高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性

李坤峰（三明市公安消防支隊(duì)清流大隊(duì)）

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高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性

李坤峰（三明市公安消防支隊(duì)清流大隊(duì)）

由于高層建筑自身的一些特點(diǎn)決定了一旦發(fā)生火災(zāi)便很難對(duì)其進(jìn)行撲救，其中消防供水就是其中最大的問題之一。本文主要介紹了常用的三種高層建筑消防系統(tǒng)給水方式，然后詳細(xì)分析了消防系統(tǒng)中常見的超壓?jiǎn)栴}及其對(duì)應(yīng)的處理措施，最后就如何進(jìn)行消防給水系統(tǒng)可靠性分析進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討。

消防供水；高層建筑；可靠性；設(shè)計(jì)

引言

高層建筑由于很多自身的特點(diǎn)，比如功能繁雜、空間跨度比較大的本構(gòu)，如果出現(xiàn)了火災(zāi)就很難快速對(duì)其撲救，往往造成的損失龐大，后果非常嚴(yán)重，所以必須要為高層建筑配備可靠完善的消防系統(tǒng)，這可以很好的遏制初期火勢(shì)的蔓延，在很大程度上降低人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失［1～2］。我國(guó)目前還未制定完善的高層建筑消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，當(dāng)高層建筑出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候，最大的困難就是消防供水問題。因此，針對(duì)高層建筑消防供水系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［3］。

1　選擇給水方式

按照給水方式不同可以將高層建筑消防給水系統(tǒng)分為串聯(lián)分區(qū)、并聯(lián)分區(qū)以及重力式消防給水三種給水方式。但是在實(shí)際操作中，對(duì)于高層消防給水方式為進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使得不同建筑都采取了各種各樣的給水方式，且隨著樓層高度的增加、功能越復(fù)雜則在實(shí)際中一般會(huì)采取更加繁雜的消防給水方式，在串聯(lián)分區(qū)和并聯(lián)分區(qū)兩種方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行組合使用。

并聯(lián)分區(qū)就是把給水分區(qū)區(qū)分為高區(qū)和地區(qū)，在這兩個(gè)區(qū)中分別設(shè)置了消防水泵以及水泵接合器以供各個(gè)區(qū)單獨(dú)使用。也就是說，一旦高區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)，只需要啟動(dòng)高區(qū)消防水泵，同樣的如果是低區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候則只需要啟動(dòng)低區(qū)消防水泵即可。并聯(lián)分區(qū)給水方式具有很多特點(diǎn)，其中優(yōu)點(diǎn)主要有：系統(tǒng)管網(wǎng)比較簡(jiǎn)單，由于水泵都設(shè)置在地下室，因此控制以及維護(hù)方便，且設(shè)備運(yùn)行過程的振動(dòng)和噪音等不會(huì)太多的影響到居民，確保了居民居住環(huán)境的安靜和舒適。當(dāng)然也存在缺點(diǎn)：必須在所有區(qū)內(nèi)都裝設(shè)具有獨(dú)立水泵接合器；如果是在兩個(gè)區(qū)域分界的地方發(fā)生火災(zāi)，則要求兩個(gè)區(qū)域的消防水泵同時(shí)打開，因此需要綜合考慮兩區(qū)用水和用電需求對(duì)防水池的儲(chǔ)水量和供電量進(jìn)行計(jì)算；要求使用兩個(gè)獨(dú)立的豎管實(shí)施供水，需要占用較大空間，增加成本。

串聯(lián)分區(qū)給水方式還可以進(jìn)一步細(xì)分為常高壓串聯(lián)分區(qū)給水以及臨時(shí)高壓串聯(lián)分區(qū)給水兩種。其中，臨時(shí)高壓串聯(lián)分區(qū)給水方式就是在建筑的設(shè)備層或者避難層安裝水箱和傳輸水泵，在地下室安裝水池和消防水泵，在建筑樓頂安裝水箱和穩(wěn)壓泵。地下水的儲(chǔ)量應(yīng)該確保能夠完成一次滅火任務(wù)，而接力水箱中的儲(chǔ)量應(yīng)該確保能夠使用15～30min。在低區(qū)直接通過接力水箱進(jìn)行重力供水，而在高區(qū)則通過消防水泵進(jìn)行加壓供水，在火災(zāi)早期，水的供應(yīng)主要通過高位消防水箱執(zhí)行，此外還需要把中間層的消防泵啟動(dòng)，將水從下到上供應(yīng)到高區(qū)配備的消火栓管網(wǎng)中，與此同時(shí)位于地下室的消防轉(zhuǎn)輸泵將地下室中的水輸送至中間水箱。

重力式消防給水系統(tǒng)就是在高層建筑的最高位置找到一個(gè)合適的地方建設(shè)消防水池，并且應(yīng)該確保消防水池的水儲(chǔ)量足夠完成一次滅火任務(wù)，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防水池的水通過自身重力的作用向以下各消防給水分區(qū)分別進(jìn)行供水。該種方法其最關(guān)鍵的好處就是通過水自身的重力向下供水，可以有效防止火場(chǎng)供電停止以及各種機(jī)械故障對(duì)消防給水造成的影響，比較可靠和安全。但是該種方式會(huì)在很大程度上增加結(jié)構(gòu)荷載，同時(shí)還必須占用很多的建筑面積，必然會(huì)大大提升建設(shè)成本。

2　超壓以及泄壓?jiǎn)栴}

（1）給水超壓?jiǎn)栴}。所謂超壓指的就是系統(tǒng)內(nèi)部的水壓大于其工作壓力上限，由于過大的水壓使得系統(tǒng)內(nèi)的零件出現(xiàn)損壞或者不均勻給水，最終對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，不利于滅火救災(zāi)的進(jìn)行。對(duì)于高層建筑消防給水而言，超壓?jiǎn)栴}經(jīng)常出現(xiàn)，主要的原因有：①系統(tǒng)出水流量比較小。剛剛出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候，通常而言自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)只會(huì)啟動(dòng)幾個(gè)噴頭，或者在針對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)實(shí)施末端試水的時(shí)候，只需要很小的流量即可，但是加壓泵在供水的時(shí)候卻是根據(jù)設(shè)計(jì)秒流量來進(jìn)行供水，這必然會(huì)使得加壓泵揚(yáng)程顯著提升，造成自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)內(nèi)部的水壓急劇上升。②不合理的豎向分區(qū)。建筑物高度很大的時(shí)候其給水的豎向分區(qū)并沒有按照1.2MPa上作壓力相關(guān)要求來進(jìn)行分區(qū)。③水錘現(xiàn)象導(dǎo)致超壓。水錘現(xiàn)象指的是消防泵由于停電或者故障突然停止工作引起的。④水泵結(jié)合器超壓。有些消防給水豎向分區(qū)其下區(qū)和上區(qū)是共同使用一個(gè)水泵結(jié)合器，如果止回閥出現(xiàn)了不嚴(yán)密問題，那么回造成下區(qū)發(fā)生超壓?jiǎn)栴}；此外，消防車在向室內(nèi)消防給水管網(wǎng)進(jìn)行供水的時(shí)候，就很有可能引起管網(wǎng)超壓?jiǎn)栴}，尤其是當(dāng)系統(tǒng)的消防泵和消防車消防泵串聯(lián)運(yùn)作的時(shí)候，發(fā)生超壓?jiǎn)栴}的概率大大增加。⑤沒有設(shè)置排氣裝置。在給水管網(wǎng)中沒有安裝排氣閥，或者安裝的排氣閥位置不合適，使得管網(wǎng)內(nèi)空氣被嚴(yán)重壓縮，最終引起超壓?jiǎn)栴}。

（2）給水的減壓以及泄壓方式。消防給水系統(tǒng)中由于超壓?jiǎn)栴}的存在對(duì)于消防救災(zāi)帶來了不利的影響，所以有必要采取有效措施來進(jìn)行減壓或者泄壓。進(jìn)行減壓或者泄壓之后可以確保給水均勻性，提升消防給水系統(tǒng)的可靠性。通過深入分析超壓?jiǎn)栴}造成的原因，認(rèn)為可以從下面幾個(gè)方面來著手解決超壓?jiǎn)栴}：①采取對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施避免出現(xiàn)超壓?jiǎn)栴}：a.對(duì)消防系統(tǒng)的給水管網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，盡可能保證噴頭的布置較為均勻，且分布在配水管兩側(cè)，以此來實(shí)現(xiàn)各個(gè)配水管水壓的平衡。b.對(duì)下放給水系統(tǒng)的分區(qū)進(jìn)行適當(dāng)選擇，同時(shí)在許可范圍內(nèi)降低給水分區(qū)壓力值。比如，如果建筑物高度不超過120m，那么消防給水豎向分區(qū)宜使用并聯(lián)消防泉給水系統(tǒng)；如果建筑物高度超過了120m，那么消防給水豎向分區(qū)宜使用設(shè)置有中間水箱轉(zhuǎn)輸?shù)拇?lián)消防泵或者是直接串聯(lián)多臺(tái)消防泵給水系統(tǒng)。c.在選擇消防泵的時(shí)候，最好是選擇流量-揚(yáng)程曲線相對(duì)來說較為平緩的消防泵。在條件允許的情況下可以使用變頻調(diào)速消防泵、水冷直聯(lián)消防泵或者切線消防泵。②提升消防給水系統(tǒng)內(nèi)部零件的抗壓性能。這樣即便是由于各方面原因?qū)е孪到y(tǒng)內(nèi)部水壓增大，其水壓還是在系統(tǒng)許可的工作壓力范圍內(nèi)。③采用行之有效的泄壓或者穩(wěn)壓措施，確保出線超壓之后也不會(huì)對(duì)給水管網(wǎng)引起嚴(yán)重?fù)p壞，比如可以采用安全閥、泄壓閥、氣罐閥、穩(wěn)壓閥等。

3　消防給水系統(tǒng)可靠性

在對(duì)應(yīng)的時(shí)間范圍以及條件下，高層建筑消防給水系統(tǒng)能夠完成對(duì)應(yīng)任務(wù)的能力稱之為可靠性。消防給水系統(tǒng)的可靠性對(duì)于整個(gè)高層建筑而言有著非常重要的影響。一般而言，可以用可靠度來描述消防給水系統(tǒng)可靠性，其意思就是消防給水系統(tǒng)在對(duì)應(yīng)的時(shí)間范圍以及條件下完成相應(yīng)任務(wù)的概率。

（1）消防給水系統(tǒng)可靠性框圖。在對(duì)系統(tǒng)可靠度進(jìn)行研究的時(shí)候，必須首先明確消防系統(tǒng)所具備的功能以及潛在的失效方式，在此基礎(chǔ)上對(duì)可靠性框圖進(jìn)行準(zhǔn)確繪制。然后構(gòu)建消防給水系統(tǒng)可靠度模型，對(duì)消防系統(tǒng)其整體可靠度和各個(gè)單元可靠度之間對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。通過大量的實(shí)驗(yàn)就可以獲得各單元其可靠度，然后再通過對(duì)應(yīng)的模型便能夠求得各單元進(jìn)行組合得到的復(fù)元體系統(tǒng)其可靠度。

系統(tǒng)通常情況下能夠分為兩種，即儲(chǔ)備系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)以及非儲(chǔ)備系統(tǒng)。實(shí)際上非儲(chǔ)備系統(tǒng)其實(shí)是一種串聯(lián)系統(tǒng)，儲(chǔ)備系統(tǒng)還可以進(jìn)一步細(xì)分為工作儲(chǔ)備系統(tǒng)以及非工作儲(chǔ)備系統(tǒng)。不難想象消防給水系統(tǒng)對(duì)于供水要求是非常高的，必須要求供水可靠性非常高，因此通常采取儲(chǔ)備系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)的模式。對(duì)于工作儲(chǔ)備方式而言可以將其分為三種，即并聯(lián)系統(tǒng)、混聯(lián)系統(tǒng)以及表決系統(tǒng)。整個(gè)消防給水系統(tǒng)主要由兩大部分構(gòu)成，即消火栓給水系統(tǒng)以及自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，組成這些系統(tǒng)的各個(gè)元件或者設(shè)備功能直接決定著可靠性框圖類型。

（2）消防給水系統(tǒng)可靠性定量分析。前文已述，整個(gè)消防給水系統(tǒng)其可靠性就是通過各個(gè)組成單元功能直接決定的，也即是說整個(gè)系統(tǒng)的可靠度就是通過各個(gè)組成單元的可靠度來共同決定：①串聯(lián)系統(tǒng)可靠度定量分析。串聯(lián)系統(tǒng)其特征就是只有當(dāng)系統(tǒng)中全部的組成單元都能夠進(jìn)行正常下作的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)才可以正常工作。串聯(lián)系統(tǒng)由若干個(gè)單元構(gòu)成，第i個(gè)單元其可靠度假設(shè)是Ri（t），那么全部單元的可靠度之間的成績(jī)就是整個(gè)系統(tǒng)其可靠度，即；②并聯(lián)系統(tǒng)可靠度定量分析。并聯(lián)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是系統(tǒng)中所有的單元只要有一個(gè)能夠正常工作，則整個(gè)系統(tǒng)就可以進(jìn)行正常工作。并聯(lián)系統(tǒng)其可靠度計(jì)算公式為

4　結(jié)束語

對(duì)于整個(gè)高層建筑的消防系統(tǒng)而言，給水系統(tǒng)是其中非常重要的內(nèi)容，它在災(zāi)前預(yù)防以及災(zāi)后處理過程中都發(fā)揮中不可替代的作用。給水系統(tǒng)的可靠性對(duì)于高層建筑的消防安全而言是非常重要的，可靠度越高則建筑的安全性越高，反之則越低。本文綜合研究分析了高層建筑消防給水系統(tǒng)可靠性以及各個(gè)元件對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)可靠性的影響規(guī)律。

［1］張惠遠(yuǎn).高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性研究［J］.建筑設(shè)計(jì)管理，2012（5）：72～74.

［2］陳小芹.高層建筑消防噴淋給水系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)［J］.民營(yíng)科技，2010 （7）：275.

［3］楊明煒.高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015 （12）：255.

2016-4-10

TU972.4

A

2095-2066（2016）13-0133-02