在消防给水中,消防水池、消防水箱对于消防给水的可靠性起到重要的作用,其维护管理的核心问题是水质和水量的安全保障。消防水池和消防水箱(以下简称消防水池)长期处于储备状态,其存储水量大、水与大气连通,特别是安装在室外的高位消防水箱受到环境的影响较大。由于消防水池在使用上不同于生活水箱,平时出现缺水、水质污染等状况往往不能得到及时得到发现^[1]。设计规范对消防储水量有明确的规定,但对水质要求范围相对宽泛^[2,3,4,5]。而细水雾灭火系统对水质的要求较高,直接影响到系统灭火功能的发挥。这一问题需要引起足够的重视,也是迫切需要解决的问题。

确保消防给水的水质和水量能得到可靠的保障,及时发现消防水池存在的问题,有必要加强对消防水池的监测及预警管理。应用智能技术来提升消防给水设施的管理水平,在线、实时、动态地掌握消防水池水质和水量的信息显得尤为重要。它对于消防给水系统全生命周期的性能提升,具有积极的意义。

在消防给水系统灭火不成功的因素中,水源不足、供水中断是主要因素之一。消防水池的水量与其几何特征有关,在工程中往往通过水位的高度来确定水量的变化。按现行国家标准《消防给水及消火栓系统技术规范》的规定,消防水池应设置就地显示的水位装置^[2]。在消防水池内,设有高、低水位报警的装置。对于消防水池内的水质,还没有细化的水质指标,有必要针对其进行分析研究。

在相关的国家标准中,《消防给水及消火栓系统技术规范》规定:消防水源水质应满足水灭火设施的功能要求^[2]。市政给水、消防水池、天然水源等可作为消防水源,雨水清水池、中水清水池、水景和游泳池可作为备用消防水源。消防给水管道内平时所充水的pH应为6.0～9.0。雨水清水池、中水清水池、水景和游泳池必须作为消防水源时,应有保证在任何情况下,均能满足消防给水系统所需的水量和水质的技术措施。《自动喷水灭火系统设计规范》规定^[3]:系统用水应无污染、无腐蚀、无悬浮物。与生活用水合用的消防水箱和消防水池,其储水的水质应符合饮用水标准。《水喷雾灭火系统技术规范》仅提出,系统用水可由消防水池(罐)、消防水箱或天然水源供给^[4]。《细水雾灭火系统技术规范》规定^[5]:系统的水质除应符合制造商的技术要求外,尚应符合泵组系统的水质不应低于现行国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的有关规定,瓶组系统的水质不应低于现行国家标准《瓶(桶)装饮用纯净水卫生标准》(GB 17324-2003)的有关规定。由于细水雾喷头的孔径细小,细水雾灭火系统对水质要求最高,系统水质的相关要求为强制性条文,它是保证形成细水雾正常工作的关键之一。

在国外的标准中,美国NFPA750、NFPA13、NFPA25、FM防损保护资料以及欧盟(CEN/TS 14972)和英国细水雾技术规范(BSI8489-1:2016)的相关规定,水应该没有纤维或其他悬浮物,否则容易引起系统管道的堆积。在安装管道工程中不应保留不卫生的水。但对消防给水的水质方面也没有定量的细化要求,只是对于细水雾水质提出采用纯水,水质应在制造商的设计和安装手册中指定。

综合相关标准的规定,消防给水主要采用市政给水作为水源。现行的市政供水的出水水质指标主要执行国家标准《生活饮用水卫生标准》和行业标准《城市供水水质标准》的规定^[6,7]。

消防水源水质设定的目标是满足水灭火设施本身和灭火、控火、抑制、降温和冷却等功能性要求。决定消防给水水质指标的因素主要有:①水质不应妨碍系统的灭火功能。如不应有油污的污染产生助燃、不应有添加剂对保护物产生次生的损害。②水质不应阻碍系统的作用。如水质应无杂质、藻类等悬浮物堵塞喷头喷嘴的喷雾和堵塞管道。③水质应能维持系统的正常使用状态。其水质对设备无腐蚀性,不会产生对管材、喷头、储水容器的腐蚀。同时,水的温度需要保持在可以使用的状态,不应结冰。

在现行的国家标准《生活饮用水卫生标准》中,共有106项水质指标,并引用了《城市供水水质标准》文件。常规指标分为微生物指标、毒理指标、感官性状和一般化学指标、放射性指标的大类^[6,7]。结合消防给水水质设定的目标,可选择温度、浊度、pH、OD、动植物油为关键指标,溶解氧(DO)、电导率为特殊系统的重要指标。

消防水池中的水温直接决定了其供水是否可能冰冻,影响到系统的正常使用功能。浊度是反映消防给水清洁的一个重要水质参数,反映了消防给水对光线通过时所产生的阻碍程度,包括悬浮物对光的散射和溶质分子对光的吸收。水的浊度不仅与水中悬浮颗粒的含量有关,而且与它们的大小、形状及折射系数等相关。水中微生物的指标也可粗略通过浊度来反映。pH为水中氢离子的总数和总物质的量的比,可以判断水的酸碱度对管材、设备的腐蚀性。耗氧量可以用COD和BOD来表示,可用于判断水质的污染物的多少。动植物油指标用于检测油脂类物质泄漏到消防用水中,会对火灾的扑救不利。

此外,对于消防水源来说,选用溶解氧可作为对耗氧量指标的补充,即溶解在水中的分子态氧,以判定水质是否恶化。当水体受到有机物污染,耗氧增加,水体中的厌氧菌就会很快繁殖,使得有机物腐败,水体变黑、发臭,溶解氧的多少可衡量水体的自净能力。水中电导率可用于测量水的含盐、离子、杂质成分等重要指标,也反映了水中分解为化学杂质的程度。对于扑救带电火灾的保护对象,宜采用电导率低的水质进行供水。

确定水质指标参数以满足水质设定的目标为前提。消防水池储水的水温指标在国家标准中对消防水泵房的设计规定为,严寒、寒冷等冬季结冰地区采暖温度不应低于10 ℃,但当无人值守时不应低于5 ℃。参考这一条文,建议消防水池内的最低水温可控制在不小于5 ℃。浊度的限值在《生活饮用水卫生标准》中为1 NTU,但对小型集中式供水和分散式供水部分水质指标及限值为3 NTU最大为5 NTU。消防水池的水质可控制在不大于5 NTU。pH可直接采用《生活饮用水卫生标准》的数值,容易实施。耗氧量可采用COD的高锰酸钾法表示,其检测相对简便,《生活饮用水卫生标准》中规定耗氧量3 mg/L,水源限制中原水耗氧量>6 mg/L时为5 mg/L。通常水质的指标大致为:清洁水2～3 mg/L,而污染水源水10 mg/L,生活污水30～90 mg/L。消防水池水质的耗氧量可按10 mg/L作为阈值来设定。动植物油的指标参数现参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级标准的A标准(回用水的基本要求)的最高允许排放浓度为1 mg/L,排入封闭或半封闭水源的B标准为3 mg/L。为严格要求消防水池的水质,建议采用1 mg/L,以及时发现油类物质的出现。

对于特殊系统的重要指标参数,在《瓶(桶)装饮用纯净水卫生标准》(GB 17324-2003)中耗氧量、导电率有不同的规定。水越纯净,电导率越低(电阻率越高),消防水池的水质可参考该标准的电导系数。在纯水中溶解氧大约为9 mg/L。当水中的溶解氧值降到5 mg/L时,一些鱼类的呼吸就发生困难,则可采用其来判断水质。

消防水池储水控制水质的建议关键指标和参数见表1。

此外,对于水中纤维物或固体悬浮物(TTS)的限制,可通过管道系统的过滤器来解决,防止造成细水雾喷头的喷孔堵塞。

在消防给水系统中,消防水池和消防水箱是系统是否可靠的重要环节。构建消防水池(箱)的物联网监测系统(IoT)的智能服务系统,是解决消防水池存在问题的有效对策。基于物联网技术监测消防水箱的水量和水质就是追求消防给水流程中人、物、系统、制度等诸要素的安全可靠和谐统一,使各种危害因素始终处于受控制状态,重视消防水池维护管理的监测,进而逐步趋近本质型、恒久型安全目标,即本质安全。

消防水池的物联网监测系统通过感知消防水池的水量变化、水质指标进行危险风险识别,开展风险评估和衡量,可以针对风险预控、风险预警。本质安全强调以系统为平台,致力于系统追问,本质改进。消防水池的物联网监测系统就是从本质上去把握影响安全目标实现的本质因素,可以建立科学的、系统的、主动的、超前的、全面的事故预防安全工程体系。

建立消防给水水质保障体系的前提就是要对水质的监测,运用物联网技术强化对消防水池水质和水量的监测,采用智能化手段来提升消防给水系统的可靠性和维护管理能力。消防水池物联网监测系统的体系架构自下而上应由感知层、传输层、应用层构成,如图1。

在感知层中,将传感器采集的水质和水量信息,经消防水池信息装置汇总,通过传输层的网络实时传送到应用层进行应用。消防水池的监测系统可与消防水系统、消防设施物联网系统结合^{[8,9,10,11]8～11]}。

在系统的感知上,应合理选择水质的温度、浊度、pH、耗氧量、油脂、溶解氧、电导率等监测目标的传感器,并应比较其设置和信息采集方式。水质传感器的选用可采用与现行国家标准《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750)规定的检测方法原理一致或等效性的产品。传感器的性能要求和基本功能可参考行业标准《城镇供水水质在线监测技术标准》和上海市工程建设规范《消防设施物联网系统技术标准》的有关规定^{[12,13]12,13]}。传感器也可以采用多参数水质仪,监测点的位置、数量需保证监测的准确、及时、全面,可以采用原位监测也可采用分流监测,但不应降低原有消防给水系统的可靠性^{[13,14]13,14]}。检测点的布局应结合消防水箱的几何特征确定,并防止因水的不流动造成采集信息的不准确。对于水量的监测,除了消防水箱内设有水位报警装置外,还可采用视频采集终端对就地水位显示装置视频采集,经图像识别比对处理后,反馈水量或水位的状况。水质和水量的在线监测所采集的频率应满足及时反映水质变化的要求,不宜小于1次/2 h。消防水池信息装置对水质和水量信息集中收集后,还将相关的水箱地址信息上传^[11]11]。

在系统的传输上,所感知的信息可以是有线的,也可通过具有信息采集处理功能的模块无线传送^[11]11]。传感器至消防水池信息装置或物联网用户信息装置的传输协议可采用TCP、UDP或Modbus协议。

在系统的应用上,建立相应的应用软件平台,还可以采用APP的形式。构建消防水池(箱)物联网监测平台,将其信息嵌入消防设施物联网系统之中。针对不同使用对象的需求,建立不同的应用平台。应用平台应具有数据处理与系统运行的要求,能收集、展示、分析、研判和推送相关的消防信息^[13]13]。它有利于对消防水池的全生命周期管理,提高消防设施的维护管理水平,将消防给水的信息共享,形成消防给水的大数据。

对于消防水池,还需要注重水的循环、消毒装置的设置,并宜定期更换储水;关注消防水池的保温和水箱间的采暖;重视消防水池通气管、呼吸管、溢流水管和检修人孔等防止虫鼠进入的本质安全的技术措施。当然,消防水池物联网的监测还有不少问题需要完善,如监测点的数量、位置高低、参数变化的验证、建立消防水池水质的控制机制和信息共享平台等等。

构建消防水池物联网监测系统可以在线监测消防水池的水质和水量状况,更在于提升消防给水的可靠性和智能化技术水平。其监测的主要指标有水位、温度、浊度、pH、耗氧量、动植物油以及溶解氧和电导率等。通过物联网的应用平台,可多主体参与消防给水系统的管理和监督,改变传统的维护管理模式,有利于加强建筑的消防安全,为智慧消防提供基础支撑。