摘要：在高层建筑的消防设计中，需要考虑的因素越来越全面。高层建筑由于楼层多、人员密度大等特点，在火灾发生时往往难以进行有效的消防灭火和人员疏散。因此，对高层建筑消防水系统的合理设计显得尤为重要。本文分析了高层建筑消防系统设计中常见的问题，并对高层建筑消防系统设计提出了一些建议。
关键词：高层建筑；消防系统；
1.引言
高层建筑因节约土地资源，高容积率等优点，在城市建设中发展迅速。高层建筑有很高的防火要求，消防等问题，解决这些问题必须从建筑设计和施工阶段，从消防系统设计阶段开始考虑。正确处理建筑设计中的消防问题直接关系到人们的生命财产安全。
2.高层建筑消防水系统设计存在的常见问题
目前，由于新规范消防给水及消火栓系统技术规范、建筑设计防火规范等陆续实施，部分设计、施工技术人员对新标准和规范缺乏全面性、一致性的了解，导致消防设计和施工安装及调试过程中存在隐患，在工程设计和施工过程中存在明显的火灾隐患。具体例如：
2.1消防加压泵的选型问题
消防泵性能应满足消防给水系统所需的流量和扬程，流量扬程性能曲线应为无驼峰、无拐点的的光滑曲线，零流量时的压力不应大于设计工作压力的140%，且宜大于设计工作压力的120%。据此，在设计和施工过程中应避免选用切线泵。切线泵因体积小，安装方便，价格优势，部分型号通过CCCF认证，在实际项目施工过程中易被采用。
2.2流量开关设置点位及流量限值的探讨
消防泵应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应能直接自动启动消防泵。消防工况时，为了能及时启动消防主泵，高位消防水箱出水管上流量开关的安装位置至关重要。其正确的安装位置应为气压罐出水管与重力出水管合用管段。
2.3辐射源房间气体消防泄压口的设置问题探讨
随着技术的进度，各种机密仪器使用越来越频繁，对消防要求越来越高。常规消防水系统已无法满足现有消防要求，各类型的气体灭火系统应用越来越频繁。受限于建筑房间布局，泄压口的设置并不总是开向外墙，尤其是带辐射性仪器房间，泄压口的设置存在较大难度。此问题应引起重视。
2.4双阀双出口消火栓
高层建筑是否可以设置双阀双出口消火栓，设计队伍中对此始终有争论。
国家规范和规定中都没有明确说其它场合不允许采用双阀双出口消火栓，并且国家标准图集“室内消火栓安装图集”04S202中也给出了“双栓室内消火栓箱”安装通用图。
规范中只规定消火栓间距不应大于多少米，而没有规定最小距离是多少，如果受条件限制两个消火栓箱几乎并排设在一起了，为什么就不可以用双阀双出口来代替呢？在一些条形建筑中，走廊端头面对面设置两个单栓，影响走廊使用空间也不美观。类似这种场所，笔者认为采用双阀双出口消火栓较好，但须设置两根消防立管，保证两个水枪的独立使用。在一些高层建筑的裙房部位，如影剧院、会堂、商场等处，设计两个单栓确实有困难时，可以设计一个双阀双出口消火栓来替代。
总之，笔者认为在高层建筑中，尽量避免使用双出口消火栓，但是对于那些没有条件设置两个单栓的地方，也是可以用双阀双出口消火栓来代替的。
3.自动喷水系统
3.1系统超压问题
超压是指系统内的水压超过其工作压力的限值，造成管道、附件、器材和设备的损坏，或造成给水的不均匀，不利于系统的灭火，影响系统正常运行的现象。超压问题在高层建筑消防给水中客观存在，应当引起重视并采取防治对策。超压的原因主要有以下几种情况：
系统小流量出水：在火灾的初期，自喷系统往往只有几个喷头动作，或者进行末端试水时，系统所需要的流量都很小，而自喷加压泵是按设计秒流量来选择的，两者相差甚远。此时加压泵在小流量下工作，会造成加压泵扬程大幅度升高，使自动喷水灭火系统的管网超压竖向分区不合理：在高层或超高层建筑中，配水管网工作压力超过1.2Mpa；
水锤导致超压：自喷泵因故障或停电而突然停转所造成的水锤现象，导致瞬时超压；
水泵结合器的超压：当系统竖向分区的上区和下区共用水泵结合器，防止串压的止回阀不严密时，下区会出现超压；
未设排气装置：自动喷水灭火系统的给水管网中未设排气阀或排气阀的位置设置不当，管网内的空气处于被压缩的状态，可能发生压力波动造成超压。
因为存在以上这些超压因素，设计中应采取减压和泄压方式解决这个问题，以保证给水的均匀性，有利于作用面积内给水的可靠，确保系统设计流量能正确使用；同时，有利于系统的设备和材料的安全。可通过以下方面来解决：
采取有效的技术措施来防止超压的产生，合理布置自喷管网，尽量将喷头均匀布置在配水管的两侧，可均衡各个配水管的水压；
合理选择系统的分区，并适当减少给水分区的压力值。当系统压力小于1.2MPa时，竖向分区可以采用减压阀减压来分区；超高层建筑，或者系统压力大于1.2MPa时，竖向分区可以采用多台自喷泵直接串联或设中间转输水箱的串联自喷泵给水系统。同时，可以分散设置湿式报警阀，在避难层内设置若干套湿式报警阀，供建筑高区使用；在地下室内设置若干套湿式报警阀，供避难层以下的低区使用，保证配水管网压力小于1.2Mpa；
选择自喷泵时，可以采用流量扬程曲线平缓的消防泵如切线泵或者变频调速消防泵；
同时，采取一定的泄压和稳压措施，使超压值对给水管网不致造成损坏，如泄压阀、安全阀、稳压阀、气罐阀等。
3.2喷头的布置
合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计的关键，规范中规定的喷头间距只是一个最大限值，喷头的保护半径还与其所在的楼层压力、及具体产品有关。
喷头布置原则，首先应满足作用面积内的喷水强度、喷水的均匀性及喷头的适时开放。喷头在喷水半径内灵活布置，不能出现未被覆盖的空白，也不出现过多的重复覆盖面积，并且能保证喷湿墙根及一定范围内的墙面。按规范处理好障碍物的遮挡，综合各种因素合理、经济地布置。
喷水半径是喷头布置的主要依据，它与危险等级的喷水强度、喷头特性和工作压力有关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在喷水半径范围内，可灵活采用正方形、矩形或平形四边形。喷水半径不同于喷头的计算半径，它是在计算半径的基础上，考虑喷水强度、喷水均匀性、喷头受热条件与适时开放，根据规范的规定而得出的数值。由于喷头的布置受其它因素影响较大，实际上常常出现喷头不能按一个固定的距离来布置，别说同一建筑中往往不会按一个间距布，就是同一层、同一防火分区也常常如此。此外，作为土建设计，不同于装修设计，需要给二次装修留下有余地，喷头间距不宜按规范规定的最大距离要求设置，而且实际上这么做也不易达到规范要求的喷水强度和喷水的均匀性。
3.3集热板的设置
自喷规范对集热板的要求，主要是针对货架喷头布置而提出的。当喷头上方有孔洞、缝隙，为防止喷头因热气流不停留或上部喷头淋水降温而不能启动时，规定应在喷头的上方设置集热板。另外，《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》中的7.2.3.2条规定，对机械立体汽车库，复式汽车库按停车的托板位置分层布置的喷头，应在其上方设置集热板。而在实际工程中，集热板的已被应用在许多其他的场所。而规范的条文中却没有规定集热板的用材、尺寸、形状等要素，以至于在工程中设置集热板无章可循。
发生火灾时向上的热气流在顶板下部聚集，喷头的开启是靠聚集在顶板下部的高温烟气层使玻璃球爆裂而出水灭火。如果喷头安装距顶板距离过大，将大大延缓喷头开启的时间，设置集热板的目的就是为了解决喷头距顶板过高的问题。目前在很多工程中使用的集热板大多是采用商店里卖的不锈钢碟子，直径约15cm，周边有约1cm的卷边，倒扣在喷头上就成了集热板。这样的集热板在发生火灾时是不可能起到聚集高温烟气，快速开启喷头灭火作用的。且不说集热板的面积大小(规范条文解释中推荐边长为20cm的方形盘)，关键在于集热板的卷边高度太小。发生火灾时高温烟气即使在碟子下部聚集，但其厚度也仅有卷边的高度，即1cm左右。而安装在碟子下部的喷头距碟子的距离都大于碟子的卷边高度，喷头感受不到高温烟气的作用，因而也就不可能及时地开启灭火。
解决该问题，首先应在规范中明确集热板的用材、尺寸和形状。材料应选择表面光滑的金属，形状应大致为伞型，因为这样除了可以聚集热量以外还可以利用聚焦原理，用光滑的金属表面将热量反射到喷头上，以加快喷头开启的速度。至于尺寸则需要通过一定的实验来确定，既要满足快速开启喷头的要求，又要不至于影响喷头的喷水形状。同时在规范中还应明确安装集热板的条件，并应将集热板纳入消防产品管理程序进行专业生产。
4.消防系统的管材选用
4.1室外消防管（埋地应完善除锈防腐措施）
当室外消防为生活、消防合用管道系统或低压消防给水系统时，可选用允许压力较低的承插直管的球墨给水铸铁管，焊接钢管，内外壁热镀锌焊接钢管等。当室外消防给水系统为临时高压给水系统和常高压给水系统时，当系统工作压力较低时，在管材允许的压力范围内可采用上述相同管材；当系统的工作压力较大时，应根据系统工作压力情况，分别采用法兰式球墨铸铁管、焊接钢管、内外热镀锌普通或加厚焊接钢管以及无缝钢管。
4.2室内消火栓给水系统
当室内消火栓给水系统的工作压力小于1.0MPa时，可采用普通焊接钢管、内外热镀锌普通焊接钢管。
当室内消火栓给水系统的工作压力在1.0～1.6MPa范围内时，如系统压力较高的高层建筑泵房出水管，系统下部工作压力较高部位的管道以及主干管等，可采用加厚焊接钢管、热镀锌加厚焊接钢管和无缝钢管。
当室内消火栓给水系统的工作压力小于2.0MPa时，可采用普通和热镀锌无缝钢管。其最小壁厚应符合下列要求：当采用焊接、法兰连接或卡箍连接时，管径不大于DN125，最小管壁序列号为SCH20（不小于5.0mm）钢管；管径为DN150，最小管壁厚为3.4mm；管径为DN200、DN250时，最小管壁厚为4.78mm；当采用螺纹连接时，管径小于DN100，最小管壁序列号为SCH40（＞5.5mm）钢管；管径不小于DN100，最小管壁序列号为SCH30（螺纹连接要求管壁较厚，保证强度和耐压）。
4.3自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统在报警阀以前的管道，架空时可采用普通和内外壁镀锌的焊接钢管、无缝钢管；埋地时可采用球墨铸铁管或普通和内外壁镀锌的焊接钢管、无缝钢管，但应采取下列措施：采用内壁不防腐的管材时，应在该管段末端设过滤器（含内壁未涂敷防腐材料的球墨铸铁管）；埋地的各种管道均应采取有效的防腐措施。在报警阀后的管道，可采用内外壁镀锌的焊接钢管、无缝钢管以及铜管、不锈钢管以及符合国家或行业标准的涂覆其它防腐材料的管道。
在报警阀以前的管道，当系统工作压力小于1.0MPa时，可采用球墨铸铁管（法兰式）、普通焊接钢管、热镀锌普通焊接钢管；当系统工作压力在1.0~1.6MPa之间时，可采用法兰式球墨铸铁管（PN16）、加厚焊接钢管、热镀锌加厚钢管、无缝钢管；当系统工作压力大于1.6MPa时，可采用法兰式球墨给水铸铁管（PN25），普通和热镀锌无缝钢管。参照消火栓给水系统的允许压力使用，按连接方式与管径规格选用不同壁厚的钢管。
在报警阀后的管道，由于规范限制配水管道的工作压力≤1.2MPa，按《全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》和《自动喷水灭火系统设计手册》中的规定：内外壁镀锌的普通、加厚焊接钢管、内外壁镀锌的无缝钢管均可使用。实际上内外壁镀锌的普通焊接钢管已满足使用要求。
由于《自动喷水系统灭火设计规范》（GB50084-2017）也规定了“轻危险级、中危险级场所中各配水管入口的压力均不宜大于0.4MPa”，因此，在建筑面积不大的楼层各配水管压力≤0.4MPa，均可采用内外壁热镀锌的普通焊接钢管。
5.小结
1）介绍了消火栓系统在实际设计项目中存在的问题及改进方法。
2）介绍了自动喷系统在实际设计项目中存在的问题及改进方法。
3）介绍了消防系统管材在实际设计项目中选用原则。
参考文献
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论文作者:都国标
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
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