高层建筑消防给水系统设计及可靠性

李坤峰（三明市公安消防支队清流大队）



高层建筑消防给水系统设计及可靠性

李坤峰（三明市公安消防支队清流大队）

由于高层建筑自身的一些特点决定了一旦发生火灾便很难对其进行扑救，其中消防供水就是其中最大的问题之一。本文主要介绍了常用的三种高层建筑消防系统给水方式，然后详细分析了消防系统中常见的超压问题及其对应的处理措施，最后就如何进行消防给水系统可靠性分析进行了简单探讨。

消防供水；高层建筑；可靠性；设计

引言

高层建筑由于很多自身的特点，比如功能繁杂、空间跨度比较大的本构，如果出现了火灾就很难快速对其扑救，往往造成的损失庞大，后果非常严重，所以必须要为高层建筑配备可靠完善的消防系统，这可以很好的遏制初期火势的蔓延，在很大程度上降低人员伤亡以及财产损失［1～2］。我国目前还未制定完善的高层建筑消防设计标准和规范，当高层建筑出现火灾的时候，最大的困难就是消防供水问题。因此，针对高层建筑消防供水系统进行研究具有重要的现实意义［3］。

1　选择给水方式

按照给水方式不同可以将高层建筑消防给水系统分为串联分区、并联分区以及重力式消防给水三种给水方式。但是在实际操作中，对于高层消防给水方式为进行标准化，使得不同建筑都采取了各种各样的给水方式，且随着楼层高度的增加、功能越复杂则在实际中一般会采取更加繁杂的消防给水方式，在串联分区和并联分区两种方式的基础上进行组合使用。

并联分区就是把给水分区区分为高区和地区，在这两个区中分别设置了消防水泵以及水泵接合器以供各个区单独使用。也就是说，一旦高区出现火灾，只需要启动高区消防水泵，同样的如果是低区出现火灾的时候则只需要启动低区消防水泵即可。并联分区给水方式具有很多特点，其中优点主要有：系统管网比较简单，由于水泵都设置在地下室，因此控制以及维护方便，且设备运行过程的振动和噪音等不会太多的影响到居民，确保了居民居住环境的安静和舒适。当然也存在缺点：必须在所有区内都装设具有独立水泵接合器；如果是在两个区域分界的地方发生火灾，则要求两个区域的消防水泵同时打开，因此需要综合考虑两区用水和用电需求对防水池的储水量和供电量进行计算；要求使用两个独立的竖管实施供水，需要占用较大空间，增加成本。

串联分区给水方式还可以进一步细分为常高压串联分区给水以及临时高压串联分区给水两种。其中，临时高压串联分区给水方式就是在建筑的设备层或者避难层安装水箱和传输水泵，在地下室安装水池和消防水泵，在建筑楼顶安装水箱和稳压泵。地下水的储量应该确保能够完成一次灭火任务，而接力水箱中的储量应该确保能够使用15～30min。在低区直接通过接力水箱进行重力供水，而在高区则通过消防水泵进行加压供水，在火灾早期，水的供应主要通过高位消防水箱执行，此外还需要把中间层的消防泵启动，将水从下到上供应到高区配备的消火栓管网中，与此同时位于地下室的消防转输泵将地下室中的水输送至中间水箱。

重力式消防给水系统就是在高层建筑的最高位置找到一个合适的地方建设消防水池，并且应该确保消防水池的水储量足够完成一次灭火任务，一旦发生火灾，消防水池的水通过自身重力的作用向以下各消防给水分区分别进行供水。该种方法其最关键的好处就是通过水自身的重力向下供水，可以有效防止火场供电停止以及各种机械故障对消防给水造成的影响，比较可靠和安全。但是该种方式会在很大程度上增加结构荷载，同时还必须占用很多的建筑面积，必然会大大提升建设成本。

2　超压以及泄压问题

（1）给水超压问题。所谓超压指的就是系统内部的水压大于其工作压力上限，由于过大的水压使得系统内的零件出现损坏或者不均匀给水，最终对系统的正常运行造成影响，不利于灭火救灾的进行。对于高层建筑消防给水而言，超压问题经常出现，主要的原因有：①系统出水流量比较小。刚刚出现火灾的时候，通常而言自动喷水灭火系统只会启动几个喷头，或者在针对自动喷水灭火系统实施末端试水的时候，只需要很小的流量即可，但是加压泵在供水的时候却是根据设计秒流量来进行供水，这必然会使得加压泵扬程显著提升，造成自动喷水灭火系统内部的水压急剧上升。②不合理的竖向分区。建筑物高度很大的时候其给水的竖向分区并没有按照1.2MPa上作压力相关要求来进行分区。③水锤现象导致超压。水锤现象指的是消防泵由于停电或者故障突然停止工作引起的。④水泵结合器超压。有些消防给水竖向分区其下区和上区是共同使用一个水泵结合器，如果止回阀出现了不严密问题，那么回造成下区发生超压问题；此外，消防车在向室内消防给水管网进行供水的时候，就很有可能引起管网超压问题，尤其是当系统的消防泵和消防车消防泵串联运作的时候，发生超压问题的概率大大增加。⑤没有设置排气装置。在给水管网中没有安装排气阀，或者安装的排气阀位置不合适，使得管网内空气被严重压缩，最终引起超压问题。

（2）给水的减压以及泄压方式。消防给水系统中由于超压问题的存在对于消防救灾带来了不利的影响，所以有必要采取有效措施来进行减压或者泄压。进行减压或者泄压之后可以确保给水均匀性，提升消防给水系统的可靠性。通过深入分析超压问题造成的原因，认为可以从下面几个方面来着手解决超压问题：①采取对应的技术措施避免出现超压问题：a.对消防系统的给水管网进行科学合理的设计，尽可能保证喷头的布置较为均匀，且分布在配水管两侧，以此来实现各个配水管水压的平衡。b.对下放给水系统的分区进行适当选择，同时在许可范围内降低给水分区压力值。比如，如果建筑物高度不超过120m，那么消防给水竖向分区宜使用并联消防泉给水系统；如果建筑物高度超过了120m，那么消防给水竖向分区宜使用设置有中间水箱转输的串联消防泵或者是直接串联多台消防泵给水系统。c.在选择消防泵的时候，最好是选择流量-扬程曲线相对来说较为平缓的消防泵。在条件允许的情况下可以使用变频调速消防泵、水冷直联消防泵或者切线消防泵。②提升消防给水系统内部零件的抗压性能。这样即便是由于各方面原因导致系统内部水压增大，其水压还是在系统许可的工作压力范围内。③采用行之有效的泄压或者稳压措施，确保出线超压之后也不会对给水管网引起严重损坏，比如可以采用安全阀、泄压阀、气罐阀、稳压阀等。

3　消防给水系统可靠性

在对应的时间范围以及条件下，高层建筑消防给水系统能够完成对应任务的能力称之为可靠性。消防给水系统的可靠性对于整个高层建筑而言有着非常重要的影响。一般而言，可以用可靠度来描述消防给水系统可靠性，其意思就是消防给水系统在对应的时间范围以及条件下完成相应任务的概率。

（1）消防给水系统可靠性框图。在对系统可靠度进行研究的时候，必须首先明确消防系统所具备的功能以及潜在的失效方式，在此基础上对可靠性框图进行准确绘制。然后构建消防给水系统可靠度模型，对消防系统其整体可靠度和各个单元可靠度之间对应关系进行全面系统的研究。通过大量的实验就可以获得各单元其可靠度，然后再通过对应的模型便能够求得各单元进行组合得到的复元体系统其可靠度。

系统通常情况下能够分为两种，即储备系统复杂系统以及非储备系统。实际上非储备系统其实是一种串联系统，储备系统还可以进一步细分为工作储备系统以及非工作储备系统。不难想象消防给水系统对于供水要求是非常高的，必须要求供水可靠性非常高，因此通常采取储备系统与复杂系统的模式。对于工作储备方式而言可以将其分为三种，即并联系统、混联系统以及表决系统。整个消防给水系统主要由两大部分构成，即消火栓给水系统以及自动喷水灭火系统，组成这些系统的各个元件或者设备功能直接决定着可靠性框图类型。

（2）消防给水系统可靠性定量分析。前文已述，整个消防给水系统其可靠性就是通过各个组成单元功能直接决定的，也即是说整个系统的可靠度就是通过各个组成单元的可靠度来共同决定：①串联系统可靠度定量分析。串联系统其特征就是只有当系统中全部的组成单元都能够进行正常下作的时候整个系统才可以正常工作。串联系统由若干个单元构成，第i个单元其可靠度假设是Ri（t），那么全部单元的可靠度之间的成绩就是整个系统其可靠度，即；②并联系统可靠度定量分析。并联系统最大的特点就是系统中所有的单元只要有一个能够正常工作，则整个系统就可以进行正常工作。并联系统其可靠度计算公式为

4　结束语

对于整个高层建筑的消防系统而言，给水系统是其中非常重要的内容，它在灾前预防以及灾后处理过程中都发挥中不可替代的作用。给水系统的可靠性对于高层建筑的消防安全而言是非常重要的，可靠度越高则建筑的安全性越高，反之则越低。本文综合研究分析了高层建筑消防给水系统可靠性以及各个元件对于整个系统可靠性的影响规律。

［1］张惠远.高层建筑消防给水系统设计及可靠性研究［J］.建筑设计管理，2012（5）：72～74.

［2］陈小芹.高层建筑消防喷淋给水系统可靠性设计［J］.民营科技，2010 （7）：275.

［3］杨明炜.高层建筑消防给水系统设计研究［J］.科技创新与应用，2015 （12）：255.

2016-4-10

TU972.4

A

2095-2066（2016）13-0133-02