超高层建筑的外部消防救援比较困难, 其灭火设计立足于自救, 而自动喷水灭火系统是有效的灭火系统, 研究提高超高层建筑自动喷水灭火系统的可靠性措施很有必要, 特别是在建筑高度大于250m的建筑需要有消防的加强性措施。

　　 在自动喷水灭火系统中, 其消防给水往往按100%备用状态进行设计的。现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084-2017) 规定, 当自动喷水灭火系统中设有2个及以上报警阀组时, 报警阀组前应设环状供水管道^[1], 而报警阀后的管网通常按枝状管网进行设计^[2]。现针对自动喷水灭火系统的特点, 提出整体提升系统可靠性的一些技术措施。

　　 提升超高层建筑自动喷水灭火系统可靠性的技术措施应以确保系统完整性、功能性为原则, 并不应降低原系统的设计标准。完整性体现在其基本组件不应减少, 功能性需满足系统原有的正常启动功能和维护管理要求。

　　 系统对报警阀后采用枝状管网设计是有一定原因的。考虑到阀门误关闭对系统造成的严重影响, 美国NFPA规定在报警阀后原则上不设置阀门。现行国家规范, 要求需要设置时采用带信号的阀门。自动喷水灭火系统除了其优越的控火、灭火性能外, 还在于系统的自动性和可靠性。此外, 《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084-2017) 对报警阀组控制的洒水喷头数有限制的要求。这目的在于控制报警阀组关闭时影响的范围, 从而减少枝状管网的不利影响范围, 这也是对可靠性的要求。

　　 报警阀在自动喷水灭火系统中既有报警作用, 又起到启动消防水泵的作用。在报警阀的相关规定中, 报警阀的功能要求在规定的试验条件下, 湿式报警阀的进口压力为0.14 MPa、系统侧放水流量为60L/min时, 压力开关和水力警铃均应发出报警信号;雨淋报警阀应能在0.14 MPa到额定工作压力范围内的供水压力下动作。而水流指示器的灵敏度规定, 其试验结果应满足下列要求^[3,4,5,6]: (1) 流量≤15L/min时, 水流指示器不应报警; (2) 报警流量应是在15~37.5L/min间的任意值, 到37.5L/min时, 必须报警; (3) 报警流量不应大于37.5L/min。因此, 在采取的提升可靠性措施中, 必须满足以上的基本功能规定^[7]。

　　 在有些设计中, 出现双报警阀同时向自动喷水灭火系统配水管网供水的情况, 这是不恰当的。当两路供水同时向自动喷水灭火系统配水管网供水时, 初期启动1只洒水喷头 (60L/min) 时, 其流量可能分别来自于不同的报警阀, 这时报警阀达不到报警的阈值, 也就无法及时启动消防水泵。同时, 水流指示器也不一定能够报警。可见这种情况不能满足报警阀的功能要求。

　　 在自动喷水灭火系统中, 从报警阀后通常为单组件的配水干管 (报警阀后向配水管供水的管道) 。由配水干管→配水管→配水支管→短立管→喷头进行供水。除短立管外, 配水干管、配水管、配水支管统称为配水管道。这些部分在设计中均未考虑安全的备用量。因此, 提升自动喷水灭火系统可靠性技术措施的关键问题是解决报警阀及其以后的供水安全性。

　　 提升可靠性的措施主要可分为两类:一是提高组件的可靠度, 或增加备用量。其并联系统有利于提高组件和系统的可靠度。它也可为系统进行评价提供基础^[8]。二是将组件的不安全影响控制在一定的范围内, 对风险进行控制^[9]。此外, 还可从系统外加强系统的可靠性。

　　 为符合系统的功能要求, 超高层建筑不应采用双报警阀组同时向同一配水管道供水, 超高层建筑不宜采用2套水流指示器向同一配水管供水。当需要采取双报警阀组的供水方式来提高报警阀组件的可靠性时, 报警阀组必须采用1用1备的方式。

　　 对于建筑高度大于250m的超高层建筑, 当配水干管的供水高度大于80m时, 可采用双配水干管布置的供水方式。这样可以解决配水干管较长的检修问题, 但其环状配水干管的竖管两端应设置信号阀 (见图1) 。

　　 为提高喷头供水的均匀性, 合理使用消防用水量, 增强配水管管网的可靠性, 自动喷水灭火系统可以在水流指示器后的管道采用环状或网状布置方式 (见图2) 。环状管网是指主要的配水管成环, 网状管网是指配水支管、配水管均成环。如图2^[10], 这种方式特别适合于在面积较大、用水量较大、重要的场合使用, 但对这段管网的喷头布置及管道设计应符合水力学的有关要求。

　　 其管道布置可采用下列技术要求: (1) 网状、环状管网的配水管 (环管) 的管径按系统设计流量确定, 且不得小于水流指示器的管径; (2) 环状管网的配水管 (环管) 上不得直接连接喷头短立管; (3) 网状管网的配水支管上设置的喷头数不宜大于20只; (4) 网状管网的配水支管的管径应统一, 其大小应根据作用面积内最长配水支管上的喷头数按枝状管道的计算方法确定。

　　 室内设有吊顶时, 喷头将紧贴在吊顶下布置, 或埋设在吊顶内, 因此适合采用下垂型或吊顶型喷头, 否则吊顶将阻挡洒水分布。吊顶型喷头作为一种类型, 国家标准中规定隐蔽安装在吊顶内的喷头分为平齐型、半隐蔽型和隐蔽型3种型式^[11,12]。而在吊顶下安装普通型酒水喷头时, 洒水严重受阻, 喷水强度将下降40%, 故超高层建筑内不提倡采用普通型洒水喷头。

　　 边墙型扩展覆盖喷头的配水管道易于布置。但国外对采用边墙型喷头有严格规定:保护场所应为轻危险级, 中危险级系统采用时须经特许;顶板必须为水平面, 喷头附近不得有阻挡喷水的障碍物;洒水时应喷湿一定范围墙面等。因此, 在超高层建筑内不宜选择边墙型喷头^[10]。

　　 此外, 为提高系统功效的可靠性, 超高层建筑及其附属特殊建筑湿式系统的喷头均应采用快速响应洒水喷头。

　　 自动喷水灭火系统中设有2个及2个以上报警阀组时, 报警阀组前应设环状供水管道。如何控制报警阀后管网的风险, 可以采用不同报警阀组配水管隔层布置的方式 (如图3) 。

　　 这种布置方式可以在某一报警阀关闭时, 将其影响范围控制在某一层的范围, 避免了报警阀检修时, 连续相邻的多层喷头停止工作。建议在建筑高度大于250m的超高层建筑中, 可采用不同报警阀组配水管隔层布置的方式连接配水管。

　　 为进一步减小报警阀所控制喷头在关闭期间的影响, 可以采用不同报警阀组喷头交叉布置的方式 (如图4) 。

　　 这种布置方式对每一楼层采用不同报警阀组进行供水, 如图4a;该楼层中喷头与相邻喷头采用不同的报警阀供水, 如图4b。这样, 当喷头动作后既不影响报警阀的报警功能, 又可以将故障的影响控制在有限的范围内^[13]。对于可靠性而言, 控制风险在可接受范围内是最终的目的。建议对于建筑高度大于480m的超高层建筑, 可采用不同报警阀组同层的喷头交叉布置方式连接配水管。

　　 在报警阀后, 原则上不应再设无关的阀门。由于阀门也存在有故障的情况, 减少环节有利于提高系统的可靠性。当确实需要设置阀门时, 阀门应采用带有输出启闭状态信号功能的信号阀门, 并具有锁定阀位的装置^[14]。系统越简单, 可靠性也越高。

　　 此外, 自动喷水灭火系统报警阀组后的管道上严禁设置其他用水设施, 且报警阀后的配水干管、配水管、配水支管等配水管道中除信号阀外和末端试水阀外不得设置任何阀门。

　　 消防水泵、消防转输泵、消防稳压泵的控制与操作应符合《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB50974—2014) 的规定。超高层建筑控制柜中消防水泵、消防转输泵、消防稳压泵在平时应处于自动启泵状态。消防水泵不应设置自动停泵的控制功能, 停泵应由具有管理权限的工作人员根据火灾扑救情况确定^[1]。

　　 此外, 超高层建筑的分级、分区供水之间, 消防水泵和消防转输泵应满足其连锁启动的逻辑关系, 并应满足需要多台消防水泵或消防转输泵同时启动工作的动力供应要求。消防转输泵不应由水位信号控制启动和停止。超高层建筑的消防水泵、消防转输泵和消防稳压泵应有不间断的动力供应, 宜采用内燃机作动力。

　　 借助物联网技术构建超高层建筑消防给水的监测系统, 是未来消防技术发展的趋势。消防给水系统的消防设施物联网系统应有感知层、传输层、应用层组成架构, 并应具有智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络应用功能^[15,16]。从而提高超高层消防给水系统的可靠性^[17]。

　　 物联网监测信息采集的设置包括消防泵信息监测装置、消防泵流量和压力自动检测装置、试验消火栓自动试水装置、末端自动试水装置、末端模拟自动试水装置、消防水泵进水和出水总管的压力传感器、流量传感器、消防水箱 (池) 和消防转输水箱的水位传感器和水质传感器。消防水泵房可设置视频采集终端, 对采集的信息进行监视。它采用统一的协议通讯传输上传。其应用可采用包括APP功能的多种方式, 对数据信息进行处理、通知、报警、形成评估报告, 供不同的使用对象应用。

　　 加强超高层建筑自动喷水灭火系统可靠性是值得重视的问题, 提升系统的可靠性可以采用不同的方式来实施。