高层建筑消防系统给水方式的选择

　   摘  要：指出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。提出建筑高度是确定高层建筑消防给水系统系统竖向分区的主要因素。当建筑高度小于70m左右时，采用不分区的给水方式；当建筑高度大于70m左右时，应采用分区给水方式。应结合工程实际情况选择经济合理的给水方式。
    关键词：高层建筑；消防给水；竖向分区；选择
    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，它直接影响到消防给水系统的有效使用和工程造价。正确的设计将确保建筑内人们的生命及财产的安全。近几年来，由于消防设计或施工或管理等各方面的原因，建筑内火灾隐患多，消防设施滞后，加上使用者防火意识薄弱，造成火灾次数增多，群死群伤严重，经济损失巨大。因此，搞好建筑内特别是高层建筑内的消防给水设计就具有极其重要的作用。目前我国高层建筑消防给水系统中临时高压制（即火灾发生时给消防用水加压）居多，下面就临时高压制高层建筑消防给水系统给水方式的选择谈谈肤浅的看法。
    1 决定消防给水系统给水方式的因素
    1.1 消火栓给水系统
    确定室内消火栓给水系统给水方式有该建筑的高度、材料与设备的性能、维修与管理水平等因素，其中主要是建筑高度。《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2001年版)（以下简称《高规》）根据我国的实际情况在第7.4.6.5条中规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于0.80MPa，当大于0.80MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.5MPa时，消火栓处应设减压装置。”[1]消火栓给水系统的竖向分区应以此为依据。笔者认为这一条主要考虑当消火栓所受静水压力大于0.80MPa时，一是消火栓系统（如管道、阀门、管件等）平时容易发生渗漏，失火时水压增大容易发生爆裂等事故：二是因此消火栓竖向分区高度将加大，导致消防水泵扬程增大、压水管增长，在消防时如果因高压发生事故，不但影响灭火，而且将造成其它严重后果。规定最低消火栓栓口的静水压力不大于0.80MPa,将保证消火栓给水系统安全运行，使竖向分区经济合理。
    1.2 自动喷水灭火系统
    自动喷水灭火系统的竖向分区最好与消火栓系统相同，以便于设计、施工并保证使用效果。每个报警阀供水的最高喷头与最低喷头之间的高差不大于50m，如图1所示。报警阀入口的水压不应大于1.2MPa。

    2 消火栓给水系统的给水方式与选择
    高层建筑由于高度大，室外给水管网水压不能满足高压部分消防给水系统的水压要求，因此必须加压。加压供水的方式有水泵———高位水箱、变频调速水泵或气压罐给水。《高规》第7.4.7条规定：“采用高压给水系统时，可不设高位消防水箱。当采用临时高压给水系统时，应设高位消防水箱...” [1]就临时高压给水系统而言，由于变频调速水泵和气压罐都不能满足火灾初期的消防贮水及其它诸多因素，因而通常采用水泵———高位水箱给水方式[2]。
    2.1 不分区给水方式
    当建筑高度不超过70m时，一般有一层地下层，可采用不分区的给水方式。即消火栓给水系统为一个分区，设置屋面水箱和一组消防水泵，消防水泵的扬程一般50-100m H[2]O。当栓口出水压力大于50mH[2]O时，应设减压孔板或减压稳压消火栓。在室外设消防水泵接合器，体现“自救为主，外救为辅”。
    2.2 不分区给水方式
    1）当建筑高度超过70m，小于130m时，一般有1-2层地下层，可采用两个竖向分区的分区给水。
    以下两种给水方式比较适合。
    （1）减压给水方式
    即设立屋面水箱和一组消防水泵，水泵的扬程一般100-170mH[2]O。高区通过减压阀减压向低区供水，如图2所示。此种给水方式水泵机组少，占地面积小，系统简单，节约造价。减压阀占地面积小，有利于设计和施工。尤其是高低两区交界的两层失火时，只需要启动一台水泵。不足之处是电耗较大，但是消防水泵不经常运转，还是比较经济的。另一个问题是，对通过减压阀的水流的水质要求较高。生活给水系统由于采用给水塑料管，水质较好，对减压阀减压给水很有利。消防给水管道一般采用镀锌钢管，往往因长时间不运行而受到锈蚀，产生铁锈等。一旦使用容易堵塞减压阀前的过滤器或减压阀，对灭火产生严重影响。考虑到这点，首先从设计上应优先采用耐腐蚀的管材、管件和阀门等，如热浸锌钢管和管件或衬塑钢管和管件及铜阀门或不锈钢阀门等。其次加强日常管理工作，保证较好的水质。只要我们措施得力，以上问题是可以解决的。

图2  消防栓给水系统减压给水方式

    由于减压阀具有上述的优势，因而在消防给水系统中得到广泛的应用。由重庆建筑大学建筑设计研究院设计的重庆医科大学附属第一医院外科大楼，总建筑面积40600m2，地下两层，地上23层，建筑高度89.3m。消火栓给水系统分为高低两区。负2层至10层为低区，11-23层为高区。高区由水泵供水，低区由高区经减压阀减压后供给。火灾初期10min用水均来自屋面水箱。国内外采用此种给水方式的实例较多。
    （2）并联给水方式
    即高区和低区分别设高位水箱和一组消防水泵，如图4中的I区和II区。两个分区各自独立给水，对水质的要求没有减压阀高，安全性好；比减压给水方式耗电少：水泵集中设置在地下层，管理方便。为此低区多设一个分区水箱和一组水泵，增加了水箱和水泵的占地面积，与减压给水方式相比，造价有所增加。当高低两区交界的两层中任一层失火时，两组水泵都要启动，对供电系统的容量要求增大。如果采用多级双出口水泵，则可以减少一组水泵。因此根据实际情况，并联给水方式也是首选方案之一。
    以上两种给水方式在室内外都应设消防水泵接合器，消防时可以得到消防车的帮助。
    2）当建筑高度超过130m，小于200m时，为避免水泵扬程过高，压水管太长，高区供水应采用串联给水方式。这时高区（高度130m到200m）供水从下一个分区（高度130m以下）的高位水箱中抽水，压水管进入高区环网，高区水泵扬程100mH[2]O左右。这种情况出现三个竖向分区。由此各分区高位水箱和水泵占用建筑面积较大，在楼层设备层中要解决好振动和噪音问题。由于上面分区供水受下面分区给水的影响，安全性较差。因为设备分散带来管理的不便。这就要求提高设计质量，加强日常管理。
    由于下一个分区高位水箱（中间水箱）是最高分区的水源，其供水有两种方法[3]：
    （1）在火灾延续时间内最高分区的消防水量全部存贮于下一个分区的高位水箱内，安全性好。但增加了水箱的容积，同时增加了结构的荷重，此法在实际应用中有一定困难。
    （2）在地下层设置水泵作为转输泵，从贮水池内抽水向上转输流量。发生火灾时，先开转输泵，再开最高分区的消防水泵，对水泵的控制要求较高。虽然安全性要差一些，但减少了结构的荷重，系统简单。转输水泵的压水管可以接至最高区水泵的吸水管上，转输流量进入中间水箱在火灾初期消防流量未达到全流量时，可能会出现从水箱中溢流一部分水量，一般情况下不采用。但是当中间水箱设置的高度能够以重力流保证本分区的消防水压时，转输流量可进入中间水箱。高位水箱的重力流给水安全性更好，系统更简单。如图3所示。目前我国最高的建筑上海金茂大厦消防给水系统采用了此种方式，并且在中间水箱增加了消防贮水容积，更趋于安全。在超高层建筑中应体现“立足
    自救”的这一原则，如图3中的第I区。而第I区和第II区仍应设水泵接合器。

    3）当建筑高度超过200m，小于250m时，有4个竖向分区出现，如图4所示，I、II分区可以采用并联给水方式，III、IV分区可以采用减压给水方式。给水系统总体是串联给水方式。
    4）当建筑高度超过250m时，可以根据实际情况选择合理的给水方式，给水系统总体是串联给水方式。并且应按《高规》规定，采取特殊的防火措施，由消防主管部门组织专题研究、论证。
    3 自动喷水灭火系统的给水方式与选择
    自动喷水灭火系统的给水方式与消火栓给水系统基本相同，这里不再赘述。两个系统的竖向分区相同，可共用高位水箱，充分利用设备层，这样管理方便，安全性更好。
    4 关于消火栓给水系统与自动喷水灭火系统共用消防水泵的问题
    消火栓给水系统与自动喷水灭火系统共用一组水泵，减少了设备和设备的占地面积，节约了投资。但是由于只有一组水泵，如果水泵或管线发生事故，将对两个系统的运行带来影响。在火灾初期，可能出现1-2个喷头喷水或1-2个水枪灭火，势必出现超压现象。为保证消防时的安全，高层建筑特别是超高层建筑，为增强自救能力，消火栓给水系统和自动喷水灭火系统的水泵分开设置为好。
    5 结语
    高层建筑消防给水系统的给水方式主要由建筑高度确定。当建筑高度小于70m时，采用不分区的给水方式。当建筑高度大于70m时，应采用分区给水方式；其中当建筑高度为70-130m时，可采用减压阀给水方式或并联给水方式；当建筑高度为130-250m时，下面两个分区可采用减压阀给水方式或并联给水方式，上面各分区应采用串联给水方式及与其它给水方式相结合；当建筑高度大于250m时，还应采取特殊的措施。