中澳对比：超高层建筑中消火栓系统设计

“澳消规”共分为3个部分：①系统设计、安装及调试；②消火栓；③消防水泵接合器连接。其中第①部分是澳洲同行进行消火栓系统设计规范，第②、③部分则是对消火栓及消防水泵接合器的制造要求。纵观“澳消规”的设计原则，是考虑火灾时消防队员进行操作消火栓，而没有考虑非消防人员进行操作。实际消火栓旁也的确不设置消防水带、水枪等配套装备，而由消防队员自己携带。下文将对上述项目（下文称“本项目”）消火栓系统按“澳消规”进行设计。

首先对几个前置设计条件进行假定，使讨论过程简单话，且对系统无影响：①两国楼内生活给水最高日平均时用水量相同；②两国管道流速计算公式相同；③设备避难层的设置楼层不变；④防火分区按中国规范设置不变；⑤消防救援操作场地按中国规范设置不变。

3.1 消防水源

 “澳消规”中规定以下可作为消防水源：①市政给水环状管网；②河流、水库、湖泊、水坝或海洋；③储存的雨水。各种水源应有连续供应系统所需要流量不小于4 h的能力，若不能，则需要设置消防水池储存不足的那部分水量或者全部水量。“澳消规”中消防水池不属于消防水源，而属于供水系统。对于井水，“澳消规”仅允许在一定条件限制下，用于消防水池的初次注水及平时补水。本项目消防水源仅有市政环状管网一种。

3.2 消火栓系统设计

3.2.1 消火栓分类

“澳消规”中场地红线内的消火栓系统由4种消火栓组成：室外取水消火栓、室外取水/灭火消火栓、室外灭火消火栓、室内灭火消火栓。具体各类消火栓定义及其相关设计参数见表3。

表3 澳大利亚消火栓分类

注：

①市政压力满足不了取水消火栓所需压力时，室外取水消火栓将不设置；

②可以全天候供消防车驶入并进行操作的场地（包括距离建筑较近的市政道路）；

③与水泵接合器关系见下文3.2.4水泵接合器；

④室外消火栓水带经过的路程最大设计距离不能超过70 m；

⑤室内消火栓保护楼层的所有区域均需在室内消火栓的40 m范围之内，水带经过的路程最大设计距离不能超过45 m。

3.2.2 各类消火栓之间的关系

“澳消规”第3.5室外消火栓章节3.5.1条规定，室外消火栓保护不到的室内部分（“澳消规”对可保护的区域进行了规定）需要设置室内消火栓保护；与之相呼应的第3.6室内消火栓章节3.6.1条规定，室内消火栓保护的区域为室外消火栓保护不到的部分。根据这两条规定以及条文解释可得：室外消火栓系统和室内消火栓系统属于同一套系统，没有重叠的保护区域，并且连接在同一套管网系统上。

另外，室外取水消火栓+消防车可以保护到的区域，可以不设置室外及室内灭火消火栓；取水消火栓+消防车+消防水泵接合器组合为室外及室内灭火消火栓进行供水；如果室外灭火消火栓设置的位置距离消防车救援操作场地在20 m范围之内且位于消防水泵接合器下游，可转变为取水/灭火消火栓，消防车接上后，与消防车车载消火栓同时灭火。

3.2.3 消火栓系统设计用水量

“澳消规”规定消火栓系统用水量为消火栓设计流量×同时使用的消火栓数量。根据上节所述，室外消火栓与室内消火栓没有重叠的保护区域，因此同时使用消火栓数量是室、内外消火栓的总数量。

对于每个种类消火栓的设计流量，“澳消规”2.2.3条中有相应的规定，具体相关设计参数见表3。另外，“澳消规”根据建筑（或建筑内某一部分）类别、防火分区面积（或体积）、建筑高度以及是否设置自动喷水灭火系统这几个方面，对建筑红线内同时使用的消火栓数量进行了规定。表4为“澳消规”2.2.2条中表2.2.2(B) “2类至9类建筑同时使用消火栓数量表”的局部节选，规定了不同条件下同时使用消火栓的数量。

表4 “澳消规”2~9类建筑同时使用消火栓数量（节选）

澳大利亚《National Construction Code》根据建筑内不同业态，将建筑分为1~10类。对应其建筑分类，本项目办公为第5类，商业为第6类，车库为第7a类。另外，本项目建筑屋面高度＞25 m，防火分区面积＜5 000 m?（前文假设防火分区不变），全楼设置自动喷水灭火系统。因此根据表4及上述条件，确定本项目同时使用消火栓的数量为2只。根据表3可知，每只消火栓设计流量为10 L/s，因此本项目的消火栓系统设计用水量为10×2=20（L/s）。

3.2.4 消防水泵接合器

澳大利亚的水泵接合器均为地上式，由多个消防接口组成，主要有2种形式：①若市政给水可以满足室外取水消火栓的需求，室外取水消火栓将与水泵接合器集成在一个箱子内，此时水泵接合器有“H”型、“I”型等几种类型（见图3“H”型，其他类型不再一一列举）；②若市政给水不满足室外取水消火栓的需求，则需采用“水箱吸水口”形式水泵接合器（见图4），且水泵接合器需要设置在消防水箱消防车吸水口附近。

图3 “H”型消防水泵接合器

图4 “水箱吸水口”形式消防水泵接合器

“澳消规”第7章7.2条规定以下情况需设置水泵接合器：①安装了室内消火栓；②室外消火栓距离消防车救援操作场地大于20 m时；③需要多于2个室外消火栓保护时；④设置消防水泵时；⑤设置消防水池时；⑥需要超过1个室外消火栓来保护任何一个防火分区都大于2 000 m?的建筑时；⑦需要设置消防环状管网时。根据上述规定，本项目设置消防水泵接合器。

“澳消规”7.5.2条规定：①每个水泵接合器的一个接口流量按10 L/s计算；②接口数量的计算方法为：接口个数=消火栓系统设计水量/10（L/s）。本项目设计流量为20 L/s，则每个需要设置水泵接合器的分区，其水泵接合器接口为20/10=2（个）。由于市政管网无法满足室外取水消火栓流量、压力的要求，因此本项目消防水泵接合器采用图4的“水箱吸水口”形式，具体设计将在3.2.6.1节详细讨论。

3.2.5 系统供水

3.2.5.1 规范规定

“澳消规”第4.2章节对消防水源不同情况下的消火栓系统供水形式有着不同的规定，总结如表5所示。

表5 水源情况及相应的供水系统形式

注：

①减容水箱（Reduce capacity tank）：指仅储存部分体积消防用水量的水箱，剩下的部分由水源自动足流量补水供给。例如系统设计流量为20 L/s，但水源仅能自动供给15 L/s，则减容水箱需要储存不足的那部分，即5 L/s的水量；

②隔断水箱（Break tank）：市政给水管网不允许消防泵直吸加压时设置的水箱，由市政自动足流量补水供给；

③根据“澳消规”4.2.4条及8.12.1条（内容见本文3.2.6节）之规定，地面标高135 m为水泵供给与高位水箱供给的系统分界；

④足容水箱（Full capacity tank）：指足量储存不小于4 h消防用水量的水箱（平均分为2格或2座），由水源自动补充蒸发或管道渗漏的水量。

3.2.5.2 系统供水方案

由本文第1.2节可知，市政给水管网无法满足本项目消火栓系统的供水需求，此种水源情况属于表5中第3种。因此，本项目消火栓系统供水方案描述如下：①地面标高不大于135 m的区域需要设计足容水箱，并设置不少于2台水泵向系统供水；②地面标高大于135 m的区域由高位水箱（或重力水箱）供给，顶部系统压力不足时设置不少于2台消防水泵向系统供水；③设置转输系统向高位水箱供水。“澳消规”2.3.2条设计压力中规定管道系统最大压力不应超过2.4 MPa，而本项目建筑屋面高度近300 m，如果转输1次转输管道压力则大于2.4 MPa，因此需在适当位置设置1处中间水箱（intermediate tank）及2级转输水泵解决超压问题。

3.2.5.3 消防水箱的位置及有效容积

对于服务地面标高135 m以下区域的消防水箱，“澳消规”规定可以设置在地上、半地下或地下，推荐设置在地面之上。如设置在地下时，需要注意2个问题：①“澳消规”中规定澳洲消防车吸水口（距地面450~600 mm）至地下水池最低水位不得大于3 m；②需要征求当地消防部门的意见。

本文第3.2.4节提到，本项目消防水泵接合器采用“水箱吸水口”形式。“澳消规”对水箱消防车吸水口、水泵接合器、消防车救援操作场地三者之间的距离有一定要求：①水箱吸水口需正对着并距离消防车救援操作场地不得大于4.5 m；②水箱吸水口距离水泵接合器不得大于10 m；③与水箱吸水口连接后消防车距离建筑不得小于10 m。为满足上述规定，在本项目东侧设置消防泵房，其内设置地上足容水箱［2座圆柱形水箱（澳常用形状），有效容积为（20 L/s×4 h×3 600 s/h）/1 000=288 m?，每座50%用水量］及水泵。

对于服务地面标高135 m以上区域的高位水箱，“澳消规”规定须设置在最高压力分区的上方或其附近。因此本项目将此高位水箱设置在标高为312.6 m处的水箱间内。F36(MEP3)的地面标高为147.9 m，位于本项目的中间，因此在F36设置中间水箱解决转输系统超压问题。根据“澳消规”4.2.4.（a）条规定，大于50 m的建筑消火栓系统中所有水箱的有效容积不得小于30 min消防用水量，水箱自动进水需满足消火栓系统流量,并不少于4 h。因此，高位水箱及中间水箱有效容积均应为（20 L/s×30 min×60 s/min）/1 000=36 m?，水箱自动进水由地上水泵房内的水泵及中间水箱间内的转输水泵来实现。

3.2.5.4 供水泵选用

高于50 m的建筑消火栓系统，“澳消规”规定必须设置水泵向系统供水。对于供水泵的形式，规范中给了两种选择：接力泵、双用途消防泵。何时选用这2种水泵，区别在于水源条件。若市政管道流量满足系统要求，且允许直接吸水，则采用接力泵；若不能满足，则采用双用途消防泵。所谓双用途消防泵即1台水泵2种用途，既可向不同压力分区供水又可负责转输。一组双用途消防泵由2台（1用1备）多出口水泵组成。多出口水泵属于多级离心水泵，在不同级数叶轮处设置多个出口，得到不同的扬程。位于低级数叶轮处的出口扬程低，位于多级数的出口处扬程高。

由于不能直接从市政管道吸水，因此本项目采用两用消防泵向地面标高135 m及以下的消火栓系统供水；高位水箱不能满足标高135 m以上顶部区域的系统压力需求，亦需要设置消防泵。系统中所有供水泵流量均为20 L/s，扬程根据实际需要而定，满足各区最不利消火栓0.70 MPa需求。

3.2.5.5 稳压泵设置

消火栓系统需要设置1台稳压泵（Jockey pump，可不设置备用泵）使供水泵能自动启动，稳压系统与消火栓系统主泵并联安装，安装见图5；稳压泵仅可自动启停，且须在10 min内应补完系统因管道泄漏而缺少的水量，流量≤10 L/min。本项目稳压泵分别与高、低区主泵并联安装。

图5 澳大利亚消火栓系统稳压泵安装示意

3.2.6 系统分区

根据“澳消规”2.3.2条规定，本项目系统需要分区。依据“澳消规”8.12.1条中“每个压力分区的压力最大点至压力最不利点之间的高差不应超过45 m”，以及4.2.4条“当建筑（消火栓系统）地面上包含超过3个压力分区时，地面标高135 m（45 m×3）以上的压力分区将由设置在最高压力分区的顶部或接近其顶部的高位水箱供给，并设置中间水箱来保证系统不超过2.4 MPa”可知，标高135 m为水泵供给与高位水箱供给的系统分界。本项目F33的地面标高为135.6 m，因此本项目以F33为分界，将系统分为2个大区：①低区：F33以下部分，由系统消防水泵及地面消防水箱供给；②高区：F33及其以上部分，由高位消防水箱直接供给或与高区消防水泵联合供给。

3.2.6.1 低区系统

（1) 室外消火栓保护范围。对于室外灭火消火栓保护范围，“澳消规”有如下规定：①室外灭火消火栓系统保护地面上建筑中最低的4层以及紧邻首层的B1层,但须以这几层所有区域均在其保护范围之内为前提；②若室外灭火消火栓距离消防车救援操作场地≤50 m时，其保护范围为70 m；③若距离消防车救援操作场地≤100 m且＞50 m时, 室外灭火消火栓保护范围则为40 m；④对室外灭火消火栓与其被保护建筑物之间的距离没有要求。

“澳消规”规定以下几种情况之一，消火栓管网（室内+室外）需要设置成环：①建筑高于25 m；②大型独立建筑；③建筑中包括裙房、车库、办公室、商店；④大于2层的建筑（2~9级）。因此，本项目包括室外消火栓在内的消火栓系统需要设置环状管网。

根据上述规定对本项目室外灭火消火栓及管道进行设计,室外消火栓管道设计成环，并在各入口附近布置灭火消火栓共4个，距离消防车救援场地（或市政道路）不大于50 m，如图6所示。

图6 按“澳消规”设计的室外灭火消火栓示意

对消火栓保护范围按规范进行复核。由于F1平面面积较大，根据消防水带实际经过的路程分析，室外灭火消火栓无法保护B1~F4全部，仅可以保护F1。因此本项目将F2~F4及B1纳入到室内消火栓保护范围，F1由室外灭火消火栓保护。

另外“澳消规”中规定市政消火栓也可以保护红线内建筑，但使用的数量不能超过2个。本项目市政消火栓位置不明确，因此不采用。

（2) 室内消火栓保护范围。从上节可知，F1为室外消火栓保护范围，因此低区除F1以外均为室内消火栓保护范围。

（3) 低区系统分区及供水形式。本项目依据“澳消规”8.12.1条 “每个压力分区的压力最大点至压力最不利点之间的高差不应超过45 m”之规定，将低区分为4个区，见表6。

表6 低区消火栓系统分区

对于低于135 m建筑的消火栓系统供水形式，“澳消规”中推荐了2种：①瀑布式供水（Cascade，见图7a）：水泵出水管直接与顶部的分区相连，由上至下逐级减压，最后供给到最底部分区，但只能逐级减压2次，即供给3个分区；②由底向上式供水（Bottom up，见图7b）：每一个分区由多出口水泵压力相

图7 “澳消规”建筑高度135 m以下消火栓系统供水形式

对应的一级出口直接供给，有几个分区则需要供水泵有几个出口。

从表6中可看出，地上为3个分区，F01及以下为1个分区，如果采用瀑布式供水，则D2~D4 需要一级水泵出口，D1区需要1级水泵出口，加上为高区转输的1级出口，需要具有3级水泵出口的多出口水泵。而如果采用由底向上式供水，每1个分区需要1级水泵出口，加上为高区转输的1级出口，则需要具有5级水泵出口的多出口水泵。但据目前所掌握的资料看，没有5级出口的水泵。因此采用瀑布式供水更适合本项目低区系统供水。

（4) 水泵接合器设置。根据“澳消规”4.2.4条：“对于建筑有效高度高于135 m的建筑，（澳大利亚）典型的城市消防车无法供给到这个高度之上的楼层”，因此本项目只有低区的各分区设置水泵接合器。另外，根据“澳消规”8.12.1条规定“有效高度50 m以下的区域在不用系统消防泵的情况下，消防车应可以直接向系统供水”。根据上述规定，本项目低区设置3套水泵接合器（见图8）：①D1区（50 m以下）1套；②D2区（50 m以下）1套；③D3、D4区1套。每套2个接口，每个接口按10 L/s设计。

图8 “澳消规”设计的消火栓系统原理

3.2.6.2 高区系统

（1) 高区系统分区及供水形式。与低区内部分区的原则相同，高区内部分为5个压力分区（见表7）。

表7 高区消火栓系统分区

室内消火栓栓口所需压力为0.70 MPa，高位水箱有效最低水位标高为313.7 m，因此此水箱下方70 m之内的消火栓需要由消防水泵加压，即标高位于243.7 m以上楼层需要加压。F59标高为243.8 m，因此以F59层为分界，F59及以上由高位水箱及高区供水泵供水，F59以下由高位水箱重力供水。由于高位水箱在上方，因此高区也采用瀑布式供水形式。

（2) 高区转输系统。高区由高位水箱向系统供给，水箱容积为36 m?，并不是系统全部用水量。因此，正如本文3.2.5.2节所述，高区需要设置转输系统。由于超压，转输系统为2级转输。第1级转输系统由地面消防水池及低区两用途供水泵组成，第2级转输系统由设置在F36的中间水箱及转输水泵组成。转输水泵流量为20 L/s，扬程满足水箱出水水头。

3.2.7 系统示意

根据本文3.2.5节、3.2.6节所讨论的结果，绘制本项目按“澳消规”设计的消火栓系统原理图，如图8所示。

图8 按“澳消规”设计的消火栓系统原理

3.2.8 系统控制

3.2.8.1 消防水泵及双用途水泵启动

澳洲消防水泵相关规范规定消防泵应自动启动及人工启动，除了柴油泵转数过高停泵以外，仅可以手动停泵；“澳消规”6.9.1.1条规定当系统压力降到设定值时，压力开关自动启动消防泵或双用途水泵，并且在泵设置地点可就地人工手动启动。

3.2.8.2 转输水泵启动

中间水箱处的转输水泵启动方式“澳消规”中没有提及。从系统动作过程分析，有2种情况：①如果G4、G5区发生火灾应采用泵联动的形式启动转输水泵，即高区系统压力降到设定值后，压力开关启动高区消防水泵，高区消防水泵联动中间水箱转输水泵，转输水泵启动后，联动首层消防水泵房内的多用途水泵；②如果G1~G3区发生火灾，由设置在高位水箱内的液位控制器发出信号启动中间水箱转输水泵，转输水泵启动后，联动首层消防水泵房内的多用途水泵。

将上述按两国规范设计的本项目2种方案各主要设计内容及优缺点进行对比，对比结果分别见表8及表9。

表8 两种方案设计对比 

表9 两种方案优缺点对比

5.1 对按我国规范设计的方案特点分析

（1）消火栓系统设计备用率高：①B1消防水池及高位消防水箱均储存全部用水量，消防水量备用；②双路供水设置减压阀组情况下，每组再设置备用减压阀；③在转输泵设置备用泵的情况下设置水泵接合器、接力泵接口用来备用转输泵。

（2）消火栓设计密度较大：①由于考虑消防人员对水枪控制的因素，消火栓栓口动压考虑为0.35~0.50 MPa，但消火栓保护半径则根据消防水带的长度（25 m）及充实水柱长度（按13 m计）计算，而不是根据水压计算，因此所得到的结果较小，约为29 m；②规范规定同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时达到任何部位。

（3）消火栓箱内配备消防水带及水枪。水带质量参差不齐且易老化损坏，水枪亦丢失，增加工程造价及日常维护支出。

5.2 对按“澳消规”设计的方案特点分析

（1）消火栓系统比“我国方案”的造价低：①同时使用的消火栓为2个，设计流量为20 L/s，为我国规范规定同时使用消火栓数量的1/4、设计流量的1/2；②首层消防水箱、转输水箱、高位消防水箱的有效容积之和360 m?，“我国方案”消火栓系统所有水箱储水量的和为1 536 m?，不到我国方案的1/4；③消火栓保护的范围大（保护半径40 m，且消防水带经过的路程不能超过45 m），并且任何部位只需1只消火栓保护，消火栓密度低；④不设置消火栓箱、消防水带、水枪，由消防队员自带，节省初投资及运行维护费用。

（2）安全性没有“我国方案”高：①临时高压供水区域大，重力供水区域小；②水量储存少；③每个区域只有一只消火栓保护。

5.3 对两种设计方案的思考

经过对比及分析，思考如下：①“澳方案”虽然造价低，但是否可以说这个方案安全性低或者不安全；②“我国方案”很安全，但系统是否存在冗余、是否可以适当减配而使性价比更合理。

虽然“澳方案”造价较低，但笔者认为从技术方面和使用角度“澳方案”是安全的。技术方面有如下措施保证其系统安全：①消防泵备用；②安全电源；③135 m以下可以由消防车通过水泵接合器直接供给（“澳消规”明确消防车供给高度）；④135 m以上区域或加压或重力供水，消防用水由各级泵转输供此区域用水，用水量满足4 h“澳消规”要求。使用方面其系统有如下安全点：①消防队员可直接取用室外灭火消火栓进入楼内进行灭火，不用进到楼内再去寻找消火栓，也不用在室内火点现场附近安装消火栓水带水枪，节约时间；②室内消火栓仅安装在防火楼梯间，消防队员可以安全取用后进入火点，不用再去寻找、更换、安装别的消火栓；③消防队员自己带消防水带，更加可靠；④消火栓水压大，充实水柱较长，灭火威力更大。

相比“澳方案”，“我国方案”更安全。但正如5.1节所分析，我国消火栓系统备用率较高，因此若参考“澳方案”，我国方案可以考虑以下优化减配，提高性价比：①高位消防水箱的储水量：目前转输水泵流量也是按照系统流量设计，供电为双路电源加柴发供电，因此转输系统已非常安全，但室内消火栓系统储水量共为6 h用水量864 m?，有优化的可行性；②双路减压阀组内减压阀设置备用：每个减压阀分区均为双路减压供水，两路供水已互为备用，然而每路减压阀仍设置备用。考虑到减压阀技术已很成熟，采用优质减压阀两路同时损坏的机率很小，因此可不设置双重备用；③消火栓设置密度：如果提高栓口压力值、水带长度，消火栓保护范围扩大，则将减少消火栓设置密度；④消防水带、水枪的配备：消防水带易老化、开裂，水枪易丢失，如果日常维护、更换不到位，一旦发生火灾，则增加消防队员的危险，且增加工程造价及日常维护支出。另外，发生火灾时普通人员大部分会逃生，即使不逃生，采用灭火器或消防卷盘灭火的较多，很少会使用消火栓。因此，消防水带、水枪可不设置，由消防队员自带。

5.4 对我国规范的建议

（1）建议修改“加强措施”第十四条关于高位消防水箱储存室内全部用水量的规定。在转输系统完备而可靠的情况下，可按“消水规”4.3.11.4条之规定，对超过250 m的建筑高位消防水箱的储水量建议降低至系统用水量的50%。

（2）对于高层建筑、厂房、库房和室内净空超过8 m的民用建筑等场所，将最不利消火栓栓口动压提高至不小于0.5 MPa、分区压力提高至1.2 MPa，维持压力不大于0.7 MPa不变；增加消防水带计算长度至50 m（可由2个25 m规格的消防水带组成）；根据栓口动压0.50 MPa、水带长度50 m计算消火栓充实水柱及保护半径，减小消火栓设置密度。

（3）目前，消防队员需要拿着第1个消火栓去寻找第2个，找到之后第1个消火栓可能不会关闭而浪费消防储水量。若加大消火栓保护半径之后，不用再更换消火栓，这样可以减少同时使用消火栓的个数，降低设计流量。另外，对于设置自喷系统的建筑，消火栓系统的重要性有所降低。因此建议对于设置自喷系统且消火栓同时使用个数超过4个的建筑，建议减少同时使用数量的一半，降低消火栓系统的设计流量。

（4）保护半径加大的条件下，消火栓设置位置首先考虑设置在防火（疏散）楼梯间或消防前室，如果不能保护全部的区域，再考虑在其他区域增加设置。在楼梯间等防火疏散区域设置消火栓，正如“消水规”7.4.6条的条文解释所述，是保护消防队员。

（5）建议消火栓处不再设置消防水带及水枪，由消防队员自带。

（6）双路供水设置减压阀组时，每路减压阀组内减压阀不设置备用。

（7）提供各地的消防车车载水泵的最高扬程，供设计人员作为设计依据。此数据对于设计人员比较重要且不易得到，如果官方统计一下，设计人员得到的数据将更权威。