对高层建筑消防给水设计的问题分析
摘要：高层建筑投资规模大，建筑使用功能复杂，使得对设计的要求越来越高，特别是防火安全的设计。本文结合工作实践，系统分析了高层建筑消防给水设计中应该注意的几个问题，阐述了高层建筑消防给水设计规范要求和原则，并提出相适应的解决办法。供同行参考。
关键词：高层建筑；消防给水；给水设计；
当前，随着我国城市高层建筑的建设日益增多，并且其建筑高度、建筑面积、内部空间的设计有不断增大的趋势，建筑内部功能日趋复杂，建筑本身火灾危险性相应增加。因此，高层建筑的消防设计极为重要，越来越受到人们的重视，本文对此进行了探讨。
1消防水池的设置问题
在日常设计中，经常将消防水池设计为生活、消防用水合用水池．这样做的目的之一就是为了避免消防用水常年不用而变质，特别是在生活、消防用水量接近时。水池内的水不断循环更新，以保障其水质。但对于高层建筑来说，特别是一些功能复杂的一类高层和超高层建筑，由于其消防水系统存在多种形式（消火栓、自动喷淋、水幕系统等)，且系统用水量大，此时水池内生活用水远小于消防储水量，即使采取一些诸如进出水管对置、设置导流墙的措施．仍无法保障水质。设想如采取一些建筑及路面清洁、园林灌溉、水景布置等非生活用水取自消防水池，从而在避免消防水池内为“死水”的情况下，将生活、消防水池分设应是理想做法。总之，生活、消防用水是合用还是分设还要综合考虑建筑物的用水量分配等多种因素，从中选择最佳方案。
2消火栓布置问题
在高层建筑室内消火栓系统设计中，确定消火栓间距（或消火栓位置），目前依据的是《高层民用建筑设计防火规范))GB50045—95（以下简称《高规》)第7．4．6．1条，即消火栓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。而同时《高规》第7．4．6．3条又规定：“消火栓的间距应由计算确定，且高层建筑不应大于30m，裙房不应大于50m”
首先要明确通常所称的“裙楼”与“裙房”是两个不同的概念，前者指建筑物最下面的若干层（建筑高度≤24m)，后者被定义为“与高层建筑相连的建筑高度≤24m的附属建筑”从目前实际使用情况看，多数高层建筑裙房与主体连通，使用功能多为商场、餐饮、娱乐等营业用房，由于其平面布局复杂，可燃物多，电器线路复杂、火灾荷载较大，其建筑内部消火栓间距设计为50m是不太适宜的，如果机械地执行《高规》第7．4．6．3条，笔者认为是不妥的，而应严格按照《高规》第7．4．6．1条的要求，并充分考虑平面功能布局及内部隔断的影响，通过认真计算确定消火栓的间距。同时，应顾及到给水专业同其它专业设计之间的横向联系，综合分析，使消火栓的布局同防火分区的划分密切结合起来，防止跨越防火分区使用消火栓的问题。
3高位消防水箱储水量的设计问题
《高规》第7．4．7．1条规定“高位消防水箱的消防储水量，一类公共建筑不应小于18m3。现行规范并没有明确消防水箱中消防储水量为一个l8m3还是两个18m3，在实际设计中，也理解为10min消防用水量。因此，当建筑物内应设消火栓系统和自动喷水灭火系统时，高位消防水箱的储水量常为36m3的情况。在此，应做以下分析：初起火灾时，如有人在场，就能够及时发现而使用灭火器或消火栓灭火从而快速扑灭初起火灾，自动喷水灭火系统一般不会动作。
同时，在初起火灾的5min～10min内（消防队到场前)也一般只有2～3股水柱灭火，而不是6～8股水柱同时灭火。如果初起火灾发生时无人在场，那么自动喷水灭火系统将动作，并且只要有一只喷头动作，系统压力开关将在60s内动作发出电信号并反馈到控制中心，联动喷淋泵启动，即使有几只喷头动作，18m3的储水量也只动用约1／3。再者，如果自动喷水灭火系统没能控制住初起火灾而形成火灾蔓延，当消防队到场，就会直接启动消防泵供水，此时高位消防水箱中仍有相当的储水量。从初起火灾发生至消防队到场前的时间段内（约5min～10min)，消防泵如果没有启动，当高位消防水箱的储水量下降到消防储水量时，生活泵就会启动并连续补水，且基本上只供消防用水（因水位可能在消防储水量下，生活出水管无水可出)，也就是说1Omin内消防用水量的供应不止是18m3。
此外，建筑物内如还设有雨淋、水幕等其它水系统，高位消防水箱的设计就会面临使用面积、技术处理等多种问题。甚至难以实现。因此，笔者认为，无论一类或是超高层建筑，其设置不小于18m3的高位消防水箱是符合实际需要的。
4消防给水系统的形成
对高层建筑消防栓给水系统形式的选择，首先我们应保证系统的安全可靠性，其次应尽量选用经济合理的供水形式。按服务范围分：独立的消防给水系统和区域集中的消防给水系统建议应尽量采用区域集中的给水系统。就如上述所讲：邻近高层建筑共用消防水池，但这往往得不到推广。主要原因是各开发商不能协调好，这就要求有关部门能够牵头，共同解决管理及费用问题，使各方面都能接受。按高度来分：分区供水与不分区供水。当消火栓栓口的静水压力不大于0．8mPa时，采用不分区供水形式，当消火栓栓口的静水压力小于0．8MPa时，采用分区供水形式。分区供水方式又包括：并联分区供水方式；串联分区供水方式；减压阀分区的供水方式。并联分区供水方式：各个分区互不干扰，自成体系，对系统更加安全可靠。但造价高，维护管理较困难。串联分区供水方式：各区水泵压力相近或相同，不需高压泵管，但水泵分散，管理困难，同样造价高。减压阀分区的供水方式：系统简单、造价低、管理方便。建议采用此种供水方式，此种方式可以保证经济安全要求，维护管理方便，但对减压要求较高，应采用可调式减压阀，设定阀后压力并保持恒定。只要一套水泵、一套水泵接合器、一座水箱、一套电控设备，可大大降低造价。
5防止消防水泵超压
《高规》对不同性质的建筑物消防用水流量作了详细的规定。但是实际上，在初期火灾时．火势不会太大．只需动用着火点附近的一、二支水枪进行灭火即可。而消防水泵的选择是以整个建筑物消防设计用水流量和满足最不利点消火栓所需水压为条件。所以在火灾初期消火栓的实际出水量往往小于消防水泵的设计出水流量。根据水泵的扬程(H)与流量(Q)的函数关系可知，水泵的扬程将会随流量的减小而增高。形成消防水泵的超压。另外在火灾被扑灭，消火栓刚刚被关闭时，或者在检验屋顶消火栓时，都会由于流量过小而产生消防水泵的超压。
消防水泵的超压给灭火工作带来许多困难。如消火栓口压力过高使消防人员难以拿稳水枪，无法对准火点灭火。另外由于消防管网压力过大，使管道接头、阀门、消火栓等配件容易损坏，产生渗漏甚至会使管道或水带破裂而使消防工作难以继续进行。所以超压问题应引起我们重视。解决消防水泵的超压问题，应掌握“变量不变压”的原则，具体可采取以下措施。
5．1多台水泵分层控制
水泵台数以建筑设计消防总水量来决定。每台水泵以两支水枪的出水流量(10L／S)为基数，以满足初期火灾消防用水流量不大的需要。水泵的启动由消防箱内紧急按钮或管路上的水流指示器控制，但同层任何一个按钮或水流指示器只能启动一台水泵，其余水泵分别由相邻楼层按钮控制启动。当工作水泵发生事故时，备用水泵可自动切换投入工作。这样可以使消防系统的实际用水流量与消防水泵的设计出水流量基本相符，因而避免了水泵产生超压。这种方法的缺点是水泵台数多，占地面积大。
5.2安全阀泄压
在消防水泵的出水管上安装安全阀。当消防水泵初始压力超过安全阀开启压力时，第一个安全阀便自动开启，排水泄压。如果经泄压后，管网压力仍然超过设计所需压力，并超过第二个安全阀开启压力时，第二个安全阀也自动开启泄压。随着消防用水流量不断增大，管网压力也不断下降。当达到或低于安全阀关闭压力时，安全阀便自动关闭。这样也避免了水泵产生超压。
5．3采用变量恒压泵
变量恒压泵是现代调速技术的应用，它能根据用水流量的变化，按预定压力自动调节供水流量，保持供水系统压力恒定，并可达到节能效果，是解决消防水泵超压的有效措施之一，但与一般水泵相比，造价比较高，选用时应进行经济分析。
5.4利用特性曲线选择水泵
水泵特性曲线Q—H有陡降线段，斜度较大；也有平坦线段，斜度较小，此段特点是，流量(Q)变化幅度虽大，但扬程(H)变化幅度不大。我们选择消防水泵时，可按消防用水流量变化范围(10L／S～30L／S)选择Q—H曲线较平坦的水泵或选用专用消防水泵也可避免水泵出现超压现象。以上解决水泵超压的四种措施，各有利弊，在设计中必须根据工程具体情况选择采用
6高层综合性建筑消防用水量的确定
《高规》中第7．2．2条和表7．2．2对各种不同用途的建筑物消火栓给水系统用水量作了详细规定，消防水量从低到高共分为六档。然而在一般情况下，高层民用建筑多是综合性建筑，单一用途的较少。往往某些层是一种用途(如商店、饭店)，某些层又是另一种用途(如旅馆、办公)，在确定用水量时，某些层属于这一档，另一些层又属于另一档。那么应该按哪一档的标准来确定呢?笔者认为应当根据楼房的主要用途来考虑
7地下室排水问题
《高规》第6．3．3．11条要求消防电梯前室门口宜设挡水设施，消防电梯的井底应设排水设施，排水井容量不应小于2m3，排水泵的排水量不应小于10L／s。在这里，还应该考虑到消防水泵房、变配电室、发电机房等常设在高层建筑的地下室，可以说，地下室排水与消防电梯井底排水同等重要。笔者认为，在满足《高规》第6．3．3．11条要求的前提下，应配备备用泵，一用一备，自动切换，集水坑之高、低水位自动控制水泵之启、闭。并且以消防电源保证供电。
8结语
建筑的消防设计是一个相对复杂的问题，高层建筑由于室内功能复杂，设备多，起火因素复杂，一旦发生火灾，因其建筑高度大、疏散困难，扑救也比较困难，这就要求我们在理解消防技术规范的同时，还应结合具体建筑工程的实际情况，综合分析，找出切实可行的设计方案，不断提高建筑的消防设计水平。
