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摘要：文章对高层建筑消防给水系统的方式进行了归纳和总结，并对分区供水原理进行了阐述，同时对目前分区给水系统设计中一些有争议的问题进行了探讨，提出了相关观点，对高层建筑给水和灭火救援有一定的参考意义。
关键词：高层建筑；消防给水；分区供水；中间水箱
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1009－2374(2011)25－0069－03
高层建筑由于火势蔓延迅速、扑救难度大、发生火灾容易造成人员伤亡，因此，不论何种类型的高层建筑、不论在何种情况下，必须设置可靠的灭火系统保障建筑的消防安全，而消防给水系统又是目前国内外扑救高层建筑火灾的主要灭火设备，周密设计可靠的消防给水系统，对保障高层建筑消防安全显得尤为重要。下面作者将结合实际工作谈谈高层建筑消防给水系统需要注意的一些基本常识。
一、高层建筑消防给水方式
给水方式的选择是高层建筑消防给水系统设计中一个非常重要的环节，直接影响到消防给水系统的经济性和可靠性，作者对工作中遇到的高层建筑常见的给水方式进行了归纳和整理，主要有如下几种类型：
(一)不分区给水方式
图1给出的即为不分区给水方式，系统中只有一套消防水泵，水泵运行时能满足系统内任何一点压力和火灾持续时间内用水量的要求。此种方式一般用于建筑高度不超过50米的高层建筑。
(二)分区给水方式
此种方式一般用于建筑高度超过50米的高层建筑。分区给水系统有串联分区供水系统和并联分区供水系统两种形式，其中并联供水系统按照水泵和管网又分为水泵并联分区供水系统和管网并联分区供水系统，图2为水泵并联形式，即高区和低区分别设置水泵。因多了消防水泵和竖管，故造价较高，占地面积大，其优点是各区水泵单独运行，互相不干扰，故系统可靠性较好。
水泵并联另一种变通形式较为普遍使用，即采用双级双出口消防水泵，即将图2所示的泵2和泵3合成一个水泵，高区发生火灾时水泵高区出水口出水供水，低区发生火灾时水泵低区出水口出水供水。这样，双出口水泵起到一泵当二泵的作用，节省一套消防水泵，同时还能较好地解决了分区的分界处的楼层发生火灾时的消防给水问题。
图3为管网并联形式，即供水坚管直接到高区，只设置一台消防水泵，水泵扬程以高区校核，在高区以下区采用经过减压阀后再接入管网。该种方式节省了低区消防水泵、经济适用、节约成本，建设单位比较容易接受，因此，在新建的高层建筑中普遍使用，但由于只设置一套消防水泵，可靠性降低。
图4为串联分区供水形式，即供水坚管到中间水箱，再通过水泵抽取中间水箱的水至高区，各区水泵分别串联加压，水泵工作压力小，运行安全可靠。该系统的缺点是占用上层使用面积，易产生噪声和二次污染，投资大，设备分散，维护管理不便。串联分区供水方式在一些超高层建筑中使用较为普遍，特别是超过150米的建筑。根据高度的变化，串联供水方式也有很多变化，通常会与管网并联分区供水方式结合一起应用，以达到最少投资、最可靠运行的效果。如在超过150米以上的给水分区采用串联供水，在150米以下的给水分区采用管网并联的方式。串联方式的中间水箱既可以作为减压水箱，也可以作为转输水箱，为了让给水系统供水线路清晰明了，一般情况下，减压水箱与转输水箱分开设置。
同样的，分区供水也适用于高层建筑中的自动喷水灭火系统，这里不再一一叙述。
二、高层建筑分区供水原理
(一)消火栓给水系统
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045－952005年版)第7.4.6.5条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于1.OOMPa，当大于1.OOMPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施。”同时，第7.4.7.2条规定：“高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力。当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa；当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施。”现假设某栋99米高建筑的建筑，各层消火栓离地面均为1.1米，最高层消火栓静水压力正好为O.07MPa，如不分区则首层消火栓压力至少应为O.07MPa＋O.99MPa＝1.06MPa，按照7.4.6.5条规定则必须采用分区供水。类似的，如高101米的超高层建筑，最高层消火栓静水压力正好为0.15MPa，如不分区则首层消火栓压力至少应为O.15MPa＋1.01MPa＝1.16MPa。显然均不符合规范要求。再看，如高度为50米的建筑，按照上述方法计算显然是不需要考虑分区供水的，但为什么在第一节中讲到超过50米就考虑分区供水呢。第7.4.6.5条同时规定了：“消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施。”也就是说，当一个分区内最高点消火栓与最低点消火栓高度差超过50米、最高点消火栓出口压力达到充实水柱的要求时，则最低点消火栓出口压力必然会超O.5MPa，因此需要做采取减压措施，如采用不分区供水方式，则该系统的最低几层即出水压力超过0.5MPa的消火栓应采用减压稳压型消火栓，这样必然会增加工程成本，因此一般情况下超过50米的高层建筑均会分区供水。
(二)自动喷水灭火系统
《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084－2001 2005年版)第5.0.1条规定：“民用建筑和工业厂房的系统设计参数不应低于表5.0.1的规定，且系统最不利点处喷头的工作压力不应低于0.05MPa。”同时。第8.0.1规定：“配水管道的工作压力不应大于1.20MPa，并不应设置其他用水设施。”因此，理想状况下，高度超过120米5米＝115米的建筑，自动喷水灭火系统应分区供水。对于既设置有消火栓系统又设置自动喷水灭火系统的建筑，为了施工的需要，通常也会采用与消火栓系统保持一致的分区方式供水。
三、分区供水中需探讨的几个问题
(一)消防车供水范围外的分区是否需要设置水泵接合器的问题
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045 952005年版)第7.4.5.2条规定：“消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器。”但有部分设计院在设计时，对200米以上的分区没有设置水泵接合器，理由就是依据规范第7.4.5条。但作者认为消防车的供水范围与能力是个动态变化的过程，就拿广州支队的主战车辆五十铃水罐消防车来说，其车载水泵基本都是中低压泵，水泵扬程在1.0～2.OMPa范围之间，理论上，可以供水高度可以达到200米，实际测试过程中可以达到160米左右的供水高度。另外的uD水罐消防车水泵出口压力可以达到2.5MPa，在单车供水能力测试中可 以供到226.5米的范围。
此外，压缩空气泡沫在高层建筑灭火工作中的应用也越来越广泛，压缩空气泡沫成为高层建筑灭火剂己成为一种趋势，上海消防总队在消防车供水能力测试时的数据表明，单车供泡沫能力可以达到375米，因此，不论是消防车供水范围内还是供水能力范围外的分区都应设置水泵接合器，以适用装备的发展。但应考虑供水管网和水泵接合器接口所能承受的压力。同时，在供水管网充满水时，如何同时供应压缩空气泡沫仍需进一步实验探索。
(二)串联供水时，中间水箱的设置高度问题
在第一节中，作者已经提到，超高层建筑中经常会采用串联供水方式，但在实际工作中一些设计院在设置中间水箱时没有考虑当地消防车供水范围，导致消防车根本不能供水至中间水箱，如当地主战消防车的供水高度如仅有120米，中间水箱设置在130米高度处，则难以满足串联供水的要求。或者将中间水箱位置设置过低造成本来在消防车供水范围内的分区无水泵接合器至分区管网，这主要源于一些设计院习惯将中间水箱以上分区的水泵接接合器直接接至中间水箱导致。因此，中间水箱的设置高度问题要与当地消防装备的发展保持一致。
(三)供水竖管未接至分区管网最高层的问题
图2所示的高区从高区水泵至高区的管网只接到了高区管网的最底层环状管网。试想，如果高区最高层着火，而中间一些消火栓因维护保养不到位被破坏漏水，此分区最高层的消火栓会不会有水?新疆德汇大厦灭火救援中曾出现过这样的问题，无论消防车怎么向水泵接合器供水，室内灭火用的消火栓水压和流量没有明显变化，导致内部消防设施灭火效率大打折扣。可以这样理解，这样的设计至少会大大降低系统的可靠性。因此，建议供水竖管应接到分区最高层。
四、高层建筑供水中的两个误区
(一)功率越大，供水高度就越高
在实际灭火救援中，有指挥员将功率与供水能力混为一谈。认为大功率水罐车的供水能力最好，高层建筑火灾应调用大量大功率水罐车。其实这是错误的，为什么，有如下理论公式说明：w(功率)＝F(力)*V(速度)，而F＝P(压力)*s(水管截面积)，V＝Q(流量)／s(水管截面积)，即w(功率)＝P(压力)*Q(流量)。一般来说，消防车的水泵功率恒定不变的。因此，在功率一定的情况下，流量越大，出口压力越小，而供水能力只与水泵出口压力有关。
(二)优质水带即为高压水带
有些指战员认为，高层建筑火灾消火栓供水时采用优质水带就可以满足求。但通常称作的优质是从水带材料的角度说的，而高压、中压和低压是从耐压角度说的，低压水带有O.8、1.O、1.3MPa等；中压有1.6、2.5MPa等，高压水带有4.OMPa。从水带编号应可看出其耐压性能，如：065MM 16 20M，其中16表示可以承受16个压力，即1.6MPa。
关键词：高层建筑；消防给水；分区供水；中间水箱
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1009－2374(2011)25－0069－03
高层建筑由于火势蔓延迅速、扑救难度大、发生火灾容易造成人员伤亡，因此，不论何种类型的高层建筑、不论在何种情况下，必须设置可靠的灭火系统保障建筑的消防安全，而消防给水系统又是目前国内外扑救高层建筑火灾的主要灭火设备，周密设计可靠的消防给水系统，对保障高层建筑消防安全显得尤为重要。下面作者将结合实际工作谈谈高层建筑消防给水系统需要注意的一些基本常识。
一、高层建筑消防给水方式
给水方式的选择是高层建筑消防给水系统设计中一个非常重要的环节，直接影响到消防给水系统的经济性和可靠性，作者对工作中遇到的高层建筑常见的给水方式进行了归纳和整理，主要有如下几种类型：
(一)不分区给水方式
图1给出的即为不分区给水方式，系统中只有一套消防水泵，水泵运行时能满足系统内任何一点压力和火灾持续时间内用水量的要求。此种方式一般用于建筑高度不超过50米的高层建筑。
(二)分区给水方式
此种方式一般用于建筑高度超过50米的高层建筑。分区给水系统有串联分区供水系统和并联分区供水系统两种形式，其中并联供水系统按照水泵和管网又分为水泵并联分区供水系统和管网并联分区供水系统，图2为水泵并联形式，即高区和低区分别设置水泵。因多了消防水泵和竖管，故造价较高，占地面积大，其优点是各区水泵单独运行，互相不干扰，故系统可靠性较好。
水泵并联另一种变通形式较为普遍使用，即采用双级双出口消防水泵，即将图2所示的泵2和泵3合成一个水泵，高区发生火灾时水泵高区出水口出水供水，低区发生火灾时水泵低区出水口出水供水。这样，双出口水泵起到一泵当二泵的作用，节省一套消防水泵，同时还能较好地解决了分区的分界处的楼层发生火灾时的消防给水问题。
图3为管网并联形式，即供水坚管直接到高区，只设置一台消防水泵，水泵扬程以高区校核，在高区以下区采用经过减压阀后再接入管网。该种方式节省了低区消防水泵、经济适用、节约成本，建设单位比较容易接受，因此，在新建的高层建筑中普遍使用，但由于只设置一套消防水泵，可靠性降低。
图4为串联分区供水形式，即供水坚管到中间水箱，再通过水泵抽取中间水箱的水至高区，各区水泵分别串联加压，水泵工作压力小，运行安全可靠。该系统的缺点是占用上层使用面积，易产生噪声和二次污染，投资大，设备分散，维护管理不便。串联分区供水方式在一些超高层建筑中使用较为普遍，特别是超过150米的建筑。根据高度的变化，串联供水方式也有很多变化，通常会与管网并联分区供水方式结合一起应用，以达到最少投资、最可靠运行的效果。如在超过150米以上的给水分区采用串联供水，在150米以下的给水分区采用管网并联的方式。串联方式的中间水箱既可以作为减压水箱，也可以作为转输水箱，为了让给水系统供水线路清晰明了，一般情况下，减压水箱与转输水箱分开设置。
同样的，分区供水也适用于高层建筑中的自动喷水灭火系统，这里不再一一叙述。
二、高层建筑分区供水原理
(一)消火栓给水系统
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045－952005年版)第7.4.6.5条规定：“消火栓栓口的静水压力不应大于1.OOMPa，当大于1.OOMPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施。”同时，第7.4.7.2条规定：“高位消防水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力。当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa；当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。当高位消防水箱不能满足上述静压要求时，应设增压设施。”现假设某栋99米高建筑的建筑，各层消火栓离地面均为1.1米，最高层消火栓静水压力正好为O.07MPa，如不分区则首层消火栓压力至少应为O.07MPa＋O.99MPa＝1.06MPa，按照7.4.6.5条规定则必须采用分区供水。类似的，如高101米的超高层建筑，最高层消火栓静水压力正好为0.15MPa，如不分区则首层消火栓压力至少应为O.15MPa＋1.01MPa＝1.16MPa。显然均不符合规范要求。再看，如高度为50米的建筑，按照上述方法计算显然是不需要考虑分区供水的，但为什么在第一节中讲到超过50米就考虑分区供水呢。第7.4.6.5条同时规定了：“消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施。”也就是说，当一个分区内最高点消火栓与最低点消火栓高度差超过50米、最高点消火栓出口压力达到充实水柱的要求时，则最低点消火栓出口压力必然会超O.5MPa，因此需要做采取减压措施，如采用不分区供水方式，则该系统的最低几层即出水压力超过0.5MPa的消火栓应采用减压稳压型消火栓，这样必然会增加工程成本，因此一般情况下超过50米的高层建筑均会分区供水。
(二)自动喷水灭火系统
《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084－2001 2005年版)第5.0.1条规定：“民用建筑和工业厂房的系统设计参数不应低于表5.0.1的规定，且系统最不利点处喷头的工作压力不应低于0.05MPa。”同时。第8.0.1规定：“配水管道的工作压力不应大于1.20MPa，并不应设置其他用水设施。”因此，理想状况下，高度超过120米5米＝115米的建筑，自动喷水灭火系统应分区供水。对于既设置有消火栓系统又设置自动喷水灭火系统的建筑，为了施工的需要，通常也会采用与消火栓系统保持一致的分区方式供水。
三、分区供水中需探讨的几个问题
(一)消防车供水范围外的分区是否需要设置水泵接合器的问题
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045 952005年版)第7.4.5.2条规定：“消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器。”但有部分设计院在设计时，对200米以上的分区没有设置水泵接合器，理由就是依据规范第7.4.5条。但作者认为消防车的供水范围与能力是个动态变化的过程，就拿广州支队的主战车辆五十铃水罐消防车来说，其车载水泵基本都是中低压泵，水泵扬程在1.0～2.OMPa范围之间，理论上，可以供水高度可以达到200米，实际测试过程中可以达到160米左右的供水高度。另外的uD水罐消防车水泵出口压力可以达到2.5MPa，在单车供水能力测试中可 以供到226.5米的范围。
此外，压缩空气泡沫在高层建筑灭火工作中的应用也越来越广泛，压缩空气泡沫成为高层建筑灭火剂己成为一种趋势，上海消防总队在消防车供水能力测试时的数据表明，单车供泡沫能力可以达到375米，因此，不论是消防车供水范围内还是供水能力范围外的分区都应设置水泵接合器，以适用装备的发展。但应考虑供水管网和水泵接合器接口所能承受的压力。同时，在供水管网充满水时，如何同时供应压缩空气泡沫仍需进一步实验探索。
(二)串联供水时，中间水箱的设置高度问题
在第一节中，作者已经提到，超高层建筑中经常会采用串联供水方式，但在实际工作中一些设计院在设置中间水箱时没有考虑当地消防车供水范围，导致消防车根本不能供水至中间水箱，如当地主战消防车的供水高度如仅有120米，中间水箱设置在130米高度处，则难以满足串联供水的要求。或者将中间水箱位置设置过低造成本来在消防车供水范围内的分区无水泵接合器至分区管网，这主要源于一些设计院习惯将中间水箱以上分区的水泵接接合器直接接至中间水箱导致。因此，中间水箱的设置高度问题要与当地消防装备的发展保持一致。
(三)供水竖管未接至分区管网最高层的问题
图2所示的高区从高区水泵至高区的管网只接到了高区管网的最底层环状管网。试想，如果高区最高层着火，而中间一些消火栓因维护保养不到位被破坏漏水，此分区最高层的消火栓会不会有水?新疆德汇大厦灭火救援中曾出现过这样的问题，无论消防车怎么向水泵接合器供水，室内灭火用的消火栓水压和流量没有明显变化，导致内部消防设施灭火效率大打折扣。可以这样理解，这样的设计至少会大大降低系统的可靠性。因此，建议供水竖管应接到分区最高层。
四、高层建筑供水中的两个误区
(一)功率越大，供水高度就越高
在实际灭火救援中，有指挥员将功率与供水能力混为一谈。认为大功率水罐车的供水能力最好，高层建筑火灾应调用大量大功率水罐车。其实这是错误的，为什么，有如下理论公式说明：w(功率)＝F(力)*V(速度)，而F＝P(压力)*s(水管截面积)，V＝Q(流量)／s(水管截面积)，即w(功率)＝P(压力)*Q(流量)。一般来说，消防车的水泵功率恒定不变的。因此，在功率一定的情况下，流量越大，出口压力越小，而供水能力只与水泵出口压力有关。
(二)优质水带即为高压水带
有些指战员认为，高层建筑火灾消火栓供水时采用优质水带就可以满足求。但通常称作的优质是从水带材料的角度说的，而高压、中压和低压是从耐压角度说的，低压水带有O.8、1.O、1.3MPa等；中压有1.6、2.5MPa等，高压水带有4.OMPa。从水带编号应可看出其耐压性能，如：065MM 16 20M，其中16表示可以承受16个压力，即1.6MPa。