高層建筑的消防給水方式、布置及可靠性研究

【摘要】本文對高層建筑消防給水方式、系統布置及超壓問題，提出了應對策略和可靠性研究措施，旨在為消防設計部門提供價值性資料。

【關鍵詞】高層建筑；消防給水；超壓；可靠性

隨著社會經濟的快速發展和城市用地的日趨緊張，高層建筑的興建已成為城市居民建筑發展的趨向所在。高層民用建筑由于火勢蔓延迅速、撲救難度大、火災隱患多、事故后果嚴重，且受到消防車水泵壓力和水帶的耐壓強度等限制，一般不能直接利用消防車從室外消防水源抽水送到高層部分進行撲救，而主要依靠自身的消防給水系統來撲救火災。因此，高層建筑的消防給水系統就顯得尤為重要。

1.高層建筑的消防給水系統

1.1消防給水方式。

1.1.1消防水泵、高位水箱、消防水池合用的供水形式。這種供水方式是高層建筑消防給水系統中應用最廣泛的一種方式，它是采用將高位消防水箱置于高層建筑的屋頂上，將消防水池和水泵房設置在建筑物的底層或室外的一種消防給水模式。當發生火災時，由高位水箱提供前10min的消防用水量，消防水泵啟動，將消防水池中的水提升并輸送至給水管網，完成滅火任務。該給水方式是從高層建筑物的高度和分區角度出發，分成一次性加壓供水、分區串聯加壓供水和分區并聯加壓供水三種。其中一次性加壓供水方式多應用于無需分區直接給水的高層建筑物，對建筑物的高度要求在50m以下，當建筑物高度超出50m或者有分區減壓供水需求的，則需要采用分區串聯加壓供水和分區并聯加壓供水方式。分區并聯加壓供水，各分區為獨立的給水系統，供水安全可靠，分區水箱容積較小，水泵集中布置，方便了管理與維護，但對于消防管材方面要求較高；分區串聯加壓供水，各分區供水相互聯系，下區供水出現故障時，上面的分區也將受到影響，供水安全性較差，水泵也是分散布置，維修管理不方便，但整個系統管道壓力較小，管道維修較少。

1.1.2區域集中的高壓（或臨時高壓）消防供水方式，即兩幢或兩幢以上高層建筑共用一個泵房的的消防給水系統。對于一棟單獨的高層住宅樓而言，消防給水系統組件消防水泵和高位水箱是不可缺少的。但對于由多棟高層建筑組成的小區，如果在每棟建筑上都設置高位水箱和消防水泵，這不僅大大提高了工程造價，同時還給小區物業管理部門增加了多余的工作量。為了解決這個難題，提出了在小區內設置集中消防供水系統。因為同一個小區內的多棟高層建筑同時發生火災的可能性較小，可以認為同一時間內發生火災的次數為一次，從設計合理、經濟節省的角度出發，從消防水泵引出多條出水管，分別與小區內各棟樓的供水管網相連接，相當于每棟樓都設有消防水泵，只不過在供水距離上存在了差別，但并不影響對建筑的消防供水能力。只是這種方式要求消防管網設計成環狀，以達到供水的安全可靠。

1.1.3加壓給水方式。目前常用的加壓給水方式有氣壓罐給水和二次加壓兩種。氣壓罐給水方式是在考慮到高位水箱的高位擺放以及影響建筑美觀與結構承重問題上提出的，這種密封可靠的消防給水方式很受用戶的青睞。它的運行機理是：運用氣壓罐將水加壓后，輸送到消防給水管道內，以滿足各個消防設備用水需求，當達到一定的壓力時，多余的水會進入氣壓罐，此時，水泵以及自動控制系統進入準備狀態，當消防管道內水壓小于規定的水壓值時，氣壓罐將自動啟動，并向消防給水管網及時給水。但是氣壓罐的應用，需要與之配套的水泵和自動控制系統的參與，使得消防給水的成本大幅度增加。二次加壓方式，是為了應對多層建筑的集群布置管理的形式，當單獨的某個氣壓罐無法滿足水壓要求時，需要對氣壓罐內的水進行二次加壓，以達到集中加壓與穩壓的目的，該給水方式的缺點是：投資成本比較大，且需要專門的技術人員做維護。

1.2高層建筑消防給水硬件設施的布置。

1.2.1水泵接合器水泵接合器的主要用途是當建筑物內部的消防給水管道水壓低、供水不足或無法供水時，消防車可通過水泵結合器向室內管網供水，達到滅火的目的。《高層民用建筑設計防火規范》指出：消防水泵接合器的數量應按室內消防用水量經計算確定，每個水泵接合器的流量應按10～15L/s計算。在實際工作中，水泵接合器的數量既要按照室內消防用水量來進行計算，還要結合實際室外供水能力的狀況，兩者要兼顧，不可顧此失彼。對于一些滅火系統水泵接合器的數量可以分別設3～5個，這樣既達到了節省資金，又保證了消防安全。

1.2.2消防水池消防水池是用來儲存消防用水的構筑物，是天然水源或市政給水管網的一種重要補充手段。《高層民用建筑設計防火規范》規定：市政給水管道和進水管或天然水源不能滿足消防用水量，市政給水管道為枝狀或只有一條進水管（二類居住建筑除外），只要具備上述一種情況，就應該設置消防水池。《高規》第7.3.3條對消防水池的容積做了詳細規定：當室外給水管網能保證室外消防用水量時，消防水池的有效容積應滿足在火災延續時間內室內消防用水量的要求；當室外給水管網不能保證室外消防用水量時，消防水池的有效容量應滿足火災延續時間內室內消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。消防水池的構建還要考慮工程造價及管理方面的要求，在保證城市環狀供水穩定可靠的前提下，可以采取適當放大進水管尺寸的方式，保證在室外消防用水量充足的前提下，進水管可以補充消防水池需求的消防用水量，這樣就可以適當縮小消防水池的容積，減少工程造價。

1.2.3消防水箱消防水箱是為了保證撲救高層建筑初期火災時，滿足火災前10min的消防用水量的需要而設置的消防設備。自動噴水滅火系統設計規范》第10.3.1條規定：采用臨時高壓給水系統的自動噴水滅火系統，應設高位消防水箱，其儲水量應符合現行有關國家標準的規定。消防水箱的供水，應滿足系統最不利點處噴頭的最低工作壓力和噴水強度。在消防水箱的施工設計過程中應注意：消防用水與生活用水合用的水箱，在設計時應采取確保消防用水不作他用的技術措施，可采用將生活用水管的出水口設在消防用水管出水口的上部并使兩個管口之間水箱的容積達到消防水箱容積的要求；安裝消防水箱時，在消防管網的出水管上應安裝止回閥，阻止消防水泵啟動后消防用水進入消防水箱。

1.2.4消防水泵用來輸送和提升消防用水的機器稱為消防水泵。消防水泵應保證在火警后5分鐘內開始工作，并在火場斷電時仍能正常運轉。消防水泵宜采用自灌式引水（當泵軸標高低于水源（或吸水井）的水位時，稱為自灌式引水），在吸水管上應設閥門，以便于檢修。一組消防水泵的吸水管不應少于兩條，當其中一條損壞時，其余的吸水管仍能通過全部用水量。對于高壓或臨時高壓消防給水系統，其每臺消防泵（工作水泵和備用泵）應有獨立的吸水管。為了不使吸水管內積聚空氣，吸水管應有向水泵漸漸上升的坡度，一般大于或等于千分之五。消防水泵出水管與環狀管網連接時，其出水管不應少于兩條。當其中一條出水管檢修時，其余的出水管應仍能供應全部用水量。消防水泵的出水管上應設置單向閥。同時為使水泵機件潤滑，啟動迅速，則在水泵的出水管上應設檢查和試驗用的放水閥門，試驗用過的水，可放回消防水池。

2.高層建筑消防給水系統的加壓、超壓問題

2.1高層建筑給水系統加壓常用方法：一次性加壓、分區并聯加壓、分區串聯加壓。

（1）一次性加壓：一般是在高層建筑的地下室的泵房內，對生活用水和消防用水進行集中加壓，加壓后的水沿著給水管道輸送到相應的位置。但對于高層建筑樓層較低部位，需要加裝減壓閥設備。

（2）分區串聯加壓：當高層建筑物達到一定的高度時，一臺水泵無法滿足高層的水壓的需求，如果采用增加水泵的方法加壓，那么給水管道又無法承受如此高的壓力，為此提出了水泵串聯加壓的方法，它的設計理念是：高層建筑的各分區分別設置調速泵或水泵與吸水箱或吸水池，然后按合理的順序啟動。但是水泵串聯應用的設備比較多，且比較分散，致使工程給水工程的開支大大增加。

（3）分區并聯加壓：它的應用理念也是對給水系統進行分區管理，因為每個區域都有備用的水泵，使得該方法可靠性大大增加，同時水泵功耗利用率高，能量不會發生浪費，但是水泵并聯加壓存在著：設備的投資較大，且主干管道鋪設增加，給水系統復雜的難題。

2.2消防給水系統超壓超壓是指消防給水系統管道內的水壓超過其正常工作壓力的限值，從而對管道、附件、器材和設備等造成損害，影響了給水系統的正常運行，不利于消防滅火。

2.2.1防超壓措施。

2.2.1.1設置回流泄壓裝置。在消防水泵的出水管上設置一條去消防水池的支管，支管上設置泄壓閥，當管網壓力超過設定工作壓力一定范圍時，泄壓閥自動打開回流泄壓，以防管網超壓。

2.2.1.2選用流量——揚程曲線平緩的消防水泵。在火災發生后，消防用水量由小到大，變化幅度較大，如果選用流量——揚程曲線比較平緩的水泵，那么水泵的揚程變化也就比較小，管網的實際壓力比較接近設計壓力，可達到防超壓的目的。

2.2.1.3采用可調式減壓閥減壓。可調式減壓閥可以起到穩壓的作用，只要給它設定一個閥后壓力，那么不管閥前壓力如何變化，都不影響閥后的工作壓力。因此，可調式減壓閥后面的消防管網就不會出現超壓現象。

2.2.1.4采用全自動變頻調速供水設備。它的主要特點是可以恒壓變流量，即在恒定工作壓力下，流量根據實際消防用水量發生動態變化，達到需求流量，不出現超壓現象。

2.2.1.5增強給水系統管道的性能，提高其承壓能力。使系統在運行過程中即使出現超壓現象，也屬于系統所能承受的壓力允許范圍之內，不會出現超壓現象。

3.消防給水系統的可靠性研究

消防給水系統的可靠性是對消防安全系數的綜合性評價，也是各個消防設備以及給水管道的功能正常發揮的評定標準。首先，它源自于對消防安全的全面認識，包括消防安全器材的使用，以及如何最快的應用現有的消防資源去減少火災對建筑以及居民的傷害。其次，要明白消防給水系統的功能以及失效問題的解決方法，并通過建立合理的消防給水仿真模型，來探究消防給水系統的各個關聯組件對系統的可靠度的影響情況。最后，要做好消防給水設施的安全檢測與驗收，如檢驗消防設施的設置是否合理，施工是否符合要求，最不利點的水壓是否達到要求，室內消火栓的布置是否合理，必要時對消火栓的材料加以檢驗（如是否有防銹處理等）；檢測消火栓箱內是否設置了直接啟泵按鈕；檢測在消火栓按鈕發出確認信息后，是否達到啟動和報警的效果等。

4.小結

綜上所述，高層建筑消防給水系統設計，應根據高層建筑的消防水壓要求以及市政管網供水壓力、管路布置等情況，合理選擇消防給水系統形式。在高層建筑消防給水的超壓和泄壓問題上，要對給水系統進行科學布置，在管材及設備上進行合理選取，在達到要求的前提下減少額外投資。對于消防給水系統的可靠性研究，要知道不同的消防設備發揮功能狀況可靠度是不同的，因此對待可靠性研究要在對消防給水系統全面認識的基礎上，通過大量試驗，去發現可靠度與各個消防組件之間的函數關系，以便達到高層建筑消防給水系統預期的消防安全能力以及安全效果。

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