建筑消防給水系統設計的探析

江曉耀

廣州建筑產業開發有限公司 廣東 廣州 510000

引言

建筑物根據不同建筑的用途，火災的危險性，火災的特性，以及環境條件和重要性等因素綜合考慮確定消防給水、消防設施系統的設計，使其既符合相關標準要求，確保消防系統及設施安全可靠，又同時不影響功能需求、建筑設計、裝修的效果。消防給水系統設計質量，對保證整個建筑消防的安全性、可靠性和經濟性有著十分重要的現實意義，因此需通過確保消防給水系統設計，充分的發揮消防給水系統在不同建筑中的作用。

1 工程概況

國際花城四期四區項目，分兩個階段設計，同步施工驗收。第一階段包含1～6#住宅及相應的地下室。1#、2#、5#、6#住宅地上32層，首層架空，其余樓層均為住宅，建筑高度為94.90m，按一類高層住宅設計；3#、4#住宅地上26層，首層架空，其余樓層均為住宅，建筑高度為77.50m，按一類高層住宅設計；地下一層為帶設備用房的汽車庫，且局部為人防。第二階段包括7-12#住宅、13-14#商業及相應的地下室。7-12#住宅地上32層，首層架空，其余樓層均為住宅，建筑高度為94.90m，按一類高層住宅設計；13～14#商業為單層獨立商業，建筑高度為6.20m，按單層公共建筑設計。

2 消防用水量

項目的消防設計范圍包括：建筑紅線以內的室外消火栓系統、室內消火栓系統、噴淋系統等，消防用水量經計算后按最大用水部位即車庫的選用，最大水量如表1。表中按以下參數計算：室外消火栓流量為20L/s，室內消火栓流量為10L/s，消火栓火災時間2h，自動噴淋流量為75L/s，火災時間1.5h。

表1 消防用水量（m3）

室外消防由市政壓力直接供水，室內消防由消防水池供水。項目消防給水系統中的管網，室外消火栓系統按25L/s設計，室內消火栓系統按20L/s設計。

3 室外消火栓系統

室外消火栓系統按市政供水采用，在四期一區北側市政管網引入一條DN200管，東南側環鎮北路市政管引入一條DN300供水管，滿足兩路水源要求。由上述引入管上分別引入一條DN200管作為本項目的消防水源，沿車庫內上方敷設DN200室外消防環管。由于市政供水穩定，本工程室外消火栓系統設置成獨立的室外消防給水系統，充分利用管網水壓，消防水池未需儲存室外的消防水量，可減少消防水池容積，且市政直供未受水池水量影響，能有效持續提供室外的消防用水，增強滅火性能，同時無須設置室外消防取水口、室外消防水泵及穩壓措施，降低室外消防系統的復雜性，總體也降低造價，提升了安全性。本項目室外消火栓系統設計時要注意以下幾個問題。首先，室外消火栓供水管網按不小于0.14MPa運行工作壓力設計，火災時每個室外消火栓的自由水壓按不小于0.10MPa設計。從不同主道的市政給水管網接入2根引入管，并接至室外消火栓系統的環狀消防管網，且任一條斷流時，剩余的引入管仍可滿足系統消防設計流量，同時消防給水管道的直徑須根據流量，流速及壓力按標準計算確定，但不小于DN100。消防給水管道按每段內連接不大于5個室外消火栓原則設置閥門，并將管網分成多個獨立管段。當然，室外消火栓需圍繞建筑布置均勻，且不集中于建筑的一側布置，當有建筑的消防撲救面時，在其一側布置至少2個室外消火栓，同時室外消火栓應設置在不易機械撞擊的地方或采取防撞防護措施。建筑小區一般在住宅下方設有大底盤車庫，車庫頂板上方覆土深度約1.5m，部分設計將室外消火栓管網敷設在該覆土區域，這種敷設方式并不與規范沖突，設計可以按照埋地消防管道的設計要求，選擇耐腐蝕管材及相應接口方式。

4 室內消火栓系統

室內消火栓系統按臨時高壓消防給水系統設計，分高低兩區，1層以下（含1層）為低區，由消防泵組減壓后供水，首層以上為高區，由消火栓泵組直接供水。項目室內消火栓系統包括消防水池、室內消火栓、給水管網、消防水泵組、供重力穩壓的高位消防水箱、水泵接合器和控制系統等組成。消防水泵房設于地下一層，消防水池有效容積不小于477m3。高位水箱設于1＃樓頂，水箱有效容積為18m3。消防水池安裝液位計，滿足就地明顯讀取水位信息，同時設計液位傳感器，并把消防水池水位信息向消防控制室傳輸，方便相關工作人員對水位實時掌握及響應。消防水池設置最高報警水位和最低報警水位，同時設置自動向消防控制中心報警的水位（一般低于設計最高水位的50～100mm）。室內消火栓采用2臺立式離心泵，一用一備，泵組設2條單獨的吸水管伸入消防水池的吸水槽內，吸水管喇叭口低于消防水池最低水位1.8m，水泵出水口低于最低有效水位，滿足自灌吸水，且水泵進口段采用偏心異徑管，避免形成氣囊。消防水泵組出水接入泵房內單獨的高區室內消火栓環管，環管上設計水錘消除器，泄壓閥等裝置，同時由該高區環管設2根輸水主管向車庫內的高區室內消火栓環狀管網供水，每根輸水管按供應20L/s的流量設計。此外，泵房內的高區室內消火栓給水環管另設2根輸水主管，并經減壓閥組減壓后與車庫內的低區室內消火栓環狀供水主管相連接，當任1根輸水主管檢修時，其余輸水主管應仍能提供20L/s的流量。泵房內設置減壓閥組時，每條輸水管設置并聯的2組減壓閥組，每組減壓閥組設置閘閥、過濾器、前后自帶壓力表的減壓閥、閘閥、安全閥，同時設置流量測試接口。室內消火栓系統真正實現高效率的初期控火，主要是對其消火栓中的“充實水柱”是否真正達到著火點的參數來進行判斷[1]。室內消火栓中，由于塔樓為高層住宅，則按栓口動壓≥0.35MPa，且水槍充實水柱≥13m計，而車庫內的消火栓，栓口動壓按≥0.25MPa、水槍充實水柱≥10m即可。各層中消火栓栓口出水動壓力大于0.5MPa時設置減壓孔板，減壓后出口壓力不得小于0.35MPa。減壓孔板只能減動壓，是利用水流經過孔板時產生的局部阻力，實現減壓的一種構造簡單、價格低的減壓裝置。由于減壓孔板水損計算較為簡便，所需的安裝尺寸也較小且便于安裝，因此，在消防給水工程配水管道上，減動壓通常采用的是減壓孔板[2]。

5 自動噴水滅火系統

地下室除了不適合用水撲救的部位外，均按中危險II級布置自動噴水。自動噴水采用帶濕式報警閥的系統，也是采用帶高位水箱及穩壓的臨時高壓給水系統。項目中報警閥組設置于給排水專用的設備房間內，設計中報警閥組控制的最多的灑水噴頭數為756只，滿足要求，連接報警閥進出口的控制閥采用信號閘閥，報警閥組前并聯設計為環狀給水管道，且環狀供水管道由泵房的噴淋泵組設置的兩條輸水干管接入。每個報警閥組僅供水服務于地下室，其最高與最低位置均在車庫內的灑水噴頭高程差不大于2m，滿足不大于50m的要求。報警閥組中的水力警鈴要求工作壓力≥0.05MPa，其位置設置于專用給排水設備間靠近公共通道的外墻上，且通過DN20的管道與報警閥連接，連接管最長為10m，滿足不大于20m的標準。專用給排水設備間內設置專用排水溝及專用排水管，排至附近車庫集水井，以滿足試水或者拆卸維護時等情況的排水要求。自動噴水系統、室內消火栓系統設計為共用梯屋面高位消防水箱，能滿足系統初期用水及穩壓要求。由于項目中高位水箱設置于高層建筑梯屋面上，而僅在車庫內設置噴淋，屋面與車庫高差將近100m，噴淋系統靜壓較大，故在穩壓管接入報警閥組前環管時設置2組并聯的減壓閥組，閥后壓力為0.50Mpa，滿足系統穩壓要求。每組減壓閥組組成與消火栓中相同，其中過濾器采用孔網直徑大于5目/cm2的、銅質的、過流面積為管道截面積4倍的Y型過濾器，而采取的減壓閥為要求不氣堵不氣阻的帶鎖定閥位的比例式減壓閥。系統中，1個防火分區設置1個信號閥及1個水流指示器，同時每個防火分區系統最不利點設DN25試水閥（報警閥組最不利時為末端試水裝置）。末端試水裝置設置試水閥、壓力表以及流量系數為80的試水接頭，并自由出流至漏斗排入排水管道，最終排至車庫集水井。

6 消防水泵控制

在平時，消防水泵設計為自動啟泵狀態，提高消防給水的可靠性和滅火的成功率。消防水泵應由專業的工作人員結合滅火情況確定停泵。設置自動停泵控制，這樣可能造成火災撲救的失敗或挫折，對于仍在現場撲救的人員而言，突然自動停泵更會帶來不可預估的危險，因此不能設置消防自動停泵。消防泵的啟動應有自動啟動、泵房和專用線路連接的控制室內手動啟泵兩種方式。

室內消火栓系統的消防泵利用消防水泵出水總管上壓力開關、天面消防水箱出口流量開關自動控制啟動。設置高位消防水箱穩壓但不設穩壓泵的臨時高壓室內消火栓系統中，尤其是高低區共用高位消防水箱的低區系統，0.07～0.10Mpa的壓力差值較大，當高位水箱中的水用掉一半，壓力開關的壓力值也只下降約0.01MPA，但達到這個下降值的時間卻是漫長的，是無法接受的。可見，這類系統單獨靠水泵出水管上的壓力開關自動啟泵是困難的，因為高位水箱水位下降緩慢，從而出水管的壓力開關中的壓力值也下降緩慢，導致壓力開關遲遲不能發出啟泵信號。對此，高位消防水箱穩壓的室內消火栓系統，消防水泵必須還要有更可靠的自動啟泵控制器件，這就是流量開關（高位水箱的出水管設置），流量開關啟泵流量初始設置1.33L/s，大于系統泄漏量。

自動噴水滅火的系統利用消防水泵出水總管上壓力開關、天面高位水箱的出口流量開關自動控制啟動外，同時另設置也由報警閥組中壓力開關等其他設計信號能直接有效自動啟動水泵。自動噴水滅火系統設置流量開關啟泵，在有些情況下會對系統造成負面效果[3]。自動噴水滅火系統加設流量開關啟泵，出發點為增加一個啟泵控制，啟泵會更加安全和可靠，但同時應該認識到，不能僅僅設置靠流量開關啟泵。第一，這樣的控制有可能不會及時啟泵，如一個噴頭動作時流量開關未必會動作、發出啟泵信號，不像報警閥那樣一個噴頭動作后其壓力開關必須動作發出啟泵指令。對此，自動噴水滅火系統的水泵不可僅設流量開關自動開啟，必須還要有更可靠的能及時啟泵的控制器件，比如壓力開關進行啟泵。第二，流量開關有可能會誤啟水泵，即沒有火災、噴頭沒有動作情況下啟動水泵。上述2種情況取決于自動噴水滅火系統實際運行時一個噴頭動作時實際管網流量與初始流量開關設定值差值關系，所以實際運行時流量開關設定值還需根據現場系統實際運行情況合理調試設定。

7 結束語

建筑消防給水系統設計時，應根據建筑功能復雜、人員較密集、火災撲救有一定難度等特點，結合自動噴水滅火系統能在早期有效撲滅起火點、具有滅火成功率高的優勢，結合室外消火栓系統同室內消火栓系統是消防隊員和建筑物內人員進行滅火的重要消防設施，以及其對提高滅火成功率、保障財產及生命安全的重要性，要充分考慮和確保消防給水系統設計質量，確保系統的供水能力和安全可靠，并根據不同場所確定滅火系統的選擇，合理劃分消防給水各系統分區及各自控制系統，不能因為經濟或美觀等原因影響消防給水系統的安全可靠性。