)單元之間的可靠性函數(shù)關(guān)系，而其中各個(gè)單元的可靠度一般采用大量試驗(yàn)獲取，最終根據(jù)函數(shù)關(guān)系確保整個(gè)給水系統(tǒng)的可靠度值。

3 小結(jié)

隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及城市用地面積越來越少，高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代城市建筑的主要方向。對(duì)于高層建筑而言，在消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于減少火災(zāi)損傷是十分重要的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮建筑具有情況，并綜合評(píng)估各方面厲害因素，即：項(xiàng)目投資總量、供水系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)耗能比、設(shè)備安裝設(shè)置等等，重點(diǎn)掌握消防水池、消防栓以及自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)整個(gè)消防給水系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，提升高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。