高层建筑消防给水系统的设计与应用

王建栋

摘要：为解决传统消防给水系统在高层建筑中适配度较低、应用范围受限、灭火可靠度不高的问题，开展对消防给水系统的重点研究。通过选取消防给水系统组件配置、计算高层建筑最不利点消火栓给水压力、基于高层建筑结构布置水泵吸水管，设计了一种全新的适用于高层建筑的消防给水系统。通过实例应用分析可知，新的消防给水系统应用后，各组件运行状况均满足高层建筑火灾灭火需求，且在火灾危险源面积逐渐扩大的趋势下，灭火所需消防用水量较少，具有较高的可靠性与经济性。

关键词：高层建筑；给水系统；设计；应用

中图分类号：TU892       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2022）11-0097-03

高层建筑与普通建筑在结构、建筑功能、人员密集程度等方面均存在一定的差异，相对来说，高层建筑中的可燃物较多[1]。一旦高层建筑发生火灾，火势会在短时间内快速蔓延，极易形成立体式火灾[2]。传统的消防给水系统在高层建筑应用中仍然存在不足，主要体现在无法根据不同的建筑结构、建筑高度，采用适配度较高的供水方式，降低了消防给水的效率[3]。基于此，本文以某地区M高层建筑为例，设计了一种全新的消防给水系统，以期为高层建筑的安全提供保障。

1 高层建筑消防给水系统的设计

1.1  选取消防给水系统组件配置

组件配置作为消防给水系统高效运行的重要组成部分，对提高消防给水系统灭火、喷水的效率具有较大影响[4]。因此，本文首先对消防给水系统组件配置进行选取与设计，为系统运行提供基础保障。

消防水枪的有效射程直接决定着能否对火灾进行有效处置[5]。应当根据高层建筑各个楼层的实际高度，对水枪的有效射程进行计算，公式为：

其中，H_a表示高层建筑的层高；H_b表示消防给水系统中消火栓的安装高度；β表示水枪使用中根据火势变化的上倾角度。在消防用水充足的状态下，根据水枪的有效射程计算结果，可选取匹配度较高的水枪[6]。

应当选取保护半径接近高层建筑灭火需求的消火栓。消火栓保护半径计算公式为：

其中，M表示消火栓水带在使用中对应的弯曲变化系数；l_s表示消火栓中水带的长度；h_q表示水枪喷水时的投影距离。选择保护半径适合的消火栓，并将消火栓布置在高层建筑各个楼层中方便取用的位置，控制消火栓布置间距不超过30m。

为了节约建筑地面用地面积，本文选取地下箱式消防贮水池，将其布设在地下室内，满足消防水泵自灌的要求。综合考虑高层建筑的用水量分配情况，选择消防用水的储存方式，避免消防用水长年不使用，出现变质的问题[7]。为了保证消防贮水池内贮存水量符合高层建筑消防给水的需求，对消防贮存水量进行计算，公式为：

式中，M_x表示高层建筑室内与室外灭火时所需的消防用水量之和；M_t表示高层建筑所在区域管网能够为消防给水系统补充的水量；Z_n表示高层建筑发生火灾的延续时间。根据贮存水量计算结果，设计消防贮水池结构，保证其用水量分配符合高层建筑的需求[8]。

1.2  计算最不利点消火栓给水压力

在上述高层建筑消防给水系统组件配置选取设计结束后，接下来，对消火栓给水系统进行全方位的计算，获取高层建筑最不利点消火栓给水所需的压力。首先，绘制高层建筑消火栓布设位置图，确定距离消防泵最远的消火栓。选取消防给水系统中的独立消防立管，对其运行过程中消火栓的流量进行分析。在此基础上，设定消防给水系统中水枪的最小喷射流量为Q_a，水枪出水量为Q_c，则最不利点消火栓给水压力的计算公式为：

其中，U_s表示高层建筑中最不利点消火栓对应的给水压力；A_s表示高层建筑中最不利点消火栓栓口处能够供给的水压。给水压力计算结果，可反映消火栓水头损失的情况。在此基础上，校验消防水箱的安装高度，设置增压设备，提高消火栓给水压力，使最不利点消火栓的给水压力满足高层建筑灭火最低水压的要求，为消防给水系统的高质量运行提供保障。

1.3  基于高层建筑结构布置水泵吸水管

高层建筑中最不利点消火栓给水压力计算结束后，添加了增压设备，满足了消防给水系统灭火的给水压力要求。接下来，根据高层建筑结构与各个楼层的建筑功能，设计消防给水系统水泵吸水管的布置形式，全方位提高消防给水系统灭火的效率。

由于高层建筑结构较为复杂，对建筑功能的要求较高，且存在大量的可燃性物质。因此，本文认为水泵吸水管的布置应当设置两条，使消防灭火的可靠性得到显著提升。消防给水系统水泵吸水管布置如图1所示。

如图1所示，确定两个消防贮水池的间距，在相邻贮水池中間位置处分别布置两支吸水汇管，且在吸水汇管周边设置消防备用泵与消火栓泵，使两支吸水汇管连通消防贮水池。在消防给水系统水泵吸水管布置结束后，对其结构的可靠度进行计算，公式为：

其中，R_m表示消防贮水池运行可靠度；R_a表示吸水管运行可靠度；R_b表示汇水管可靠度；R_c表示水泵运行可靠度。根据水泵吸水管布置结构可靠度设置稳压泵与消火栓管网，全面提高消防给水系统供水的可靠度。当高层建筑发生火灾时，保证失火点所在楼层以及失火点上下楼层能够快速打开消火栓，其对应的水泵吸水管能够提供充足的供水。

2 高层建筑消防给水系统的应用

选取某地区M高层建筑为研究对象，该高层建筑总建筑面积约为45.25万m²，消防最大供水高度超过145m，需要使用多个消防水泵。将上文设计的消防给水系统应用到M高层建筑中，对消防给水系统的可行性及应用效果进行验证。

根據M高层建筑消防管网运行所需的水压，计算消防给水系统管道单位长度下的水头损失，公式为：

其中，C_r表示消防给水系统立管流量系数；d_e表示管道计算内径大小；q_g表示管道流量。根据计算结果可知消防给水系统在实际运行过程中的管道水头损失情况，基于损失情况，调节消防给水系统中消防泵的加压供给方式。在此基础上，采用Flowmaster软件建立高层建筑消防给水系统流体网络模型，用于检验消防给水系统各组件运行效果。根据模型运转结果可知，各个组件模拟运行流量与理论流量之间相对误差较小，满足高层建筑灭火需求。

为了更加直观地验证上文设计的消防给水系统的可行性，采用对比分析的实验方法，将上文设计的消防给水系统与文献[1]、文献[5]设计的消防给水系统进行对比。分别将三种消防给水系统应用到火灾模拟中，测定不同火灾危险源面积下消防给水系统灭火所需的用水量，对比结果如图2所示。

根据图2的对比结果可知，在高层建筑火灾危险源面积不断扩大的趋势下，本文设计的消防给水系统与另外两种消防给水系统相比，灭火所需的消防用水量较少，具有明显的可靠性与经济性优势。

3 结语

通过高层建筑消防给水系统流体网络模型检验结果可知，在模拟火灾中，消防给水系统各个组件模拟运行流量与理论流量较接近，相对误差较小，组件运行状况均良好，满足高层建筑火灾灭火的需求。

通过图2消防给水系统用水量对比结果可知，在高层建筑火灾危险源面积逐渐扩大的趋势下，通过本文设计的消防给水系统，能够使用较少的消防用水完成灭火任务，具有较高的可靠性与经济性优势。

参考文献：

[1]汪波，郑雪梅，王靖华.超高层建筑群消防给水系统设计优化探讨[J].给水排水，2022，58（5）：93-98.

[2]陈黄悦.消防给水系统风险分析及系统整体解决方案初探[J].给水排水，2021，57（11）：120-125.

[3]杨琦.超高层建筑消防给水系统分区的评价方法探讨[J].给水排水，2021，57（8）：120-124.

[4]钮青.高层建筑消防给水设计中的问题与措施[J].居舍，2021（3）：94-95.

[5]隋航.关于超高层建筑消防给水系统设计的思考[J].建筑技术开发，2021，48（1）：23-25.

[6]吴兆海.高层住宅小区的消防给水设计关键思路分析[J].消防界（电子版），2020，6（18）：48-49.

[7]江凯.300m以下超限高层建筑消防系统的适用性探讨[J].给水排水，2020，56（9）：93-96+102.

[8]李嵩.超高层建筑群区域消防给水系统分析[J].建筑技术开发，2020，47（16）：138-139.

Design and application of fire water

supply system for high-rise buildings

Wang Jiandong

（Fulaishan Sub-district Office of Yantai Economic and Technological Development Zone， Shandong Yantai 264006）

Abstract：In order to solve the problems of low adaptability， limited application range and low fire extinguishing reliability of traditional fire water supply systems in high-rise buildings， the key research on fire water supply systems was carried out. By selecting the component configuration of fire water supply system， calculating the water supply pressure of the fire hydrant at the most unfavorable point of the high-rise building， and arranging the water pump suction pipe based on the high-rise building structure， a brand-new fire water supply system suitable for high-rise buildings is designed. Through the application analysis of examples， it can be seen that after the application of the new fire water supply system， the operating conditions of each component meet the fire extinguishing needs of high-rise buildings， and under the trend of gradually expanding the area of fire hazard sources， the fire water consumption required is less. The new system has higher reliability and economy.

Keywords：high-rise building; water supply system; design; application