《消防给水及消火栓系统给水规范》 (GB 50974-2014, 以下简称“水消规”) ^[1]、《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084-2017, 以下简称“喷规”) ^[2]均规定, 当消防车的供水能力不能满足最不利点消防设施的供水要求时, 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等接力增压供水设施的吸水和加压接口。

手抬泵即为手抬机动消防泵, 是采用轻型汽油机或柴油机和消防泵系统配套组成的、可用人力手抬搬运的消防泵组, 具有比功率大、易于搬运和使用灵活等特点^[3], 能弥补消防车的不足, 是城市消防站必须配备的灭火器材^[4];利用与手抬泵的垂直串联供水, 能够有效提升消防车的供水高度, 如某工程的消防演练中, 采用消防车与手抬泵耦合的供水方式, 在101s内将水供至228m的高度^[5]。本文通过国内城市消防站所需配备的消防车的技术性能及国产手抬泵的技术参数, 结合某超高层办公楼设计的工程实例, 分析手抬泵与建筑室内消防系统的连接方式。

某超高层办公楼地上43层, 地下2层, 建筑高度184.3m, 总建筑面积为80 967 m², 其中地上建筑面积65 476m², 地下建筑面积15 491m²;共设置3层避难层, 中间避难层兼做设备层。

办公楼的消防系统按一类高层公共建筑的防火要求设计, 同一时间内火灾起数按1起确定, 室内消火栓系统及自动喷水灭火系统的用水量均为40L/s。消防系统采用消防水泵串联与减压阀减压相结合的高、低区分区供水系统, 在中间避难层设置兼做低区高位消防水箱的中间转输水箱及高区的串联消防加压泵;由于消防车的供水能力不能满足最不利点消防设施的供水要求, 考虑在中间设备层设置用于高区消防系统的手抬泵接力供水的吸水及加压接口。

对于手抬泵与消防系统的连接, “水消规”图示^[6]及“喷规”^[2]相关的条文解释给出了不同的连接方式, 其主要区别在于手抬泵吸水接口预留的位置。用在工程实例室内消火栓系统的设计上, 两种连接方式示意见图1。

图1a为手抬泵通过转输水箱与消防车间接串联供水的连接方式 (以下简称“方式一”) , 消防车供水至转输水箱, 在转输水箱设置高区串联消防加压泵的吸水总管并预留手抬泵吸水接口。目前超高层建筑消防系统的设计中采用此连接方式比较普遍。图1b为手抬泵通过转输水泵出水管上预留的手抬泵吸水接口与消防车直接串联供水的连接方式 (以下简称“方式二”) 。直接或间接串联供水的连接方式均采用设置在高区消火栓系统的消防水泵接合器作为手抬泵的加压接口。考虑到手抬泵的流量与水泵接合器的流量宜相互匹配, 两者需一一对应。

消防救援中一般采用水罐消防车扑救高层民用建筑的火灾, 配备于不同类别消防站 (如普通站、特勤站) 的水罐消防车的技术性能不完全相同, 具体数据见表1。

国产主要消防车所配备的消防泵在1 MPa常压及2 MPa中压条件下的流量分别为80 L/s、40L/s^[7], 均满足表1中的数据要求。

消防站建设标准^[4]规定了不同类别的消防站需配备的手抬泵的数量, 但对其性能未做出明确的规定。目前, 国内消防部队装备的手抬泵以BJ7、BJl0、BJl5、BJ20、BJ25 (25D) 型为主, 主要技术参数见表2。

对于超高层建筑的室内消火栓系统, 手抬泵的最大供水高度可按式 (1) 进行计算:

式中h_z———手抬泵最大供水高度, m;

H_p———手抬泵出口压力, kPa;

H_q———消火栓栓口处最小动压, 取350kPa^[1];

h_g———管网沿程及局部水头损失, kPa。

工程设计中消防水泵接合器的给水流量一般采用15L/s, 选用BJ25 (25D) 手抬泵的技术参数进行计算, 其最大供水高度约为30m。

对于工程实例消火栓系统的设计, 采用普通消防站需配备的水罐消防车20L/s的流量、1.8 MPa的出口压力及单台手抬泵30m的供水高度来分析系统与手抬泵相关的连接方式。

“方式一”, 由于转输水箱对水罐消防车的供水压力进行了泄压, 单台手抬泵约30m的供水高度不能满足工程实例中43层消火栓栓口与第二避难层之间约85.1m的几何高差, 根据高区系统入口供水压力的计算, 需采用单组3台手抬泵串联、共3组、每组与高区对应的消防水泵接合器相接的加压供水方式, 才能满足整个高区消火栓系统的压力要求。

同类型、同规格的手抬泵的特性曲线一致, 串联工作能基本达到较理想的流量不变、扬程叠加的运行状态。但实际操作中, 因消防救援部队来自同一城市不同的区域或周边的其他城市, 各自配备的手抬泵的技术参数不能做到完全一致, 相互间的协调较为困难^[9], 串联加压供水会受到前后水泵的流量、水泵的启动顺序、水泵壳体自身的承受压力等多种因素的限制, 如串联系统前后水泵的流量、压力的差异, 造成高区消防系统供水量的不稳定;同时手抬泵自身的体积、质量均较大, 对于灭火救援过程中多台泵的搬运, 消防队员实际操作较为困难。

对于“方式一”, 为避免水泵直接串联带来的各种不利因素, 其理想的连接方式是室外消防水泵接合器→转输水泵出水管→转输水箱→手抬泵→转输水箱→手抬泵→消防供水系统, 通过设置多只转输水箱对系统进行分级加压, 每级的高差均控制在手抬泵的供水高度范围内;同时有效协调各上下级加压系统间用作转输与用作消防加压的消防车供水泵、各手抬泵相互间的运行关系, 以免水泵空转或水泵吸水不足及汽蚀现象的发生, 影响整个消防系统的供水能力。在实际工程设计中, 受建筑的平面布置、消防救援过程中火灾现场消防控制的复杂性及人工指挥的局限性等诸多条件的限制, 此多级加压的连接方式难以实现。

“方式二”为消防车与手抬泵串联的供水方式, 能够充分利用消防车的供水压力, 最大限度提升供水高度。按消防车1.8 MPa的供水压力及单台手抬泵30m的供水高度, 完全满足工程实例中顶层最不利点消火栓栓口的出水压力不小于0.35 MPa的要求。虽然消防车与手抬泵直接串联同样存在两者之间需按从下到上的顺序依次启动、协调运转及增加泵壳自身承压的问题, 但减少了串联手抬泵的数量, 预留的吸水接口简单;对于建筑高度高于工程实例的超高层建筑, 减少了消防系统分级加压的次数, 在实际消防救援中更具有操作性。

在实际消防设备的配备中, 部分消防部门采用了大功率的手抬泵, 如最大额定流量为1 730L/min、最大工作压力为15bar (1bar=0.1MPa) 的手抬泵^[11]。对于此类高扬程的手抬泵, 作为最不利点消火栓栓口压力不小于0.35 MPa的高区消火栓系统的加压泵, 其供水高度远大于30 m, 在所引用的工程实例中, 可采用间接串联的供水方式, 通过转输水箱方便消防车与手抬泵之间的协调操作。

(1) 手抬泵通过转输水箱与消防车间接串联供水的连接方式, 由于转输水箱对消防车的供水压力进行了泄压, 在受到手抬泵供水性能限制的条件下, 其总的供水高度有限。

(2) 手抬泵通过转输水泵出水管上预留的吸水接口与消防车直接串联供水的连接方式, 能够充分利用消防车的供水压力, 最大限度提升其供水高度, 减少利用手抬泵对消防系统进行分级加压的次数;同时系统供水管道简单、可操作性强, 是手抬泵与超高层建筑室内消防系统较为合适的连接方式。

(3) 转输水泵出水管上应设置室外消防水泵接合器, 同时在其所经过的避难层及设备层预留手抬泵的吸水接口及加压接口, 并在两者之间设置止回阀, 便于建筑内部转输水泵不能正常工作时, 由消防车结合手抬泵对高区消防系统进行供水。

(4) 实际工程设计中, 手抬泵的技术性能是确定其与超高层建筑室内消防系统连接方式的重要依据。