超高层建筑消防给水监控子系统的研究及设计

况 东

(中国建筑上海设计研究院有限公司, 上海 200062)

0 引 言

自发布《公安部消防局2017年工作要点》通知起,公安部消防局一直大力推进“智慧消防”建设,强化信息数据深度应用,提高针对火灾的技防水平。“智慧消防”是智慧城市在城市消防领域的具体应用。

消防安全是公共安全的重要组成部分,不仅事关居民生命财产安全,也关乎生产安全、能源安全、经济安全和社会安全等诸多方面。而目前的消防灭火系统中,“无水”在全国都是常见的。有关部门对于存在的消防给水系统的普查还处于现场督促阶段,如何快速有效地发现隐患、排除隐患是本文研究的重点。

1 超高层建筑消防给水监控子系统设计

国家已经颁布的消防给水方面的相关规范有:GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》[1]、GB 50084—2017《自动喷水灭火系统设计规范》[2]、GB 5135.21—2011《末端试水装置作为自动喷水系统第21部分》、GB 25506—2010《消防控制室通用技术要求》等。超高层建筑的火灾特性具有如下特点:

(1)超高层体积大,建筑内可燃物比较多且分散,火灾隐患多。

(2)超高层的高层区域因为消防车喷水高度不够,受科技手段限制,一旦没水,灭火困难;

(3)超高层建筑都有一个核心筒,里面是电梯井及各类风井管井,该结构容易产生烟囱效应,导致烟气上升速度大大提升。

(4)超高层的消防管网发生故障没水时很难被及时发现,对超高层建筑而言,其消防设计主要还是注重事后补救。

消火栓系统和自动喷水灭火系统的运行首先要保证消防水池(箱)有充足的水量;其次要保证消火栓、水喷淋管网压力及消防水泵的正常起停;最后要保证消防阀门畅通。

传统的消防设计满足消防规范要求即可,而不考虑超高层建筑的消防给水系统发生火灾时因无水、无压造成的喷淋范围小、消防栓救援射程不足等问题,忽略了平时消防用水安全的可靠性问题,因此,想要确保消火栓系统、水喷淋系统发挥作用,就要研究消防系统的动作机制并研发一套系统对其进行有效的监控。

2 超高层建筑消防给水监控子系统

本文设计的超高层建筑消防给水监控子系统具有以下功能:实时监测、控制消防管网状态,并将消防水池(箱)水位、吨位、管网压力、流量、末端压力、水流、压力开关、信号阀等数据上传至主机;当消防管网状态异常时,中控室主机报警,应急状态下可持续监测并将系统监测到的消防数据上传至云平台。

超高层建筑消防给水监控子系统由消防管网监控主机、末端试水装置及显示装置、消防水池(箱)水位探测器及显示装置、消防管网压力探测及显示装置、流量开关(流量计)及显示装置、消防管网设备采集装置组成。其系统网络结构以总线形式将消防管网监控系统主机、智能末端试水装置、消防水池(箱)水位探测装置、流量开关(流量计)及显示装置、消防管网压力探测装置及可采集信号蝶阀、压力开关、水流指示器等设备数据的采集装置相连,监控数据可实时上传至消防管网监控主机。

3 超高层建筑消防给水监控子系统的工作原理及末端监控设计

超高层建筑消防给水监控子系统的工作原理如下:

(1) 消防水池(箱)水位探测器:监测被保护消防水池(箱)的水位参数变化,一般由水位传感器和信号处理单元组成。

(2) 消防管网压力探测器:监测被保护消火栓或消防管路的压力参数变化,一般由压力传感器和信号处理单元组成。可以远程监测消火栓,栓口动压力不应大于0.50 MPa。当大于0.50 MPa时,核查减压装置减压情况。对于高层建筑、厂房、库房和室内净空高度超过8 m的民用建筑等场所而言,消火栓栓口动压不应小于0.35 MPa,消防水枪充实水柱应按13 m计算。其他场所的消火栓栓口动压不应小于0.25 MPa,消防水枪充实水柱应按10 m计算。此外,液压探测器可探测建筑每层配水管入口处压力是否不大于0.4 MPa。

(3) 消防给水监控模块:接收水流指示器、信号阀、压力开关和消防给水设备的动作信号,并将信号传送至消防给水系统控制器。

(4) 智能末端试水装置(电动型):由电动阀、压力传感器、试水喷嘴、控制及显示单元组成,可以由控制及显示单元显示当前管道上的静态压力值,确认是否不超过1.2 MPa。该装置还可以远程打开电动阀,显示管道上的动态压力值和流量值,以确认末端动态压力值不小于0.05 MPa,再将这些信息传送到消防控制室的自动末端试水系统主机屏幕,可准确掌握当前阀门的开闭状态。

(5) 末端试水装置(手动型):由试水阀、压力表、试水喷嘴组成,需要物业人员到末端试水装置处手动打开阀门,并使用对讲机或电话联系消防控制室,确定报警阀组、水流指示器、压力开关、水泵起动等是否正常。在超高层等大型公建项目中,末端试水装置分布较散,数量较多,安装位置大多比较隐蔽;不易被发现,给每季度的消防水系统检验工作带来很大难度。发生火灾时,灭火工作存在巨大隐患。因此消防给水监控子系统全部应采用智能末端试水装置(电动型)。

消防泵房数字化监控设计图如图1所示。高位水箱数字化监控设计图如图2所示。消防给水立管数字化监控设计如图3所示。实验消火栓数字化监控设计图如图4所示。报警阀数字化监控设计图如图5所示。电动型末端试水装置数字化监控设计图如图6所示。

图1 消防泵房数字化监控设计图

图2 高位水箱数字化监控设计图

图3 消防给水立管数字化监控设计图

图4 实验消火栓数字化监控设计图

4 超高层建筑消防给水监控子系统的系统设计

在超高层建筑“晋江普尚国际中心”中设计了消防给水监控子系统,通过研究消防管网监控系统动作流程,分析梳理拓扑构架,设计了国内第一个超高层建筑的消防给水监控子系统,建成后将为以后建立建筑物数据模型火灾预案及推演灭火取水优化方案提供数据支持。消防给水监控子系统设计图如图7所示。

图5 报警阀数字化监控设计图

图6 电动型末端试水装置数字化监控设计图

图7 消防给水监控子系统设计图

消防给水监控子系统的优点如下:(1) 确保消防水系统24 h处于备战状态,做到随时启动,随时灭火;(2) 进行远程监控,可及时发现隐患;(3) 可提前发现消防管网压力异常,避免更大的财产损失;(4) 便于检查,所有火警信息控制器一键发现。

GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》第13.7.7条已经明确:民用建筑内的消防水泵不宜设置自动巡检装置,取消了消防巡检柜。设计一套消防管网监控系统对工程造价的影响大抵与消防巡检系统相当,但消防管网监控系统在功能上更优于消防巡检系统,对于消防管网的安全运行具有很好的替代性。

5 结 语

本文设计了消防给水监控子系统,并将该系统应用在工程项目“晋江普尚国际中心”中,解决了消防设计注重事后补救却忽视管网无水或设备损坏的安全隐患问题,使得超高层建筑的消防系统能在发生火灾时,可协助消防报警系统保证消防管网的安全使用,可有效避免管网无水时导致的人员伤亡及财产损失。