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街区消防给水系统加压方式探究

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[摘要]以三坊七巷历史文化街区的消防给水系统改造工程为例,分析了历史街区消防系统存在的主要问题,在街区市政供水现状条件下,适当封闭改造使其形成环状管网,并重新利用废旧高位水池和增设消防泵,提升及完善了三坊七巷街区消防给水系统的供水条件,为类似历史文化街区消防给水系统的完善和提升改造提供借鉴参考。

[关键词]历史文化街区;三坊七巷;消防系统;高位消防水池

引言

随着我国经济日益发展,加快了各地的城市化进程,在城市建设过程中,历史文化街区不断升级改造,引进了新兴业态,加入了时尚的装饰元素。但由于原有的建筑条件及历史风貌的限制,街区在升级改造过程中不可避免地出现了许多消防安全隐患。据不完全统计,许多著名的历史文化街区都在近几年相继发生不同程度的火灾,如2002年至2005年四年的时间里,北京大栅栏地区、陶然亭地区、黄山屯溪老街、山西平遥古城四个历史文化街区就发生了36起火灾,从数量上来看,全国范围的历史文化街区火灾形势不容乐观。因此,提高历史文化街区消防安全性,解决历史文化街区的火灾隐患是一项刻不容缓的现实要求[1]。

1工程概况

福州三坊七巷历史文化街区,西至通湖路、南接吉庇巷、东抵八一七路、北邻杨桥路,与朱紫坊历史文化街区、乌山和于山历史风貌区邻近,占地约28.8公顷。三坊七巷原规划用地以居住为主,仅在南后街两侧、吉庇巷北侧、光禄坊两侧、通湖路东侧的沿街部分设有商业配套用房。因此,原消防规划方案仅沿街新(改)建或修复点状分布的商业配套用房以及南后街地块设有消防给水加压设施,其它民居、文物古建仅设室外消防栓和给水管网,由市政管网直接供水。随着三坊七巷的改造建设和开发,规划业态发生了较大的改变,原有的民居、历史建筑、甚至有些文物建筑,被开发成了办公、会所、住宿、商业餐饮[3]等,消防安全问题也随之产生,消防给水系统和消防配套设施需配合调整以满足现状消防要求。首先业态的变化导致消防用水的增加,需要增设消防泵房、消防水池及高位消防水箱,但由于三坊七巷地处福州核心区,用地极其紧张,在地块内无法提供单独设置消防水池、水泵房的场地,同时又因为古建筑第五立面要求,也无法设置屋顶消防水箱。若将消火栓及喷淋系统直接接至市政自来水管网,市政供水压力仅为0.15~0.22MPa,无法满足国家标准《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974-2014)及《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2017)的要求。其次街区的室外消防给水系统存在原有室外消火栓数量不足和陈旧损坏的情况,尤其在路面改造后,室外消火栓栓口安装高度也不利于消防队员的救火操作。在火灾危险性增加的同时,原有的室外消防供水显得更为薄弱,火灾隐患较大。同时室外消防管线的敷设也受到现状场地的限制,古街区的坊巷宽度较窄,历经各种管道拉链改造后,巷道下已如蜘蛛网般密布了给水、雨水、污水、电力、通讯、燃气等各种管道,已无容纳新增消防给水管道的位置,而且为保证古街区风貌以及减少扰民,市政府已明令禁止在三坊七巷内的任何开挖施工。因此三坊七巷的消防给水系统和消防配套设施的改造升级仅能利用现有的管网。

2系统设计

2.1给水管网现状根据

2011年福州市勘测院提供的三坊七巷给水管道测绘平面图(如图1所示),原坊、巷间的市政自来水管道基本已形成环状管网,只需在八一七路和通湖路上再增设两根供水管分别供给东、西两侧地块用水,即可断开过街管道,使三坊七巷现状供水管形成一个封闭独立的环网。

2.2三坊七巷消防给水系统的改造

2.2.1消防系统改造方案的提出三坊七巷南临乌山,经福州自来水公司确认,在乌山顶上有一座建于五十年代目前已废弃并面临拆除的水池可以复用,该池底黄海标高43.5m,水池原有容积3000m3,可容纳三坊七巷最高日生活用水量(2000m3/d)和一次火灾消防用水量(846m3),因此具有设置高位消防水池常高压消防系统的条件。同时,三坊七巷近些年经过几次市政管网改造后,坊巷内已具备了环状市政供水管网,故将消防给水系统纳入现有生活给水系统管网统一考虑是目前进行消防系统提升改造较理想的方案。为了启用高位水池,本次改造在乌山脚专门设置了增压泵站,泵站内设有两台高位水池补水泵(一用一备),补水泵设计流量不小于最大时生活用水流量。

2.2.2常高压和临时高压相结合的消防系统为了校核常高压系统供水可靠性,在本工程范围内分别选择三个位置作为最不利点进行水力计算(如图2所示):A点位于三坊七巷北侧(郎官巷)的国保单位严复故居,距离高位水池距离较远,巷内市政管为支状;B点位于三坊七巷东侧(塔巷口)沿街商业店面,进深小,距离高位水池距离较远;C点位于三坊七巷南侧(法院地块),规划为商业客栈用途,距离高位水池较近,但地块面积、进深较大。经核算后得知,在用水高峰时,A点市政压力仅能满足室外消防系统需求,对于室内消防、喷淋系统,市政压力不足;B点能满足室内、外消防系统需求,喷淋系统压力略不足;对于进深较大的C点,当采用两路市政进水时,能满足消防、喷淋供水需求。综上所述,虽然三坊七巷市政管网基本具备环状条件,但由于保护区域面积较大,而已建成的高位水池位置高度受限,常高压系统对于距离高位水池较远的建筑供水压力不足仍是鞭长莫及。考虑到三坊七巷历史文化街区的重要性,为了弥补常高压系统存在的不足,保证改造后的合用系统在生活用水高峰时任一点发生火灾都能满足室内、外消防系统、喷淋系统设计流量和压力的需求,采取在增压泵站内增设两台(一用一备)消防加压泵作为消防临时高压给水系统,增加了供水的保障,增压泵设计流量为消防总流量与最大时生活流量总和,当需要向火场供水时,可直接从光禄坊上DN1000的市政给水主管道上取水,经加压后供至三坊七巷生活、消防合用的闭式环状管网(如3所示)。火灾初期,通常由常高压系统灭火,火灾期间可启动消防加压泵,将整个消防系统转变成既有高位水池稳压供水又有消防泵临时加压供水的系统,形成双路消防水源,充分保证了三坊七巷整个片区火灾时消防用水需求和供水可靠性。改造后的常高压与临时高压相结合的消防、生活合用系统消防总流量为105L/s,街区最不利点市政管网压力不小于0.45MPa。

3存在问题及相关解决方案

3.1水池消防用水不被动用措施

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014第4.3.8条,“消防用水与其他用水共用的水池,应采取确保消防用水量不作他用的技术措施”,此条文为强制性条文,是为了保证消防水量的安全性,必须严格执行。以往生活、消防合用系统,即生活用水和消防用水储备在同一水池,而供水管网各自独立设置,合用水池保证消防水量不作他用的传统作法,是在生活出水管上设置真空破坏孔。而三坊七巷合用系统运行情况与此不同,不仅水池合用,整套供水管网也是合用的,故水池出水管也无法按系统区分设置,传统的保证消防水量不被动用的做法在此已无用武之地。乌山高位水池既要保证消防水量不被动用,也要杜绝生活给水二次污染,确保饮用水安全,为了实现此目的,在水池修葺过程中,按规范要求,针对水池作了适当改造,将3000m3高位水池分隔成两格,合理设置导流墙,并设置两根出水管供至三坊七巷合用环网。经多方论证,结合工程实际情况,决定采用电气控制的方式来显示并控制高位水池的水位。在高位水池中设置超声波液位仪,高位水池补水泵采用液位仪信号控制启停,当水位降至接近消防水位时,补水泵启动,当水位升至生活最高水位时,补水泵停止,平时高位水池均处在消防水位以上运行,从而保证消防水量不被动用。需要注意的是,这个方案对供电和水位控制设备的安全可靠性需全面考虑。为了提高消防系统可靠性,本工程还设置了柴油发电机组为备用电源。常用电源是市政电网,当市政停电时自动转为自备发电机供电。需要改进的是,一般项目水位信号装置通常只有一组,本项目亦然。笔者建议,特殊项目可设置两组,安全性更高。

3.2水泵控制方式的确定

独立设置的消防系统,在准工作状态时,管网中无水流流动(管网渗漏除外),只有当火灾发生时,喷头动作或取用消火栓灭火,管网中才出现水流动和压力降,根据《消水规》第11.0.4条“消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关,或报警阀压力开关等开关信号应能直接自动启动消防水泵”的要求,设置流量开关和压力开关采集信号,即可发出启泵指令。而三坊七巷消防系统,因合用管网的缘故,在非消防时,管网中仍然存在生活用水流量,管网中流量和压力的波动仅反映了生活供水的状态,与消防状态无关,因此,即便设置了流量开关和压力开关对水泵的自动控制仍是束手无策,仍无法满足规范通过开关信号自动启泵的要求。但由于本工程两路消防水源中,其中一路为常高压供水系统,其较临时高压系统供水更安全可靠,也相对缓解了目前自动启泵要求。目前,三坊七巷消防控制系统尚待完善,处于正常运行状态的仅有三坊七巷管委会消控中心和南后街Ⅰ地块消控中心。管委会消控中心距离增压泵站较近,且前期改造中曾预留了电气管线,具备增设控制系统条件。高位水池液位信号除了控制补水泵启停,还传输至管委会消控中心。本工程消防加压泵控制方式,近期通过管委会消控中心远距离启泵和泵房内手动启泵的方式控制;远期待各地块消控系统完善后,可通过任何一组报警阀组压力开关、动用消防水位工况和火灾探测等消防信号自动启泵。当消防泵启动时,供水增压泵停止运转,以保证光禄坊DN1000市政供水管道内的供水稳定性。

3.3生活与消防合用管道压力均衡问题的分析

常高压与临时高压相结合的消防、生活合用系统,在提高了消防可靠和安全性的同时,也给生活供水系统造成了困扰。高位水池运行水位46~48m,而三坊七巷地面标高7~9m,即在常高压状态下,生活供水静压力约0.37~0.41MPa;当发生火灾消防泵启动时,最不利点动压不小于0.45MPa,其余部位压力会更大,超过了《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)对给水系统供水压力的要求,因此,需采取措施进一步控制给水管压力,使其满足正常用水需求的同时,实现节约用水。为了解决该问题,对三坊七巷地块内的各生活水用户进行了管网改造,在生活引入管上设置可调式减压阀,以保证消防状态下,生活管网的压力稳定,保证末端供水压力的波动在允许范围内。

4小结

本项目采用常高压和临时高压相结合的供水系统,因地制宜地启用了已废弃水池,统筹考虑生活、消防供水系统,减少开挖施工,在保证历史街区现状的情况下,满足了历史文化街区内的消防灭火要求。由于本工程限于生活给水和消防给水合用管道的特殊性,项目在乌山山顶水池内储存了三坊七巷的一次消防总用水量的同时,再采取消防水泵从市政主管上直接取水的方式,使得三坊七巷历史文化街区具备了两路消防水源条件,提升消防安全性。

参考文献

[1]温天蓉,叶胜发,邓金平,等.历史文化街区消防规划初探—以赣州市灶儿项历史文化街区为例[J].现代城市研究,2015(10):25-30.

[2]韩浩杰,王域慧,刘钰.基于文化意象视角下的历史街区解析—以福建三坊七巷为例[J].福建建筑,2018(2):14-17+30.

[3]林衍,檀群.浅议“三坊七巷”历史街区防火对策研究[J].建筑知识:学术刊,2012:47-48.

[4]李冬梅.重庆十八梯历史文化街区消防改造问题深析[J].武警学院学报,2017(10):47-50.

作者:李凌枫 张智娟 张嵘嵘 彭世兴 单位:福州轨道交通设计院

街区消防给水系统加压方式探究责任编辑:张雨    阅读:人次
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