高层建筑消防给水系统设计及可靠性研究

 摘要：给水系统的可靠性在高层建筑消防灭火中的作用非常明显，由于高层建筑自身的特殊性，使高层建筑的给水工程具有区别于普通建筑给水工程的特点。文章主要针对高层建筑消防给水系统的特点及设计要点进行分析，探讨其可靠性的指标。 

　　关键词：高层建筑；消防给水系统；设计要点；可靠性 

　　中图分类号： TU208 文献标识码： A 

　　1、高层建筑消防给水 

　　1.1、高层建筑消防给水的特点 

　　（1）供水系统静水压力较大，如果只采用一个区供水，龙头开启时呈射流喷溅，影响使用，浪费水资源；而且开关水嘴、阀门时容易形成水击，产生噪声和振动，引起管道及配件破坏；同时建筑下部各层出流量大，导致顶部楼层水压不足、流量过小甚至出现负压抽吸现象；（2）高层建筑消防设施点位多，用水量大，如果管网呈枝状布置，一旦断水影响范围较大，从供水可靠性出发，高层建筑消防给水管网一般呈环状布置。竖直干管通常敷设在专用的管道竖井内，水平干管布置在专用管道层或技术层内；（3）高层建筑消防给水系统管路长，出水点多，对供水可靠性及节水节能、消声减震要求较高，因此给水附件的形式、类别、数量较一般低层建筑多，标准高。施工安装及维护工作量较大，技术水平要求较高。 

　　1.2、高层建筑消防给水方式分析 

　　（1)不分区的给水方式 

　　此系统需设计消防水池，并按用水量要求储存足够消防用水量。在高位设置水箱(确保10分钟消防用水量)时，应在高位消防水箱的高度无法满足最不利消火栓的水压要求的基础上，在其出水管上设增压水泵和气压罐(系统稳压装置),或在低位水泵房面积空间允许的情况下，系统稳压装置集中设置。 

　　（2)分区串联的给水方式 

　　分区串联给水方式是超高层建筑消火栓系统中比较常见的一种给水方式，它采用减压阀替代中间水箱的方式。采用减压阀替代中间水箱可节省上层使用面积、防止噪声和二次污染，运行简单可靠、维修管理方便。 

　　（3)分区并联的给水方式 

　　分区并联给水方式也是超高层建筑中比较常用的给水方式。水泵集中布置在地下室，占用上层使用面积小，各区独立运行，互不干扰，运行比较安全可靠。设备相对集中设置，维修管理较为方便，但高区水泵工作压力大，投资较大。如采用减压阀替代中间水箱，可节省面积防止噪声和二次污染，运行简便可靠，维修管理方便。 

　　2、高层建筑消防给水系统设计要点 

　　2.1、消防水池容积的确定与分析 

　　消防水池是储存消防灭火用水的构筑物,高层建筑设置消防水池的条件：（1）市政给水管道和进水管或天然水源不能满足消防用水量；（2）市政给水管道为枝状或只有一条进水管( 二类居住建筑除外)，其容积应根据建筑物消防用水情况确定。当室外给水管网能保证室外消防用水量时, 消防水池的有效容积应满足在火灾延续时间内室内消防用水量的要求；当室外给水管网不能保证室外消防用水时, 消防水池的有效容量应满足火灾延续时间内室内消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。 

　　2.2、水泵接合器数量的确定与分析 

　　当室内消防水泵发生故障或遭遇大火，室内的消防用水不足时，消防车可运用水泵接合器从室外消火栓处取水，并将水送到室内消防给水管网以供灭火使用；经过长期观测实验，由室内消防用水量计算确定消防水泵接合器的数量，并按10－15L/s计算每个水泵接合器的流量，当消防给水竖向分区时，在消防车供水压力范围内，应分别设置水泵接合器 ，水泵接合器的数量按室内消防用水量计算，同时还应考虑室外供水能力综合确定其整个系统的正常运行，保证灭火工作正常运转，同时实现节约投资，保障消防安全的最终目标。 

　　2.3、高层建筑消火栓的设置与要求 

　　高层建筑的消火栓包括室外消火栓和室内消火栓。室外消火栓在布置时应沿高层建筑均匀布置，并预留消防操作场地便于操作，其他与低层建筑要求相同。室内消火栓设备主要包括水枪、水带、消火栓、消防卷盘、消火栓启泵按钮及消火栓箱。高层建筑要求水枪喷嘴口径不小于19mm，水带直径及消火栓口径均不应小于65mm。此外，为便于普通人员扑灭初期火灾，高层民用建筑均应增设消防卷盘。高层建筑室内消防系统应独立设置。当消防给水管网的工作压力小于1.2MPa时，埋地管道宜采用球墨铸铁管或钢丝网骨架塑料复合管等；当系统压力大于1.2MPa时，宜采用厚壁焊接钢管、无缝钢管等。管道的连接方式应根据管材来定。主要有沟槽式、丝接、焊接、承插式连接等。 

　　2.4、自动喷水灭火系统设置 

　　自动喷水灭火系统是一种在发生火灾时，能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火警信号的消防灭火设施。按喷头的形式分为闭式自动喷水灭火系统与开式自动喷水灭火系统。主要有湿式、干式、雨淋、水幕等几种系统。(1)湿式自动喷水灭火系统管网内充满有压水，发生火灾后，当温度升高到喷头开启温度时，喷头的感温元件爆裂或闭锁融化脱落，水即从喷头喷出灭火。其具有灭火速度快、控火效率高的特点，但当管道出现渗漏时会损坏建筑的装饰。适用于常年温度在4℃～70℃之间，且能用水灭火的建筑；(2)干式自动喷水灭火系统平时管网内不充水而是充满压缩空气，当发生火灾火点温度上升到一定值时，喷头开启，气体喷出，管网压力降低，使压力水打开控制阀进入配水管网灭火。其特点是报警阀后的管道内充压缩空气或氮气，不影响建筑装饰，对环境无特殊要求，但喷头较湿式系统出水慢；(3)雨淋自动喷水灭火系统采用开式洒水喷头，由配套使用的火灾自动报警系统或传动管联动雨淋阀控制喷头喷水。常用于火灾蔓延速度快的场所和净空高度超过规范、不适应采用闭式系统的场所。其扑救火灾的效果好，但水渍比较严重；(4)水幕自动喷水灭火系统工作程序与雨淋喷水灭火系统相同，区别在于水幕系统的喷头是沿线布置，喷头喷出的水形成水帘，主要是起阻隔火势蔓延的作用，适用于需设防火墙隔离的部位。 

　　3、给水系统可靠性研究 

　　高层建筑消防的安全性保证即是高层建筑消防给水系统的可靠性表现，其可靠与否在高层建筑消防工作中有着巨大的作用意义。消防给水系统是在特定的联系下由各个不同的子系统与元件组合的整体系统，其可靠性的保证便是基于此；故障概率、无故障工作概率、技术寿命、修复率、准备系数等是消防给水系统的可靠性指标，在工程师分析一个消防给水系统是否可靠时，可以选取一段时间内发生故障的次数，或者每两次故障之间的时间间隔等，这些指标都与时间具有相关性。文中以这四类来做研究分析：(1)无故障性指标主要是指系统发生故障的可能性，包括无故障工作概率以及故障概率等，如一定时间段内自动灭火系统可能因为断电或是信号的问题导致故障发生；(2)技术寿命和服务期限是耐久性的基本指标。此项指标适用于组成系统的各个元素，比例水泵、电机、元件等；(3)宜修性是指修复的难易程度，通常用平均修复时间来表示。修复率也是一种表示可靠性的指标，它表示在一定时间内，损坏元件能够修复并能正常使用的概率；如消防池因为其自身材质或长时间作用下，水对其腐蚀，引起结构部件的损坏，这是就需要对其进行修复或更换原件，以保证给水系统的正常运行；(4)衡量一个系统是否可靠的指标还有准备系数、操作准备系数等，即方案实施前的图纸审核、材料到位，对机械设备的标准操作等都会影响其可靠性。 

　　4、结束语 

　　高层建筑有别于低层建筑，选择合理的给水方式是高层建筑消防给水系统设计的关键，它直接关系到消防给水系统的有效使用和工程造价。因此，在实际应用中设计者要根据建筑的实际情况，结合不同给水系统的特点，工程投资预算及可能产生的噪声、污染等因素综合考虑，选用切实可行的给水消防方式，进一步提高高层建筑安全性。 

　　参考文献： 

　　[1]《高层民用建筑设计防火规范》(GB50016-2006) 

　　[2]GB50015-2003,建筑给排水设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009. 

　　[3]黄美发,冯艺等.大型建筑消防给水系统可靠性优化设计探讨[J].给水排水,2008(34).