消防给水系统研究

费广成

（盐城市消防技术服务事务所，江苏 盐城 224001）

1 消防给水系统的现状

近年来，随着经济的高速发展，我国综合国力的日益增强，人民生活水平的不断提高，越来越多的集中型城市不断兴建，消防问题越发严重。各种建筑功能复杂，建筑物地区性密集，城市人口剧增等现象带来了严重的消防隐患。大型高层综合型建筑、高层民用住宅建筑、集餐饮、购物、宾馆和娱乐为一体的综合型高层建筑都是消防的重点。这些大型商业建筑通常采用无隔断、无间断的大面积区域作为经营场所，大量的易燃物品摆放集中，数量巨大，有的还设有餐饮业，这都为火灾提供了迅速传播的便利条件，导致火灾在水平和竖直方面迅速蔓延。如果其隔墙不具备足够的耐火能力，大火就会快速蔓延至其他位置；如果在建筑的背火面储存了大量的可燃物，会导致火灾快速扩大至其他区域；而且在竖向扶梯、中庭等区域，由于烟雾的上升也会导致竖向的火灾蔓延。高层建筑人口密集，消防意识薄弱，通常会导致火灾后救援困难；消防水枪的高度限制，也使该建筑主要依靠自身的消防设施。因此消防给水问题成为了建筑设计的重要问题[1]。

2 消防给水系统的类型及其特点

图1为某工程室内给水系统流程图，该工程为多层商住楼。消防给水系统主要分为室外给水系统、室内消火栓给水系统、ESFR系统、自动喷水系统、固定消防水泡系统等多种系统。本文着重分析室外给水系统。室内给水系统和自动喷水系统。

2.1 室外给水系统

在消防给水设计中，室外给水系统尤为重要。室外给水系统关系到室内给水系统的水源问题，例如消防水压的保证，消防管道的连接等问题。所以在消防给水系统设计时，应完善室外给水系统。

首先设计时应注意管道的设计[2]。根据当前工程的级别等确定消防用水量，从而确定管径。一般来说管径可以按以下公式计算：

式中：D为管道直径；q为管道流量；v为流速。管材的选用也是十分重要的。一方面必须能够承受各种内外荷载的机械性能，例如刚度足够，水密性能好，不渗透，不破裂，良好的水力性能，能减少沿程水头损失和局部水头损失；另一方面价格适中，寿命长，防水和侵蚀能力较强。在埋管道时，应坚持将深埋和浅埋相结合的原则。深埋还是浅埋要根据冰冻层厚度，外部荷载，最小管顶覆土厚度和工程造价以及将来的管道维修费用等综合因素决定的。管道设计时，应秉承多平缓顺直，少陡峭曲折的原则。

其次，应注意室外给水系统的其他附属设施包括阀门、排气阀、消火栓、阀门井等。这些设施都需要适当的设置和安装。阀门应在主管道每隔500~1000m设置一个检修阀门。管道局部最高点应设置排气阀。排气阀与管道直径之比应在1:8~1:12之间。也可设在阀门井内。消火栓间隔为100~120m，距建筑物不小于5m，距道路不大于2m。

消防水池设计时，要按照规定中的有效容积设计[3]，必须满足火灾发生时的持续消防用水量，并按照以下公式计算：

式中：V为消防水池的有效容积；Vn为室内消防用水量；Vw为室外消防用水量；Vg为室外给水管网供水量。但是该条款的定义有点模糊。在实际设计中，由于建筑物的差异，一般选择按照最大建筑的消防用水来设计，而不是叠加用水量来设计消防水池。并且对于消防水池的保护半径也有定义，即150m，但是有些大型的小区不能满足此需求，故而可以分散设置多个。但是蓄水量应满足150m的保护范围。

2.2 室内给水系统

消防室内给水系统可以分为两种，高压制和临时高压制。高压式给水系统有利于节约时间，因为无论何时，管道中水体一直处于压力状态下，发生火灾时可以及时送水救灾。但是，由于输水管道、设备层和地下室都需要长期储存大量水体，既不利于节约，而且会加重建筑负荷，干扰结构布局，增大渗漏的几率。而临时高压给水系统可以解决这个问题，它只需要在地下室储存全部水体，但是火灾发生时，有短暂延误扑救的危险。因此有些工程在中间设置转输水箱，或者在屋顶设置水箱，储存的水体需要满足火灾突发的前10分钟之内的用量。而且水泵应为一台常用、一台备用进行配置。表1为我国超高层建筑消防给水方式。事实证明两种给水系统均有使用。在给水系统中，各区供水分为串联和并联两种方式。串联系统有利于降低水泵负担的压力，经济并安全，因此表1中的超高层建筑多选用串联方式。并联方式有利于分区给水，将各区供水独立，但是水泵压力增大。

表1 我国已建和在建超高层建筑消防给水方式统计

2.3 自动喷水灭火系统

近年来，我国的灭火给水从以消火栓系统为主逐步向以自动喷水灭火系统为主过渡，这也是我国消防给水系统设置标准和发达国家逐步接轨的重大举措。自动喷水灭火系统，早期是以“钻孔管式喷水灭火系统”的形式出现，已经使用一百多年，从它被人们接受并使用期间，一直在不断研发新技术、新设备与新材料。目前已经是世界上公认的最为有效的自救灭火设施，并以应用最广泛、用量最大而著称。它具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等特点，在保障人们的生命、财产安全方面起到了非常重要的作用。自动喷水灭火系统是一种由水流报警装置（水流指示器或压力开关）、报警阀组、洒水喷头，以及管道、供水设施组成的，并能在发生火灾时自动喷水的自动灭火系统[4]。它一般设置在容易起火的部位、疏散通道和人员密集场所,而且还设置在水灾容易蔓延的通道, 不易发现和不易扑救的火灾地方以及需要淋水降温、保护等的场所。这样可以更及时、更迅速, 更有效地扑救火灾，防止火灾扩大，减少人员和经济的损失。

依照采用的喷头不同，该系统可以分为三大类[5]：闭式系统、开式系统和水幕系统，如图2所示。闭式系统采用闭式洒水喷头，而开式系统采用开式洒水喷头。下面分别对其进行介绍

闭式洒水的自动喷水灭火系统包括：湿式系统、干式系统、预作用系统。湿式系统一般用于常温环境，即温度不低于4度，不高于70度的环境。这是由湿式系统的工作原理决定的[6]。湿式系统是在热敏感元件感应到热源时，破裂或者融化，从而使戒备中的管道预留水体喷洒出来进行阻挡火势。干式系统不受环境温度的影响，它是将管道中充满有压气体，而不是水。所以它可以用于高温环境和低温环境，但是由于水管中的气体存在，会延迟救火时间，不利于快速灭火，因此它一般适用于温度低于4度或者高于70度的环境，例如我国北方没有取暖设施的地方。预作用系统是将以上两种系统相互结合，取长补短。在更加敏感的报警系统提示下，同时开启雨淋阀和供水泵，在喷头开启前将管道供水，从而提高供水效率和缩短等待时间。该系统一般用于对环境状态要求较高，例如严禁管道漏水，防止误喷的建筑内。

开式系统也称为雨淋喷水灭火系统。该系统一般用于火灾蔓延速度较快，其他方式难以覆盖广泛面积时，或者由于特殊情况需要延时喷水的情况。例如在隧道发生火灾时，需要等待交通终止，保证人员安全的情况下才能开启灭火装置。这时火灾已经有蔓延的可能，需大范围的覆盖灭火面积，就可利用开式系统阻止火灾蔓延。开式系统是在自动报警系统启动下，开启雨淋阀和供水泵，以开式或者闭式喷水阀喷水。自动报警器一般是电子探测系统，对燃烧物、烟雾、热源和火焰等现象快速做出感测或者反应。开式系统还可以添加泡沫液，如水成膜泡沫液，灭火时泡沫覆盖在非水溶性液体上形成薄膜，减轻或者防止易燃蒸汽的释放，从而减轻火灾的程度和蔓延。

水幕系统是由水幕喷头和雨淋报警阀组以及水流报警装置等组成。水幕系统根据其作用一般分为两类，即防火分隔水幕和防火冷却水幕。防火分隔水幕的设置主要是由于设置防火墙困难，从而以防火分隔水幕替代。其目的与防火墙和防火卷帘的作用相同，实现火灾的分隔和隔离而不是灭火，因此该系统多用于救火的初期。防火冷却水幕主要是用于保护和冷却防火卷帘，降低其温度，增强其耐火极限，延长阻挡烟雾时间。总之水幕灭火系统主要是形成具有一定高度的水墙，起到防火分隔、降低热辐射、冷却分隔设施、稀释有毒气体和节省消防人力的作用。

3 消防给水系统中应考虑的几个重点问题

目前现行的规范中仍然存在一些问题，比如规范中条文的前后冲突，有些条文操作性不强，而有些强制性又过强，这些都不利于设计施工人员的实际操作，也对消防给水系统带来了不良影响。例如关于七种情况下设置的倒流防止器的条文为强制性条文。该条规定使得倒流防止器大规模使用，不但增大了系统压力损失，还会导致城市供水系统压力降低，既不利于节约型社会的建设，又对干管和直管与倒流防止器的串联造成用水点水压不足。再有关于消防栓的设计问题，不同的规范中有不同的规定。GB50016-2006《建筑设计防火规范》第8.4.3.2条规定的与GB50045-1995《高层民用建筑设计防火规范(2005年版)》第7.4.6.8条规定相互冲突。前者规定消防电梯前室所设的消火栓不应计入总数，但是后者又规定应计入总数。因此在多项工程设计中一直存在争议。

关于屋顶水箱的规定也存在争议，按照《建筑设计防火规范》第8.4.4.2条的规定，所计算出的水箱容量在实际工程中是否适当。这是由于一般工程设计都是按照用水量包含了自动喷水的水量而设计的，而规定中没有明确的指出是否应该包含这部分的用水量，因此该问题依然有待解决。同时，对于整个小区合用一个消防水箱时，应注意不能在设有屋顶水箱的楼上设置止回阀。另一方面，对于高层民用建筑，规范中规定凡是高度高于25m的建筑，并且使用高压给水系统应设置高位水箱，但是即使高位水箱的存在依然不能满足消防用水的水压，同时增加的消防增压泵还增大了开支，不利于节约成本和经济合理性，并且还会影响建筑的立面优化。因此建议50m以下的建筑不用设置高位水箱，改为在消防泵房内设置小流量的稳压水泵[7]。《高层民用建筑设计防火规范(2005年版)》中的统一利用稳压水泵代替高位水箱这一规定，也存在很多弊端。因此对于高于50m的建筑，建议仍然使用高位水箱，这样不但可以减少成本，特别是在民用住宅建筑，可以为居民降低成本费用，而且在平时运行中，可以节约用电，甚至可以不用电力支持，特别是在电力供应不稳的地区。

关于消防水池的规定，《建筑设计防火规范》中明确指出，当市政给水管道为支状时，或者一根进水管的消防用水量大于25L/s时，应设置消防水池；但是同时，其说明文中，又将用水量改为20L/s，如此说明虽然增加了安全系数，但是对于设计人员来说，不能够准确把握规定的内容，从而不利于规范消防给水设计。因此有的设计人员将消防水池的容积计算按照以下公式计算，虽然不合乎标准，但是却符合当地的实际情况[8]。

式中：Q为消防水池的容积；Qs为室内消防用水量；Qw为室外消防用水量；Qz为自动喷水灭火系统用水量。鉴于此，规范中的规定应根据实际情况给予设计人员一定的自主范围，从而使消防给水系统更好的服务于人。

4 结 语

人们常说，水火无情。消防给水系统是建筑灭火的主要手段之一。因此消防的供水问题便成为了建筑设计的重要问题，它关系着人们群众的人身和财产的安危，因此对于其的优化、管理和运行都有着重要的意义。在设计消防给水系统时，不但要考虑实际工程所在的地点，环境和气候，而且还应考虑其建筑自身的作用。不同的给水系统各有优缺点、也各有适用范围。只有准确的把握其特点，才能做出准确的抉择。不但要考虑技术问题，同时还应考虑业主、设计人员和施工人员的意见，做到满足业主的要求，符合规范的规定，在施工中具有可行性，并在节约、经济的基础上优化设计。

[1]刘大为,唐国安,王蔚.北京当代大型商业建筑及其发展趋势思考[J].中外建筑,2009,(5):116-119.

[2]王晶晶.大型商业建筑的防火设计探析[J].中国科技信息,2011,(9):195.

[3]张吉光,史自强,崔红社.高层建筑和地下建筑通风与防排烟[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[4]辛瑞东.大空间建筑的防火分区设计方法[J].建筑技术,2010,(3):180.

[5]王学谦.建筑防火安全技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

[6]韦明学.高层建筑烟气蔓延规律及防范设计[J].广西民族大学学报:自然科学版,2009,(11):84-86.

[7]马勇,周乐.超高层办公楼给水及消防方案选择分析[J].给水排水,2008,34(13):86-88.

[8]张钰铭,陈雪东,浅谈国内建筑给排水技术现状及发展趋向[J].建筑学研究前沿, 2012,(7): 32-33.