民用建筑消防水泵房設計要點分析

作者簡介：劉云潔（1988—），女，碩士，工程師，研究方向為給排水。

摘要：消防水泵房是建筑給排水設計的核心之一。滅火時，水通過消防水泵房內的消防泵傳輸到建筑物內各個消防設施，如室內消火栓、消防軟管卷盤、噴頭、射流系統等，是保障建筑消防安全的基石。筆者總結自己從業多年的經驗和教訓，從定案、設計、施工、物聯網規范要求等多個維度出發，對傳統的消防水泵房設計進行要點分析，提出新的見解和建議。

關鍵詞：流速分析 管頂平接 穩壓泵流量 消防設施物聯網系統

中圖分類號：TU892;TU82

Abstract： The fire pump room is one of the cores of the water supply and drainage design of buildings. When extinguishing a fire， water is transmitted to various fire extinguishing facilities in the building through fire pumps in the fire pump room， such as indoor fire hydrants， fire hose reels， sprinkler heads and jet systems， and these facilities are cornerstones to ensure the fire safety of building. Through years of accumulation of work experience， the author analyses the key points of design of the traditional fire pump room from multiple dimensions， such as scheme determination， design， construction and Internet of things specification requirements， and puts forward innovative insights and proposals.

Key Words： Flow rate analysis; Flat joint of the pipe top; Flow rate of stabilized pressure pumps; Awareness system of the fire Internet of Things

消防泵房是水專業消防設計的核心，是整個建筑水消防系統的動力源和水源保障。合理的消防泵房設計才能確保系統穩定可靠。

消防設計是一門經驗科學，因此消防泵房有一套非常成熟的設計思路。近些年，隨著消防規范修訂、消防產品迭代更新、物聯網興起，傳統的消防水泵房設計也有了一些變化。筆者從業多年，結合項目經驗，擬從方案階段、設計階段、物聯網規范三方面對消防水泵房設計要點進行一系列的分析總結，旨在交流設計經驗。

1 方案設計階段要點分析

方案階段，設計方需要征詢有關部門，多為當地水務部門或自來水公司，了解項目地的市政供水條件。江蘇、北京、浙江等經濟發達地區，市政配套成熟完善，通常能夠提供連續可靠的兩路供水，且市政給水接駁口管徑通常大于等于DN200，供水高峰期壓力不小于0.16 MPa，室外消火栓系統可由市政給水直接供水，消防水池僅需儲存火災延續時間內的室內消防用水量。上海城區項目，甚至可以不設置消防水池。但設計方需要結合項目特點，校核市政條件，不能僅憑當地水務部門的最基本要求和兩路供水條件確定消防水池有效容積。當接駁口管徑較小，設計消防水量偏大時，市政供水能力極有可能不滿足設計要求，需設置消防水池作為補充。

上海常見的多層、高層商辦項目，室外消火栓系統設計流量多為30～40 L/s，室內消火栓系統設計流量多為20～40 L/s，噴淋系統設計流量多為30～45 L/s，全部消防給水設計流量約80～125 L/s。市政直抽的消防系統形式，地塊內環網等同于多臺水泵共用一根吸水總管，設計流速應參考《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）5.1.13條，消防水泵吸水管管徑小于DN250時，流速宜為1.0～1.2 m/s ；消防水泵吸水管管徑大于DN250時，流速宜為1.2～1.6 m/s[1] 。根據壓力管流量公式，流量等于流速與管道截面積的乘積，計算可得：流速1.2" m/s 的情況下，DN200的管道管網供水能力為38 L/s；流速1.6 m/s 的情況下，DN300的管道管網供水能力為113 L/s。

因此，市政接駁口僅DN200的情況下，管網供水能力并不大，最多只能滿足室外消火栓系統設計流量，設計方需考慮設置消防水池儲存室內消火栓系統及自動滅火系統的用水量。市政接駁口DN300的情況下，管網供水能力較大，一般能滿足地塊內全部生活、消防用水量，可考慮不設置消防水池。但商業綜合體項目或劇場體育館項目，可能會設置防護冷卻系統、防護分隔系統等，此類消防系統用水量大、火災持續時間長，DN300的接駁口供水能力也不滿足需求，仍需設置消防水池儲存部分消防系統用水量。另，如果地庫設置三層機械車位，噴淋系統設計流量在50～60 L/s左右，市政管網供水能力可能不滿足要求，需校核是否有必要設置消防水池。

規范對流速規定用字為“宜”。上海松江區、虹橋區、浦東等部分區域市政管網較新、可靠性相對比較高，上海審圖機構一致認為，流速可以放寬到2.0 m/s，DN300的管道管網供水能力可達141 L/s左右，扣除生活用水后，基本能滿足室內外消火栓系統及自動噴水系統的設計水量要求，因此上海中心城區項目，較少設置消防水池，通常采用市政直抽的消防給水形式。

2 施工圖設計階段要點分析

2.1吸水總管標高與消防水泵吸水口標高的關系分析

近些年，旋流防止器類產品越來越成熟，普及率變高，通常可以用旋流防止器替代吸水喇叭口。吸水喇叭口為直接吸水，而旋流防止器為四周環形吸水[2]，增大了吸水口面積，從而降低吸水口流速，因此旋流防止器工作時水流狀態較吸水喇叭口的直接吸水形式更加溫和，不容易大面積產生液面渦旋，或者說液面渦旋貼旋流防止器產生，可以吸到水池底部的水，降低最低有效水位，增大了水池有效容積。《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）5.1.13條規定，吸水管喇叭口在消防水池最低有效水位下的淹沒深度應根據吸水管喇叭口的水流速度和水力條件確定，但不應小于600 mm，當采用旋流防止器時，淹沒深度不應小于200 mm[1]。兩種吸水方式，有效水深差距高達0.4 m。非常明顯，旋流防止器在節水和節約設備機房面積方面有著巨大的優勢。

但旋流防止器也會帶來一些設計風險。《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）5.1.2條規定，當吸水口處無吸水井時，吸水口處應設置旋流防止器[1]。但有一部分設計師誤認為用了旋流防止器就可不設置吸水井，因果顛倒。設計過程中，如采用旋流防止器，則應該嚴格校核管件安裝高度，確保實際施工過程中可以保證消防水泵吸水管管頂平接。大部分情況下，吸水井不可或缺。

以多臺消防水泵共用的吸水總管，總管管徑DN300為例進行分析。市場上的旋流防止器，產品高度通常在200 mm左右，連接管高度至少150 mm，另加一個高度約500 mm的90°彎頭與消防泵吸水管相連，吸水管管頂到旋流防止器底高度不小于850 mm。

消防水泵基礎高度一般為100 mm，隔振措施如彈簧減震器的高度通常為200 mm左右。設計時，水泵基礎加隔振措施總高度通常考慮200～300 mm。水泵吸水口管頂到水泵底高度約250～400mm左右，故建筑完成面到水泵吸水口管頂高度通常為550～700mm左右，詳見圖1所示。

根據上述計算，若消防水池池底完成面高度與消防泵房完成面高度一致，水池吸水管管頂會高于水泵吸水口管頂，無法管頂平接。因此，即使采用旋流防止器替代吸水喇叭口，也應根據實際情況，設置吸水井。不同于吸水喇叭口距離池底有高度要求，旋流防止器可以貼水池底正向安裝，吸水井深度約500 mm左右即可。

有一些項目對噪音控制要求較高，采用浮筑基礎等隔振形式，此類隔振產品高度一般在500 mm以上。這種情況下，水泵安裝高度較高，有足夠的空間保證管頂平接，可不設置吸水井。另外，考慮到消防泵房不經常啟動，有些項目因業主出于降本增效，采用橡膠減震墊作為減震措施。經研究，隔振效果與橡膠減震墊個數和厚度無關[3] 。通常，減震墊厚度只有20 mm，因此，旋流防止器安裝高度還需要再降低。

此外，一些有高大凈空的儲物倉庫類超市項目，噴淋泵流量超過80 L/s，通常采用臥式泵。臥式泵占地面積較大，提資消防泵房面積時，要適當放大。臥式泵吸水口高度需要結合產品進行分析，保證管頂平接。海泉、熊貓等品牌的臥式泵，吸水口高度可能會高于同參數的立式泵，設計時，需要特別注意。

2.2 消防泵房集水井尺寸

建筑給水排水手冊第三冊中，一類高層建筑的消防泵房集水井建議尺寸為2.5 m×2.0 m×1.5 m（H），有效容積約為5 m3左右，該設計趨于保守。

當項目設置消防水池時，試驗排水宜排入消防水池內循環再利用。因此較為合理的設計是消防泵房溢流水量按進水管流量為依據確定集水井尺寸。進水管管徑通常取DN100或DN150，設計流速按1.5 m/s，計算可得溢流水量約11.8～26.5 L/s。集水井內設置兩臺潛污泵，高水位兩用，則每臺泵流量6～13.25 L/s ，5分鐘出水量約2～4 m3，集水井尺寸1.5 m×1.5 m×1.5 m（H）或2.0 m×2.0 m×1.5 m（H）即可。

當項目不設置消防水池時，以最大的一組消防泵設計流量為依據，確定集水井尺寸。如噴淋泵為45 L/s，消防試水時間按1 min計，則集水井有效容積約2.7 m3 ，尺寸2.0×1.5×1.5（H），潛污泵設計流量10 L/s。

2.3 高位水箱出水管上的流量開關動作流量分析

根據《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）11.0.1條，濕式系統、干式系統應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關和報警閥組壓力開關直接啟動消防水泵[4]。

壓力開關存在易堵塞、啟泵時間長等缺點[5]，可以考慮設置備用壓力開關，以確保系統可靠性。

業內關于流量開關動作流量的爭議一直很大。流量開關本身較為敏感，若設定動作流量太小，一旦管道接口漏水，消防主泵容易頻繁誤啟動。若流量開關動作流量太大，流量開關就不能及時啟泵，不夠安全。設計上無法兼顧可靠性和安全性，一直都較為矛盾。

對于室內消火栓系統，一個室內消火栓的流量為5 L/s，動作流量與管網漏損量相差比較大，流量開關動作流量可以取2～3 L/s。對于噴淋系統，一個K=80的噴頭，在最低工作壓力0.05 MPa時啟動，噴頭流量僅為0.94 L/s，不到 1 L/s，極有可能小于管網的漏損量。筆者認為，現實生活中，火災不一定會發生在該防火分區噴淋管網的末端，也很難判斷會有幾個噴頭同時工作，大概率噴頭的實際工作壓力大于0.05 MPa，流量也大于0.94 L/s。噴淋系統的流量開關啟泵流量建議取一個噴頭流量與系統漏損量之和，約2 L/s左右。

雖然消防系統設計原則是盡量保守，但消防上有很多備用系統，消防出水管上的壓力開關、報警閥組壓力開關均可以自動啟泵。因此流量開關動作流量適當放大，在保證安全的同時，也能盡量降低因管網漏損導致誤啟泵的可能性。

有一些消防產品領域的專家建議消防泵在接到流量開關報警信息后延遲10 s啟動來防止誤報警[6]。規范要求消防泵收到啟泵信號后在2 min內啟泵，該建議可滿足規范，但10 s太短，監控人員大概率無法查完所有監控畫面，判斷是否誤報。希望相關領域的專家能對延遲啟泵時間進行一些模擬測試，權衡出一個較為適宜的標準。

關于流量開關，還有一點值得注意。根據《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）12.2.8條，流量開關應能再管道流速為0.1 m/s～10 m/s 時可靠啟動 [4]。因此，穩壓管管徑需要與流量開關動作流量匹配。如果穩壓管管徑過大，流量開關設定流量太小，會導致流速小于0.1 m/s[7]。例如：穩壓管DN150的情況下，如果流量開關動作流量1 L/s，流速僅0.06 m/s，產品不一定能保證可靠啟動。

3 消防設施物聯網系統對設計的影響分析

自2018年5月1日起，上海開始執行《消防設施物聯網系技術標準》（DG-TJ08-2251-2018）。消防工作方針為“預防為主、防消結合”。該規范提出，在消防系統的起端、重要節點處、末端設置相應的消防感知措施，實時監測系統狀況，管理人員能從監控面板中詳細了解系統實施狀況，維護更加便捷，系統可靠性得以加強。

消防吸水總管和出水總管上，增設壓力傳感器[8]。該傳感器僅為監測吸水和出水的情況，不得取代消防泵吸水管、出水管上的壓力表。試驗消火栓處增設末端試水檢測裝置，若該裝置有就地顯示功能，筆者認為可替代原來的壓力表。總體消防引入管的總表后，設置壓力傳感器。噴淋系統設置電動末端試水裝置。需要注意的是，該裝置比較貴，當項目防火分區或樓層數較多時，對造價影響較大。

由于消防大數據平臺還未完全普及，《消防設施物聯網系統技術標準》并未強制執行。截止到2022年，僅建筑面積扣除住宅和寫字樓后超50000 m3的大型城市商業綜合體及超高層建筑需要執行該規范。但隨著大數據平臺的逐步完善，上海項目乃至全國都開始推物聯網系統。筆者認為，有一些物業在消防設施的維護上疏忽怠慢，存在相當大的消防安全隱患。借助于消防數據大平臺，可以強制要求相關單位按時按規上傳維護信息，確保各類消防設施能正常運作，同時，可以通過各種數據篩選、對比、模擬等形式，對消防系統故障或設備隱患進行預判[9] 。甚至，著火時可以準確指導消防員快速定位完好的消防設施，及時取用[10]。

大數據的普及，可以將物、人、系統和信息資源連接起來，將工程實踐經驗數據化，行之有效地改善及優化產品制造、系統設計、巡檢維護措施、消防監督等。

4 結語

文章分析總結了近些年消防泵房設計的要點。強調了市政供水能力校核、管頂平接校核在設計中的重要性；總結各規范、手冊對消防泵房集水井尺寸的要求，提出了優化建議；對流量開關動作流量提出建議；總結消防設施物聯網系統技術標準內有關消防泵房的設計要求。

總的來說，消防設計是一門經驗科學，在遵循傳統尊重經驗的同時，也要與時俱進，優化完善，精益求精。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國公安部.消防給水及消火栓系統技術規范：GB 50794-2014[S]. 北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 趙鋰.建筑給水排水設計手冊（第三版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2018：1847-1848.

[3] 劉麗榮. 減振降噪技術在建筑給排水設計中的應用性分析[D].濟南：山東建筑大學，2022.

[4] 中華人民共和國公安部.自動噴水滅火系統設計規范：GB 50084-2017[S].北京：中國計劃出版社，2017.

[5] 周世兵.消防給水系統流量開關和壓力開關設置探討[J].工程建設，2023，55（2）：56-60

[6] 李念慈，汪宇，周明潭.濕式自動噴水滅火系統消防水泵自動啟動可靠性分析[J].消防科學與技術，2023，42（3）：367-369.

[7] 王琪，許文建，洪禮剛.關于臨時高壓消防給水系統中穩壓泵設計流量和流量開關設定值的探討[J].給水排水，2022，58（6）：110-113

[8] 華東建筑設計研究總院.消防設施物聯網系技術標準： DG/TJ08-2251-2018[S].上海：同濟大學出版社，2018.

[9] 劉化生. 基于大數據平臺的消防安全評估方法的研究與應用[D].南昌：南昌大學，2022.

[10] 朱申杰. 基于物聯網的火災探測和疏散引導系統設計[D].蘇州：蘇州大學，2021