浅谈消防环状管网
关键词：环状管网,重要性,消火栓
一、 环状管网的定义
在《给水排水设计基本术语标准》GBJ125-89中，枝状管网(branch system)定义为：枝状管网是配水管网的一种布置形式，干管与支管分明，形成树枝状。环状管网( pipe network)定义为：环状管网是配水管网的一种布置形式，管道纵横相互接通，形成环状。
二、消火栓系统环状管网的重要性
消火栓系统环状管网分为室外消火栓系统环状管网，室内消火栓系统环状管网。消防给水管道是输送消防用水的重要设施，消防给水管道的安全直接关系到消防用水的可靠性。因此，在任何情况下，要保证火场用水，就要保证消防给水管道的安全。
《建筑设计防火规范》GB50016 – 2006(以下简称《建规》) 第8.2.7室外消防给水管网应布置成环状。当室外消防用水量小于等于15L/S时，可布置成枝状;向环状管网输水的进水管不少于2条，当其中一条发生故障时，其余的进水管应能满足消防用水量要求;环状管网应采用阀门分成若干独立段，每段内消防栓数量不超过5个;室外消防给水的直径不应小于DN100。” 《高层民用建筑设计防火规范》GB50045 - 94 (2005年版)( 以下简称《高规》 )第7.3.1条：为保证火场供水要求，室外给水管道应布置成环状。为保证环状给水管道的水源，从市证给水管网接至室外给水管道的进水管数量不宜少于两条，并宜从两条市政给水管道引入，以提高供水安全度。
《建规》第8.4.2 条中第l款：“室内消火栓超过10个且室外消防用水量大于15L/s时，其消防给水管道应连成环状。《高规》第7.4.1条：“室内消防给水管道应布置成环状,以便在管网某段维修或发生故障时,仍能保证火场用水。
室内消火栓系统给水管道有枝状管网和环状管网两种形式。”室内给水环状管网进水管和区域高压或临时高压给水系统的引入管不少于两根。
环状管网，管道纵横相互连通，局部管段检修或发生故障，仍能保证供水，可靠性好。枝状管网布置成树枝状，局部管段检修或发生故障，影响下游范围的供水。环状管网供水能力比枝状管网供水安全可靠，在管网某管段维修或发生故障时，仍能保证火场用水。。
三、室内环状管网的形式
针对建筑平面消火栓布置的复杂程度，室内消火栓系统环状管网有水平环网、垂直环网、立体环网。可根据建筑体型、消防给水管道和消防栓布置确定何种环网，但必须保证供水干管和每条消防竖管都能做到双向供水。向室内环状消防管道供水的引入管，其数量不应少于两条
根据环状管网定义，在环状管道上需要引伸枝状管道时，枝状管道上的消火栓数量不应超过一个，但在以下情况是例外：
l 同一防火分区内，室内消火栓系统应保证环状管网，环状管网的竖管只能接出一个消火栓，不同的防火分区的消火栓可以从环状管网的同一根竖管上接出。
2 不计入消火栓总数的消火栓，如消防电梯前室消火栓，试验检查用的消火栓可以与其他消火栓接入环状管网的同一根竖管。
四、环状管网的阀门设置
环状管网不仅在正常情况下要保证火场供水量的要求，而且在管网局部管段检修或发生故障时，仍能保证火场用水。因此在环状管网上设置一定数量的检修阀门，将室内环状管网分成若干独立段，当某管段检修或发生故障时，不影响室内消防用水。
《建规》第8.4.2条第6款：“室内消防给水管道应采用阀门分成若干独立段。对于多层民用建筑和其他厂房(仓库)，室内消防给水管道上阀门的布置应保证检修管道时关闭的竖管不超过1根，但设置的竖管超过3根时，可关闭2根。”《高规》第7.4.4条：“室内消防给水管道应采用阀门分成若干独立段。阀门的布置，应保证检修管道或阀门时，关闭的竖管不超过1条。当竖管为4条及超过4条时，可关闭不相邻的两条。
在《建规》要求中当竖管数量不超过3根时，只可关闭1根，在《高规》要求中，当竖管数量不超过4根时，只可关闭l根。因此阀门的设置应保证在管道检修时，关闭停用的竖管不超过一条。此时阀门的设置应满足n- 1原则的要求(n为任一个管网联接点上的管道段)。按照规范的条文说明的做法，环状管网上会设置较多的检修阀门，工程设计中，在水平环网每一管段上设置检修阀门，亦称之为分段阀门，同样满足规范要求，减少检修阀门设置数量，(见图一)
在《建规》要求中当竖管数量超过3根时，要求可关闭2根，在《高规》要求中，当竖管数量超过4根时，可关闭不相邻的两根。裙房内消防给水管道的阀门布置可按《建规》的有关规定执行，消防管道阀门应处在常开状态，且要有明显的启闭标志。 工程设计中，在垂直环状管网、立体环状管网的竖管上下位置设置检修阀门，在环状管网上下水平环管上分别设置分段阀门，保证水平环管的分段检修时不关闭竖管，(见图二)。
室内消火栓是建筑室内的重要灭火设备，当某根消防管道检修或发生故障而关闭消火栓时，其相邻的消火栓仍能保护该管道上消火栓保护范围内的任何部位。
《建规》第8.4.2条第6款：“对于单层厂房(仓库)和公共建筑，检修停止使用的消火栓不应超过5个。”这类建筑室内消火栓给水系统宜设置水平环状管网，如按n - 1原则设置阀门，会造成阀门数量设置过多。这样发生故障的阀门数量增加，供水系统反而不安全;因此检修阀门可以按“停止使用的消火栓不应超过5个”的原则来设计。
同样，在多层建筑中，由于建筑平面的复杂性，使得底层平面的消火栓比楼层消火栓要多得多，不宜采用竖管把底层每个消火栓连接起来，考虑城市市政消火栓的扑救能力，底层消防环状管网可采用水平环状管网，按“检修停止使用的消火栓不应超过5个”的原则，设置检修阀门。
如果各楼层消火栓设置位置不对齐，消火栓系统环状管网采用垂直环网、立体环网较为复杂，就采用水平环状管网，阀门设置按n-1的原则设置(见图三)。
《建规》第8.4.3条规定，单元式、塔式住宅在楼梯间首层和各层楼梯间休息平台上，当设两根消防竖管有困难时，可采用一根消防竖管，但必须采用双口双阀型消火栓， (见图四)。但单元式宿舍楼(建筑平面布置成单元式住宅形式的宿舍楼)，室内消防用水量应按(公共建筑)15L/S，其消防栓不宜采用双出口双阀型，应在楼梯休息平台设两根消防竖管，在底层、屋面连成环状, 保证室内任一部位都有两股充实水柱到达。
同样，《高规》第7.4..2条规定，消防竖管的布置应保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时到达被保护范围内的任何部位，每根消防竖管的直径应按通过的流量计算确定，但不小于100mm，十八层及十八层以下，每层不超过8户，建筑面积不超过650m2的塔式住宅，当设两根有困难时，可设一根竖管，但必须采用双阀双出口型消火栓。
五、水泵接合器设置
水泵接合器是当室内消防水泵发生故障或遇大火室内消防用水不足时,供消防车从室外消火栓取水,通过水泵接合器将水送到室内消防管网,供灭火使用,因此设有室内消火栓且层数超过4层的厂房和层数超过5层的公共建筑,均应设消防水泵接合器，每个水泵接合器的流量为10~15L/S。水泵接合器应设在室外且便于消防车取水的地点，距离室外消防栓或消防水池的距离宜为15~40m。
六、合理设置消火栓
《高规》第7.4.6条规定：除无可燃物的设备层外，高层建筑和裙房的各层均应设室内消火栓,消火栓应设在走道、楼梯附近等明显易于取用的地点，消火栓的间距应保证同层任何部位有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达。
正确计算消火栓充实水柱长度，合理布置消火栓。《高规》规定“消火栓的水枪充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过100m的高层建筑不应小于10m;建筑高度超过100m的高层建筑不应小于13m.”消火栓的水压应保证水枪有一定长度的充实水柱,火场常用充实水柱一般在10~15m。对于建筑高度不超过100m的高层建筑，设计中我们可以根据水枪最小流量5L/s，水枪喷嘴口径19mm，查有关设计手册得出水枪充实水柱长度为11.3m;对于建筑高度超过100m的高层建筑，我们可以调整水枪流量以达到满足规范所需要水枪充实水柱长度。而在实际中，高层建筑标准楼层净高考虑经济因素一般控制在4.0m以下，如果根据公式Sk=(H1-H2)/sina计算水枪充实水柱，当层高取4m,水枪上倾角取45°时，计算Sk为4.24m，远远达不到规范要求，即层高限制了充实水柱的长度。但是，我们可以调整水枪上倾角来达到提高充实水柱长度的目的，因为规范及有关手册提出水枪上倾角不应大于60°，并未规定其下限角度值。通过计算，当层高仍旧取4m，充实水柱取11.3m时，水枪上倾角为14.87°;况且《高规》有关条文说明解释道，口径19mm水枪的充实水柱小于10m时，由于火场烟雾大，辐射热高，扑救火灾有一定困难，所以水枪的充实水柱长度首先应该计算，同时又要满足《高规》规定各种高层建筑水枪的充实水柱下限值。按照水枪充实水柱长度，我们可以确定消火栓保护半径，但是在设计中我们不能简单的用保护半径画圆来布置消火栓。因为建筑平面中隔墙、内走道、门的布置会影响消火栓的使用，设计中应该用水龙带长度、充实水柱的水平投影去校核消火栓保护半径最远点。建筑消防电梯间前室必须设消火栓。《高规》规定“高层建筑消防电梯间前室必须设消火栓”，那么设于前室的消火栓可否保护相邻部位呢?《高规》的条文说明对此并没有具体说明，但是《建规》中对“消防电梯前室应设室内消火栓”的条文说明中明确指出：消防电梯前室内消火栓是为便于消防队员使用消火栓并开辟通路，不能计入总消火栓数内。因此在设计中我们通常将其视为消防电梯间前室专用，而不保护其余部位。而目前部分地方消防设计规定，高层建筑的防烟楼梯间前室也需设消火栓。
消火栓栓口的静水压力不应大于1.00Mpa,当大于1.00Mpa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力不应大于0.50Mpa，当大于0.50Mpa时应采取减压措施。
综上所述，室内消火栓系统给水管道采用环状管网是十分重要的，而正确设置检修阀门是室内消火栓给水系统环状管网的重要保证。
参考文献
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《高层民用建筑设计防火规范》GB50054-95(2005)
《全国民用建筑工程设计技术措施(给水排水)》
《建筑给水排水设计手册》
