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城市消防给水系统的配置和布局探讨
论文导读：随着我国城市建设的快速发展和发展中小城镇政策的实施，还将会有大量人口定居城市，致使城市的人口密度与日俱增。对一些大中城市调研的情况看，防冻问题不突出的城市，其城区消防给水系统的设置形式主要为市政消火栓系统。
关键词：城市，消防给水系统，配置和布局
0.前言
随着我国城市建设的快速发展和发展中小城镇政策的实施，还将会有大量人口定居城市，致使城市的人口密度与日俱增。城市作为人口聚集地，不仅有各种各样的公共建筑设施，并且还有相当一部分工业建筑。所以，城市火灾往往造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失。从火灾发生的直接原因看，违章用火、用电、用气和违反安全规定是引发火灾的主要原因，但城市公共消防设施和消防装备建设严重滞后，是造成火灾经济损失扩大、伤亡人数增多的主要因素。虽然从总体上看，近年来全国城市公共消防设施和消防装备建设在一定程度上得到增强，但各地发展很不平衡。另一方面，消防安全责任制不落实以及职工群众缺乏自防自救常识也是导致火灾和造成人员伤亡的重要原因。通过调研，全国各省、自治区、直辖市结合本地区的实际情况相继颁布实施了地方法规，进一步明确了本地区内各机关、团体、企业、事业单位的消防安全责任。为从根本上提高我国城市抗御火灾的能力与消防建设投资的效益比，控制和减少造成重大伤亡和损失的火灾发生，强化消防为国家经济建设保驾护航的能力，除加大消防监督执法力度外，尚需要对城市消防基础设施建设方面的相关技术进行深入研究。
1.城市消防给水系统的形式
对一些大中城市调研的情况看，防冻问题不突出的城市，其城区消防给水系统的设置形式主要为市政消火栓系统;黑龙江省、吉林省等冬季严寒地区的部分城市，设置了消防水鹤，并且这种消防给水系统形式在上述地区的许多城市已经或正在取代原有的消火栓系统;黑龙江省部分城市还建有消防水塔，或利用建筑内消防水池与高位水箱等设施做消防水源;个别没有完整市政给水管网的城市有用深水井做消防水源的;另外，还有利用江、河、湖泊和水库等天然水源作为消防水源的。
3.城市一次火灾的消防水流量
3.1扑救一次火灾的消防水流量的确定
通过对火灾案例及国内外的相关规定或实际做法进行研究表明，扑救城市一次火灾的消防水流量与被保护建筑的用途、规模、结构、火灾荷载密度及可燃物的布置等因素有关，与城市人口数量无直接关系。
在实际火灾案例尤其是重特大火灾案例中，火灾报警往往滞后，消防队到达火场开始出水的时间往往超过15min，并且第一次出动的消防力量往往小于实际需要，所以实际火灾燃烧面积可能会更大。不少火场的实际出水量达到现行规范规定水量的3倍。为此，在确定一次火灾消防水流量上限指标时，还应对此予以适当考虑。
3.2消防队的作用
1)消防装备应与火场相适宜。对于大型商场等场所，有时只靠水枪可能无法控制火灾，需要动用消防水炮等大流量设备。为此，应根据火灾具体情况配备相适宜的灭火装备。
2)一次调足消防力量是灭火成功的重要保障。一次调动力量不足，再临时增援，往往因初期控火不利，使大火变大灾。根据经验，一个中队消防车的载水量多少，对灭火行动的影响较明显。载水量达到25m3基本能保证立即并连续向火场供水，对初期灭火起到关键性的作用。为此，消防队应根据不同场所制定出动预案，尽可能一次调足消防力量。
3)应大力提高现场指挥员的指挥能力和消防队员的战斗力。毋庸置疑，消防队的灭火战斗能力取决于现场指挥员的指挥能力和灭火技战术的运用能力以及消防战斗员的战斗力。公安消防部队必须不断加强对各级消防队伍中的现场指挥员和战斗员进行全面的业务技能培训，通过严格的教育、严格的训练、严格的管理、严格的纪律，全方位地提高消防指战员的业务素质和技能;通过消防演练、岗位练兵比武等多种形式，全面提高消防指战员快速反应的能力和实战技能。
4.城市消防给水系统的供水能力
4.1城市消防给水系统的供水能力
我国人均淡水资源世界排名第82位，人均占有量仅占世界平均水平的四分之一，而且地域分配极为不均，同时因污染导致的结构性缺水的问题非常严重。但是我国人口数量还处于增长期，并且随着我国城市化进程的加快，城市人口会大幅度增加，我国大多城市水资源短缺的矛盾会日益突出。如果按目前的供水方式，我国一些城市将可能连生产与生活用水都无法保证，消防供水更难以保证了。随着我国“以人为本，发展循环经济”和“节能减排”等重大经济发展战略的实施，分质供水必将在我国的大部分城市成为现实。消防用水对水质虽无特殊要求，但必须采用无腐蚀、无污染、不含悬浮杂质的水源，以保障消防装备和管道畅通及不被腐蚀和污染。被油污染或含其他易燃可燃液体的水源不能作消防水源。作为对水质要求不高的消防供水完全可能也应该与生活水系统分开。因此，无论目前还是将来，实现分质供水和使用循环水作为消防用水都是为提高城市消防供水能力必须关注的重要问题，也是推进城市化进程和实现经济社会可持续发展的必然趋势。
4.2城市消防水总流量
1)按同一时间发生一起火灾设防的小城市或独立居住区，其消防水流量应按大火确定。如果实际需要的消防水流量小于200L/s，在充分论证的基础上，可按实际需要的消防水流量确定。
2)按同一时间发生两起火灾设防的中小城市或独立居住区，其消防水流量应按一次大火与一次小火之和确定。如果大火实际需要的消防水流量小于200L/s，在充分论证的基础上，可按实际需要的消防水流量确定。
3)按同一时间发生三起火灾设防的城市，潜在火灾风险较大的，其消防水流量宜按两起大火、一起小火或一起大火、两起中火之和确定;其它可按一起大火、一起中火、一起小火或一起大火、两起小火之和确定。具体采用哪种方案，应由各城市综合其城市规模、未来发展情况、历史火灾资料以及潜在火灾风险等要素论证确定。另外，如果大火、中火实际需要的消防水流量小于200L/s、100L/s，在充分论证的基础上，可按实际需要的消防水流量确定。
4.3消防水连续供给时间
对于耐火等级达到二级的单元式住宅火灾，灭火时间基本在1h以内。为此，我们建议耐火等级为一、二级的单元式住宅，消防水连续供给时间按1h确定;对于大型商业设施的重特大火灾，灭火时间在2h以内的较少，建议其消防水连续供给时间按3h确定。
5.城市消防给水系统的配置
5.1单个消火栓的供水能力
目前我国相关规范规定单个消火栓10～15L/s的供水能力是偏低的。特别是使用消防水炮等大流量灭火设备时，需要有几个消火栓与几辆消防车同时为其供水，极大地限制了灭火战术的展开与实施，并且极大地制约了城市消防供水能力的提高。为此，应根据保护建筑的一次火灾的消防水流量，适度提高单个消火栓的供水能力。
尽管在一定范围内，单个消火栓的供水能力越高，对灭火越有利。但根据我国的国情，不管是当前还是可预见的未来，要较普遍地达到美国64L/s的供水能力是不太现实，且也没有必要。为此，参照日本的规定，将单个消火栓的供水能力下限定为15L/s较适宜。对于需要使用消防水炮等大流量灭火设备的场所，原则上按不超过两个消火栓供给一台水炮的标准来确定单个消火栓的供水能力为宜。
5.2城市消防给水系统的配置
按照需求决定配置的原则，城市消防给水系统的配置应以保障被保护建筑所需的消防水流量的正常供给为先决条件，同时适度考虑建筑物的价值和重要性。
5.2.1消火栓
根据给出的大火、中火、小火所需消防水流量的不同，消火栓的设置间距或设置数量也应不同。
a、对于按大火设防的商业区，在距建筑物150m的消防车有效保护范围内设置的消火栓合计供水流量，应达到所需的消防水流量的二分之一以上;在建筑物的300m水带铺设长度范围内设置的消火栓合计供水流量，应达到全部所需消防水流量。并且在建筑物150m至300m水带铺设长度范围内的消火栓，其供水能力应按测试流量的三分之二计算。这样建议的理由是：一方面，建筑物发生一般火灾的几率远高于发生重特大火灾的几率，根据调研，扑救过的商场火灾最多出过8支水枪，如果将所需的消防水流量全部要求在距建筑物150m范围内提供，对所需消防水流量为200L/s及以上的场所，消火栓的布置密度显然过大;另一方面，即使将所需消火栓全部设置在距建筑物150m范围内，消防队也难以展开灭火作战;再者，如果一个消火栓的流量在20L/s以上，在距建筑物150m范围内的消火栓数量为5个，现行《建筑设计防火规范》规定的120m的消火栓间距基本不需要调整，这样有一部分城市就不需要改造消火栓系统。
b、对于按中火设防的商业区或其它功能区，应保证消火栓的设置间距不大于120m，并且在建筑物150m范围内设置的消火栓数量不少于4个，同时还应保证在建筑物的300m水带铺设长度范围内设置的消火栓合计供水流量达到全部所需消防水流量。
c、对于按小火设防的居住区，应保证每一幢建筑同时有不少于2个消火栓保护。
除上述要求外，消火栓的设置位置，还应根据被保护建筑物的重要性来合理确定。如对于医院、幼儿园、疗养院、学校以及大型体育文化娱乐设施等所需消防水流量不一定很大，但潜在生命危险性很高的场所，在每座建筑的60m范围内至少应有2个消火栓。另外，应该尽可能在十字路口或距离十字路口比较近的位置设置消火栓。
5.2.2消防水鹤
消防水鹤的设置应综合考虑如下因素：
a、被保护区域所需的消防水流量。被保护区域所需的消防水流量越大，消防水鹤的设置数量应越多，消防水鹤的间距应越小;
b、被保护区域的路况条件。路况条件越差，行车时间就越长，被保护区域消防水鹤的设置数量应越多，消防水鹤的间距应越小;
c、单个消防水鹤的加水流量。免费论文网。原则上，单个消防水鹤的加水流量越大，消防水鹤的设置数量可相对少些;
d、单台消防水罐车的一次载水量。原则上，单个消防水罐车的一次载水量越大，消防水鹤的设置数量可相对少些;
e、城市可出动的消防水罐车数量。原则上，可出动的消防水罐车数量越多，消防水鹤的设置数量可相对少些;
f、城市规模。目前我国某些地区，尤其是欠发达地区，有许多县级市或居住区，其城区面积小于4k㎡。这种情况下，要满足总水量要求，消防水鹤的设置密度就可能大些，间距就小些。
5.2.3消防水池
为区别消防水池的供水能力，可根据被保护区域所需的单个消火栓水流量与连续供水时间，将不同储水量的消防水池折算成相应数量的消火栓。折算时，应减去水池的余量及因一般故障可能无法抽取的水量，同时还应考虑是否能部署相应数量的消防车。对于单元式住宅建筑，当水池可抽取的水量达到200m3，并能同时部署2台及2台以上的消防车时，在其铺设水带长度150m范围内可不设置消火栓;对于商业区，当水池的供水能力达到相应10个消火栓的能力，并能同时部署5台及5台以上的消防车时，在其铺设水带长度150m范围内可不设置消火栓。
5.2.4江、河、湖、海等地面水源
对于江、河、湖、海等线式地面水源，其保护范围取决于消防车的取水方式。
a、当水位及周边环境允许消防车在沿线任意点直接取水、并且水量有充分保障时，其沿线150m范围内可不设置消火栓或其它消防给水设施;
b、当兴建取水码头时，应视其码头所能部署的消防车台数折算消火栓数量，若能同时部署5台及5台以上消防车，以取水码头为圆心的半径150m范围内可不设置消火栓或其它消防给水设施;
c、当在沿岸边或路边修建与地面水源连通的消防水井时，一眼水井等效于一个消火栓。
6.城市供水管网的布置形式、配水管径、供水压力
6.1消火栓配水管网的布置形式
无论在供水能力方面还是在供水的可靠性方面，公共给水系统管网的环状布置均优于枝状布置，并且多数场合下管网环状布置的经济投入也并不一定有明显增加。为此，正常情况下应要求至少沿城市街道，特别是沿商场、宾馆饭店、医院、学校、幼儿园以及大型文体娱乐设施等附近道路铺设的管道应环状布置。另外，对于潜在生命风险高、经济或历史价值高以及某些非常重要的建筑物，除公共给水管网应环状布置外，宜建设一定比例的其它消防水源设施，如水池、滨河等。
6.2消火栓配水管直径
对于枝状布置的公称直径100mm管道，即便只供消防用水，当消防水流量为15L/s时，管道内的流速就达2m/s，连一个消火栓的所需的消防水流量都难保证;环状布置时，也只能勉强供一个消火栓。根据我国通常采用的“舍维列夫”计算式与美、英、德、日等国通采用“海登-威廉”(Hazen-Willams)计算式，得出内径大于50mm、平均流速大于1.5m/s的给水管道，当管道沿程压力损失相同时，不同管径配水管的供水流量关系，分别见公式(1)与(2)。
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以环状布置的公称直径100mm管道可满足一个消火栓所需的消防水流量为基准，并根据(1)与(2)的计算，得出配水管公称直径与消火栓的数量关系，见表1。
| 管道公称直径（mm） | 可同时使用的消火栓最大数量（个） | |
| 枝状配管 | 环状配管 | |
| 100 | --- | 1 |
| 150 | 2 | 3 |
| 200 | 4 | 6 |
| 250 | 8 | 12 |
| 300 | 12 | 18 |
6.3消火栓配水管供水压力
消防车从市政消火栓取水的方式通常有两种，一种是将消防车水泵的吸水管直接接在消火栓上吸水;另一种方式是将消火栓接上水带往消防车水罐内放水。消防车水泵从水罐内吸水，供应火场用水 ，从水力学的角度看，前者最为有利。但对于供水压力低的区域，如果采用前者，可能会使供水系统局部形成负压而污染系统中的水。另外，考虑消防队的取水习惯以及消防车不能接近消火栓等因素，大都常采用后者。为此，应按后者确定消火栓配水管最小供水压力。经计算，当用两条直径65mm、长度20m的衬胶水带以15L/s流量向消防车水罐内放水时，消火栓(从地面算起)的供水动压大致为0.15MPa。因此，建议消火栓配水管最小供水压力不应小于0.15MPa。
7.结论
在全国范围内积极推进市政消火栓达标建设的同时，应因地制宜地利用其它人工给水设施和河流等天然水源，综合利用多种消防水源优化配置城市消防给水系统。应适度提高单个消火栓的供水能力。消火栓等消防给水设施的设置数量或密度，应根据被保护对象所需的消防水流量、被保护对象的价值和重要性及其潜在生命危险性的高低综合确定。单个消火栓的供水能力下限不应小于15L/S。消火栓配水管网宜环状布置;配水管口径应根据可能同时使用的消火栓数量确定;配水管最小供水压力不应小于0.15Mpa。提高消防队灭火装备与灭火战术的组织能力;完善消防队火灾统计数据，使其全面、真实、可靠。积极普及消防法律、法规和消防常识，提高预防和扑救初期火灾的能力，增强国民的防灾意识与应对火灾的逃生自救能力。
【参考文献】
[1]公安部.建筑设计防火规范(GB50016—2006)[M].北京：中国计划出版社，2006,1.
[2]公安部.城市消防站建设标准[M].北京：中国计划出版社，2006,1.
[3]濮容生.何军等.消防工程[M].北京：中国电力出版社，2007.
[4]易立新，吴立志.城市火灾风险评价的数学模型[J].中国安全科学学报，[J].2000，(4).
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