在南方丘陵地区, 近年来随着城市的不断发展, 城镇边缘地区的开发建设越来越多。由于这些边缘地区市政条件往往无法满足新建项目的要求, 且具有自然高度的优势, 因此设计初期常考虑采用常高压的供水方式为新建项目提供生活和消防用水。此类常高压系统的设置有多种方式, 设计时应对系统设置方案进行分析, 并最终选择合理方案。

　　 一般情况下, 生活给水和消防给水在室内应分开设置, 而在室外却可以合用。而合用的供水设施一般是高位水池和室外供水管网这两项, 由此可衍生分为图1几种方式。

　　 安全性主要指水质安全性和水量安全性。

　　 由于生活用水必须满足《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749-2006) 的相关要求^[1], 而消防水源水质仅要求满足水灭火设施的功能要求^[2], 两者具有不同的标准, 将两者的供水系统分开设置是防止水质污染最为彻底的措施^[3], 因此规范要求^[1]:供单体建筑的生活饮用水池 (箱) 应与消防水池 (箱) 分开设置;而当小区的生活贮水量大于消防贮水量时, 小区的生活、消防贮水池可合并设置。

　　 当生活、消防供水系统合并设置时, 应按照国家规范要求采取措施以防止水质污染确保生活用水的水质安全性。而设计中所用措施主要分为两类: (1) 对于合用管网而言, 从管网上接出独立的消防管道时, 应在起端设置倒流防止器^[1]; (2) 对于合用水池而言重点在于如何避免在水池内形成滞水区^[4]。

　　 生活用水的水量安全性主要指足够的调节容积, 确保持续供水。而消防用水的水量安全性主要指在平时维持火灾时足够的消防用水量, 这意味着合用水池应采取确保消防用水量不作他用的技术措施。

　　 这种技术措施主要有两种:一种通过在单体生活给水引入管上设置电动阀的方式, 确保消防用水量, 此时, 当水池内水位下降至消防控制液位时, 电动阀动作切断生活用水供应, 这种方式常用于合用管网, 如图1a, 称之为后端控制;另一种通过将合用水池的生活、消防出水管设置于不同标高, 以确保消防用水量, 此时水池内水位下降至消防控制液位时, 生活用水管将无法取水, 这种方式常用于独立管网, 如图1b, 称之为前端控制。

　　 当采用前端控制时, 由于平时水池出水管位于中部位置, 设计时应采用导流墙 (板) 、真空破坏孔等措施让下部消防用水区域水流流动, 避免产生滞水区。而当采用后端控制时, 应有消防报警液位控制与电动阀的联动措施, 且应确保该措施的有效性。

　　 所谓可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内, 完成规定功能的能力^[5]。由于消防用水可能长期不用, 但一旦发生火灾则必须保证使用的特点, 因此, 在设计供水方案时, 保证消防供水的可靠性是一个十分重要的因素。

　　 一个消防给水系统的可靠性包括狭义可靠性、维护保养、系统的有效性、耐久性等。因此在确定一个消防给水系统的可靠性时应综合考虑子系统 (包括消防水池、管网等) 以及子系统的组件 (如附件、仪表和管道等) 在整个设计上的功能以及它们在协同工作中的作用。此外, 一个组件的故障并不能导致相应子系统和整个系统的故障, 而只是导致消防水系统设计水平的某种暂时下降^[5], 即可靠性的下降。因此消防供水系统中每个组件或子系统的可靠性下降都将导致整个供水系统可靠性的下降。

　　 室外给水和消防管道常使用金属管材, 当金属管道发生氧腐蚀时, 可能存在以下危害^[4]: (1) 削弱管壁厚度, 导致管道承压能力下降, 从而影响管道承压的可靠性; (2) 导致管道锈蚀, 且锈蚀长期积累沉淀, 使得管壁摩擦系数增大, 有效截面积减小, 从而影响管道通过流量的可靠性; (3) 管道锈蚀穿孔, 阀件锈蚀难启, 从而影响供水系统组件功能实现的可靠性。有研究表明当管道内水具有较强的流动性时可以有效防止管道发生氧腐蚀^[4], 因此当采用合用管网时, 由于生活用水的使用频率较高可以提高管道内水流的流动性, 这将提高供水管网的消防可靠性。

　　 管径的大小也将影响管道的可靠性, 有研究表明管径与爆管率呈负相关^[6], 即管径大的管道爆管率要小于管径小的管道。采用合用管网供水时, 管网设计流量为消防给水设计流量与生活用水最大小时流量之和^[2], 因此合用管网管径往往大于独立管网。在管网压力相同的情况下, 采用合用管网的消防可靠性要高于独立管网。

　　 所谓不同方案的经济性比较, 主要是指在达到同样目的和需求的情况下, 对项目基建投资、运行费用等方面的比较^[7]。由于供水系统中, 管网的投入占比较大, 通常能占到60%以上, 因此, 供水方案的经济性集中在管网的经济性比较上。在管网的投入中包含管道的建造成本和管网的日常维护成本, 两者应综合考虑。

　　 目前在设计阶段中经济性分析一般集中在前期建设成本。以位于山地的某教育园为例, 其管网中生活给水设计流量为507.3m³/h, 消防设计流量为345.6m³/h, 管材采用承插球墨铸铁管。当采用合用管网时管径为DN400, 建筑安装工程费94 073元/100m^[7];当分设管网时, 生活给水管网管径为DN300, 建筑安装工程费64 401元/100m^[7], 消防给水管网管径为DN250, 建筑安装工程费50 418元/100m^[7] (内插值) 。分设管网时管道总建设费用为114 819元/100m, 是合建管网的1.2倍。

　　 管网建成后的日常维护成本, 由于没有具体数值, 现仅进行定量分析。管道投入使用后, 故障率随时间变化, 其变化一般满足“浴缸曲线”的描述, 即初期故障率较高, 之后进入低故障率阶段, 最后随着管道自身及外界环境的变化故障率显著提升, 而且有研究表明^[8]在管道的经济寿命末期, 管道的建设费用仅占日常维护费用的1/3。因此控制管道末期故障率的快速提升能延长管道的经济寿命, 从而实现较优的经济性。同时有研究表明在管道的维护费用上, 漏损费用占总维护费用的60%以上^[8]。因此控制管网漏损率对于优化管网经济性有着重大意义。由于管道腐蚀是导致管道漏损的原因之一, 而根据有关研究管道内水具有较强的流动性时可以有效防止管道发生氧腐蚀^[4], 因此合用管网较存在长期水流停滞的消防管网维护费用少。

　　 方案1采用合用管网, 方案具有可靠性与经济性的优势, 而合用水池采取合理措施后, 也能确保安全性。

　　 方案2采用各自独立的供水管网, 其可靠性与经济性较差, 而合用水池采用合理措施能够保证安全性。

　　 方案3采用各自独立的供水管网和高位水池, 其生活用水水质安全性较好, 但方案的经济性、可靠性较差。

　　 方案4采用合用管网, 方案具有可靠性与经济性的优势, 但是由于单独设置消防水池而合用管网, 一旦发生火灾, 大量不满足《生活饮用水卫生标准》的消防用水涌入合用管网, 这将对供水系统的水质安全性造成巨大冲击, 因此从水质安全性的角度分析, 该方案并不可取。

　　 从安全性角度分析, 生活给水和消防系统独立设置可以保证安全性, 对于合用系统而言, 当采用合理措施后也可确保安全性。

　　 从可靠性和经济性角度分析, 生活给水和消防系统合建的方案更有优势。

　　 通过安全性、可靠性和经济性的综合分析, 方案1具有更大的优势。