建筑內各種裝飾、陳設復雜，各種霓虹藝術燈光效果要求高，人員密度大，火災危險性大，事故后果影響面寬，室內消防給水系統必須安全有效可靠。根據《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱《高規》)，并與地方消防主管部門協調，確定在該建筑室內設消火栓消防給水系統和自動噴水滅火系統。由于建筑功能要求及周圍環境條件限...
• 消防
• 系統
• 消火栓
• 室外
詳細內容：
中圖分類號：TU991.5
文獻標識碼：C
文章編號：1000-4602(2001)05-0050-04
1 工程概況
金寶塔工程是昆明金寶山藝術陵園項目的一部分，位于昆明西山腳下毗鄰滇池，處于整個開發區的最高處。該建筑首層面積為1 317m2，頂層面積為335m2，建筑高度為50.38 m，共11層，為框剪結構體系，火災危險等級為一類一級。該建筑主要用于存放逝者骨灰、舉行悼念活動、進行宗教活動等。建筑內各種裝飾、陳設復雜，各種霓虹藝術燈光效果要求高，人員密度大，火災危險性大，事故后果影響面寬，室內消防給水系統必須安全有效可靠。根據《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱《高規》)，并與地方消防主管部門協調，確定在該建筑室內設消火栓消防給水系統和自動噴水滅火系統。由于建筑功能要求及周圍環境條件限制，水池、泵房置于室外(距建筑超過150 m)，水池不能作為供消防車取水的水池，特別是該工程不具備室外市政供水條件，需設置室外消防管網。考慮到轄區消防車能在10 min內到達，室外消防管網采用低壓網。
2 水源
該建筑消防給水水源為地下水，通過深井泵提升至鋼筋混凝土貯水池(室外地上設置)，利用地形高差，滿足消防水泵自灌吸水要求。鑒于地下水水位、水量的變化性及深井泵各種故障的可能性，在設計水池容量時，不考慮水池在火災延續時間內補充水量更合適。由于該建筑室外無市政供水管網，不能提供室外消防用水量，水池消防用水有效容量按火災延續時間內室內、外消防用水總量考慮。
室內、外消防用水量如何確定是首先必須解決的問題。由于該建筑的功能類型及消防用水量標準在《高規》第7.2.2條中未包括，通過對其使用功能特點、火災危險性、樓層情況、室外環境狀況等方面分析，最后確定該建筑消火栓消防用水量：室內為30 L/s、室外為20 L/s，自動噴水滅火消防用水量為26 L/s；火災延續時間：消火栓系統為3 h，自動噴水滅火系統為1 h。由此定出水池消防用水有效容積為633.6m3，為便于檢修時可獨立工作、分別泄空，水池分兩格設置。因水池為生活、消防共用水池，通過設置虹吸破壞管確保消防用水不被它用并滿足規范要求。
3 室外消防給水系統
該建筑的室外消防給水系統由水源、供水設施、供水管網、室外消火栓等部分組成。
3.1管網及供水設備
根據《高規》要求，室外給水管網沿消防車道繞建筑環狀布置，《高規》第7.3.6條指出：“在該范圍內的市政消火栓可計入室外消火栓的數量”，故設計時對此理解為室外消防給水系統可參照市政給水管網情況設置。根據地方消防主管部門意見，該建筑的室外消防供水管網采用低壓網，生活、消防共用。管網消防功能主要體現在保證消防時所需水量，而消防時所需水壓由消防車從室外消火栓取水加壓實現，管網最不利點室外消火栓處自由水壓按0.10 MPa考慮。
室外消防給水系統采用水泵機組變頻調速運行，通過壓力傳感信號控制水泵機組的轉速和水泵運行臺數。設備包括三臺主泵(二用一備)，一臺穩壓泵和一個氣壓罐。隨著設備開始運行，二臺主泵和穩壓泵向管網和氣壓罐充水，當穩壓罐壓力達到上限值時，設備停止運行。當系統流量很小(如微小滲漏)或零流量時，設備切換到由氣壓罐供水，維持管網壓力，當氣壓罐壓力降至下限值時，穩壓泵隨即啟動向管網加壓供水。隨著消防車從室外消火栓取水，系統壓力進一步降低，當氣壓罐壓力降至主泵啟動設定值，一號主泵啟動，實現變頻調速運行，之后隨著消防流量增大到一定程度，依次實現二號主泵的變頻運行以及二臺主泵各自向工頻自動切換。
3.2室外消火栓
合理確定室外消火栓數量是確保室外消防給水系統功能的一個重要方面，對照規范時發現，《高規》條文規定和條文說明不太一致。按照《高規》第7.3.6條，室外消火栓數量按室外消火栓用水量確定。而條文說明中指出，室外消火栓數量應保證供應室外、室內兩部分需要的滅火用水量。對此，設計作了如下考慮：當發生火災時，如果室內消防系統水泵出現故障不能供應室內消防用水時，室外消火栓供水增補室內用水量的不足，室外消火栓的數量按保證供應室內、外兩部分消防用水量考慮更合適。該建筑室內、外兩部分消防用水總量為50 L/s，因每個室外消火栓負責用水量為10～15 L/s，故采用4個室外地上式消火栓。
4 室內消防給水系統
4.1水泵接合器
水泵接合器的目的是應急備用，當系統消防水量不足，或消防水泵檢修、停電、發生故障時，需要利用消防車通過水泵接合器送水至室內管網。因一個水泵接合器的負荷流量為10～15 L/s，對于室內消火栓給水系統采用兩套地上式水泵接合器，對于自動噴水滅火系統也采用兩套地上式水泵接合器。
4.2屋頂消防水箱
該建筑采用臨時高壓消防給水系統，需設屋頂消防水箱以供初期火災的消防用水量。
①方案分析
該建筑頂部有一閣樓，正好放置屋頂水箱。由于古典建筑的各種構造限制較多，水箱布置時其幾何形式存在這樣的特點：水箱平面尺寸大則高度尺寸小，高度尺寸大則平面尺寸小。試定水箱尺寸時發現，水箱高度H太大或太小，水箱體積V都不能滿足要求，此外水位控制對水箱高度還有要求。這就需要弄清楚，是不是閣樓本身不能滿足要求?怎樣進行優化而使水箱既能最大限度地適應特定空間，又能滿足水箱容積要求和水位控制對其高度的要求?
根據建筑、結構專業提供的條件，通過聯立水箱容積關系式，發現這樣的規律：就實際水箱寬度L取值，當L小于一定值時，水箱容積V隨L的增加而增加；當L大于一定值時，V隨L的增加而減小。求極值：L＝7.03 m時，Vmax＝57.90m3。
因實際水箱容積比Vmax小，綜合水箱邊長L和高度H的關系、水箱容積要求、水位控制對水箱高度的要求、以及水箱底與樓面凈空距離的要求等，通過適當調整水箱邊長L和高度H，使水箱設置適應了閣樓空間的限制。
②水位控制
屋頂水箱容積為26.2m3，(其中消防貯水容積為18.0m3)。水箱由泵房生活泵提升供水，生活泵一用一備，由水箱液位繼電器控制，根據設定的最低水位和最高水位啟、停。最低水位的設定考慮了兩方面的情況：一是高出消防水位＞100 mm，二是高出部分的水容量＞1 min的最高時用水量。這樣，既避免了水泵啟動到管口出流這段時間供水的間斷，又防止了水泵啟動過于頻繁。生活出水管采用虹吸管形式，位于最高消防水位處，并設伸出水面的虹吸破壞管，既確保消防用水不被它用，又做到使整個水箱的貯水流動更新。
4.3室內消火栓消防給水系統
室內消火栓消防給水系統擔負建筑室內消防滅火任務，按《高規》要求，該建筑室內消火栓消防給水系統為臨時高壓給水系統，管網呈立體環網布置。消防豎管采用DN100管徑，平面環網管采用DN125管徑，消火栓布置按要求保證同層任何部位有兩個消火栓充實水柱同時達到。引入管兩條，從該建筑的兩個不同方向接入。系統組成見圖1。
①消火栓
系統選用SN65消火栓、19 mm的噴嘴水槍、直徑為65 mm、長度為25 m的麻質水龍帶。按最不利消火栓水槍最小流量5 L/s要求計算，充實水柱為11.4 m，栓口所需壓力為18.5×104 Pa。為及時啟動消防水泵，以及非消防專業人員及時取水槍滅火，室內消火栓箱設遠程啟泵按鈕，并配自救式小口徑消火栓SN25。
②增壓設備
由于建筑構造的限制，屋頂水箱設置高度達不到頂層消火栓水壓要求，系統設置管道泵補壓，管道泵設于水箱間，通過遠傳式壓力表自動控制。
在分析作為增壓設備的管道泵控制壓力時，注意到了《高規》所涉及的條文有：第7.2.2條、第7.4.6.2條及第7.4.7.2條。因該建筑最大層高為5.1 m，經計算可看出，只要滿足第7.2.2條中消火栓水槍最小流量的要求，就一定能滿足第7.4.6.2條中關于＞10 m充實水柱的規定。而就第7.4.7.2條來說，因建筑頂部三層消火栓幾何高差為9.0 m，如果按頂層消火栓靜水壓力達到0.07 MPa考慮，在火災初期、消防水泵出流前(包括水泵出現故障不能出流的情況)，建筑頂部可能有三層的消火栓水槍都達不到最小出流量要求。所以，按靜水壓力是否達到0.07 MPa作為是否設置增壓設施的標準以及以靜水壓力值0.07 MPa作為增壓設備控制壓力的依據，對該建筑消防給水系統的安全性、可靠性都有不利的影響。該建筑消火栓消防給水系統增壓設備的控制壓力設定，經計算按滿足最不利消火栓栓口壓力：18.5×104 Pa考慮。
4.4自動噴水滅火系統
自動噴水滅火系統在各種不同功能的建筑中都具有很高的控火滅火率。該建筑采用臨時高壓濕式自動噴水滅火系統，火災危險等級為中危險級、設計噴水強度為6L/(m2•min)、作用面積為200m2、系統設計流量按計算取26 L/s。根據《自動噴水滅火系統設計規范》(以下簡稱《自規》)，每個系統控制噴頭范圍不超過800個。該建筑設兩個自動噴水滅火系統，報警閥兩套，集中設于一層報警閥間，分別控制一至六層(低區)和七至十層(高區)滅火噴頭，管網布置成枝狀，系統圖見圖2。
①管網水力計算
為避免噴水的不均勻性影響系統滅火性能，按《自規》第7.1.1條的作用面積內噴水強度要求進行水力計算。最不利噴頭壓按5×104 Pa考慮，則其流量為0.94 L/s。
在包含最不利噴頭的作用面積內，管網最小噴水強度的非最不利噴頭是與最不利噴頭鄰近連接的噴頭，其噴水強度計算如表1。
表1 非最不利噴頭的最小噴水強度計算 噴頭間距
(m) 管徑
(mm) 沿程阻力損失
(104 Pa) 噴頭壓力
(104 Pa) 噴頭流量
(L/s) 噴水強度
L/(m2•s) 3.0 25 1.16 6.16 1.04 0.116 32 0.25 5.25 0.96 0.107 3.6 25 1.39 6.39 1.06 0.082 32 0.30 5.30 0.97 0.075
由表1可看出：當噴頭間距為3.0 m時，不論與最不利噴頭的連接管管徑是DN25或DN32，非最不利噴頭的最小噴水強度都不會低于規定值：6L/(m2•min)，即0.1L/(m2•s)的20%。當噴頭間距為3.6 m時，采用DN32的管與最不利噴頭相連，其最小噴水強度則低于規定值的20%，達不到《自規》要求。
在包含最不利噴頭的作用面積內(正方形布置)，具有最大噴水強度的噴頭，按《自規》第7.1.1條中不超過規定值20%的要求，其最大噴水強度為0.12L/(m2•s)，所要求的噴頭壓力及最大允許沿程水頭損失計算如表2。
表2 最大噴水強度噴頭的壓力要求
噴頭間距
(m) 噴頭流量
(L/s) 噴頭壓力
(104 Pa) 允許沿程阻力損失
(104 Pa) 3.0 1.08 6.61 1.61 3.6 1.56 13.80 8.80
由表2可看出：作用面積內要達到噴頭最大噴水強度不大于《自規》要求范圍，則須調整管徑，以控制噴頭與最不利噴頭間的水頭損失。當噴頭間距為3.0 m時，水頭損失須控制在1.61×104 Pa之內；當噴頭間距為3.6 m時，水頭損失則須控制在8.80×104 Pa之內。
②系統組成
為便于監控觀察火災區域，每層配水干管設水流指示器及帶啟閉訊號的蝶閥，訊號傳至消防控制室。
每層管網末端設試水放水閥，便于管網維護檢修時管網沖洗放空。管網按要求設坡向放水閥，放水閥后連接放空管，放空管層層相連，到一層后接至報警閥室的排水溝，管徑為DN40。
按照《自規》要求，噴頭公稱動作溫度為68 ℃，采用吊頂型玻璃球閉式噴頭。因水箱設置高度不能滿足高區系統最不利噴頭水壓要求，系統通過氣壓設備增壓，增壓泵揚程按滿足高區最不利噴頭壓力：10×104 Pa要求設定，通過電節點壓力表自動控制增壓泵的啟動與停止。
5 結語
非常規條件下高層建筑消防環境相對較差，消防受制約因素多而復雜，其消防給水設計需要特別引起重視。
①合理、正確地分析確定消防水源、消防用水量以及設置相應設施是首先必須解決的問題，設計中需要針對實際情況對規范及其條文說明進行深入的理解、分析，確保系統安全、有效、可靠。
②從目前國情和實際效果看，消防車仍是滅火的重要手段。鑒于非常規條件下的消防實際，室外消火栓設置按滿足室內、外消防用水量考慮可能更合適。
③對于建筑構造等因素造成的限制，運用數學工具進行方案的可行性分析與優化是十分必要的。
