工業(yè)廠房給排水與消防設(shè)施設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

李書恒，鄧景順，寇安

（中國建筑第二工程局有限公司，沈陽 110000）

1 引言

隨著我國工業(yè)化水平的不斷提高，工業(yè)廠區(qū)不斷增加，在發(fā)展過程中，火災(zāi)對(duì)廠區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的不良影響尤為嚴(yán)重，僅2022年上半年，全國范圍內(nèi)的火災(zāi)接報(bào)次數(shù)已超過4.9萬起，并且受到季節(jié)和疫情影響，工廠和工地等區(qū)域的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)不斷上升，在第一、第二季度分別上升33.2%和23.3%，直接或間接造成經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以億計(jì)。為降低火災(zāi)影響，應(yīng)加強(qiáng)火災(zāi)預(yù)防和控制，合理構(gòu)建工業(yè)廠房中的消防系統(tǒng)。

給排水與消防設(shè)施設(shè)計(jì)過程中，國外重點(diǎn)關(guān)注節(jié)約用水和消防系統(tǒng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，美國專門針對(duì)工業(yè)用水設(shè)置相應(yīng)的管理?xiàng)l令，要求提高生產(chǎn)用水的重復(fù)利用率，提高水循環(huán)利用效率。日本的一些工業(yè)廠房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)了雨水回用系統(tǒng)，并設(shè)置了相應(yīng)的雨水存儲(chǔ)系統(tǒng)。英國的一些工業(yè)廠房建筑上設(shè)置了專門的雨斗，加強(qiáng)了雨水排放效果。針對(duì)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，美國FM公司設(shè)置了ESFR噴頭系統(tǒng)，加快了火災(zāi)響應(yīng)速度，有利于提高滅火速度。我國逐漸加強(qiáng)了對(duì)工業(yè)節(jié)約用水的重視，并研發(fā)了重力流屋面雨水排水系統(tǒng)和虹吸雨水系統(tǒng)等，以促進(jìn)雨水排放。針對(duì)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增加了固定消防炮滅火系統(tǒng)以及穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)。相比普通的給排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)能為消防系統(tǒng)提供穩(wěn)定高壓，使消防水流的流量和揚(yáng)程在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，從而有效提高火災(zāi)撲滅的速度。

2 工業(yè)廠房給排水系統(tǒng)與消防系統(tǒng)的特點(diǎn)

工業(yè)廠房是指廠區(qū)內(nèi)部用來生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)的建筑，廠區(qū)內(nèi)的廠房種類較多，一般可以按照建筑高度進(jìn)行分類，見表1。

表1 廠區(qū)工業(yè)建筑分類

廠房的建筑特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：（1）用水分類多，廠區(qū)用水類型主要包括生產(chǎn)用水車間用水、生活用水和消防用水等，具體類別較為復(fù)雜，如圖1所示，使給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度相對(duì)較大。（2）工業(yè)用水量較大。我國工業(yè)用水量超過整體社會(huì)用水量的20%，因此，節(jié)約用水具有十分必要的作用。（3）廢水發(fā)放問題。工業(yè)生產(chǎn)廢水中可能含有大量的有害物質(zhì)，無法直接排放，需要進(jìn)行處理后排放或循環(huán)使用[1]。（4）雨水排放量大。建筑工廠中1層建筑或低層建筑較多，因此，廠區(qū)建筑面積較大，下雨時(shí)雨水排放和管理較為困難。（5）消防系統(tǒng)復(fù)雜。廠區(qū)內(nèi)部空間格局復(fù)雜，并且存在大量機(jī)械設(shè)備，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，其蔓延速度較快，影響十分大，導(dǎo)致消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度非常大。由于給排水系統(tǒng)與消防系統(tǒng)的相似度較高，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)可以結(jié)合廠房具體情況合理設(shè)計(jì)，提高給排水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

圖1 工業(yè)用水分類

3 工業(yè)廠房給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)廠房給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，常見的給水方式包括5種：（1）直接給水。在廠房中直接安裝水管網(wǎng)和水龍頭，完成供水。該方式較為簡(jiǎn)單，且成本較低，但出現(xiàn)故障時(shí)影響較大。（2）屋頂設(shè)置水箱。利用廠房屋頂構(gòu)建水箱等設(shè)施，需要將供水管道與水箱連接，并在室內(nèi)設(shè)置水管網(wǎng)，與水箱連接。由于水箱中能儲(chǔ)存一定量的水，若出現(xiàn)供水不穩(wěn)定或停水，能起到緩解作用，提高供水穩(wěn)定性。但該方式對(duì)樓頂?shù)膲毫^大，并且水箱需要定期清理殺菌，以免影響水質(zhì)[2]。（3）氣壓給水。該方式利用氣壓水罐儲(chǔ)水，借助氣壓和水泵試下壓力，使水管網(wǎng)中水流保持穩(wěn)定運(yùn)輸狀態(tài)。該方式較為靈活，且能夠提高供水穩(wěn)定性，但缺乏可調(diào)節(jié)性。（4）變頻調(diào)速供水。該方式的使用較為廣泛，利用變頻控制器、水泵控制水口和管網(wǎng)壓力，在調(diào)節(jié)水泵時(shí)控制水的流速和啟停。為使變頻調(diào)速裝置效果得到提升，可以在系統(tǒng)中增加自動(dòng)控制裝置和壓力傳感器，根據(jù)傳感器控制水流情況保障管道的穩(wěn)定性。（5）疊壓供水。該技術(shù)由日本率先研究并推行，在使用時(shí)管網(wǎng)受到的壓力較低，因此，在其中設(shè)置了穩(wěn)流補(bǔ)償器，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用效果。

在給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為使其與廠方需求更加契合，可以使用層次分析法選擇給水系統(tǒng)。通過構(gòu)建矩陣網(wǎng)絡(luò)，完成子項(xiàng)對(duì)比和分析，分析權(quán)重后得到最優(yōu)方案。應(yīng)用層次分析法時(shí)，首先，應(yīng)建立層次模型，并劃分不同層次的矩陣，再結(jié)合權(quán)重進(jìn)行分析對(duì)比。由于不同層次之間直接關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上對(duì)比不同元素的權(quán)系數(shù)，將元素層次設(shè)置為A、B兩層，將B層的元素比較后得到標(biāo)準(zhǔn)值bi，j，其矩陣模型為：B=（bi，j）m×n。利用軟件計(jì)算該矩陣中的最大值以及特征向量，該特征向量為對(duì)A元素的權(quán)重值。

矩陣中權(quán)重最大值為：λmax

特征向量為：w=（w1，w2，…，wm）T

對(duì)矩陣內(nèi)的基數(shù)進(jìn)行一致性判斷，并計(jì)算一致性比率，在結(jié)果小于0.1時(shí)，證明該給水系統(tǒng)的使用效果能夠滿足實(shí)際需求。

式中，m為特征向量數(shù)量；n為基數(shù)數(shù)量；RI為參數(shù)，取固定值，見表2。

表2 RI取值范圍

4 工業(yè)廠房排水系統(tǒng)分析

工業(yè)廠房排水系統(tǒng)主要分為3種：

1）為消防排水。設(shè)置消防系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)保障系統(tǒng)壓力大于0.35 MPa，以滿足消防需求。同時(shí)設(shè)置消防輸泵房，在房?jī)?nèi)設(shè)置集水坑和水泵。集水坑中的水主要來自設(shè)備遺漏水、溢流水、消防廢水和泄空水。其中，設(shè)備遺漏水量相對(duì)較小，可以忽略不計(jì)。計(jì)算溢流水時(shí)，需要計(jì)算進(jìn)水管管徑，并結(jié)合管徑計(jì)算進(jìn)水流量。計(jì)算公式為：

式中，Qv為消防集水坑容積，m3；Q為體積流量，m3/s；T為集水池補(bǔ)水時(shí)間，s；v為進(jìn)水管流速，m/s；d為進(jìn)水管直徑，m。

泄空水進(jìn)行計(jì)算，得到具體流量情況，分析消防集水坑使用過程中是否能夠滿足消防需求。

2）消防對(duì)水的需求量較大，一般情況下應(yīng)超過12 000 m3，為避免其占地面積過大，相當(dāng)一部分化工企業(yè)使用事故水罐進(jìn)行存水，以提高后續(xù)的使用便捷性。

在設(shè)置事故水罐后需要計(jì)算其容積，其內(nèi)部水的主要構(gòu)成為被污染的消防水和匯集的雨水等，計(jì)算容積時(shí)使用公式：

式中，V為事故水罐排水容積，m3；V1為被污染的消防水，m3；V2為可用的消防水量，m3；V3為轉(zhuǎn)存原料量，m3；V4為廢水量，m3；V5為收集雨水量，m3。

3）雨水排放。廠房一般使用重力流雨水完成雨水的排放工作，由于其實(shí)際使用效果較虹吸壓力雨水排水系統(tǒng)差，使當(dāng)前虹吸壓力排水系統(tǒng)受到較大關(guān)注。但由于虹吸壓力裝置的成本相對(duì)較高，使其在實(shí)際應(yīng)用中的使用頻率不足。

構(gòu)建排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合廠房實(shí)際情況進(jìn)行分別設(shè)計(jì)和分析，針對(duì)不同需求完成相應(yīng)的造價(jià)管理，并合理設(shè)置相應(yīng)的排水系統(tǒng)，加強(qiáng)排水效果。

5 工業(yè)廠房消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)廠房火災(zāi)危害較大，通過了解火災(zāi)性質(zhì)特點(diǎn)，優(yōu)化消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果，可以提高廠房建筑的安全性[3]。工業(yè)廠房的整體占地面積較大，在構(gòu)建消防系統(tǒng)時(shí)應(yīng)結(jié)合力構(gòu)建不同層次。以某工業(yè)廠區(qū)為例進(jìn)行分析，由于廠區(qū)空間較大，在設(shè)計(jì)給排水消防系統(tǒng)時(shí)難度較大，需要建立層次模型，借助模型進(jìn)行分析，在模型基礎(chǔ)上構(gòu)建判斷矩陣，分析論證設(shè)計(jì)方案。

利用計(jì)算機(jī)計(jì)算判斷矩陣得到相關(guān)權(quán)重結(jié)果，并進(jìn)行判斷，能了解到消防滅火系統(tǒng)的可靠性的重要性較強(qiáng)，基于此，為使消防泵的使用效果達(dá)到進(jìn)一步提升，需要對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

首先，設(shè)計(jì)穩(wěn)壓泵裝置時(shí)，應(yīng)確保其供水壓力不低于0.1 MPa，自動(dòng)噴水裝置應(yīng)與噴頭一致，盡量大于0.1 MPa，以保障噴水揚(yáng)程和滅火效率，同時(shí)符合相關(guān)要求。在消防系統(tǒng)中設(shè)置消防儲(chǔ)水箱，并設(shè)置穩(wěn)壓泵，穩(wěn)壓泵從消防水箱吸水，同時(shí)安裝智能控制系統(tǒng)，在發(fā)生火情后，自動(dòng)識(shí)別并自動(dòng)啟動(dòng)消火栓和穩(wěn)壓泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴淋滅火。

其次，設(shè)計(jì)消防水泵接合器。當(dāng)前水滅火方式主要包括自動(dòng)噴水系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)以及消防炮滅火等系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要使用接合器水泵和消防系統(tǒng)結(jié)合，完善系統(tǒng)設(shè)置。增加消防水泵接合器能夠幫助緩解消防通道長(zhǎng)度不足的情況，在發(fā)生火災(zāi)后，能利用接合器快速與消防系統(tǒng)銜接，實(shí)現(xiàn)快速滅火，同時(shí)緩解消防車的壓力。

最后，構(gòu)建自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。廠房中的物品燃燒難易程度不同，因此，儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)進(jìn)行分類存放，以避免互相影響，使火災(zāi)的危險(xiǎn)性增大。一般情況下，若廠房面積大于300 m2，應(yīng)在室內(nèi)安裝消火栓系統(tǒng)，并合理設(shè)置相應(yīng)的消防管道；若室內(nèi)面積超過1 500 m2，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，以滿足實(shí)際的消防需求。進(jìn)行自動(dòng)噴水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要搭配火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在廠房中安裝傳感器，監(jiān)督和識(shí)別火災(zāi)信號(hào)，并上傳到系統(tǒng)中，系統(tǒng)識(shí)別火災(zāi)位置并控制該區(qū)域自動(dòng)噴淋系統(tǒng)運(yùn)行，完成滅火工作。

6 結(jié)論

綜上所述，本文充分結(jié)合廠房建筑特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)建筑中給排水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。得到以下結(jié)論：

1）為提高廠房供水效果，應(yīng)通過層次分析法選擇恰當(dāng)?shù)慕o水方式，以提高實(shí)際的供水效果。

2）在排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)分析不同的排水需求，合理優(yōu)化排水系統(tǒng)，從而降低水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

3）為提高消防系統(tǒng)的實(shí)際保護(hù)效果，應(yīng)在廠房?jī)?nèi)增設(shè)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，并安裝傳感器和自動(dòng)控制程序，以充分提升室內(nèi)火災(zāi)撲滅效果。

在未來的發(fā)展中，應(yīng)進(jìn)一步分析和研究雨水回收再利用系統(tǒng)，提高雨水的利用率，從而加強(qiáng)水資源節(jié)約管理效果。