工業廠房給排水與消防設施設計要點研究

李書恒，鄧景順，寇安

（中國建筑第二工程局有限公司，沈陽 110000）

1 引言

隨著我國工業化水平的不斷提高，工業廠區不斷增加，在發展過程中，火災對廠區經濟發展造成的不良影響尤為嚴重，僅2022年上半年，全國范圍內的火災接報次數已超過4.9萬起，并且受到季節和疫情影響，工廠和工地等區域的火災風險不斷上升，在第一、第二季度分別上升33.2%和23.3%，直接或間接造成經濟損失數以億計。為降低火災影響，應加強火災預防和控制，合理構建工業廠房中的消防系統。

給排水與消防設施設計過程中，國外重點關注節約用水和消防系統滅火系統設計，美國專門針對工業用水設置相應的管理條令，要求提高生產用水的重復利用率，提高水循環利用效率。日本的一些工業廠房內設計了雨水回用系統，并設置了相應的雨水存儲系統。英國的一些工業廠房建筑上設置了專門的雨斗，加強了雨水排放效果。針對消防系統的設計，美國FM公司設置了ESFR噴頭系統，加快了火災響應速度，有利于提高滅火速度。我國逐漸加強了對工業節約用水的重視，并研發了重力流屋面雨水排水系統和虹吸雨水系統等，以促進雨水排放。針對消防系統設計，增加了固定消防炮滅火系統以及穩高壓消防給水系統。相比普通的給排水系統，該系統能為消防系統提供穩定高壓，使消防水流的流量和揚程在長時間內保持穩定，從而有效提高火災撲滅的速度。

2 工業廠房給排水系統與消防系統的特點

工業廠房是指廠區內部用來生產和輔助生產的建筑，廠區內的廠房種類較多，一般可以按照建筑高度進行分類，見表1。

表1 廠區工業建筑分類

廠房的建筑特點包括以下幾點：（1）用水分類多，廠區用水類型主要包括生產用水車間用水、生活用水和消防用水等，具體類別較為復雜，如圖1所示，使給排水系統設計難度相對較大。（2）工業用水量較大。我國工業用水量超過整體社會用水量的20%，因此，節約用水具有十分必要的作用。（3）廢水發放問題。工業生產廢水中可能含有大量的有害物質，無法直接排放，需要進行處理后排放或循環使用[1]。（4）雨水排放量大。建筑工廠中1層建筑或低層建筑較多，因此，廠區建筑面積較大，下雨時雨水排放和管理較為困難。（5）消防系統復雜。廠區內部空間格局復雜，并且存在大量機械設備，一旦出現火災，其蔓延速度較快，影響十分大，導致消防系統的設計難度非常大。由于給排水系統與消防系統的相似度較高，因此，在設計時可以結合廠房具體情況合理設計，提高給排水系統和消防系統的實際應用效果。

圖1 工業用水分類

3 工業廠房給水系統設計

工業廠房給水系統設計的過程中，常見的給水方式包括5種：（1）直接給水。在廠房中直接安裝水管網和水龍頭，完成供水。該方式較為簡單，且成本較低，但出現故障時影響較大。（2）屋頂設置水箱。利用廠房屋頂構建水箱等設施，需要將供水管道與水箱連接，并在室內設置水管網，與水箱連接。由于水箱中能儲存一定量的水，若出現供水不穩定或停水，能起到緩解作用，提高供水穩定性。但該方式對樓頂的壓力較大，并且水箱需要定期清理殺菌，以免影響水質[2]。（3）氣壓給水。該方式利用氣壓水罐儲水，借助氣壓和水泵試下壓力，使水管網中水流保持穩定運輸狀態。該方式較為靈活，且能夠提高供水穩定性，但缺乏可調節性。（4）變頻調速供水。該方式的使用較為廣泛，利用變頻控制器、水泵控制水口和管網壓力，在調節水泵時控制水的流速和啟停。為使變頻調速裝置效果得到提升，可以在系統中增加自動控制裝置和壓力傳感器，根據傳感器控制水流情況保障管道的穩定性。（5）疊壓供水。該技術由日本率先研究并推行，在使用時管網受到的壓力較低，因此，在其中設置了穩流補償器，提高系統的調節和使用效果。

在給水系統設計時，為使其與廠方需求更加契合，可以使用層次分析法選擇給水系統。通過構建矩陣網絡，完成子項對比和分析，分析權重后得到最優方案。應用層次分析法時，首先，應建立層次模型，并劃分不同層次的矩陣，再結合權重進行分析對比。由于不同層次之間直接關聯，在此基礎上對比不同元素的權系數，將元素層次設置為A、B兩層，將B層的元素比較后得到標準值bi，j，其矩陣模型為：B=（bi，j）m×n。利用軟件計算該矩陣中的最大值以及特征向量，該特征向量為對A元素的權重值。

矩陣中權重最大值為：λmax

特征向量為：w=（w1，w2，…，wm）T

對矩陣內的基數進行一致性判斷，并計算一致性比率，在結果小于0.1時，證明該給水系統的使用效果能夠滿足實際需求。

式中，m為特征向量數量；n為基數數量；RI為參數，取固定值，見表2。

表2 RI取值范圍

4 工業廠房排水系統分析

工業廠房排水系統主要分為3種：

1）為消防排水。設置消防系統時，應保障系統壓力大于0.35 MPa，以滿足消防需求。同時設置消防輸泵房，在房內設置集水坑和水泵。集水坑中的水主要來自設備遺漏水、溢流水、消防廢水和泄空水。其中，設備遺漏水量相對較小，可以忽略不計。計算溢流水時，需要計算進水管管徑，并結合管徑計算進水流量。計算公式為：

式中，Qv為消防集水坑容積，m3；Q為體積流量，m3/s；T為集水池補水時間，s；v為進水管流速，m/s；d為進水管直徑，m。

泄空水進行計算，得到具體流量情況，分析消防集水坑使用過程中是否能夠滿足消防需求。

2）消防對水的需求量較大，一般情況下應超過12 000 m3，為避免其占地面積過大，相當一部分化工企業使用事故水罐進行存水，以提高后續的使用便捷性。

在設置事故水罐后需要計算其容積，其內部水的主要構成為被污染的消防水和匯集的雨水等，計算容積時使用公式：

式中，V為事故水罐排水容積，m3；V1為被污染的消防水，m3；V2為可用的消防水量，m3；V3為轉存原料量，m3；V4為廢水量，m3；V5為收集雨水量，m3。

3）雨水排放。廠房一般使用重力流雨水完成雨水的排放工作，由于其實際使用效果較虹吸壓力雨水排水系統差，使當前虹吸壓力排水系統受到較大關注。但由于虹吸壓力裝置的成本相對較高，使其在實際應用中的使用頻率不足。

構建排水系統時，應結合廠房實際情況進行分別設計和分析，針對不同需求完成相應的造價管理，并合理設置相應的排水系統，加強排水效果。

5 工業廠房消防系統設計

工業廠房火災危害較大，通過了解火災性質特點，優化消防系統的設計效果，可以提高廠房建筑的安全性[3]。工業廠房的整體占地面積較大，在構建消防系統時應結合力構建不同層次。以某工業廠區為例進行分析，由于廠區空間較大，在設計給排水消防系統時難度較大，需要建立層次模型，借助模型進行分析，在模型基礎上構建判斷矩陣，分析論證設計方案。

利用計算機計算判斷矩陣得到相關權重結果，并進行判斷，能了解到消防滅火系統的可靠性的重要性較強，基于此，為使消防泵的使用效果達到進一步提升，需要對系統結構進行合理設計。

首先，設計穩壓泵裝置時，應確保其供水壓力不低于0.1 MPa，自動噴水裝置應與噴頭一致，盡量大于0.1 MPa，以保障噴水揚程和滅火效率，同時符合相關要求。在消防系統中設置消防儲水箱，并設置穩壓泵，穩壓泵從消防水箱吸水，同時安裝智能控制系統，在發生火情后，自動識別并自動啟動消火栓和穩壓泵，實現自動噴淋滅火。

其次，設計消防水泵接合器。當前水滅火方式主要包括自動噴水系統、水噴霧滅火系統以及消防炮滅火等系統運行過程中，需要使用接合器水泵和消防系統結合，完善系統設置。增加消防水泵接合器能夠幫助緩解消防通道長度不足的情況，在發生火災后，能利用接合器快速與消防系統銜接，實現快速滅火，同時緩解消防車的壓力。

最后，構建自動噴水滅火系統。廠房中的物品燃燒難易程度不同，因此，儲存時應進行分類存放，以避免互相影響，使火災的危險性增大。一般情況下，若廠房面積大于300 m2，應在室內安裝消火栓系統，并合理設置相應的消防管道；若室內面積超過1 500 m2，應設置自動噴水滅火系統，以滿足實際的消防需求。進行自動噴水系統設計時，需要搭配火災自動報警系統，在廠房中安裝傳感器，監督和識別火災信號，并上傳到系統中，系統識別火災位置并控制該區域自動噴淋系統運行，完成滅火工作。

6 結論

綜上所述，本文充分結合廠房建筑特點進行分析，對建筑中給排水系統和消防系統進行合理設計。得到以下結論：

1）為提高廠房供水效果，應通過層次分析法選擇恰當的給水方式，以提高實際的供水效果。

2）在排水系統設計過程中，應分析不同的排水需求，合理優化排水系統，從而降低水資源浪費現象。

3）為提高消防系統的實際保護效果，應在廠房內增設自動噴淋系統，并安裝傳感器和自動控制程序，以充分提升室內火災撲滅效果。

在未來的發展中，應進一步分析和研究雨水回收再利用系統，提高雨水的利用率，從而加強水資源節約管理效果。