根据《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB50974-2014, 以下简称“消水规”) 5.4.1条第一款规定^[1], 高层民用建筑必须设置水泵接合器;同时“消水规”5.4.6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;当建筑高度超出消防车供水高度时, 消防给水应在设备层等方便操作的地点设置手抬泵或移动泵接力供水的吸水和加压接口。规范关于这一条款没有详细说明如何设, 其条文解释也没有细化设置方式。实际工程中如何设置, 最大可以设几级接力, 工程中做法很多, 不同做法的合理性值得商榷。

水泵接合器的作用是当发生火灾时, 室内消防加压泵因停电、检修或出现其他故障而停止运转;或建筑物发生较大火灾, 室内消防用水量不足时, 利用消防车从室外消防水源抽水, 通过水泵接合器向室内消防给水管网提供或补充消防用水的设施。由此可以看出, 水泵接合器的作用是发生在室内消防泵不能使用或室内消防水量不足的两种情况下使用。因此, 规范规定了建筑物内不同的消防分区均要考虑设置各自的消防水泵接合器, 但是对于超高层建筑超高区的水泵接合器设置, 会出现多级接力的问题, 如何保证火灾时水泵接合器系统的正常使用, 以及手抬泵或移动泵的及时联动控制等, 设计方案的合理选择就显得十分重要。

《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084-2017, 以下简称“喷规”) 10.4.2条规定^[2]:当水泵接合器的供水能力不能满足最不利点处作用面积的流量和压力要求时, 应采取增压措施, 其条文解释中超高区的压力不足可通过设置接力水箱 (如:转输水箱) 和接力泵 (固定或移动, 可以是电力也可以是柴油泵) 来满足最不利点所需的压力和流量。从“喷规”来看, 对于超高层建筑接力水箱是否可以采用转输水箱, 接力泵能否采用转输泵替代, 规范均没有明确, 这也会造成不同工程有不同做法。

根据国家公安部《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强技术要求》的通知要求, 凡高度超过250m以上的超高层, 其消防供水必须采取重力流供水方式, 因此, 在实际工程设计中, 可将超高层分为250m及以下和超过250m两类超高层来考虑。

150m以下的超高层通常需要设置2个以上的避难层, 对于第二个避难层以下的消防分区, 依据我国普通消防车的供水高度 (80～120 m) , 发生火灾时可通过室外水泵接合器把消防车提供的消防水压和消防水量供给该区域的消防系统, 同时通过第二避难层或第一避难层设置的手抬泵接口就可以把消防车不能送达的室外消防水, 通过手抬泵二次加压送至超高区消防系统, 以满足超高区发生火灾时的供水要求, 见图1a。

对于150～250 m的超高层建筑, 设计中通常至少需要设置5个避难层, 而消防供水采用串联方式相对较多, 就目前而言, 手抬泵的扬程通常60～80m居多, 能到100m扬程的较少, 暂且按照手抬泵的扬程100m考虑, 对于超出100m以上的超高层部分的消防系统, 假如最不利点的区域发生火灾, 按照规范要求设置手抬泵接口的做法, 通过水泵接合器向其接力供水, 至少须经过2～3级手抬泵的加压才能将室外经消防车的水送至最不利的区域, 如图1b所示。手抬泵设置的级数越多, 就要求其工作的统一性和可靠性越高。而每台手抬泵的质量都在100kg左右, 作为消防队员要保障超高区的消防车供水, 至少要运输3台以上的消防手抬泵, 而且2～3级的手抬泵须统一协调步调一致。而另一方面因为规范对手抬泵接口的设置并没有严格的具体要求、设置位置、标识等细化措施, 消防队员要在避难层迅速找到手抬泵的接口也不是件容易的事。

能否对高区的消防加压备用泵采用柴油泵, 甚或在原有的超高区加压泵1用1备的基础上再增加1台专门的柴油消防泵, 让室外消防车直接送水至中间转输水箱, 取消手抬泵设置, 从而避免出现2～3级手抬泵接力的存在, 如图1c所示。“消水规”5.1.1条对消防泵不应采用双电动机或基于柴油机等组成的双动力驱动水泵, 而对选用柴油消防泵有明确要求^[1]。因此选用柴油泵作为备用消防泵, 或增设1台柴油泵完全可以满足在建筑物断电情况下, 通过水泵接合器将室外消防用水提供给火场, 消防压力完全由柴油泵或电泵提供, 从而避免设置手抬泵接力次数太多的弊端。

从我国已建成的超高层项目的案例以及相关的试验了解到, 目前消防泡沫车泡沫可将泡沫输送到240m左右高度, 因此, 在一些城市要求在消防电梯的前室增设1根消防泡沫专用输送管道, 在每层预留相应的泡沫消火栓栓口, 设置消防泡沫管及泡沫接口的做法, 以解决普通消防车送水高度的缺陷, 这样的做法其安全可靠性比设置手抬泵接口的做法更容易实现, 更安全。

250m以上的民用建筑, 其室内消防给水系统应采用高位消防水池和地面 (地下) 消防水池供水, 高位消防水池和地面 (地下) 消防水池的有效容积应分别满足火灾延续时间内的全部消防水量。也就是说250m以上的超高层建筑只允许采用重力供水。

对于250m以上的建筑, 按照“水消规”设置水泵接合器的的基本要求, 只能通过在避难层增设手抬泵接口的办法来满足规范要求。那么对于500m的超高层建筑就需设置4～8级手抬泵才能满足规范要求, 这样的设置实际可操作性和安全性都会大大降低, 这样的供水模式 (见图2a) 是否合理也值得商榷。

为保证在超限高层建筑中水泵接合器系统的安全, 另一种做法就是设置水泵接合器专用柴油泵, 这样由室外水泵接合器接入的室外消防供水可以直接先进入消防水池, 经加压后再进入屋顶高位水箱重力供水 (见图2b) 。最多经过3级加压就可以到达屋顶高位水箱, 大大缩减了手抬泵级数过多的问题。设计中也可将原有转输水泵的备用泵更换为柴油泵, 一方面可以减少水泵的台数, 同时可以保证备用泵和水泵接合器供水两方面的功能要求。设置柴油泵的目的, 主要考虑发生火灾时, 有可能会出现主楼内的电力供应无法保障, 外部消防车的供水无法送达指定区域。

更为安全的方案就是再增设1台柴油备用泵作为水泵接合器系统的加压泵, 这样既满足室外消防车的送水又满足发生火灾极端情况下的正常使用。由于规范对这样的做法没有明确的说明和界定, 实际工程中要结合当地消防主管部门的意见来确定最终的水泵接合器供水方案。若选择设置柴油泵, 须采用压缩式点火型柴油机, 并考虑项目所在地的海拔高度及环境温度对柴油发电机的影响, 同时要保障柴油机的运行时间、配套蓄电池的要求、柴油泵的储油量以及排烟问题等。

还有就是设置1套独立的泡沫供水系统, 在地下室设置相应的泡沫储存和泡沫加压泵, 该系统在保证1级负荷的前提下, 为泡沫加压泵再设置1台专用柴油发电机。这样可以保证最不利点发生火灾时, 室外消防车可把泡沫输送到地下室再经专用加压设备加压后送至灭火区域, 等同于水泵接合器系统的作用。

从以上的分析可以看出, 对于超高层建筑的水泵接合器系统的设置不能简单照搬规范在避难层设置手抬泵或移动泵的接口, 来满足室外消防车向超高层的送水问题, 而应当本着安全、可靠的原则出发, 寻求合理方案。从以上分析可以看出, 超高层建筑消防水泵接合器系统的设置主要从以下几个方面来考虑:

(1) 对于250 m及以下的超高层建筑, 在消防车能满足的区域均由室外消防车通过水泵接合器直接供给, 消防车不能满足的部位按照规范预留手抬泵接口, 这样一般会出现1～3级不等的手抬泵接力。为安全考虑250m及以下的超高层建筑, 在消防前室设置专用泡沫消火栓供水管, 在每层预留泡沫消火栓栓口来保证最不利点发生火灾时的外部灭火手段, 该系统能不能替代水泵接合器系统须征得当地消防主管部门的同意。

(2) 对于250 m以上的超高层建筑, 水泵接合器的设置形式建议采用和“喷规”中要求的设置接力供水箱和转输水泵, 转输水箱建议和消防系统的转输水箱合用, 转输泵的备用泵建议采用柴油泵, 或再增设1台专用的柴油泵作为水泵结合器系统的加压水泵, 将水加压至屋顶高位水箱后再供各不同的消防分区。对于250 m以上的超高层建筑不提倡设置过多级的手抬泵接口来满足规范要求, 其安全性和可靠性都十分有限。若设置手抬泵接口的同时须考虑别的加强措施。

(3) 对于250m以上的超高层建筑, 增设1套超高层泡沫供水系统, 在建筑物内设置泡沫储罐和泡沫加压泵, 电力供应采用一级负荷, 同时为泡沫加压泵再配设1台专用柴油发电机, 由该系统来替代水泵接合器系统外, 也可同时在各避难层保留水抬泵接口设置。

(4) 建议在以后的规范修订中对手抬泵的设置条件和设置细则做进一步阐述, 同时对能否采用柴油泵替代备用泵给于明确说明, 消防水泵接合器系统若按照“喷规”设置, 应明确是否需要单独设置柴油增压泵等细节问题, 以确保设计实施的统一性和安全性。