建筑與消防的技術(shù)創(chuàng)新對(duì)未來(lái)消防模式的影響

郭沛林

摘要：鑒于高層、超高層建筑不斷增多，自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。用水建筑不需要建設(shè)水池水箱，只需要建設(shè)管網(wǎng)，多建筑共用一套消防供水系統(tǒng)，該消防高壓重力供水系統(tǒng)作為中心，周圍呈輻射狀建設(shè)用水建筑，暫且稱之為中心。

關(guān)鍵詞：城市消防水密艙;中心建筑;通用性噴頭;消防集中供水

1 建筑與消防現(xiàn)狀

目前重要的建筑物耐久都能達(dá)到百年以上，竣工于1931年的帝國(guó)大廈高381米，1951年增高62米天線后，總高443.7米。我國(guó)目前國(guó)內(nèi)高層建筑結(jié)構(gòu)體系：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等，構(gòu)建采用鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)，具有較高的防震等級(jí)。對(duì)高層建筑危害最大的就是火災(zāi)，消防對(duì)于天際線逐漸抬高的我國(guó)城市的發(fā)展具有不可忽視的重要意義。

消防用水系統(tǒng)工作壓力、管件、用途：消火栓系統(tǒng)0.07MPa-0.5MPa[1]，報(bào)警閥后管道使用鋼管，主要供消防員使用;自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)0.05MPa-1.2MPa[2]報(bào)警閥后管道使用鋼管，可用于撲滅固體火災(zāi);水噴霧滅火系統(tǒng)15MPa-1.6MPa[3]，報(bào)警閥后管道使用鍍鋅鋼管、不銹鋼管、銅管，可用于撲滅固體火災(zāi)、電氣火災(zāi)、可燃液體火災(zāi);細(xì)水霧滅火系統(tǒng)1.2MPa-≥10MPa[4]，使用冷拔法奧氏體不銹鋼管，可用于撲滅固體火災(zāi)、可燃液體火災(zāi)、電氣火災(zāi)。

消防給水系統(tǒng)分類：高壓消防給水系統(tǒng)、臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)、低壓消防給水系統(tǒng)。其中低壓消防給水系統(tǒng)最不可靠，不具有壓力，發(fā)生火災(zāi)時(shí)需要消防車或手抬泵加壓供水;臨時(shí)高壓是目前使用最多的給水系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)水泵加壓供水;高壓消防給水系統(tǒng)能始終保持滿足水滅火設(shè)施所需的工作壓力和流量，火災(zāi)時(shí)無(wú)須消防水泵直接加壓的供水系統(tǒng)。高壓給水系統(tǒng)最為可靠，但現(xiàn)在卻不常見，原因有以下幾點(diǎn)：①單獨(dú)設(shè)置高壓系統(tǒng)樓頂需要大型水池，成本高;②影響樓內(nèi)面積使用;③管理維護(hù)成本高，擅自關(guān)?；虿糠株P(guān)停消防設(shè)施情況難以控制。

高層建筑，超高層建筑不斷增多，高層建筑起火后火災(zāi)蔓延途徑多、蔓延速度快、滅火撲救困難。例如高層建筑主要依靠自救：自動(dòng)滅火設(shè)施要可靠，消防供水要可靠。高層建筑超高層建筑的火災(zāi)類型主要為固體物質(zhì)火災(zāi)和電氣火災(zāi)，使用水滅火系統(tǒng)可以撲滅。

2 建筑與消防技術(shù)提高后未來(lái)的消防模式猜想

鑒于消防供水形式可靠性高的高壓系統(tǒng)，選用高壓消防給水系統(tǒng)。并且由于目前單棟樓獨(dú)立設(shè)置高壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)和建筑耐久性的不斷提高，選擇多建筑共用消防給水系統(tǒng)，并且選用高處建設(shè)水池的重力提供高壓而不選擇不可靠的需要水泵持續(xù)加壓高壓系統(tǒng)。

鑒于高層、超高層建筑不斷增多，選用自動(dòng)滅火系統(tǒng)為主要滅火方式，人力為輔助的消防滅火方式。建筑群由于大規(guī)模多建筑共用一套消防供水系統(tǒng)，該消防高壓重力供水系統(tǒng)作為中心，周圍呈輻射狀建設(shè)用水建筑?？煽紤]環(huán)形建設(shè)城市，依次按照中心、超高層商業(yè)寫字樓、高層商業(yè)寫字樓、高層住宅樓、多層工業(yè)建筑或類似由高到低的方式向外層擴(kuò)展?jié)M足水壓遞減系統(tǒng)更可靠。

鑒于消防中心規(guī)模大服務(wù)建筑多很可能為城市中心，應(yīng)與“城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)”共同建設(shè)”，由該系統(tǒng)綜合指揮。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及舉例

中心建筑：作為重力消防給水系統(tǒng)的核心，中心建筑除作為供水和部分作為消防管理作用外，為保證水源可靠性一般不做他用。頂部開始至距地50米高度為止建設(shè)數(shù)座水池，水池的供水流量符合城市人口數(shù)量消防供水水量的要求，中心建筑高于其他建筑至少35米，35米即可提供規(guī)范要求的高層消防給水動(dòng)壓0.35MPa和水噴霧滅火0.35MPa壓力要求（忽略水頭損失）。

其他建筑：其他建筑為了滿足供水壓力要求，至少低于中心建筑最高處水池35米，且因?yàn)樯蠈訜o(wú)法提供高壓滅火，應(yīng)盡量減少頂層以下30米火災(zāi)載荷。

系統(tǒng)建成后可根據(jù)規(guī)劃建設(shè)綠地等未來(lái)替換建筑用地，尤其是中心建筑必須有替換用地以保證供水安全。

管網(wǎng)：用水建筑不需要建設(shè)水池水箱，只需要建設(shè)管網(wǎng)，管網(wǎng)應(yīng)使用無(wú)縫不銹鋼管，滿足一管多用，同時(shí)使用自動(dòng)噴水系統(tǒng)灑水噴頭，與水噴霧系統(tǒng)離心水霧噴頭。管網(wǎng)連接成一張城市大網(wǎng)，由架空主管道、埋地主管道、聯(lián)通信號(hào)閥、進(jìn)出建筑閥門，壓力感應(yīng)裝置等組成。

自動(dòng)滅火噴頭：目前的噴頭都為專用噴頭，也就是一種系統(tǒng)一種噴頭。應(yīng)開發(fā)可以在水壓低時(shí)灑水，水壓高時(shí)比如高于0.7MPa離心旋轉(zhuǎn)噴射水霧的通用型噴頭。

管網(wǎng)連接：管網(wǎng)可選用中心建筑入地再由地下進(jìn)入用水建筑的形式，但系統(tǒng)水壓過(guò)高，隨著樓間橋梁的增加應(yīng)多利用橋梁通過(guò)，因高樓擺動(dòng)應(yīng)增加不銹鋼管柔性連接件研制開發(fā)。管網(wǎng)互相連接增加縱向與橫向連接并通過(guò)閥門控制開啟和關(guān)閉。

閥門設(shè)置：該系統(tǒng)中，閥門是系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，是除了中心建筑外最重要的部分之一，可靠性是最重要的要求。閥門可改變供水高度、改變水壓、切斷供水、維護(hù)更換管道等都需要閥門。閥門應(yīng)選擇電動(dòng)閥，并盡量使用自帶電池保證斷電后一次啟閉功能并具有有線及無(wú)線反饋功能的信號(hào)閥。

用水系統(tǒng)設(shè)置：電氣豎井、機(jī)房、防止損壞的重要資料應(yīng)由高于其所在樓層高度70米以上的水池提供水壓，保證噴頭離心噴射水霧，若該水池缺水則主機(jī)自動(dòng)通過(guò)開閉閥門連接更高處水池提供消防用水。有人工作的房間一般自動(dòng)噴水選擇5-60米水池，消火栓系統(tǒng)一般選擇35-70米水池供水。

計(jì)算機(jī)邏輯：因?yàn)樗畨簽橹亓μ峁匀舨怀霈F(xiàn)意外情況，計(jì)算機(jī)是比較清閑的，只需要在水池水量不足時(shí)開啟水泵進(jìn)行補(bǔ)水。噴頭因熱破裂噴水，水壓由固定供水水池提供，計(jì)算機(jī)幾乎不需要參與，只需感受水流指示器反饋信號(hào)，向指揮中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)而已。如果出現(xiàn)特殊情況，邏輯如下：

電氣豎井內(nèi)有工作人員正在工作，此時(shí)發(fā)生火災(zāi)，原本由70米以上的高處水池供水，不損傷電器設(shè)備情況下噴霧滅火，但水噴霧系統(tǒng)會(huì)而造成人員窒息。此時(shí)，由于人員進(jìn)入從外側(cè)開啟豎井上的防火門，又必須及時(shí)滅火，計(jì)算機(jī)發(fā)出關(guān)閉70米以上的高處水池至該豎井電動(dòng)閥，并隔離電氣豎井供電防止短路，開啟35米高的水池進(jìn)入該豎井供水管道上的電動(dòng)閥，迅速灑水將火撲滅，方便人員逃離，雖然造成了線路泡水，但滿足了防止火災(zāi)擴(kuò)大和營(yíng)救人員的第一目標(biāo)，系統(tǒng)滅火優(yōu)先利害順序由人為設(shè)置并由計(jì)算機(jī)控制。

發(fā)生火災(zāi)時(shí)火勢(shì)擴(kuò)大較快，計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)出調(diào)整供水高度使水壓變大加快滅火進(jìn)度，保證供水安全情況下調(diào)動(dòng)儲(chǔ)水塔內(nèi)各水池的水向滅火供水水池輸送，在供水足夠情況下防止火勢(shì)擴(kuò)大向可能著火區(qū)域的供水池注水。

如果選用易熔合金噴頭，火災(zāi)溫度上升較慢，此時(shí)合金已軟化，但不足以脫落，而火災(zāi)探測(cè)器已探測(cè)到火災(zāi)。此時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)高供水高度，壓力隨著提高后，頂落易熔合金，實(shí)現(xiàn)早期滅火。

系統(tǒng)漏水，由于本系統(tǒng)為多連接多環(huán)狀管網(wǎng)，任何一段關(guān)閉均不會(huì)影響系統(tǒng)其余部分供水。此時(shí)同時(shí)關(guān)閉漏水區(qū)域前后兩個(gè)控制閥實(shí)現(xiàn)隔離此區(qū)域，并通知維修人員到來(lái)與使用人員嚴(yán)防火災(zāi)發(fā)生。該設(shè)置類似與航空母艦水密艙設(shè)計(jì)，現(xiàn)代航母雖沒(méi)有很厚的裝甲，但是較小的導(dǎo)彈即使突破重重屏障在艦體上炸開一個(gè)口子也只會(huì)漏進(jìn)幾十噸水之后就會(huì)被隔離棄置，不影響數(shù)萬(wàn)噸航母整體航行，我們可以叫它“城市消防水密艙”。

此外，除選用常用感溫與感煙探測(cè)器外應(yīng)積極選用紅外成像探測(cè)器準(zhǔn)確探測(cè)火災(zāi)與人員狀況。

4 系統(tǒng)管理及優(yōu)勢(shì)

（1）模塊化施工，由政府主導(dǎo)投資建設(shè)中心建筑，“城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)”入駐中心建筑，總體指揮調(diào)度該區(qū)域消防工作，周邊符合系統(tǒng)要求的可直接接入系統(tǒng)。其他建筑建設(shè)前符合國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)審批建立，高度不超標(biāo)，不設(shè)置易燃?xì)怏w等發(fā)生火災(zāi)后無(wú)法用水撲滅的設(shè)備。由專業(yè)單位負(fù)責(zé)消防管網(wǎng)敷設(shè)，保證系統(tǒng)管網(wǎng)一致可靠性。管網(wǎng)采用模塊化管理，一個(gè)模塊前后都由控制閥負(fù)責(zé)開啟與關(guān)閉。

（2）循環(huán)式維護(hù)保養(yǎng)，維護(hù)保養(yǎng)不是每天都有，形成一個(gè)大系統(tǒng)后，可以采用周期輪檢方式保證人員有效利用又使每段管網(wǎng)符合維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間要求，各用水建筑維護(hù)保養(yǎng)周期采用循環(huán)交錯(cuò)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，保證維護(hù)保養(yǎng)不聚集。

（3）管理人員精簡(jiǎn)化，每座樓內(nèi)僅有消防管網(wǎng)，不存在泵組，閥組，儲(chǔ)水設(shè)備。僅需要設(shè)置巡查人員，系統(tǒng)如發(fā)現(xiàn)組件損壞會(huì)及時(shí)通知維修人員。

（4）統(tǒng)一管理與系統(tǒng)可靠程度的提高，系統(tǒng)雖大但閥門設(shè)置模塊化帶來(lái)便捷與系統(tǒng)可靠程度進(jìn)一步提高。統(tǒng)一管理避免了擅自關(guān)停消防設(shè)施的情況，系統(tǒng)全局可監(jiān)控，維修可隔離。

（5）管理優(yōu)勢(shì)，鑒于以上管理優(yōu)點(diǎn)，減少了人力，提高了可靠性和效率，創(chuàng)造了價(jià)值，節(jié)約了資金。

（6）其他，有助于城市規(guī)劃，方便城市管理。中心建筑、環(huán)繞中心建筑的核心商業(yè)群、外層的住宅建筑群、最外層的工農(nóng)業(yè)建筑群，人們上班的交通方向分別向內(nèi)層聚集與外層擴(kuò)散，道路均攤交通壓力。城市建筑條理清晰，有助于城市模式進(jìn)化。

5 建設(shè)設(shè)想

已建成城市可以考慮在市中心一定范圍內(nèi)建設(shè)高度150米左右的集中消防供水塔的建設(shè)，在滿足大多數(shù)建筑的用水高度后少數(shù)超高層建筑仍然由其自備消防設(shè)施。考慮積極協(xié)同城市綜合管廊建設(shè)的推進(jìn)，減少單獨(dú)投資。超高層建筑也可在百米高度下使用消防集中供水系統(tǒng)，超出高度依然自備的方式。

新規(guī)劃的城市或者城市新城區(qū)的建設(shè)可以按照中心建筑、外層逐步環(huán)繞的方式規(guī)劃建設(shè)。此時(shí)，應(yīng)多建設(shè)樓間聯(lián)通管網(wǎng)而不僅限于采用埋地主管道，因?yàn)榭杀苊饪v向主管道損壞后的消防供水，形成“城市消防水密艙”設(shè)計(jì)。譬如美國(guó)911飛機(jī)并沒(méi)有撞塌美國(guó)世貿(mào)中心，而是在大火燃燒1個(gè)多小時(shí)后，鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到屈服溫度而導(dǎo)致無(wú)法承重變形倒塌的，此時(shí)縱向管道被撞毀，如果撞擊點(diǎn)上下層消防設(shè)施通過(guò)橫向管網(wǎng)繼續(xù)供水降溫，鋼結(jié)構(gòu)很可能不會(huì)倒塌。而集中消防重力供水的方式儲(chǔ)水量大、重力供水的可靠性的優(yōu)勢(shì)也能徹底顯現(xiàn)。像美國(guó)世貿(mào)中心這樣的大火如果按照現(xiàn)在的自備消防水池的方式，即使消防設(shè)施完好也不可能有足夠降溫滅火的水量供給。

6 結(jié)語(yǔ)

以上建筑與消防的技術(shù)創(chuàng)新對(duì)未來(lái)消防模式的影響，雖有些超前，但基于合理、可靠、集約的思想，筆者認(rèn)為有實(shí)現(xiàn)的可能。

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