給排水系統(tǒng)
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展，各類大型的工業(yè)建筑、高層民用建筑以及集中商貿(mào)旅游中心、餐飲服務(wù)中心、娛樂中心等功能復(fù)雜、人員密集的建筑日趨增多。要做好項目工程設(shè)計組成部分的消防給水設(shè)計，在如何合理選擇消防給水系統(tǒng)和設(shè)計完善有效的消防那個給水系統(tǒng)組件顯得尤為重要。
一、 選擇合理的消防給水系統(tǒng)
消防給水系統(tǒng)通常有室內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)等組成，近年來隨著自動控制技術(shù)的推廣應(yīng)用，替代傳統(tǒng)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)的消防給水系統(tǒng)、能遠(yuǎn)程控制并自動搜索火源對準(zhǔn)著火點的自動消防炮滅火系統(tǒng)在一些高大空間場所（體育館、展覽廳等）中越來越多的得到使用。而在選擇設(shè)計室內(nèi)、室外消火栓系統(tǒng)及自動噴水滅火系統(tǒng)的過程中，應(yīng)在符合消防設(shè)計規(guī)范的同時，結(jié)合城市自來水供水管網(wǎng)的供水能力等因素，綜合考慮選擇采用低壓消防給水系統(tǒng)、常高壓消防給水系統(tǒng)和臨時高壓消防給水系統(tǒng)。低壓消防給水系統(tǒng)通常僅適用于室外消防給水系統(tǒng)，后二者在實際工程設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況靈活應(yīng)用，近年來，隨著城市規(guī)劃的越來越集中，一些工業(yè)集中園區(qū)以及商貿(mào)購物旅游區(qū)等群建項目的應(yīng)運而生，該類建筑通常具有建設(shè)單位相應(yīng)獨立，建筑類型相對接近，規(guī)模相對較大等特點，在具體設(shè)計實踐中，常會因城市供水管網(wǎng)規(guī)劃（雙路供水）及供水壓力的局限而選擇采用各單位分別設(shè)計各自的臨時高壓供水系統(tǒng)，這不僅會增加建筑造價成本，增加消防水池、泵房的占地成本，增加區(qū)域因消防需要的雙路供電的供電負(fù)載，同時也增加各單位分散消防管理維護成本，并且增加消防監(jiān)督管理壓力。因此，此類項目工程在設(shè)計的時候，首先考慮提高城市供水能力規(guī)劃，實行區(qū)域雙路供水管路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，最大限度地提高管網(wǎng)供水壓力來滿足該類建筑群的常高壓消防給水系統(tǒng)的設(shè)計壓力，這種方案應(yīng)由政府規(guī)劃部門與城市供水部門綜合規(guī)劃實施，設(shè)計部門僅僅提出想法；其次應(yīng)統(tǒng)籌設(shè)計規(guī)劃，選擇合理位置集中設(shè)置能滿足區(qū)域最不利一幢單體建筑消防用水設(shè)計參數(shù)要求的共用消防泵房、消防水池及屋頂高位水箱，避免重復(fù)建造。但選擇這種方案應(yīng)考慮以下問題，首先應(yīng)考慮消防泵站的工作可靠性，如濕式報警閥壓力開關(guān)及消火栓啟泵按鈕均通過24V直流電源信號來啟動消防泵，因此假如泵站距最遠(yuǎn)一處建筑的距離過遠(yuǎn)會引起啟動電源的電壓減弱而無法正常啟泵；另外連接泵站與各建筑的管路容易因某處損壞而系統(tǒng)癱瘓等。針對這樣的問題，在選擇設(shè)計消防泵站的時候應(yīng)盡量在建筑群中間位置，管路敷設(shè)應(yīng)盡量選擇在公共永久性區(qū)域，管材及施工應(yīng)確保質(zhì)量可靠等。
筆者在某物流園區(qū)的項目設(shè)計中就經(jīng)與多家建設(shè)單位共同協(xié)商后選擇了集中消防給水泵站的設(shè)計方案。
如圖1，為某物流園區(qū)，該園區(qū)由23家業(yè)主承建，設(shè)計包括甲類物品堆場、乙類倉庫、丙類倉庫、丁類倉庫以及商務(wù)中心辦公樓，其中單層乙類倉庫共有24座，其最大一座面積為2160㎡，建筑高度6米；單層丙類倉庫4座，其最大一座面積為15000㎡，建筑高度9米；二層丙類倉庫4座，其最大一座面積30000㎡，建筑高度12米；3座丁類倉庫，最大一座面積為三層33000㎡，建筑高度15米，另外設(shè)計一幢8層商務(wù)中心辦公樓，建筑高度31米。該項目的最大室外消防設(shè)計流量Q=45L/s,室內(nèi)消火栓設(shè)計流量10L/s,設(shè)計壓力為27米水柱，（商務(wù)中心辦公樓室內(nèi)消火栓設(shè)計流量20L/s,設(shè)計壓力為55米水柱），噴淋最大設(shè)計流量Q=83.2L/s,持續(xù)噴水時間為2小時，設(shè)計壓力為H=52米水柱，該區(qū)域市政規(guī)劃建造雙路環(huán)狀供水管網(wǎng)，供水壓力為3.5公斤，結(jié)合上述條件，室外、室內(nèi)消火栓消防用水采用市政直供給水系統(tǒng)（商務(wù)中心辦公樓消火栓給水由消防泵房供給），噴淋系統(tǒng)給水由集中消防泵供給，高位消防水箱設(shè)置在商務(wù)辦公樓屋頂，噴淋集中
消防泵房設(shè)計一座總?cè)莘e720m水池，如圖2.兩臺功率N=90KW，流量Q=85L/s,揚程H=60m的噴淋泵。單座集中泵站（包括發(fā)電機組）建造成本費用93萬，增加公共噴淋總管造價120萬，合計消防泵房投資213萬，分?jǐn)傊?3家需使用噴淋、消防用戶的費用為每戶16.38萬元，每戶節(jié)約投資近80萬元，同時大大減少了平時泵房的維護管理成本。
二、 設(shè)計完善有效的消防給水系統(tǒng)組件
室內(nèi)、外消火栓系統(tǒng)和自動噴淋滅火系統(tǒng)組件在不同的設(shè)計條件下有不同的要求，這就要求設(shè)計者在設(shè)計過程中要充分了解各種條件因素并合理布置各相關(guān)組件。本文列舉一部分消防系統(tǒng)組件布置談一談自己的看法，希望和同行一起探討。
(一)室內(nèi)消火栓布置的基本要求：
1.保證有兩支水槍的充實水柱同時到達室內(nèi)的任何部位
設(shè)置消火栓首先要確定消火栓水龍帶的長度。《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中規(guī)定每條水帶的長度不應(yīng)大于25米�，F(xiàn)在設(shè)計人員多數(shù)采用25米水龍帶，而且較為普遍，故此我們暫且以25米水龍帶作為討論依據(jù)；其次就要確定充實水柱噴射距離：先考慮充實水柱SK的計算，當(dāng)一支φ19口徑的水槍流量為5L/S時，對應(yīng)的充實水柱為11.7米，此時出口水壓H=16m水柱，這時充實水柱的噴射距離可以認(rèn)為11.7×sin45°=8.27米，也就是說當(dāng)設(shè)計大空間建筑時，消火栓保護半徑R=25×0.8+8.27=28.27米；當(dāng)保護房間分隔的建筑時，消火栓距最遠(yuǎn)端房間門口距離為20米，房間距門口的最遠(yuǎn)距離為8.27米。當(dāng)然規(guī)范有相應(yīng)要求充實水柱為13米的時候應(yīng)按13米計算。
上面僅僅還是理論計算，在具體消火栓間距布置時還應(yīng)考慮建筑的內(nèi)走道彎曲程度和遮擋物的復(fù)雜程度，按照行走路線能夠到達的位置綜合考慮。如在某棉紡廠房的消防設(shè)施檢測中發(fā)現(xiàn)，某設(shè)計人員粗心地沒有考慮廠房內(nèi)設(shè)備的實際布置情況，簡單地按照25米的保護半徑選擇“最佳”布置位置進行了設(shè)置；而實際上許多消火栓都被大型的設(shè)備遮擋，不但增加了使用難度，更因為沒有選擇恰當(dāng)?shù)男凶呗肪�而無法確保兩支水槍同時達到室內(nèi)任何部位。因此，一律按照25米或28米的保護半徑來畫圓核對布置消火栓是片面的。
2.室內(nèi)消火栓的間距不能太小
慮這個問題的原因其實很簡單，就如同不能用雙出口消火栓來保證兩支水槍同時達到任一地方一樣；消火栓布置距離很近的弊端就是當(dāng)其中一個消火栓受到火災(zāi)威脅時，另一個消火栓也會同樣受到火災(zāi)的威脅，這樣一來，就沒有消火栓可以利用了。如在某商住樓的消防設(shè)施的檢測過程中發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計高層住宅樓底層單間門面房內(nèi)消火栓的時候，為確保該區(qū)域內(nèi)兩支水槍同時到達室內(nèi)的任何部位，將兩只消火栓布置在屋內(nèi)相距不足4米的位置，（大門處因大開間玻璃不方便設(shè)置）：試想當(dāng)該門面失火時，兩只屋內(nèi)的消火栓就會出現(xiàn)均處于火源中而無法使用情況。
3.室內(nèi)消火栓布置不能跨越防火分區(qū)
防火分區(qū)的設(shè)置本意就是阻止火勢和煙氣從一個區(qū)域向另一個區(qū)域蔓延，防火分區(qū)之間的門一般為甲級防火門。當(dāng)一個防火分區(qū)的火情要利用另一個防火分區(qū)的消火栓來撲救的話，那么防火門的阻火擋煙的作用就會受到破壞，造成火災(zāi)的蔓延和擴大。因此，一個防火分區(qū)著火。不應(yīng)利用其他防火分區(qū)的消火栓。筆者認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)防火分區(qū)來布置室內(nèi)消火栓。如某中心商場在裝修過程中，因考慮分隔要求，局部偏移了防火分隔墻，導(dǎo)致室內(nèi)消火栓布置跨越了防火分區(qū)，實際上造成了消防隱患，其后經(jīng)多方協(xié)商得到改正。
(二)自動噴水滅火系統(tǒng)布置的基本要求：
1.噴頭布置
合理布置噴頭是自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計安全與經(jīng)濟的關(guān)鍵。《自動噴水滅火系統(tǒng)規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》）比較強調(diào)的是作用面積內(nèi)的噴水強度和噴水的均勻性及噴頭的適時開放。對于每個噴頭的保護半徑，一是和生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其技術(shù)參數(shù)有關(guān)，二是和噴頭所在位置的水壓有關(guān)，三是和噴頭的布置位置有關(guān)（結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)和各種障礙物的影響）�！秶娨�(guī)》規(guī)定的噴頭間距只是一個“限”，目的是為了更好地保證噴水強度和噴水的均勻性及適時開放。
1.1噴頭布置原則與要求
（1）滿足作用面積內(nèi)的噴水強度、噴頭的作用半徑；
（2）保證噴水完全覆蓋，且不出現(xiàn)過多覆蓋；
（3）噴頭之間不應(yīng)互相影響；
（4）按規(guī)范和實際處理障礙物的遮擋，并積極與相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)；
1.2噴水半徑與噴頭布置
噴水半徑是噴頭布置的主要依據(jù)，它代表一個經(jīng)濟數(shù)值，在噴頭工作時不致出現(xiàn)未被覆蓋的空白，也不出現(xiàn)過多的重要覆蓋面積。它與危險等級的噴水強度、噴頭特性和工作壓力有關(guān)。設(shè)計時噴頭間距不宜按規(guī)范規(guī)定的最大距離要求設(shè)置，必須根據(jù)工程實際情況，按設(shè)計選定的噴水強度、噴頭的流量系數(shù)、工作壓力確定，在滿足規(guī)范要求的噴水強度條件下，按噴頭的實際工作壓力，結(jié)合建筑分隔與結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)靈活布置。最終保證作用面積上的噴水強度和噴水的均勻性。在最不利作用面積流量計算中，選用的最不利點水壓最小不應(yīng)小于0.05MPa，且特別注意最不利處噴頭布置的噴頭間距的計算復(fù)核，因為最不利點水壓較小，要保證噴水完全覆蓋，這區(qū)域的噴頭間距應(yīng)該為最小。
2.系統(tǒng)管道設(shè)計
2.1水力計算：水力計算是決定系統(tǒng)可靠性、合理性和經(jīng)濟性的一項重要設(shè)計內(nèi)容。根據(jù)對《噴規(guī)》的理解和大量相關(guān)資料及部分工程實例的分析，筆者覺得水力計算應(yīng)采用“矩形面積—逐點法”，也就是首先確定最不利作用面積在管網(wǎng)中的位置，作用面積的形狀宜為矩形，僅在作用面積內(nèi)所包含的噴頭計算其噴頭量；之后選定最不利計算路線，且逐點計算修正，然后將作用面積內(nèi)經(jīng)過流量修正之后的所有噴頭出流量的總和作為整個自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計流量，在此以后的管段流量不再增加，僅計算沿程和局部水頭損失，一直算到管網(wǎng)起點。
2.2系統(tǒng)設(shè)計流量計算及支管流量修正
①系統(tǒng)的設(shè)計流量，應(yīng)按最不利點處作面積內(nèi)噴頭同時噴水的總流量確定，其計算公式為不同的噴淋管網(wǎng)因噴頭間距、管網(wǎng)規(guī)模、管道布置等不同，噴淋系統(tǒng)的總用水量和噴水不均勻性可能有較大差別，且噴淋管網(wǎng)中實際存在的噴水不均勻性，噴淋系統(tǒng)的總用水量應(yīng)當(dāng)通過認(rèn)真的水力計算確定，否則，所確定的噴淋泵型號很可能是不合適的，系統(tǒng)可靠性、合理性和經(jīng)濟性也不好保證。
②兩管段交點處的計算水壓不同時，應(yīng)對交匯點處低水壓的一側(cè)的管段總流量進行修正q2=q1·h2/h1式中，q1——低水壓側(cè)管段的計算流量（L/s）；
q2——低水壓側(cè)管段的修正流量（L/s）；
h1——低水壓側(cè)管段的水壓（KPa）；
h2——高水壓側(cè)管段的水壓（KPa）
2.3管道沿程和局部水頭損失每米管道的水頭損失計算式為管道局部水頭損失，宜采用當(dāng)量長度法計算，也就是將水流經(jīng)過彎道、丁字管的局部壓力損耗相似于一定長度的直管。實際計算中，根據(jù)配水管道系統(tǒng)的大小及實際情況，取值為管道沿程損失的0.15-0.25.
2.4配水管道管徑選擇：自動噴水滅火系統(tǒng)最主要的組成部分是配水管道，而配水管道管徑的確定，不僅影響到整個系統(tǒng)的造價，更關(guān)系到系統(tǒng)消防的安全性。在流量確定的條件下，流速是確定管徑的重要參數(shù)。采用經(jīng)濟流速是給水系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)要素，生產(chǎn)、生活給水管道的流速一般采用經(jīng)濟流速，以使管道的基建投資與經(jīng)常性的運行能耗得到優(yōu)化匹配。所謂經(jīng)濟流速是一次投資與經(jīng)濟費用之和最小時的流速為經(jīng)濟流速。所以選擇輸配水管管徑的大小涉及投資與耗電的大小，管徑大基建費用高，電費卻省，管徑小一次投資省，但水頭損失大，水泵揚程高，電費高。
《噴規(guī)》在管道水力計算9.2.1條也規(guī)定“管道內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟流速，必要時可超過5m/s，但不應(yīng)大于10m/s”。然而，自動噴淋給水管道只是在火災(zāi)時短時間運行，不同于生產(chǎn)、生活給水管道始終處于運行狀態(tài)，故可以提高流速，減小管徑以降低基建投資，這同樣是經(jīng)濟的。但同時如果自動噴淋系統(tǒng)管內(nèi)水流速度較高，水頭損失就較大，配水管支管管徑往往就會偏小，造成在設(shè)計流量下，噴頭實際保護面積可能滿足不了規(guī)范有關(guān)作用面積的要求。此時盡管作用面積內(nèi)噴頭動作時，其平均噴水強度符合規(guī)范，但上下游噴頭因壓力不同而流量有差異，此外，由于管徑小，管網(wǎng)水頭損失大，消防水泵揚程高，噴頭噴水極不均勻，其出水量必然過大，將過早地用完消防貯水。因而管道流速宜采用較低值，管徑小時尤宜采用低值。
同時，從上述分析中也不難看出，《噴規(guī)》中提到的經(jīng)濟流速應(yīng)是經(jīng)濟性、合理性、可靠性與安全性的統(tǒng)一。結(jié)合工程實例，配水干管和配水支管設(shè)計流速一般不宜超過3.0m/s，常用1.5-2.5m/s。這種做法能夠較好地滿足《噴規(guī)》表5.0.1、表5.0.5及9.1.1條的有關(guān)作用面積和噴水強度的規(guī)定，且配水管網(wǎng)水頭損失較小，消防水泵的揚程較小，噴頭出水不均勻性較小，消防貯水量可得到合理使用，是比較安全、經(jīng)濟、合理的。
2.5水泵揚程或系統(tǒng)入口的供水壓力：水泵揚程或系統(tǒng)入口的供水壓力H=∑h+P0+Z,其中規(guī)定濕式報警閥0.04MPa、水流指示器取值為0.02MPa。在實際選泵過程中一般均大于該計算值，因此，在實際最不利點水壓及最不利作用流量計算時，應(yīng)根據(jù)選用水泵的實際情況進行計算及復(fù)核。
2.6減壓與減壓措施：《噴規(guī)》第8.0.5條規(guī)定“……配水管道的布置，應(yīng)使配水管入口的壓力均衡。輕危險級、中危險級場所各配水管入口的壓力均不宜大于0.4MPa”而自動噴水滅火系統(tǒng)中，不但存在著底層管道系統(tǒng)中水壓不平衡，即使在同層中，當(dāng)保護面積較大時，由于設(shè)計是按最不利作用面積計算，同層中有利作用面積內(nèi)噴頭的水壓也有剩余，所以習(xí)慣是對連接有利作用面積的配水管或配水干管予以減壓，減壓的方法可以采用設(shè)置減壓閥、減壓孔板、節(jié)流管以及縮小有利工作面配水支管的管徑等方法增加沿途水頭損失達到減壓目的。在實際工程中，此項目計算是非常復(fù)雜煩瑣的一項工作，因而可根據(jù)實際情況，在同層作用面上采用合適配水支管管徑的辦法，而在幾何高差較大的不同層，當(dāng)入口壓力超過0.04MPa時，則采用減壓閥等辦法。
3消防水箱
《噴規(guī)》第10.3.1、10.3.2規(guī)定“采用臨時高壓給水系統(tǒng)的自動噴水滅火系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)高位消防水箱，其儲水量應(yīng)符合現(xiàn)行有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。消防水箱的供水，應(yīng)滿足系統(tǒng)最不利點處噴頭的最低工作壓力和噴水強度�！�、“不設(shè)高位水箱的建筑，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)氣壓供水設(shè)備，氣壓供水設(shè)備的有效容積，應(yīng)按系統(tǒng)最不利點處4只噴頭在最低工作壓力下的10min用水量確定”。
設(shè)置消防水箱的目的在于：一是利用高位差為系統(tǒng)提供準(zhǔn)工作狀態(tài)下所需的水壓，達到使管道內(nèi)的充水保持一定壓力的目的；二是提供系統(tǒng)啟動初期的用水量和水壓，提供維持10min噴水的用水量，控制初期火災(zāi)和為消防隊增援滅火爭取時間。在工程實例中，相當(dāng)部分建筑消防水箱不能滿足最不利點噴頭的最低工作壓力。通常采用的屋頂水箱加增壓泵的形式來滿足規(guī)范，但實際上屋頂水箱的增壓泵與消防水池的穩(wěn)壓泵存在同等作用，屬多此一舉，因此《噴規(guī)》中10.3.2定性為強制性條款就不難理解，也就是說在設(shè)置水箱不能滿足最不利點最小工作壓力的建筑，應(yīng)設(shè)氣壓供水設(shè)備，而不是采用屋頂水箱加增壓泵的方法滿足規(guī)范要求。