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浅析强化超高层建筑消防给水系统可靠性的措施

2020-06-15 163 上传者：管理员

摘要：通过总结杭州某300m超高层项目消防设计中的加强措施，介绍了针对250m以上超高层建筑消防给水设计双路供水及自动喷水灭火系统报警阀组环状供水的实现和解决方案，并对与之相关的规范条文及问题进行探讨。

关键词：
加强措施
双路供水
消防给水
环状供水
超高层
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超高层诞生于19世纪末的美国，起初是为了缓解城市用地紧张，促进商业发展。随着我国国民经济的快速发展及城市化进程的加快，越来越多的超高层建筑出现在国内各大城市，其建筑高度也不断刷新城市的天际线。这类建筑普遍具有人员密集、功能复杂、火灾危险性大、人员疏散缓慢以及外部扑救困难等特点，特别是建筑高度超过250m以上的超高层，其消防系统的设置原则应立足于自防自救，消防给水设施的可靠性尤为重要。

2018年公安部消防局发布了《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》（公消[2018]57号，简称《技术要求》），《技术要求》中提及不少关于超高层建筑消防给水的加强措施，本文将结合具体项目，对消防给水双路供水及自动喷水灭火系统环状供水的实现及相关问题进行探讨。

1、消防给水双路供水

杭州某300m超高层项目消火栓给水系统示意如图1所示，消防给水（包括室内消火栓及自动喷淋）最初按《技术要求》进行设计。《技术要求》中第14条规定“室内消防给水系统应采用高位消防水池和地面（地下）消防水池供水。高位消防水池、地面（地下）消防水池的有效容积应分别满足火灾延续时间内的全部消防用水量”[1]。

图1 双水源供水模式

此条文一方面规定了250m以上超高层必须采用常高压给水消防给水系统，即屋顶设置高位消防水池的给水方式；另一方面也强调了双水源的重要性，即高位消防水池及地面（地下）消防水池有效容积需同时满足全部消防水量的要求，相较于目前已建或在建的超高层项目所采用的串联临时高压给水系统和屋顶消防水池的常高压给水系统，其消防水池容积相当于增大了1倍，消防给水系统的可靠性大大提高。该条文解释中说明消防给水、自动喷水灭火系统保证设置1个供水水源即可，双水源无需同时向管网供水。

原设计室内消防系统采用分区供水，除顶部最高分区采用临时高压制以外，其余分区均为常高压重力供水，并采用减压水箱或减压阀分区。在屋顶及地下一层均设置有消防水池及消防水泵房，消防水池储存用水按同时开启的灭火设施用水量之和计，另外在160m中间避难层设置有高区消防转输水箱及消防转输水泵，消防转输水箱有效容积按规范取60m3。室内消火栓及自动喷淋系统合用消防转输水泵，消防转输水泵最大设计流量100L/s，其扬程按消防转输总管出口自由水头不小于2 m计算。

地下一层低区消防水泵房及避难层消防转输水泵房内均设置消防转输泵4台（3用1备）；屋顶消防水泵房内则分别设置临时高压室内消火栓给水泵及自动喷淋给水泵各2台（均1用1备）。消防转输泵的启动由其对应供水的消防水池（或消防转输水箱）内的电液位计控制。火灾初期，屋顶高位消防水池向着火区域室内消火栓及自动喷淋系统供水，当液位下降至一定高度时，启动避难层的1台高区消防转输泵向高位消防水池供水，随着消防转输水箱液位的降低，连锁启动地下一层消防水泵房内的1台低区消防转输泵，由地下消防水池向消防转输水箱供水。

随着消防流量和用水量的逐渐增大，当高位消防水池液位持续降低至不同设定高度时，则依次启动避难层的其余高区转输泵，往高位消防水池供水，同时消防转输水箱液位的下降则依次连锁启动地下一层消防转输泵向消防转输水箱供水，以达到火灾期间消防转输泵持续通过高位消防水池向着火区域供水的目的，超过实际消防流量的消防用水则通过大口径溢流管回流至地下消防水池。

在项目消防专家论证会上，有关专家提出“地下消防水池、消防水泵与高位消防水池形成的双水源同时向水灭火设施供水”，即双路供水的加强措施。显然，双路供水的做法相较于原设计单纯的双水源，其供水安全性及可靠性更高，更符合超高层的自防自救的消防设置原则。按常规做法，若消防给水系统要实现双路供水，需同时设置常高压给水系统及串联临时高压消防给水系统的所有设备及管路，不仅设备管线繁多、机房管井布置困难，还会造成初投资增大，后期管理维护复杂，该做法显然不是很合理。

以室内消火栓系统为例，笔者的解决方案是在高、低区消防转输泵立管在第6、第3和第1避难层处分别接出2根供水总管，并设置减压阀及止回阀与原高位消防水池或减压水箱重力供水总管连通，使得在连通处的水泵供水压力与重力供水压力基本相同（见图2）。因此，当火灾发生区域的实际消火栓用水量小于转输水量时，转输泵可以达到向火灾区域消火栓给水管网供水的同时，向上部消防给水转输水箱或高位消防水池供水的目的，其供水压力及流量均满足要求。另外设置联通管后，消防转输泵供水无需逐级转输至屋顶消防水池才能供至各分区，缩短了供水路径，从而增加了消防给水系统的可靠性。

图2 双路供水模式

以上方案存在2个问题：(1)顶部最高分区消防给水管网无法和高区转输水泵联通，火灾时仍只能采用屋顶消防水池这一单水源通过最高分区消防给水泵向其给水管网加压供水，无法满足双路供水的要求。但笔者认为该分区较小，且配水管网距屋顶消防水池最近，中间无多余的转输设备及控制组件等，发生故障的几率较小，整体可靠性较高，无需再增加多余加强措施；(2)高、低区消防转输泵分别通过屋顶消防水池或消防转输水箱的液位启泵，火灾发生后距消防转输泵启泵间隔时间较长，由此造成火灾初期仅有屋顶消防水池一路供水，即无法满足双水源同时供水的要求。诚然，减小启泵时间可以通过提高启泵液位实现，但一方面将启泵液位设得过高易造成水泵频繁误启动，从而造成屋顶消防水池或转输水箱溢流，增加水泵房水淹风险；另一方面本身常高压重力供水已属于较为安全可靠的系统供水模式，通过地下消防水池、消防水泵向水灭火设施供水属于补充加强措施，故在火灾初期无必要启动消防转输泵。综上，设计最终将第一台转输水泵启泵液位定为最高有效水位以下0.5m。

2、报警阀组环状供水

报警阀组在自动喷水灭火系统中主要用于接通报警水流和延时确认火灾，喷头动作后报警水流驱动水力警铃和压力开关报警，并防止水倒流。平时处于常闭状态，火灾时自动开启。若阀瓣组件因变形或污垢、杂质阻挡或过滤器堵塞等，均会出现报警阀组无法开启，导则后续配水管网及火灾区域无法喷水。因此，报警阀组在自动喷水灭火系统中的重要性不言而喻。现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017）规定，当自动喷水灭火系统中设有2个及以上报警阀组时，报警阀组前应设环状供水管道[2]，而报警阀后的配水管道一般按枝状管网进行布置。

在项目消防专家论证会上，有关专家提出“自动喷水采用双立管、双报警阀”，即设置备用报警阀组的加强措施。根据上文分析，笔者认为适当增加冗余，设置备用报警阀组可减少因报警阀组故障或检修关停而导致无法供水的概率，提高系统可靠性。但若简单地将原有报警阀组均采用1用1备方式设置，将大量增加报警阀组和供水立管的数量，增大管井内管线布置及后期维护的困难。笔者的解决方案是在原有枝状配水管网的基础上，将同一分区内2组或3组报警阀互为备用，并将报警阀组出水管（即配水干管）联通形成环状供水（见图3），这样即使单组报警阀组故障或检修关停时，仍有互为备用的报警阀组向各楼层配水管网供水，提高了自动喷水灭火系统的整体可靠性。各楼层水流指示器后的配水管及配水支管则仍采用枝状布置，而未布置成环状，主要因为本身配水管及支管后的供水环节较少，出现故障导致火灾区域无法喷水的几率较小，无设置成环状的必要。

图3 枝状供水改为报警阀组互为备用的环状供水

有相关设计人员提出“超高层建筑不应采用双报警阀同时向同一配水管道供水”，“当需采用双报警阀组的供水方式来提高报警阀组件的可靠性时，报警阀组必须采用1用1备的方式”[3]，主要原因认为初期启动时流量来自不同的报警阀，将导致报警阀流量达不到阈值而无法及时启泵。笔者则基于以下两点考虑：一是在250m以上超高层采用常高压消防给水系统，报警阀组的功能仅输出水流报警信号，无需其压力开关连锁启泵，另外各防护分区的设置的水流指示器以及火灾自动报警系统同样具有报警功能，故即使报警阀流量达不到阈值延迟发出报警信号，也不至影响系统的报警功能；

另一方面根据最新《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014），消防水泵的启动“由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关，或报警阀压力开关等开关信号”[4]直接启泵，各开关信号对连锁启动消防泵是“或”的逻辑关系，即任何一个开关信号都能启动消防泵[5]。因此，在最高分区已设置有消防水泵出水干管压力开关及高位消防水池出生流量开关作为启泵信号的情况下，即使报警阀组的压力开关无法及时启泵，也不会对系统的可靠性造成大的影响，将报警阀组设置为互为备用、配水干管设置为环状同时向同一配水管道供水的方式是合理的。

3、结语

250m以上超高层建筑消防系统的设置原则应立足于自防自救，可采取以下加强措施增加消防给水系统的可靠性：(1）消防给水系统可采取高、低区消防转输水泵转输水管分别与原屋顶消防水池及减压水箱重力供水总管重力联通的方式，达到双水源同时向水灭火设施供水，即双路供水的目的。(2）自动喷水灭火系统可将各分区内2组或3组报警阀设为互为备用，并将报警阀组出水管（即配水干管）设置为环状同时向同一配水管道供水。

参考文献：

[1]关于印发《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》的通知[Z].2018.

[2]GB 50084-2017自动喷水灭火系统设计规范[S].

[3]杨琦,桂佳,朱磊.超高层建筑自动喷水灭火系统提升可靠性的措施[J].给水排水,2018,44(7):94-97.

[4]GB 50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范[S].

[5]郝秦峰.浅析GB 50974-2014中消防水泵的自动启动[J].给水排水,2015,41(6):123-128.

汪波,张楠,王靖华,郑雪梅,金艺蓓,范永欢.250m以上超高层建筑消防给水系统加强措施探讨[J].给水排水,2020,56(06):119-122.