地下空間消防排水量淺析

【摘要】消防滅火系統啟動時會造成地下空間積水，對火災區域造成二次傷害，并影響消防救援。通過分析現行規范與地方規定，結合相關論文研究，并通過理論計算分析，給出不同業態及功能的地下空間消防排水的建議算法。

【關鍵詞】消防排水； 地下空間； 集水坑設置

【中圖分類號】TU96+1A

0 引言

地下空間是指屬于地表以下所建設的建筑（構筑）物，包含地下商業，地下車庫，地鐵等建筑空間。地下空間通常無法通過重力流排除積水，只能通過增設排水泵的方式提升排放。對于地下空間雨污水的提升排放，相關規范已有詳細的設計原則，但對于地下消防排水，規范卻沒有具體要求。郭汝艷等［4］編著的《建筑給排水設計統一技術措施2021》提出一般地下室的消防排水量沒有特殊要求，只要設有排水泵即可；蔣濟元［5］在其《高層民用建筑消防設計中幾個問題的探討》一文中提出設計中按開啟兩只消防水槍的流量10 L /s，加上70%的自動噴水滅火系統流量來計算消防排水量。針對各方觀點，本文通過對各方資料分析及場景模擬計算，對地下空間消防排水進行定量分析。

1 現行規范、規定

關于地下消防排水，GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統技術規范》規定：消防電梯的井底排水泵的排水量不應小于 10 L /s［1］。本條文的提出，是為保證消防隊員能快速抵達著火地點，須保證消防電梯在消防系統啟動時也能正常使用，此時消防排水考慮火災初期的滅火用水，排水量為2只5 L/s的水槍同時開啟用于消防滅火時的流量。規范雖然對消防電梯排水有具體參數要求，但是對整體地下空間如何在消防系統工作狀態下做到防淹卻沒有要求。

GB 50098-2009《人民防空工程設計防火規范》規定：設置有消防給水的人防工程，必須設置消防排水設施，一般消防排水量可按消防設計流量的80%計算，采用生活排水泵排放消防水時，可按雙泵同時運行的排水方式設計［2］。本規范對于人防工程的消防排水是有較為完善的要求，但民用建筑是否參照此條執行，并無明確說法。

針對消防排水，各地區也紛紛出臺了地方規定，現將其總結列詳見表1。

從表1可以看出，在制定各地方規定時，基本都是遵從安全這一原則，盡量減小因消防滅火帶來的損失。但同樣的，各地要求各不相同，如何去選擇合適的消防排水量，就須從火災發生時開始分析。

2 消防排水量分析

從上述各地規定可以看出，地下空間消防排水有兩個關鍵點，一是消防排水區域的確定，二是在消防排水量和消防設計流量的關系。

2.1 消防排水區域的確定

關在火災發生時，各防火分區封閉，通過防火墻、樓板及其他防火分隔設施能在一定時間內防止火災向同一建筑的其余部分蔓延，此時每個防火分區形成單獨的積水區域。是否把防火分區作為消防排水區域，關于這點，各方觀點尚有爭議。徐東喜［6］在《民用建筑水消防設計中幾個問題的探討》一文中提出防火分區的消防排水不宜流入相鄰防火分區；賴琪峰［7］在《地下室排水泵和集水池設計探討》一文中以整體地下室面積進行消防排水計算。在火災發生初期，火災自動報警系統聯動控制系統，消防系統啟動的同時防火門與防火卷簾關閉，各防火分區形成單獨封閉的區域。若此時不同防火分區消防廢水可漫流且共用排水設施，則需考慮不同防火分區的排水連通問題，會涉及防火封堵等一系列問題。為了不引起其他防火方面的問題，將各防火分區單獨看做積水區域，各防火分區間不能形成漫流是較為合理的。

2.2 消防排水量的確定

在總結了多方關于消防排水量計算方法后，現列出較為常用的4種算法：（1）地下空間嚴格不允許積水時，消防排水量按消防設計流量的100％計算；（2）一般地下空間，消防排水量按消防設計流量的80％計算；（3）按地下空間積水高度不大于150 mm考慮。（4）按開啟兩只消防水槍的流量 10 L/s，加上 70% 的自動噴水滅火系統流量來計算消防排水量。

若不允許積水，按照消防“用多少，排多少”的原則按消防設計流量的100％計算，安全性是能得到保障的，但這種做法下將會導致地下消防排水量較大，集水坑設置密集，對于基礎投資和空間利用有一定的影響。

消防設計流量的80％及兩只消防水槍流量10 L/s加上 70%的自動噴水滅火系統流量的算法，是考慮到由于蒸發、被物體吸收等因素，認為滅火時不可能消防用水全部積存在地下室，只要排除大部分消防時積水即可保證地下空間的安全。目前并無相關蒸發吸收的相關研究，缺乏理論支持，無法保證其可靠性和安全性。但對于一般建筑，上述幾種做法也是有一定參考性和可行性的。

按地下空間積水高度不大于150 mm考慮，主要是從保護財產安全角度考慮。對于普通汽車，汽車一旦進水，會對發動機、電子系統造成損害，嚴重情況下會造成發動機報廢，避免汽車進水也是在進行排水設計時需考慮因素。而汽車的進氣口、排氣口是最易進水的部位，經調查市面上5款主流轎車進排氣口高度，具體參數詳見表2。

調查中的5款轎車中排氣口高度均處于250～300 mm區間，結合表2數據，150 mm的積水深度基本雖已達到部分車輛的最小離地間隙，會淹沒車輪及底盤部分區域，但不會對汽車關鍵設備造成影響。若積水達到200 mm，在水位相對靜止條件下排氣口雖然不會進水，但已超過大眾速騰、奧迪A4等車型最小離地高度70多cm，車廂內有較高的進水風險。同時保證汽車排氣口不進水這一原則，在現行規范中也有相關要求?！冻擎們葷撤乐渭夹g規范》規定：居民住宅和工商業建筑的底層不進水；道路中的一條車道的積水深度不超過150 mm。［3］。而對于地下空間存在的配電房、消控室、水泵房等房間，一般會設置20～30 cm高的擋水門檻。所以將地面允許積水高度定在150 cm，可以同時保障地下停車庫內車輛及重要設備用房的使用安全。對于普通功能的地下空間，積水高度按不大于150 mm考慮是較為安全可靠的。

2.3 其他相關問題

在收集研究相關資料過程中，有的設計從安全角度考慮，將室外消防設計用水量計入消防設計流量，即消防設計流量包含：室內消防用水量、室外消防用水量和自動噴水滅火用水量三部分。根據此理論計算，消防排水量勢必會增大。筆者認為，室外消防用水量主要用于建筑外墻與室外滅火，將其流量計入室內消防設計流量并以此計算消防排水量，雖然安全性能得到保證，但如同按按消防設計流量的100％計算的弊端，會造成集水坑設置密集等情況，是否有必要將室外消防用水量計入消防設計流量還需要更多實際情況參考及理論分析。進行模擬計算時，暫不將室外消防用水量考慮進來。

3 場景模擬計算

目前對于消防排水做法各方不統一，基礎理論與實際情況割裂，給設計人員在進行相關設計時造成較大困擾。而根據上文分析，影響消防排水量的兩部分，消防排水區域的劃定和消防排水量如何確定?，F模擬四種典型場景，根據實際計算得出在不同算法下四種典型場景的消防用水量。

場景一：大型綜合地下商業建筑，室內消防用水量40 L/s，火災延續時間2 h；自動噴水滅火系統用水量40 L/s，火災延續時間1 h。單個防火分區面積1500 m2。

場景二：中小型地下展覽建筑，室內消防用水量20 L/s，火災延續時間2 h；自動噴水滅火系統用水量30 L/s，火災延續時間1 h。單個防火分區面積1500 m2。

場景三：建筑性質，消防用水量及防火分區面積同場景一，但有該防火分區內有局部500 m2下沉區域，即計算集水面積為500 m2。

場景四：一類地下停車庫，室內消防用水量10 L/s，火災延續時間2 h；自動噴水滅火系統用水量40 L/s，火災延續時間1 h。單個防火分區面積3000 m2。

場景五：大型綜合地下商業建筑，設備機房單獨設置的防火分區，防火分區面積600 m2，樓梯間及中間過道面積合計200 m2。消防用水量及火災延續時間同場景一。

在工程實際中，考慮到便于統一管理，建筑專業會將各設備機房集中布置，并單獨劃分為一個防火分區。這樣劃分的防火分區，因電氣機房和給水泵房均不能進水，積水面積往往就只有樓梯間及中間過道。因集水面積小，水位上升快，而設備機房一旦被淹會造成嚴重的生命財產損失。故根據此類工程經驗，增加場景五來模擬計算。

現以場景一為例，按總消防用水量的80%計算，消防排水量為（40 L/s+40 L/s）×80%=64 L/s；按總消防用水量的100%計算，消防排水量為40 L/s+40 L/s=80 L/s；按消火栓用水量10 L/s+70 %自動噴水滅火系統流量計算，消防排水量為10 L/s+70%×40 L/s=38 L/s；按按積水高度不大于150 mm考慮，因室內消火栓系統和自動噴水滅火系統設計火災延續時間不同，最大積水時刻出現在自動噴水滅火系統剛停止時，即1 h末，此時，共計使用水量（40 L/s+40 L/s）×3600/1000=288 m3，地面積水高度按150 mm計，則地面積水量為1500 m2×0.15 m=225 m3，消防排水量需大于288 m3-225 m3=63 m3，即1 h內排水量需大于63 m3×1000/3600=17.5 L/s。

在計算場景二時，以積水高度不大于150 mm計算時較為特殊，1 h末時消防共計使用水量（20 L/s+30 L/s）×3600/1000=180 m3。當地面積水高度150 mm時，地面積水量為1500 m2×0.15 m=225 m3，180 m3＜225 m3，此時地面積水未達到150 mm深度，但在2 h末時消防共計使用水量（20 L/s+30 L/s）×3600/1000+20L/s×3600/1000=252 m3，252 m3＞225 m3，積水深度超過150 mm深度，所以消防排水量需大于（252 m3-225 m3）×1000/（3600×2）=3.75 L/s。

以上過程，對場景二、場景三、場景四分別進行計算，得到表3。

從表3可以看出，在各種場景下，根據幾種公式計算出的消防排水量差距較大，并無統一規律。從安全性分析，場景一（地下商業）、場景二（地下展覽）與場景三（局部下沉地下商業），若產生積水會造成一定經濟損失，但危險性不高，又因無法判斷150 mm積水深度是否會對室內商品或展品造成損害，故按總消防用水量的80%或10 L/s+70%自動噴水滅火系統流量進行設計較為合理。場景四（地下停車庫），按積水高度不大于150 mm進行設計即可保證汽車不受損害，而根據計算排水量為0，即表明消防用水全進入地下車庫也不會造成積水高度超過150 mm，這里可以按照《建筑給排水設計統一技術措施2021》的做法，一個防火分區至少設置一個消防集水坑的原則設置即可，對于排水量并無過于嚴苛。場景五（地下商業設備機房），必須保證積水不能超過擋水門檻，為保證機房安全建議按照總消防用水量的100%或積水高度不大于150 mm來進行設計。

在計算分析中發現，按積水高度不大于150 mm計算消防排水量時，計算積水面積的大小會對計算值造成較大影響，即積水面積越小，計算排水量越大。在場景三中按積水高度不大于150 mm的計算值接近按總消防用水量的80%的計算值，在場景五中，按積水高度不大于150 mm的計算值已大于按總消防用水量的80%的計算值。而在實際工程中，“積水高度不大于XX”這一結果是可以直觀感受的，能夠幫助設計人員清晰的評估消防系統啟動時水淹的損失。所以筆者建議在進行消防排水設計時，也可根據各項目實際情況，由水淹損失來判斷允許的積水高度，從而計算出適合的消防排水量。

4 結束語

本文針對各項地下空間場景，通過理論計算分析地下空間積水影響，并通過收集的資料和積水風險性給出幾種典型功能地下空間消防排水量的建議計算方式，也希望相關規范在下一步修訂時能明確消防排水的積水面積與消防流量相關參數，使得給排水設計人員在進行消防排水設計時有規可依。

參考文獻

［1］ 消防給水及消火栓系統技術規范：GB50974-2014［S］.

［2］ 人民防空工程設計防火規范：GB50098-2009［S］.

［3］ 城鎮內澇防治技術規范 GB51222-2017［S］.

［4］ 郭汝艷，楊澎. 建筑給排水設計統一技術措施2021［M］.北京：中國建筑工業出版社，2021，136-138.

［5］ 蔣濟元.高層民用建筑消防設計中幾個問題的探討［J］.給水排水，2002（2）102-103.

［6］ 徐東喜.民用建筑水消防設計中幾個問題的探討［J］.工業用水與廢水，2003（4）67-68.

［7］ 賴琪峰.地下室排水泵和集水池設計探討［J］.江西建材，2022（10）129-133.