建筑消防给水系统设计的探析

江晓耀

广州建筑产业开发有限公司 广东 广州 510000

引言

建筑物根据不同建筑的用途，火灾的危险性，火灾的特性，以及环境条件和重要性等因素综合考虑确定消防给水、消防设施系统的设计，使其既符合相关标准要求，确保消防系统及设施安全可靠，又同时不影响功能需求、建筑设计、装修的效果。消防给水系统设计质量，对保证整个建筑消防的安全性、可靠性和经济性有着十分重要的现实意义，因此需通过确保消防给水系统设计，充分的发挥消防给水系统在不同建筑中的作用。

1 工程概况

国际花城四期四区项目，分两个阶段设计，同步施工验收。第一阶段包含1～6#住宅及相应的地下室。1#、2#、5#、6#住宅地上32层，首层架空，其余楼层均为住宅，建筑高度为94.90m，按一类高层住宅设计；3#、4#住宅地上26层，首层架空，其余楼层均为住宅，建筑高度为77.50m，按一类高层住宅设计；地下一层为带设备用房的汽车库，且局部为人防。第二阶段包括7-12#住宅、13-14#商业及相应的地下室。7-12#住宅地上32层，首层架空，其余楼层均为住宅，建筑高度为94.90m，按一类高层住宅设计；13～14#商业为单层独立商业，建筑高度为6.20m，按单层公共建筑设计。

2 消防用水量

项目的消防设计范围包括：建筑红线以内的室外消火栓系统、室内消火栓系统、喷淋系统等，消防用水量经计算后按最大用水部位即车库的选用，最大水量如表1。表中按以下参数计算：室外消火栓流量为20L/s，室内消火栓流量为10L/s，消火栓火灾时间2h，自动喷淋流量为75L/s，火灾时间1.5h。

表1 消防用水量（m3）

室外消防由市政压力直接供水，室内消防由消防水池供水。项目消防给水系统中的管网，室外消火栓系统按25L/s设计，室内消火栓系统按20L/s设计。

3 室外消火栓系统

室外消火栓系统按市政供水采用，在四期一区北侧市政管网引入一条DN200管，东南侧环镇北路市政管引入一条DN300供水管，满足两路水源要求。由上述引入管上分别引入一条DN200管作为本项目的消防水源，沿车库内上方敷设DN200室外消防环管。由于市政供水稳定，本工程室外消火栓系统设置成独立的室外消防给水系统，充分利用管网水压，消防水池未需储存室外的消防水量，可减少消防水池容积，且市政直供未受水池水量影响，能有效持续提供室外的消防用水，增强灭火性能，同时无须设置室外消防取水口、室外消防水泵及稳压措施，降低室外消防系统的复杂性，总体也降低造价，提升了安全性。本项目室外消火栓系统设计时要注意以下几个问题。首先，室外消火栓供水管网按不小于0.14MPa运行工作压力设计，火灾时每个室外消火栓的自由水压按不小于0.10MPa设计。从不同主道的市政给水管网接入2根引入管，并接至室外消火栓系统的环状消防管网，且任一条断流时，剩余的引入管仍可满足系统消防设计流量，同时消防给水管道的直径须根据流量，流速及压力按标准计算确定，但不小于DN100。消防给水管道按每段内连接不大于5个室外消火栓原则设置阀门，并将管网分成多个独立管段。当然，室外消火栓需围绕建筑布置均匀，且不集中于建筑的一侧布置，当有建筑的消防扑救面时，在其一侧布置至少2个室外消火栓，同时室外消火栓应设置在不易机械撞击的地方或采取防撞防护措施。建筑小区一般在住宅下方设有大底盘车库，车库顶板上方覆土深度约1.5m，部分设计将室外消火栓管网敷设在该覆土区域，这种敷设方式并不与规范冲突，设计可以按照埋地消防管道的设计要求，选择耐腐蚀管材及相应接口方式。

4 室内消火栓系统

室内消火栓系统按临时高压消防给水系统设计，分高低两区，1层以下（含1层）为低区，由消防泵组减压后供水，首层以上为高区，由消火栓泵组直接供水。项目室内消火栓系统包括消防水池、室内消火栓、给水管网、消防水泵组、供重力稳压的高位消防水箱、水泵接合器和控制系统等组成。消防水泵房设于地下一层，消防水池有效容积不小于477m³。高位水箱设于1＃楼顶，水箱有效容积为18m³。消防水池安装液位计，满足就地明显读取水位信息，同时设计液位传感器，并把消防水池水位信息向消防控制室传输，方便相关工作人员对水位实时掌握及响应。消防水池设置最高报警水位和最低报警水位，同时设置自动向消防控制中心报警的水位（一般低于设计最高水位的50～100mm）。室内消火栓采用2台立式离心泵，一用一备，泵组设2条单独的吸水管伸入消防水池的吸水槽内，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，满足自灌吸水，且水泵进口段采用偏心异径管，避免形成气囊。消防水泵组出水接入泵房内单独的高区室内消火栓环管，环管上设计水锤消除器，泄压阀等装置，同时由该高区环管设2根输水主管向车库内的高区室内消火栓环状管网供水，每根输水管按供应20L/s的流量设计。此外，泵房内的高区室内消火栓给水环管另设2根输水主管，并经减压阀组减压后与车库内的低区室内消火栓环状供水主管相连接，当任1根输水主管检修时，其余输水主管应仍能提供20L/s的流量。泵房内设置减压阀组时，每条输水管设置并联的2组减压阀组，每组减压阀组设置闸阀、过滤器、前后自带压力表的减压阀、闸阀、安全阀，同时设置流量测试接口。室内消火栓系统真正实现高效率的初期控火，主要是对其消火栓中的“充实水柱”是否真正达到着火点的参数来进行判断[1]。室内消火栓中，由于塔楼为高层住宅，则按栓口动压≥0.35MPa，且水枪充实水柱≥13m计，而车库内的消火栓，栓口动压按≥0.25MPa、水枪充实水柱≥10m即可。各层中消火栓栓口出水动压力大于0.5MPa时设置减压孔板，减压后出口压力不得小于0.35MPa。减压孔板只能减动压，是利用水流经过孔板时产生的局部阻力，实现减压的一种构造简单、价格低的减压装置。由于减压孔板水损计算较为简便，所需的安装尺寸也较小且便于安装，因此，在消防给水工程配水管道上，减动压通常采用的是减压孔板[2]。

5 自动喷水灭火系统

地下室除了不适合用水扑救的部位外，均按中危险II级布置自动喷水。自动喷水采用带湿式报警阀的系统，也是采用带高位水箱及稳压的临时高压给水系统。项目中报警阀组设置于给排水专用的设备房间内，设计中报警阀组控制的最多的洒水喷头数为756只，满足要求，连接报警阀进出口的控制阀采用信号闸阀，报警阀组前并联设计为环状给水管道，且环状供水管道由泵房的喷淋泵组设置的两条输水干管接入。每个报警阀组仅供水服务于地下室，其最高与最低位置均在车库内的洒水喷头高程差不大于2m，满足不大于50m的要求。报警阀组中的水力警铃要求工作压力≥0.05MPa，其位置设置于专用给排水设备间靠近公共通道的外墙上，且通过DN20的管道与报警阀连接，连接管最长为10m，满足不大于20m的标准。专用给排水设备间内设置专用排水沟及专用排水管，排至附近车库集水井，以满足试水或者拆卸维护时等情况的排水要求。自动喷水系统、室内消火栓系统设计为共用梯屋面高位消防水箱，能满足系统初期用水及稳压要求。由于项目中高位水箱设置于高层建筑梯屋面上，而仅在车库内设置喷淋，屋面与车库高差将近100m，喷淋系统静压较大，故在稳压管接入报警阀组前环管时设置2组并联的减压阀组，阀后压力为0.50Mpa，满足系统稳压要求。每组减压阀组组成与消火栓中相同，其中过滤器采用孔网直径大于5目/cm2的、铜质的、过流面积为管道截面积4倍的Y型过滤器，而采取的减压阀为要求不气堵不气阻的带锁定阀位的比例式减压阀。系统中，1个防火分区设置1个信号阀及1个水流指示器，同时每个防火分区系统最不利点设DN25试水阀（报警阀组最不利时为末端试水装置）。末端试水装置设置试水阀、压力表以及流量系数为80的试水接头，并自由出流至漏斗排入排水管道，最终排至车库集水井。

6 消防水泵控制

在平时，消防水泵设计为自动启泵状态，提高消防给水的可靠性和灭火的成功率。消防水泵应由专业的工作人员结合灭火情况确定停泵。设置自动停泵控制，这样可能造成火灾扑救的失败或挫折，对于仍在现场扑救的人员而言，突然自动停泵更会带来不可预估的危险，因此不能设置消防自动停泵。消防泵的启动应有自动启动、泵房和专用线路连接的控制室内手动启泵两种方式。

室内消火栓系统的消防泵利用消防水泵出水总管上压力开关、天面消防水箱出口流量开关自动控制启动。设置高位消防水箱稳压但不设稳压泵的临时高压室内消火栓系统中，尤其是高低区共用高位消防水箱的低区系统，0.07～0.10Mpa的压力差值较大，当高位水箱中的水用掉一半，压力开关的压力值也只下降约0.01MPA，但达到这个下降值的时间却是漫长的，是无法接受的。可见，这类系统单独靠水泵出水管上的压力开关自动启泵是困难的，因为高位水箱水位下降缓慢，从而出水管的压力开关中的压力值也下降缓慢，导致压力开关迟迟不能发出启泵信号。对此，高位消防水箱稳压的室内消火栓系统，消防水泵必须还要有更可靠的自动启泵控制器件，这就是流量开关（高位水箱的出水管设置），流量开关启泵流量初始设置1.33L/s，大于系统泄漏量。

自动喷水灭火的系统利用消防水泵出水总管上压力开关、天面高位水箱的出口流量开关自动控制启动外，同时另设置也由报警阀组中压力开关等其他设计信号能直接有效自动启动水泵。自动喷水灭火系统设置流量开关启泵，在有些情况下会对系统造成负面效果[3]。自动喷水灭火系统加设流量开关启泵，出发点为增加一个启泵控制，启泵会更加安全和可靠，但同时应该认识到，不能仅仅设置靠流量开关启泵。第一，这样的控制有可能不会及时启泵，如一个喷头动作时流量开关未必会动作、发出启泵信号，不像报警阀那样一个喷头动作后其压力开关必须动作发出启泵指令。对此，自动喷水灭火系统的水泵不可仅设流量开关自动开启，必须还要有更可靠的能及时启泵的控制器件，比如压力开关进行启泵。第二，流量开关有可能会误启水泵，即没有火灾、喷头没有动作情况下启动水泵。上述2种情况取决于自动喷水灭火系统实际运行时一个喷头动作时实际管网流量与初始流量开关设定值差值关系，所以实际运行时流量开关设定值还需根据现场系统实际运行情况合理调试设定。

7 结束语

建筑消防给水系统设计时，应根据建筑功能复杂、人员较密集、火灾扑救有一定难度等特点，结合自动喷水灭火系统能在早期有效扑灭起火点、具有灭火成功率高的优势，结合室外消火栓系统同室内消火栓系统是消防队员和建筑物内人员进行灭火的重要消防设施，以及其对提高灭火成功率、保障财产及生命安全的重要性，要充分考虑和确保消防给水系统设计质量，确保系统的供水能力和安全可靠，并根据不同场所确定灭火系统的选择，合理划分消防给水各系统分区及各自控制系统，不能因为经济或美观等原因影响消防给水系统的安全可靠性。