對高層建筑消防給水設(shè)計的7大問題分析
高層建筑投資規(guī)模大，建筑使用功能復(fù)雜，使得對設(shè)計的要求越來越高，特別是防火安全的設(shè)計。本文結(jié)合工作實(shí)踐，系統(tǒng)分析了高層建筑消防給水設(shè)計中應(yīng)該注意的幾個問題，闡述了高層建筑消防給水設(shè)計規(guī)范要求和原則，并提出相適應(yīng)的解決辦法。供同行參考。
當(dāng)前，隨著我國城市高層建筑的建設(shè)日益增多，并且其建筑高度、建筑面積、內(nèi)部空間的設(shè)計有不斷增大的趨勢，建筑內(nèi)部功能日趨復(fù)雜，建筑本身火災(zāi)危險性相應(yīng)增加。因此，高層建筑的消防設(shè)計極為重要，越來越受到人們的重視，本文對此進(jìn)行了探討。
1消防水池的設(shè)置問題
在日常設(shè)計中，經(jīng)常將消防水池設(shè)計為生活、消防用水合用水池．這樣做的目的之一就是為了避免消防用水常年不用而變質(zhì)，特別是在生活、消防用水量接近時。水池內(nèi)的水不斷循環(huán)更新，以保障其水質(zhì)。但對于高層建筑來說，特別是一些功能復(fù)雜的一類高層和超高層建筑，由于其消防水系統(tǒng)存在多種形式（消火栓、自動噴淋、水幕系統(tǒng)等)，且系統(tǒng)用水量大，此時水池內(nèi)生活用水遠(yuǎn)小于消防儲水量，即使采取一些諸如進(jìn)出水管對置、設(shè)置導(dǎo)流墻的措施．仍無法保障水質(zhì)。設(shè)想如采取一些建筑及路面清潔、園林灌溉、水景布置等非生活用水取自消防水池，從而在避免消防水池內(nèi)為“死水”的情況下，將生活、消防水池分設(shè)應(yīng)是理想做法?？傊?，生活、消防用水是合用還是分設(shè)還要綜合考慮建筑物的用水量分配等多種因素，從中選擇最佳方案。
2消火栓布置問題
在高層建筑室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計中，確定消火栓間距（或消火栓位置），目前依據(jù)的是《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范))gb50045—95（以下簡稱《高規(guī)》)第7．4．6．1條，即消火栓間距應(yīng)保證同層任何部位有兩個消火栓的水槍充實(shí)水柱同時到達(dá)。而同時《高規(guī)》第7．4．6．3條又規(guī)定：“消火栓的間距應(yīng)由計算確定，且高層建筑不應(yīng)大于30m，裙房不應(yīng)大于50m”
首先要明確通常所稱的“裙樓”與“裙房”是兩個不同的概念，前者指建筑物最下面的若干層（建筑高度≤24m)，后者被定義為“與高層建筑相連的建筑高度≤24m的附屬建筑”從目前實(shí)際使用情況看，多數(shù)高層建筑裙房與主體連通，使用功能多為商場、餐飲、娛樂等營業(yè)用房，由于其平面布局復(fù)雜，可燃物多，電器線路復(fù)雜、火災(zāi)荷載較大，其建筑內(nèi)部消火栓間距設(shè)計為50m是不太適宜的，如果機(jī)械地執(zhí)行《高規(guī)》第7．4．6．3條，筆者認(rèn)為是不妥的，而應(yīng)嚴(yán)格按照《高規(guī)》第7．4．6．1條的要求，并充分考慮平面功能布局及內(nèi)部隔斷的影響，通過認(rèn)真計算確定消火栓的間距。同時，應(yīng)顧及到給水專業(yè)同其它專業(yè)設(shè)計之間的橫向聯(lián)系，綜合分析，使消火栓的布局同防火分區(qū)的劃分密切結(jié)合起來，防止跨越防火分區(qū)使用消火栓的問題。
3高位消防水箱儲水量的設(shè)計問題
《高規(guī)》第7．4．7．1條規(guī)定“高位消防水箱的消防儲水量，一類公共建筑不應(yīng)小于18m3?，F(xiàn)行規(guī)范并沒有明確消防水箱中消防儲水量為一個l8m3還是兩個18m3，在實(shí)際設(shè)計中，也理解為10min消防用水量。因此，當(dāng)建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)時，高位消防水箱的儲水量常為36m3的情況。在此，應(yīng)做以下分析：初起火災(zāi)時，如有人在場，就能夠及時發(fā)現(xiàn)而使用滅火器或消火栓滅火從而快速撲滅初起火災(zāi)，自動噴水滅火系統(tǒng)一般不會動作。
同時，在初起火災(zāi)的5min～10min內(nèi)（消防隊(duì)到場前)也一般只有2～3股水柱滅火，而不是6～8股水柱同時滅火。如果初起火災(zāi)發(fā)生時無人在場，那么自動噴水滅火系統(tǒng)將動作，并且只要有一只噴頭動作，系統(tǒng)壓力開關(guān)將在60s內(nèi)動作發(fā)出電信號并反饋到控制中心，聯(lián)動噴淋泵啟動，即使有幾只噴頭動作，18m3的儲水量也只動用約1／3。再者，如果自動噴水滅火系統(tǒng)沒能控制住初起火災(zāi)而形成火災(zāi)蔓延，當(dāng)消防隊(duì)到場，就會直接啟動消防泵供水，此時高位消防水箱中仍有相當(dāng)?shù)膬λ?。從初起火?zāi)發(fā)生至消防隊(duì)到場前的時間段內(nèi)（約5min～10min)，消防泵如果沒有啟動，當(dāng)高位消防水箱的儲水量下降到消防儲水量時，生活泵就會啟動并連續(xù)補(bǔ)水，且基本上只供消防用水（因水位可能在消防儲水量下，生活出水管無水可出)，也就是說1omin內(nèi)消防用水量的供應(yīng)不止是18m3。
此外，建筑物內(nèi)如還設(shè)有雨淋、水幕等其它水系統(tǒng)，高位消防水箱的設(shè)計就會面臨使用面積、技術(shù)處理等多種問題。甚至難以實(shí)現(xiàn)。因此，筆者認(rèn)為，無論一類或是超高層建筑，其設(shè)置不小于18m3的高位消防水箱是符合實(shí)際需要的。
4消防給水系統(tǒng)的形成
對高層建筑消防栓給水系統(tǒng)形式的選擇，首先我們應(yīng)保證系統(tǒng)的安全可靠性，其次應(yīng)盡量選用經(jīng)濟(jì)合理的供水形式。按服務(wù)范圍分：獨(dú)立的消防給水系統(tǒng)和區(qū)域集中的消防給水系統(tǒng)建議應(yīng)盡量采用區(qū)域集中的給水系統(tǒng)。就如上述所講：鄰近高層建筑共用消防水池，但這往往得不到推廣。主要原因是各開發(fā)商不能協(xié)調(diào)好，這就要求有關(guān)部門能夠牽頭，共同解決管理及費(fèi)用問題，使各方面都能接受。按高度來分：分區(qū)供水與不分區(qū)供水。當(dāng)消火栓栓口的靜水壓力不大于0．8mpa時，采用不分區(qū)供水形式，當(dāng)消火栓栓口的靜水壓力小于0．8mpa時，采用分區(qū)供水形式。分區(qū)供水方式又包括：并聯(lián)分區(qū)供水方式；串聯(lián)分區(qū)供水方式；減壓閥分區(qū)的供水方式。并聯(lián)分區(qū)供水方式：各個分區(qū)互不干擾，自成體系，對系統(tǒng)更加安全可靠。但造價高，維護(hù)管理較困難。串聯(lián)分區(qū)供水方式：各區(qū)水泵壓力相近或相同，不需高壓泵管，但水泵分散，管理困難，同樣造價高。減壓閥分區(qū)的供水方式：系統(tǒng)簡單、造價低、管理方便。建議采用此種供水方式，此種方式可以保證經(jīng)濟(jì)安全要求，維護(hù)管理方便，但對減壓要求較高，應(yīng)采用可調(diào)式減壓閥，設(shè)定閥后壓力并保持恒定。只要一套水泵、一套水泵接合器、一座水箱、一套電控設(shè)備，可大大降低造價。
5防止消防水泵超壓
《高規(guī)》對不同性質(zhì)的建筑物消防用水流量作了詳細(xì)的規(guī)定。但是實(shí)際上，在初期火災(zāi)時．火勢不會太大．只需動用著火點(diǎn)附近的一、二支水槍進(jìn)行滅火即可。而消防水泵的選擇是以整個建筑物消防設(shè)計用水流量和滿足最不利點(diǎn)消火栓所需水壓為條件。所以在火災(zāi)初期消火栓的實(shí)際出水量往往小于消防水泵的設(shè)計出水流量。根據(jù)水泵的揚(yáng)程(h)與流量(q)的函數(shù)關(guān)系可知，水泵的揚(yáng)程將會隨流量的減小而增高。形成消防水泵的超壓。另外在火災(zāi)被撲滅，消火栓剛剛被關(guān)閉時，或者在檢驗(yàn)屋頂消火栓時，都會由于流量過小而產(chǎn)生消防水泵的超壓。
消防水泵的超壓給滅火工作帶來許多困難。如消火栓口壓力過高使消防人員難以拿穩(wěn)水槍，無法對準(zhǔn)火點(diǎn)滅火。另外由于消防管網(wǎng)壓力過大，使管道接頭、閥門、消火栓等配件容易損壞，產(chǎn)生滲漏甚至?xí)构艿阑蛩畮屏讯瓜拦ぷ麟y以繼續(xù)進(jìn)行。所以超壓問題應(yīng)引起我們重視。解決消防水泵的超壓問題，應(yīng)掌握“變量不變壓”的原則，具體可采取以下措施。
5．1多臺水泵分層控制
水泵臺數(shù)以建筑設(shè)計消防總水量來決定。每臺水泵以兩支水槍的出水流量(10l／s)為基數(shù)，以滿足初期火災(zāi)消防用水流量不大的需要。水泵的啟動由消防箱內(nèi)緊急按鈕或管路上的水流指示器控制，但同層任何一個按鈕或水流指示器只能啟動一臺水泵，其余水泵分別由相鄰樓層按鈕控制啟動。當(dāng)工作水泵發(fā)生事故時，備用水泵可自動切換投入工作。這樣可以使消防系統(tǒng)的實(shí)際用水流量與消防水泵的設(shè)計出水流量基本相符，因而避免了水泵產(chǎn)生超壓。這種方法的缺點(diǎn)是水泵臺數(shù)多，占地面積大。
5.2安全閥泄壓
在消防水泵的出水管上安裝安全閥。當(dāng)消防水泵初始壓力超過安全閥開啟壓力時，第一個安全閥便自動開啟，排水泄壓。如果經(jīng)泄壓后，管網(wǎng)壓力仍然超過設(shè)計所需壓力，并超過第二個安全閥開啟壓力時，第二個安全閥也自動開啟泄壓。隨著消防用水流量不斷增大，管網(wǎng)壓力也不斷下降。當(dāng)達(dá)到或低于安全閥關(guān)閉壓力時，安全閥便自動關(guān)閉。這樣也避免了水泵產(chǎn)生超壓。
5．3采用變量恒壓泵
變量恒壓泵是現(xiàn)代調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，它能根據(jù)用水流量的變化，按預(yù)定壓力自動調(diào)節(jié)供水流量，保持供水系統(tǒng)壓力恒定，并可達(dá)到節(jié)能效果，是解決消防水泵超壓的有效措施之一，但與一般水泵相比，造價比較高，選用時應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。
5.4利用特性曲線選擇水泵
水泵特性曲線q—h有陡降線段，斜度較大；也有平坦線段，斜度較小，此段特點(diǎn)是，流量(q)變化幅度雖大，但揚(yáng)程(h)變化幅度不大。我們選擇消防水泵時，可按消防用水流量變化范圍(10l／s～30l／s)選擇q—h曲線較平坦的水泵或選用專用消防水泵也可避免水泵出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。以上解決水泵超壓的四種措施，各有利弊，在設(shè)計中必須根據(jù)工程具體情況選擇采用。
6高層綜合性建筑消防用水量的確定
《高規(guī)》中第7．2．2條和表7．2．2對各種不同用途的建筑物消火栓給水系統(tǒng)用水量作了詳細(xì)規(guī)定，消防水量從低到高共分為六檔。然而在一般情況下，高層民用建筑多是綜合性建筑，單一用途的較少。往往某些層是一種用途(如商店、飯店)，某些層又是另一種用途(如旅館、辦公)，在確定用水量時，某些層屬于這一檔，另一些層又屬于另一檔。那么應(yīng)該按哪一檔的標(biāo)準(zhǔn)來確定呢?筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)根據(jù)樓房的主要用途來考慮。
7地下室排水問題
《高規(guī)》第6．3．3．11條要求消防電梯前室門口宜設(shè)擋水設(shè)施，消防電梯的井底應(yīng)設(shè)排水設(shè)施，排水井容量不應(yīng)小于2m3，排水泵的排水量不應(yīng)小于10l／s。在這里，還應(yīng)該考慮到消防水泵房、變配電室、發(fā)電機(jī)房等常設(shè)在高層建筑的地下室，可以說，地下室排水與消防電梯井底排水同等重要。筆者認(rèn)為，在滿足《高規(guī)》第6．3．3．11條要求的前提下，應(yīng)配備備用泵，一用一備，自動切換，集水坑之高、低水位自動控制水泵之啟、閉。并且以消防電源保證供電。
建筑的消防設(shè)計是一個相對復(fù)雜的問題，高層建筑由于室內(nèi)功能復(fù)雜，設(shè)備多，起火因素復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，因其建筑高度大、疏散困難，撲救也比較困難，這就要求我們在理解消防技術(shù)規(guī)范的同時，還應(yīng)結(jié)合具體建筑工程的實(shí)際情況，綜合分析，找出切實(shí)可行的設(shè)計方案，不斷提高建筑的消防設(shè)計水平。