高層建筑消防給水系統的設計與應用

王建棟

摘要：為解決傳統消防給水系統在高層建筑中適配度較低、應用范圍受限、滅火可靠度不高的問題，開展對消防給水系統的重點研究。通過選取消防給水系統組件配置、計算高層建筑最不利點消火栓給水壓力、基于高層建筑結構布置水泵吸水管，設計了一種全新的適用于高層建筑的消防給水系統。通過實例應用分析可知，新的消防給水系統應用后，各組件運行狀況均滿足高層建筑火災滅火需求，且在火災危險源面積逐漸擴大的趨勢下，滅火所需消防用水量較少，具有較高的可靠性與經濟性。

關鍵詞：高層建筑；給水系統；設計；應用

中圖分類號：TU892? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）11-0097-03

高層建筑與普通建筑在結構、建筑功能、人員密集程度等方面均存在一定的差異，相對來說，高層建筑中的可燃物較多[1]。一旦高層建筑發生火災，火勢會在短時間內快速蔓延，極易形成立體式火災[2]。傳統的消防給水系統在高層建筑應用中仍然存在不足，主要體現在無法根據不同的建筑結構、建筑高度，采用適配度較高的供水方式，降低了消防給水的效率[3]。基于此，本文以某地區M高層建筑為例，設計了一種全新的消防給水系統，以期為高層建筑的安全提供保障。

1 高層建筑消防給水系統的設計

1.1? 選取消防給水系統組件配置

組件配置作為消防給水系統高效運行的重要組成部分，對提高消防給水系統滅火、噴水的效率具有較大影響[4]。因此，本文首先對消防給水系統組件配置進行選取與設計，為系統運行提供基礎保障。

消防水槍的有效射程直接決定著能否對火災進行有效處置[5]。應當根據高層建筑各個樓層的實際高度，對水槍的有效射程進行計算，公式為：

其中，H_a表示高層建筑的層高；H_b表示消防給水系統中消火栓的安裝高度；β表示水槍使用中根據火勢變化的上傾角度。在消防用水充足的狀態下，根據水槍的有效射程計算結果，可選取匹配度較高的水槍[6]。

應當選取保護半徑接近高層建筑滅火需求的消火栓。消火栓保護半徑計算公式為：

其中，M表示消火栓水帶在使用中對應的彎曲變化系數；l_s表示消火栓中水帶的長度；h_q表示水槍噴水時的投影距離。選擇保護半徑適合的消火栓，并將消火栓布置在高層建筑各個樓層中方便取用的位置，控制消火栓布置間距不超過30m。

為了節約建筑地面用地面積，本文選取地下箱式消防貯水池，將其布設在地下室內，滿足消防水泵自灌的要求。綜合考慮高層建筑的用水量分配情況，選擇消防用水的儲存方式，避免消防用水長年不使用，出現變質的問題[7]。為了保證消防貯水池內貯存水量符合高層建筑消防給水的需求，對消防貯存水量進行計算，公式為：

式中，M_x表示高層建筑室內與室外滅火時所需的消防用水量之和；M_t表示高層建筑所在區域管網能夠為消防給水系統補充的水量；Z_n表示高層建筑發生火災的延續時間。根據貯存水量計算結果，設計消防貯水池結構，保證其用水量分配符合高層建筑的需求[8]。

1.2? 計算最不利點消火栓給水壓力

在上述高層建筑消防給水系統組件配置選取設計結束后，接下來，對消火栓給水系統進行全方位的計算，獲取高層建筑最不利點消火栓給水所需的壓力。首先，繪制高層建筑消火栓布設位置圖，確定距離消防泵最遠的消火栓。選取消防給水系統中的獨立消防立管，對其運行過程中消火栓的流量進行分析。在此基礎上，設定消防給水系統中水槍的最小噴射流量為Q_a，水槍出水量為Q_c，則最不利點消火栓給水壓力的計算公式為：

其中，U_s表示高層建筑中最不利點消火栓對應的給水壓力；A_s表示高層建筑中最不利點消火栓栓口處能夠供給的水壓。給水壓力計算結果，可反映消火栓水頭損失的情況。在此基礎上，校驗消防水箱的安裝高度，設置增壓設備，提高消火栓給水壓力，使最不利點消火栓的給水壓力滿足高層建筑滅火最低水壓的要求，為消防給水系統的高質量運行提供保障。

1.3? 基于高層建筑結構布置水泵吸水管

高層建筑中最不利點消火栓給水壓力計算結束后，添加了增壓設備，滿足了消防給水系統滅火的給水壓力要求。接下來，根據高層建筑結構與各個樓層的建筑功能，設計消防給水系統水泵吸水管的布置形式，全方位提高消防給水系統滅火的效率。

由于高層建筑結構較為復雜，對建筑功能的要求較高，且存在大量的可燃性物質。因此，本文認為水泵吸水管的布置應當設置兩條，使消防滅火的可靠性得到顯著提升。消防給水系統水泵吸水管布置如圖1所示。

如圖1所示，確定兩個消防貯水池的間距，在相鄰貯水池中間位置處分別布置兩支吸水匯管，且在吸水匯管周邊設置消防備用泵與消火栓泵，使兩支吸水匯管連通消防貯水池。在消防給水系統水泵吸水管布置結束后，對其結構的可靠度進行計算，公式為：

其中，R_m表示消防貯水池運行可靠度；R_a表示吸水管運行可靠度；R_b表示匯水管可靠度；R_c表示水泵運行可靠度。根據水泵吸水管布置結構可靠度設置穩壓泵與消火栓管網，全面提高消防給水系統供水的可靠度。當高層建筑發生火災時，保證失火點所在樓層以及失火點上下樓層能夠快速打開消火栓，其對應的水泵吸水管能夠提供充足的供水。

2 高層建筑消防給水系統的應用

選取某地區M高層建筑為研究對象，該高層建筑總建筑面積約為45.25萬m²，消防最大供水高度超過145m，需要使用多個消防水泵。將上文設計的消防給水系統應用到M高層建筑中，對消防給水系統的可行性及應用效果進行驗證。

根據M高層建筑消防管網運行所需的水壓，計算消防給水系統管道單位長度下的水頭損失，公式為：

其中，C_r表示消防給水系統立管流量系數；d_e表示管道計算內徑大小；q_g表示管道流量。根據計算結果可知消防給水系統在實際運行過程中的管道水頭損失情況，基于損失情況，調節消防給水系統中消防泵的加壓供給方式。在此基礎上，采用Flowmaster軟件建立高層建筑消防給水系統流體網絡模型，用于檢驗消防給水系統各組件運行效果。根據模型運轉結果可知，各個組件模擬運行流量與理論流量之間相對誤差較小，滿足高層建筑滅火需求。

為了更加直觀地驗證上文設計的消防給水系統的可行性，采用對比分析的實驗方法，將上文設計的消防給水系統與文獻[1]、文獻[5]設計的消防給水系統進行對比。分別將三種消防給水系統應用到火災模擬中，測定不同火災危險源面積下消防給水系統滅火所需的用水量，對比結果如圖2所示。

根據圖2的對比結果可知，在高層建筑火災危險源面積不斷擴大的趨勢下，本文設計的消防給水系統與另外兩種消防給水系統相比，滅火所需的消防用水量較少，具有明顯的可靠性與經濟性優勢。

3 結語

通過高層建筑消防給水系統流體網絡模型檢驗結果可知，在模擬火災中，消防給水系統各個組件模擬運行流量與理論流量較接近，相對誤差較小，組件運行狀況均良好，滿足高層建筑火災滅火的需求。

通過圖2消防給水系統用水量對比結果可知，在高層建筑火災危險源面積逐漸擴大的趨勢下，通過本文設計的消防給水系統，能夠使用較少的消防用水完成滅火任務，具有較高的可靠性與經濟性優勢。

參考文獻：

[1]汪波，鄭雪梅，王靖華.超高層建筑群消防給水系統設計優化探討[J].給水排水，2022，58（5）：93-98.

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[8]李嵩.超高層建筑群區域消防給水系統分析[J].建筑技術開發，2020，47（16）：138-139.

Design and application of fire water

supply system for high-rise buildings

Wang Jiandong

（Fulaishan Sub-district Office of Yantai Economic and Technological Development Zone， Shandong Yantai 264006）

Abstract：In order to solve the problems of low adaptability， limited application range and low fire extinguishing reliability of traditional fire water supply systems in high-rise buildings， the key research on fire water supply systems was carried out. By selecting the component configuration of fire water supply system， calculating the water supply pressure of the fire hydrant at the most unfavorable point of the high-rise building， and arranging the water pump suction pipe based on the high-rise building structure， a brand-new fire water supply system suitable for high-rise buildings is designed. Through the application analysis of examples， it can be seen that after the application of the new fire water supply system， the operating conditions of each component meet the fire extinguishing needs of high-rise buildings， and under the trend of gradually expanding the area of fire hazard sources， the fire water consumption required is less. The new system has higher reliability and economy.

Keywords：high-rise building; water supply system; design; application