既有建筑物改造中消防给排水系统的设计

陈 刚

传统的给排水系统难以满足未来新时代城市建设的需要，针对当前消防给水排水系统中面临的问题，应提出具体的改善举措，以最大程度发挥城市消防给排水系统功能。另外，合理设计城市建筑中消防给排水系统，能够显著提升城市消防系统的灭火效率，进为建筑的使用安全性提供保障。

消防设备管理系统是建筑中必不可少的安全控制系统，建筑物如果发生大火，消防设备管理系统可以防止大火蔓延并扑救火灾。现代消防系统中，给排水系统主要在雨水储存和转移过程中提供作用，因此当建筑中发生火灾时，给排水系统通常无法提供及时的给水扑救功能，从而危及附近居民的生命与财产安全。

因此，要想提高建筑的消防安全性能，还需要改进与优化火灾供水体系，无论建筑是否遭遇火灾，都要保证消防给水系统全天候正常运行，做到未雨绸缪。消防给水系统的安全运行是保证建筑正常使用的关键，基与严格的控制密切相关[1]。

2.1 消防栓问题

消防栓在建筑消防、给排水体系中具有举足轻重的作用，其安装过程中最常见的问题是实际压力值和工程设计中的压力值不一致，且存在巨大差距。

首先，室内消火栓通常安装在墙内侧，或放置于其他位置，而不是设置成过墙形式。由于消火栓柜自身具有较大的重量，容易出现箱体下沉的问题，从而妨碍消火栓的正常使用。

其次，在现场设置时，一些工作人员未能够严格按照图纸设计要求配置消火栓，消火栓布置地点有误且布点杂乱无章，严重违反工程建设标准，导致消防水带出现下沉现象，妨碍消火栓的正常使用[2]。

2.2 室内外消防栓系统存在不足

室内外消防栓给排水工程建设也可能存在问题，主要表现为消防栓压力不一致、消防栓安装不合理等。由于消防栓不能自行启动，使用年限较长后更不易启动，若发生事故，消防栓在外界压力影响下就会损坏，整个消防栓的工作系统都将受损，从而无法发挥作用。

在安装过程中，施工人员往往对消防栓的安装规范了解不足，导致消火栓箱与施工孔之间的间距也有所不同[3]。通常情况下，设置消防栓系统的墙体并不能与消火栓部位保持垂直，这将给消防水带的施工造成阻碍。如果消防水带不能合适地安装在消防栓上，就会导致消防水带下落，从而限制了消防设备的出水量，造成消防工作不能顺利进行，错失最好的灭火机会。

另外，消防栓的内部构件和箱体结构也存在一定的不足。在建设项目后期施工阶段，部分施工人员将灭火水管直接系到接口处。这就造成在实际工作期间，消防水带很容易从消防栓柱上滑落，影响消防栓中水柱的顺利排出，不但大大降低了灭火效果，还危害了消防人员的生命安全，同时造成极大的经济损失。

2.3 消防排水系统试压问题

在消防供水系统施工建设中，供水管线的施工测压是关键环节，与消防系统的灭火功能密切相关，因此要在常压或加压条件下对消防供水系统的管线工程做好渗漏监测。一般来说，给排水系统管网的水压测试都是在实测水压和试验结果情况下完成的，但是工作人员往往忽略对管道密封性的试验分析，造成实测结果和设计数值之间产生较大偏差，从而严重影响了消防给排水系统的功能发挥[4]。

3.1 工程概况

改造项目位于安徽省巢湖市中部，原有建筑于20 世纪60 ～80 年代初相继建成，周围基础设施条件齐全，主要是对建筑内部消防系统的改造。建筑均为多层办公楼，总高度21.6 m，地上6 层，总建筑面积为4 138 m2。

3.2 改造难点

原建筑只有1 条市政给水管线，房顶上还有1 座共用水池，实际的容量为54 m3，仅设有1 座内部消防栓临时高压水泵和1 座手动喷射消防系统。原有消防器材和管路老化锈蚀严重，已不能适应当前消防工作要求，必须进行重新设计并更换。

本项目属于既有建筑改造，符合现行国家标准《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）和《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017）的适用范围。项目改造后，将建立总面积超过3 000 m2的多开关送回风管道系统。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）第8.3.4 条第3 款的要求，还需要设置自动喷水灭火系统。经检查和计算规格后，各消防系统设计流量如表1 所示。

由表1 可知，目前54 m3的屋顶水池和实际计算所需要的396 m3消防用水相去甚远。根据建筑结构专业加固研究的结论，该建筑使用年限较长，当前建筑构造已达到荷载限值，无法再扩容屋顶水池。由此可见，消防水池容量不足、消防水箱缺失以及消防水泵房占用等问题给整个消防系统的改造带来了一定的挑战。

表1 各消防系统设计流量

4.1 合理利用市政消防栓

本工程地处市区，城市供水采用换装的形式。经实地调查，在距办公楼和市政道路40 m 左右的区域内，有两个消防栓可被列入建筑物的户外消防栓中，并能为消防水泵的接合器提供水源。室外消防栓的设计流量为25 L/s，两个消防栓均超出了室外消防栓的设计流量，而该工程也在其防护半径之内。因此，如果本项目直接采用市政消防栓供应，那么在火灾时间内可以满足户外热工水力设计流量的规定，而消防水池则无需储存户外热工水力消耗量。

4.2 合理折减室内消防设计流量

按照《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）第3.5.3 条，在大楼内部设有1 台或多台自动喷淋装置，当1种或多种自动喷水系统全保护时，如水喷射系统已达到充分防护作用时，多层建筑室内消防栓的设计流速可以降低50%，且不能低于10 L/s。因此，当在办公楼安装了自动喷水消防系统实现全面保护时，由于室内消防栓的设计流量可由20 L/s 调节至10 L/s，因此室内消防栓系统的用水量便可减少到72 m3。

4.3 进行水力计算

根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017）第9.1.3 条规定，自动喷洒系统的设计数目应以最不利位置为依据，并结合洒水的总流量设定。因该多层建筑处于轻危害级别，最不利的位置位于6 层的办公室，受房间隔断的干扰，设有17 个以上的喷水装置。由于在同一个工作区域中的平均注水压力至少不低于4 L/（min·m2），因此需要采取措施适当扩大给水管口径，并平衡管路的布置，以减少管头损失，控制系统的设计流量。按照水力理论计算，将17台喷头同时喷水的总流量控制在20 L/s，本项目自喷系统的设计流量即为20 L/s。

4.4 设置消防水池和高位消防水箱

按照上述3 种方法，本工程消防水池的蓄水量计算结果见下表2。

由表2 可知，消防火池的有效容积是144 m3，然而该建筑屋顶水池的有效容积只有54 m3，缺少一个高质量且容量为18 m3的高位消防水箱。因此，需要取消楼顶水池的日常供水能力，将生活排水系统改造成无生活水泵的超压供水设备。同时，充分利用原有的屋面水池，在中间加上钢板隔墙，将其分为两个独立板块。其中，第一个消防水池的有效容积是18 m3，可将其作为高位消防水箱，但其最低有效水位仍无法达到消防设施最不利点的正常静水压力。

表2 各消防系统储水容积

因此，在进行结构补强措施之后，又在楼顶添加了1 个稳压泵组，以保证管网修建的正常静压。第二个消防水池的有效容量是36 m3，在结构载荷允许的条件下，再增加1 处下水道消防水池，与之配合使用。

根据城市给水压力及设计特点，最终确定采用1 楼有效容积为108 m3的预应力混凝土消防水池及消防泵房。当出现重大火灾事故时，6 楼以上消防火池、地上消防火池和地下消防火池将联合作为临时高压排水管和临时高压水箱的自动注入设备，确保二者均满足规范需求，同时也能顾及当前的施工条件。为满足消防系统安全、可靠的供水需求，本工程采用双向管道连接，接管长度按照室内消防栓设计与自动喷射消防系统设计的流量之和，即30 L/s 进行计算，从而保证消防水池中必须有1 个接管能够适应所有消防设计流量的给排水条件。

5.1 科学设计消防给排水系统

在建筑工程中，消防部门的内部系统设计将室内消防的设计用水量设定为40 L/s，火灾时间则按3 h 计算。同时，设计师还应充分考虑建筑物的特殊高度和压力条件，将其垂直分成两个区，且地下室也要进行分区。将消防栓系统泵的排气管安装在地下室上1 层，将降压设备安装在指定地点，减压方法为向建筑物室内供给所需的消防用水。

在进行消防栓室的建设中，首先应保证独立的消防栓室耐火等级至少为二级。其次，抽水间的防火门必须是A 类，且墙体不能燃烧，同时要与地板还有其他部分完全隔离[5]。水泵的自动起动信号被设计为采用流量和压力开关代替灭火栓按钮，保证灭火系统在火灾时能迅速起动，并能提供充足的灭火水源。最后，按照国家有关规定，当建筑物的高度大于100 m 时，其有效容量应为100 m3。出口管道上应安装有自动检测器的开关装置，以保证建筑物的正常运行。

5.2 规范各设备的安装施工

对建筑给排水系统的各类设施及设备进行规范，是对系统进行优化与改善的一项重要措施。为保证专业技术，建筑人员应积极与地方部门协商，并在有关部门的专业指导下，完成建筑消防给排水等基础设施的安装[6]。在排水管道安装前，工作人员应先测试管路的各种技术指标，并及时清除管路内残存的异物，保证其全部符合要求；
然后采用专业防腐材料均匀涂刷在管路的薄弱部分，有效增强其整体防锈性能。

在进行金属管线架设时，一方面工作人员应在焊接与架设前全面清理管线，另一方面还应严格根据施工标准的要求，将钢管挂钩或冲压模具紧密焊接在承重构件上，或将支撑臂置于上升底部的弯头处。

标准化设置冒口时，工作人员应及时正确检测其位置，保证消防栓出口与建筑物垂直。架设加压水泵后，便可直接通过消防线路供应工作电源。同时，在施工期间，施工人员应把消防栓的电源调整到24 V 或更高，有效防止消防栓在后续操作中过载[7]。

5.3 树立责任意识并加强监测

在充分考虑建筑消防给水系统的设计、施工工艺特点的基础上，一方面需要组织专业的人员监督管理施工过程，另一方面对全体建筑工人进行职业技能培训也十分必要。专业培训不仅可以有效提升建筑工人的专业技术水平和技术创新能力，还可增强其自我保护意识，在工作中自觉按照相关规范和施工文件进行标准化操作。此外，监理单位还必须协助工作人员定时监测系统[8]。对于烟气传感器和温度传感器等监控装置，必须检验它们之间相对高度，重点关注是否严格控制在5 m 高度，以及自动喷水装置内部能否实现有效连通等。在测试引流管线的渗漏特性之后，必须适当提高试验压力，并标准化、高精度地进行设备设施检测，尽可能将测试误差降到最低，从而使室内消防和给水系统具有更稳定的性能[9]。

按照现行国家消防规范的有关规定，改造工程解决了消防水池和泵房用地紧缺等问题，不但结构上更合理，在体系上也更可靠。现已经顺利通过消防设计和防火检查，目前已投入使用，各项技术指标均可正常运转。

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