建筑与消防的技术创新对未来消防模式的影响

郭沛林

摘要：鉴于高层、超高层建筑不断增多，自动灭火系统应用越来越广泛。用水建筑不需要建设水池水箱，只需要建设管网，多建筑共用一套消防供水系统，该消防高压重力供水系统作为中心，周围呈辐射状建设用水建筑，暂且称之为中心。

关键词：城市消防水密舱;中心建筑;通用性喷头;消防集中供水

1 建筑与消防现状

目前重要的建筑物耐久都能达到百年以上，竣工于1931年的帝国大厦高381米，1951年增高62米天线后，总高443.7米。我国目前国内高层建筑结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构等，构建采用钢筋与混凝土结构，具有较高的防震等级。对高层建筑危害最大的就是火灾，消防对于天际线逐渐抬高的我国城市的发展具有不可忽视的重要意义。

消防用水系统工作压力、管件、用途：消火栓系统0.07MPa-0.5MPa[1]，报警阀后管道使用钢管，主要供消防员使用;自动喷水灭火系统0.05MPa-1.2MPa[2]报警阀后管道使用钢管，可用于扑灭固体火灾;水喷雾灭火系统15MPa-1.6MPa[3]，报警阀后管道使用镀锌钢管、不锈钢管、铜管，可用于扑灭固体火灾、电气火灾、可燃液体火灾;细水雾灭火系统1.2MPa-≥10MPa[4]，使用冷拔法奥氏体不锈钢管，可用于扑灭固体火灾、可燃液体火灾、电气火灾。

消防给水系统分类：高压消防给水系统、临时高压消防给水系统、低压消防给水系统。其中低压消防给水系统最不可靠，不具有压力，发生火灾时需要消防车或手抬泵加压供水;临时高压是目前使用最多的给水系统，发生火灾时启动水泵加压供水;高压消防给水系统能始终保持满足水灭火设施所需的工作压力和流量，火灾时无须消防水泵直接加压的供水系统。高压给水系统最为可靠，但现在却不常见，原因有以下几点：①單独设置高压系统楼顶需要大型水池，成本高;②影响楼内面积使用;③管理维护成本高，擅自关停或部分关停消防设施情况难以控制。

高层建筑，超高层建筑不断增多，高层建筑起火后火灾蔓延途径多、蔓延速度快、灭火扑救困难。例如高层建筑主要依靠自救：自动灭火设施要可靠，消防供水要可靠。高层建筑超高层建筑的火灾类型主要为固体物质火灾和电气火灾，使用水灭火系统可以扑灭。

2 建筑与消防技术提高后未来的消防模式猜想

鉴于消防供水形式可靠性高的高压系统，选用高压消防给水系统。并且由于目前单栋楼独立设置高压系统的缺点和建筑耐久性的不断提高，选择多建筑共用消防给水系统，并且选用高处建设水池的重力提供高压而不选择不可靠的需要水泵持续加压高压系统。

鉴于高层、超高层建筑不断增多，选用自动灭火系统为主要灭火方式，人力为辅助的消防灭火方式。建筑群由于大规模多建筑共用一套消防供水系统，该消防高压重力供水系统作为中心，周围呈辐射状建设用水建筑。可考虑环形建设城市，依次按照中心、超高层商业写字楼、高层商业写字楼、高层住宅楼、多层工业建筑或类似由高到低的方式向外层扩展满足水压递减系统更可靠。

鉴于消防中心规模大服务建筑多很可能为城市中心，应与“城市消防远程监控系统”共同建设”，由该系统综合指挥。

3 系统构成及举例

中心建筑：作为重力消防给水系统的核心，中心建筑除作为供水和部分作为消防管理作用外，为保证水源可靠性一般不做他用。顶部开始至距地50米高度为止建设数座水池，水池的供水流量符合城市人口数量消防供水水量的要求，中心建筑高于其他建筑至少35米，35米即可提供规范要求的高层消防给水动压0.35MPa和水喷雾灭火0.35MPa压力要求（忽略水头损失）。

其他建筑：其他建筑为了满足供水压力要求，至少低于中心建筑最高处水池35米，且因为上层无法提供高压灭火，应尽量减少顶层以下30米火灾载荷。

系统建成后可根据规划建设绿地等未来替换建筑用地，尤其是中心建筑必须有替换用地以保证供水安全。

管网：用水建筑不需要建设水池水箱，只需要建设管网，管网应使用无缝不锈钢管，满足一管多用，同时使用自动喷水系统洒水喷头，与水喷雾系统离心水雾喷头。管网连接成一张城市大网，由架空主管道、埋地主管道、联通信号阀、进出建筑阀门，压力感应装置等组成。

自动灭火喷头：目前的喷头都为专用喷头，也就是一种系统一种喷头。应开发可以在水压低时洒水，水压高时比如高于0.7MPa离心旋转喷射水雾的通用型喷头。

管网连接：管网可选用中心建筑入地再由地下进入用水建筑的形式，但系统水压过高，随着楼间桥梁的增加应多利用桥梁通过，因高楼摆动应增加不锈钢管柔性连接件研制开发。管网互相连接增加纵向与横向连接并通过阀门控制开启和关闭。

阀门设置：该系统中，阀门是系统的关键组件，是除了中心建筑外最重要的部分之一，可靠性是最重要的要求。阀门可改变供水高度、改变水压、切断供水、维护更换管道等都需要阀门。阀门应选择电动阀，并尽量使用自带电池保证断电后一次启闭功能并具有有线及无线反馈功能的信号阀。

用水系统设置：电气竖井、机房、防止损坏的重要资料应由高于其所在楼层高度70米以上的水池提供水压，保证喷头离心喷射水雾，若该水池缺水则主机自动通过开闭阀门连接更高处水池提供消防用水。有人工作的房间一般自动喷水选择5-60米水池，消火栓系统一般选择35-70米水池供水。

计算机逻辑：因为水压为重力提供，所以若不出现意外情况，计算机是比较清闲的，只需要在水池水量不足时开启水泵进行补水。喷头因热破裂喷水，水压由固定供水水池提供，计算机几乎不需要参与，只需感受水流指示器反馈信号，向指挥中心发出报警信号而已。如果出现特殊情况，逻辑如下：

电气竖井内有工作人员正在工作，此时发生火灾，原本由70米以上的高处水池供水，不损伤电器设备情况下喷雾灭火，但水喷雾系统会而造成人员窒息。此时，由于人员进入从外侧开启竖井上的防火门，又必须及时灭火，计算机发出关闭70米以上的高处水池至该竖井电动阀，并隔离电气竖井供电防止短路，开启35米高的水池进入该竖井供水管道上的电动阀，迅速洒水将火扑灭，方便人员逃离，虽然造成了线路泡水，但满足了防止火灾扩大和营救人员的第一目标，系统灭火优先利害顺序由人为设置并由计算机控制。

发生火灾时火势扩大较快，计算机自动发出调整供水高度使水压变大加快灭火进度，保证供水安全情况下调动储水塔内各水池的水向灭火供水水池输送，在供水足够情况下防止火势扩大向可能着火区域的供水池注水。

如果选用易熔合金喷头，火灾温度上升较慢，此时合金已软化，但不足以脱落，而火灾探测器已探测到火灾。此时，计算机自动调高供水高度，压力随着提高后，顶落易熔合金，实现早期灭火。

系统漏水，由于本系统为多连接多环状管网，任何一段关闭均不会影响系统其余部分供水。此时同时关闭漏水区域前后两个控制阀实现隔离此区域，并通知维修人员到来与使用人员严防火灾发生。该设置类似与航空母舰水密舱设计，现代航母虽没有很厚的装甲，但是较小的导弹即使突破重重屏障在舰体上炸开一个口子也只会漏进几十吨水之后就会被隔离弃置，不影响数万吨航母整体航行，我们可以叫它“城市消防水密舱”。

此外，除选用常用感温与感烟探测器外应积极选用红外成像探测器准确探测火灾与人员状况。

4 系统管理及优势

（1）模块化施工，由政府主导投资建设中心建筑，“城市消防远程监控系统”入驻中心建筑，总体指挥调度该区域消防工作，周边符合系统要求的可直接接入系统。其他建筑建设前符合国家规范标准要求，经审批建立，高度不超标，不设置易燃气体等发生火灾后无法用水扑灭的设备。由专业单位负责消防管网敷设，保证系统管网一致可靠性。管网采用模块化管理，一个模块前后都由控制阀负责开启与关闭。

（2）循环式维护保养，维护保养不是每天都有，形成一个大系统后，可以采用周期轮检方式保证人员有效利用又使每段管网符合维护保养时间要求，各用水建筑维护保养周期采用循环交错的时间节点，保证维护保养不聚集。

（3）管理人员精简化，每座楼内仅有消防管网，不存在泵组，阀组，储水设备。仅需要设置巡查人员，系统如发现组件损坏会及时通知维修人员。

（4）统一管理与系统可靠程度的提高，系统虽大但阀门设置模块化带来便捷与系统可靠程度进一步提高。统一管理避免了擅自关停消防设施的情况，系统全局可监控，维修可隔离。

（5）管理优势，鉴于以上管理优点，减少了人力，提高了可靠性和效率，创造了价值，节约了资金。

（6）其他，有助于城市规划，方便城市管理。中心建筑、环绕中心建筑的核心商业群、外层的住宅建筑群、最外层的工农业建筑群，人们上班的交通方向分别向内层聚集与外层扩散，道路均摊交通压力。城市建筑条理清晰，有助于城市模式进化。

5 建设设想

已建成城市可以考虑在市中心一定范围内建设高度150米左右的集中消防供水塔的建设，在满足大多数建筑的用水高度后少数超高层建筑仍然由其自备消防设施。考虑积极协同城市综合管廊建设的推进，减少单独投资。超高层建筑也可在百米高度下使用消防集中供水系统，超出高度依然自备的方式。

新规划的城市或者城市新城区的建设可以按照中心建筑、外层逐步环绕的方式规划建设。此时，应多建设楼间联通管网而不仅限于采用埋地主管道，因为可避免纵向主管道损坏后的消防供水，形成“城市消防水密舱”设计。譬如美国911飞机并没有撞塌美国世贸中心，而是在大火燃烧1个多小时后，钢结构达到屈服温度而导致无法承重变形倒塌的，此时纵向管道被撞毁，如果撞击点上下层消防设施通过横向管网继续供水降温，钢结构很可能不会倒塌。而集中消防重力供水的方式储水量大、重力供水的可靠性的优势也能彻底显现。像美国世贸中心这样的大火如果按照现在的自备消防水池的方式，即使消防设施完好也不可能有足够降温灭火的水量供给。

6 结语

以上建筑与消防的技术创新对未来消防模式的影响，虽有些超前，但基于合理、可靠、集约的思想，笔者认为有实现的可能。

参考文献：

[1] GB50974，消防给水及消火栓系统技术规范[S].2014.

[2] GB50084，自动喷水灭火系统技术规范[S].公安部天津消防研究所，2017.

[3] GB50219，水噴雾灭火系统技术规范[S].公安部天津消防研究所，2014

[4] GB50898，细水雾灭火系统技术规范[S].公安部天津消防研究所.2013.