高層民用建筑消防給水系統的設計探討

黃冷雨，彥旦旦

(福建省泉州市公安消防支隊，福建 泉州 362000)

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高層民用建筑消防給水系統的設計探討

黃冷雨，彥旦旦

(福建省泉州市公安消防支隊，福建 泉州 362000)

以高層民用建筑為例，探討了臨時高壓消防給水系統的初步設計、參數細化設計及常被忽略的細節，并結合工作實踐，提出了一些個人的觀點及建議。

高層民用建筑； 消防給水； 設計

1 引言

高層民用建筑一旦發生大火，不論是建筑內的人員展開自救還是消防隊員到場撲救，都依賴于建筑內的消防給水系統是否有效。假若這些系統失效，救火將陷入十分困難的局面。因此建筑消防給水系統在設計上要依照現行的《消防給水及消火栓系統技術規范》(以下簡稱《水規》)要求認真設計，為后期打下扎實基礎，從而為建筑的消防安全提供良好保障。

2 系統初步設計

2.1 確定消防用水量

2.1.1 確定室外消火栓設計流量

依據《水規》3.3.2條規定，建筑物室外消火栓設計流量不應小于表1的規定。

表1 建筑物室外消火栓設計流量(L/s)

當單座建筑的總建筑面積大于500000 m2時，建筑物室外消火栓設計流量應按本表規定的最大值增加一倍。單座建筑指地下室投影線范圍內的所有建筑(含地下室)，這些建筑的面積之和即為單座建筑的總建筑面積。

2.1.2 確定室內消火栓設計流量

依據《水規》3.5.2條規定，建筑物室內消火栓設計流量不應小于表2的規定。

表2 建筑物室內消火栓設計流量(L/s)

當建筑物室內設有自動水滅火系統全保護時，高層建筑當高度不超過50 m且室內消火栓設計流量超過20 L/s時，其室內消防用水量可按本規范表2減少5 L/s。

2.1.3 確定其他系統的設計流量

自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、自動跟蹤定位射流滅火系統等水滅火系統、水幕系統等應分別按《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084、《水噴霧滅火系統設計規范》GB50219等現行國家標準有關規定執行。

2.1.4 確定滅火時間

不同場所消火栓系統和固定冷卻水系統的火災延續時間不應小于表3的規定。

表3 不同場所的火災延續時間

自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、自動跟蹤定位射流滅火系統等水滅火系統的火災延續時間一般為1 h。防火分隔水幕和防護冷卻水幕的火災延續時間不應小于其設置部位墻體的耐火極限。

2.1.5 確定室內外用水量及總和

確定了各系統的設計流量以及火災延續時間后，即可分別計算出各系統的用水量。總用水量應按需要同時作用的室內、外消防給水用水量之和計算(兩棟或兩座及以上建筑合用時，取最大者)。

2.2 確定是否設置消防水池

如果給市政管網流量小于(或是用水高峰時小于)建筑室內外設計總流量，則無疑要設置消防水池。而即便不小于，若僅1路供水，對于室外流量大于20 L/s或高于50 m的建筑來說，也還是要設置消防水池。

2.2.1 無需設消防水池

在無需設置且未設置消防水池的建筑，室外消火栓管網可直接接入市政給水管網。

室內消防給水系統需要設置消防泵加壓。如自來水公司允許，則直接從市政給水管網吸水加壓。否則，需設置一吸水池過渡，吸水池的做法同消防水池，規范上對吸水池容積未作具體要求，筆者認為可參照取值50 m3。

2.2.2 需要設消防水池

消防水池容積分為以下兩種情況。

兩路供水時：消防水池容積=室內外總用水量-火災延續時間內的市政給水管網補水量。但不應小于100 m3，當僅設有消火栓系統時不應小于50 m3。

一路供水時：可以減免部分和全部的室外消防用水量，剩余的量(若未能全部減免)加上室內消防用水量，即消防水池容積。

可見，由于一路供水可靠性不如兩路供水，所以即使市政管網滿足室外用水量后還有補水能力，也不允許繼續折減。

2.3 室外消防給水系統

如由市政給水管網滿足室外消防用水量，可市政給水管網直接接入室外消防管網供水，但應采用兩路消防供水(除建筑高度超過54 m的住宅外，室外消火栓設計流量小于等于20 L/s時可采用一路消防供水)。其平時運行工作壓力不應小于0.14 MPa,火災時消火栓的出流量不應小于15 L/s，且供水壓力從地面算起不應小于0.10 MPa。

如由消防水池通過室外消防泵向室外管網供水，且需設置穩壓系統，保持最不利點消火栓栓口處的壓力不小于0.17 MPa，當靜壓降至0.10 MPa時，啟動室外消防泵。

2.4 室內消防給水系統

2.4.1 高位消防水箱的設置

高位消防水箱的有效容積應滿足初期火災消防用水量的要求，分有5檔：12 m3、18 m3、36 m3、50 m3、100 m3，詳見表4。

表4 消防火箱密積規定

注：高層公共建筑內設有商店建筑時，取較大值

2.4.2 分區供水

依據《水規》6.2.1條，符合下列條件時，消防給水系統應分區供水：1)系統工作壓力大于2.40 MPa；2)消火栓栓口處靜壓大于1.00 MPa；3)自動水滅火系統報警閥處的工作壓力大于1.60 MPa或噴頭處的工作壓力大于1.20 MPa。

當需要分區供水時：

高位水箱向低區管網供水上，一種是采用減壓閥減壓；一種是另設置一個位置較低的高位水箱(可設置在避難層上或同一小區內的較低建筑屋頂上)。筆者認為減壓閥維護不便，可靠性稍差。

消防水池向高區管網供水上，如系統壓力過高需串聯接力供水時，宜采用消防水泵轉輸水箱串聯形式。而轉輸水箱恰好可與低區的高位水箱合用，容積不小于60 m3。

3 系統重要參數細化設計

3.1 系統壓力流量要求

室內消火栓栓口動壓不應小于0.35 MPa，且消防防水槍充實水柱應按13 m計算。此外，消火栓栓口動壓力不應大于0.50 MPa；當大于0.70 MPa時，必須應設置減壓裝置(可采用減壓孔板減動壓，簡單可靠)。

同樣，其他系統的流量壓力也根據實際設計，供水系統應能滿足其要求。

3.2 高位消防水箱靜水壓力要求

高位消防水箱的位置應高于其所服務的水滅火設施，且最低有效水位應滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力要求。最不利點處室內消火栓栓口靜水壓力要求詳見表5。

表5 高位消防水箱靜水壓力要求

自動噴水滅火系統等自動水滅火系統應根據噴頭滅火需求壓力確定，但最小不應小于0.10 MPa。

通常情況下，高位水箱高度很難滿足系統最不利點處的靜壓要求(只有屋面高位水箱的水位高出建筑頂層最不利點消火栓口10米時，栓口處的靜水壓力才為0.10 MPa。這種情況除了高位水箱向低區管網供水外，是很少見的)。為此，應設穩壓泵增加并維持一定的壓力。穩壓泵宜與氣壓罐配合使用，可避免頻繁啟停。如此，很好地解決了高位水箱因高度相對不夠而導致的管網上層靜水壓力不足的問題。

3.3 穩壓泵的壓力流量

配合高位水箱滿足系統凈水壓力的穩壓泵，其設計壓力應保持系統最不利點處水滅火設施的在準工作狀態時的靜水壓力大于0.15 MPa。

穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統自動啟動流量；通常情況下，穩壓泵的設計流量宜按消防給水設計流量的1%～3%計，且不宜小于1L/s；穩壓泵的啟停由電接點壓力表控制，通過設置啟泵壓力值和停泵壓力值，使得施加于管網的壓力符合系統壓力要求，只在一個較小的合理的幅度內變化。

3.4 流量開關與壓力開關

沒有穩壓泵的消防給水系統中，應由流量開關直接起泵。沒有穩壓泵的系統，其高位水箱是高于最不利點消火栓10 m以上的。當最不利點的消火栓開啟時，流量也較大，足以保證流量開關會動作。與此同時，管網的壓力并不會隨著打開一個消火栓而明顯降低(因為有高位水箱充足流量的補給)，消防泵出水干管上設置的壓力開關不會動作。所以不能依靠此開關啟泵。

有穩壓泵的消防給水系統中，流量開關(流量開關應設置于旁通管上。否則穩壓泵的頻繁啟動，均會導致流量開關動作)只做報警信號，不直接起泵。因為在這樣的系統中，當最不利點的消火栓開啟時，由于此時穩壓泵增加的壓力幾乎被全部釋放(由于穩壓泵流量遠小于消火栓的設計流量)，所以，系統的壓力只剩下高位水箱施加的不足的壓力，消火栓靜壓和動壓都很小，流量也就不大，且大部分又是穩壓泵提供，經旁通管的流量更小，很難保證流量開關會動作。而恰恰在這樣的系統中，消火栓管網的壓力會隨著打開一個消火栓而明顯降低，壓力開關會可靠動作，從而，可以設計由消防泵出水干管上設置的壓力開關啟泵。

3.5 壓力開關設計啟泵壓力值

消防泵出水干管上的壓力開關，一般為電接點壓力表。當該點(該點指的是出水干管上安裝壓力開關的點)的壓力降到設定的啟泵壓力值時，啟動消防泵。這里要協調好消防泵、高位水箱及穩壓泵三者的關系。設計舉例：

在只有高位水箱施加壓力時，該點的壓力為H，穩壓泵運行時，該點的壓力增加到H+0.15 MPa。該壓力開關啟泵壓力設置為H+0.05 MPa，如此，當開啟消火栓后，穩壓泵增加的壓力幾乎被全部釋放，該點壓力迅速接近于只有高位水箱時的壓力H，低于設定的H+0.05 MPa，壓力開關動作，直接聯動消防泵，并通過反饋模塊向消控中心報警。

4 容易忽略的細節

4.1 水泵房的通風

筆者曾經遇到多個實例(有的是設計上的，有的是已經建好了的)：獨立建造的地下水泵房，僅在露天的地面上開個小口子，平常這個口子用一鐵蓋悶住，以防雨水。僅在使用時，才打開，從這個口子攀著一個鐵爬梯下去。這樣的水泵房沒有通風，十分潮濕，電氣設備受到腐蝕。

如安海鎮某幼兒園，最初水泵房就是這樣設計。后修改設計，將鐵爬梯改成樓梯，突出地面的樓梯出口小間開有窗戶，起到良好的采光通風作用，也方便了人員進出。

4.2 水泵房防水淹沒措施

設置擋水門檻，設置排水溝、集水坑及雙潛水泵排水(單臺潛水泵的排水流量不應低于消防水池的補水管流量)。

4.3 水泵控制柜的保護措施

當控制柜與水泵設置在同一空間時，其防護等級不應低于IP55(能滿足防塵防射水要求，因水泵房內有壓水管多，一旦因壓力過高如水錘等原因而泄漏，當噴泄到控制柜時，有可能影響其控制柜運行)。

當設置在專用消防水泵控制室時，其防護等級不應低于IP30(能滿足防塵要求)。

4.4 水泵控制柜設置機械應急啟泵裝置

對于機械應急啟泵，《水規》未詳細說明。筆者將消防泵的啟動可歸納為4類方式，見表6。

表6 啟動方式

第4類即機械應急啟泵裝置，無繼電器，只需徒手操作一手柄，直接合電閘，這種看似簡單落后的方式卻是最可靠的。當然，應做好絕緣和滅電弧的措施。因其是大電流的強電開關，必須由被授權的值班人員來進行。

4.5 水位顯示裝置

消防水池應設就地水位顯示裝置，同時要反饋至消防控制中心顯示。實際上，當前水池有安裝水位顯示裝置的是寥寥無幾。有了水位顯示裝置，十分方便日常對消防水池水位的檢查。

4.6 消防給水系統試驗裝置處專用排水設施。

常遇見到一些這樣的自動噴水滅火系統，有的末端試水裝置的出水未采取孔口出流的方式排入排水管道；有的水則是直接排向地板；有的則是排水管徑偏小(排水立管管徑不宜小于DN75，報警閥處的排水立管宜為DN100)。

對于需要經常試驗排水來保證前后壓差的減壓閥來說(減壓閥本不經常使用，如果亦未經常地試驗排水，其閥前向閥后合理滲漏一段時間后，導致前后壓差減少，使得減壓達不到要求，造成閥后的管網凈壓過大)，專用排水設施也是必不可少的。其排水管徑應根據閥流量確定，但不小于DN100。

4.7 消防泵流量揚程性能曲線

在滅火過程中，消防泵的流量是不斷變化的，其出水壓力也自然跟隨不斷變化。出水壓力隨著流量的增加而降低，反之升高。選擇消防泵時，應盡量選擇出水壓力相對平穩的消防泵，即流量揚程性能曲線平緩的泵：零流量時的壓力不應大于設計工作壓力的140%，當出流量為設計流量的150%時，其出口壓力不應低于設計工作壓力的65%。

4.8 水錘消除

一個快速奔跑的人突然撞向墻，會產生一個強大的力使得他瞬間止步于墻。同樣，流動的水突然被阻擋，也會產生一個強大的力使得水流瞬間停止，這個力就是水錘。在消防泵機組突然停車或閥門突然關閉時，就會產生水錘，引起管網內的壓力急劇升高或降低，對管道、閥門、水泵等造成破壞。

設計上，控制消防水泵出水管的流速：出水管的直徑不大于DN250時，其流速宜為1.5～2.0 m/s；直徑大于DN250時，宜為2.0～2.5 m/s；安裝超壓泄壓閥，其規格、型號應滿足管網壓力及安全的要求。緩開緩閉閥門也可減小水錘，可選用斷水速度慢的閥門如螺桿閘閥。消防水泵出水管上的止回閥宜采用水錘消除止回閥，當泵供水高度超過24 m時，應采用水錘消除器。出水管上設有囊式氣壓水罐，也可消除水錘。

4.9 埋地管道

應充分考慮管道的耐腐蝕能力、可能受到土壤、建筑基礎、機動車等其他附加荷載的影響以及管道穿越伸縮縫和沉降縫的影響，消防給水管道不宜穿越建筑基礎，當必須穿越時，應采取防護套管等保護措施。經常發生一些建筑管道漏水而停用消防給水系統，漏水點恰恰在維修十分困難的埋地管道上。

4.10 消防取水口(井)

消防取水口(井)的設置。有幾種做法。如設置室外取水井并用連通管與消防水池連接。或設置室外消火栓并用連通管與消防水池連接，連通管的管徑經水力計算確定。

當采用后一種做法時，取水口的這個室外消火栓應作明顯標記，因為其有別于其他普通室外消火栓。(其他室外消火栓是連接室外消火栓管網的，供水壓力從地面算起不小于0.10 MPa，水可直接通過消防水帶自流到消防車的水箱。而取水口的這個室外消火栓只連通消防水池，無壓力或靜壓低，消防車須通過吸水管連接，啟動車載泵吸水。)

取水口(井)應設置在消防車道或救援場地邊上，便于消防車吸水。吸水高度不應大于6.0 m(設計時還應考慮消防車吸水接口離地高度)。取水口(井)與建構筑物應有足夠的距離，以防這些建構筑物的火勢威脅和高空墜物。

4.11 室內消火栓設置

應首先設置在樓梯間及其休息平臺和前室、走道等明顯易于取用以及便于火災撲救的位置。尤其是樓梯間及其休息平臺和前室(消防電梯前室、防煙樓梯間前室、合用前室)的消火栓，十分必要，當建筑起火時，這是一個相對安全的地方，消防隊員在這里設置進攻火災的橋頭堡是合適的，也便于補給和消防隊員的輪換。

5 結語

高層民用建筑的消防給水系統設計，應在初步設計中，結合建筑實際情況，充分考慮安全可靠性的要求，確定出一個合適的系統方案，然后再對這個方案進行重要參數的細化設計，并在設計中注重那些易被忽略的細節。

[1]中華人民共和國公安部.GB 50974-2014 消防給水及消火栓系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2]中華人民共和國公安部.GB 50084-2001 自動噴水滅火系統設計規范(2005年版)[S].北京：中國計劃出版社，2005.

2016-08-03

黃冷雨(1978—)，男，工程師，主要從事消防安全工作。

TU532

A

1674-9944(2016)18-0122-04