摘要：深入探究建筑給排水及消防系統(tǒng)，對(duì)提高建筑物的整體安全性和可靠性，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的抗災(zāi)能力和可持續(xù)發(fā)展水平至關(guān)重要。依托某工業(yè)建筑工程項(xiàng)目，對(duì)該建筑工程給水、排水及消防系統(tǒng)進(jìn)行研究，計(jì)算消防水泵房潛污泵的抽水流量，采用層次分析法對(duì)工業(yè)建筑的給水方式及消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行綜合權(quán)重計(jì)算，并給出優(yōu)選方案。研究結(jié)果表明，在適用于工業(yè)建筑的5種不同給水方式和4種滅火系統(tǒng)中，疊壓供水方式和自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)的綜合權(quán)重最大，建議優(yōu)先采用。

關(guān)鍵詞：建筑給排水；消防系統(tǒng)；層次分析法

0" "引言

隨著城市人口的不斷增加，建筑物的規(guī)模和復(fù)雜度也在不斷增加，大型商業(yè)綜合體、高層住宅樓、工業(yè)廠房等建筑形式層出不窮，這對(duì)給排水及消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理提出了更高要求[1]。氣候變化對(duì)城市的影響日益顯著，極端天氣頻發(fā)使得建筑給排水及消防系統(tǒng)的穩(wěn)定性和韌性面臨嚴(yán)重威脅[2-3]。在此背景下，研究如何保障建筑物內(nèi)部的水資源供應(yīng)和排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，以及如何應(yīng)對(duì)火災(zāi)等災(zāi)害情況，已經(jīng)成為當(dāng)前城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)中的緊迫任務(wù)。

在現(xiàn)有研究中，工業(yè)建筑給排水方式及滅火系統(tǒng)優(yōu)選方案尚未查明，鑒于此，本研究采用層次分析法，對(duì)工業(yè)建筑給排水及消防系統(tǒng)開展研究，研究成果可為實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用、緩解水資源短缺問題，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)。

1" "工程概況

本研究依托某地一工業(yè)建筑工程項(xiàng)目，該建筑總占地面積約8657m2，建筑層高17.4m，建筑總面積17320m2，分為地下一層，地上兩層，采用鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)形式。該建筑地下一層為消防水泵房，地下泵房及發(fā)電機(jī)房的耐火等級(jí)為一級(jí)，剩余建筑區(qū)域耐火等級(jí)均為二級(jí)。

2" "層次分析法概述

層次分析法是一種多準(zhǔn)則決策方法，旨在對(duì)復(fù)雜的決策問題進(jìn)行系統(tǒng)化分析和權(quán)衡。其核心思想是將一個(gè)復(fù)雜的決策問題分解為若干層次，構(gòu)建決策層次結(jié)構(gòu)，確定決策目標(biāo)。然后將目標(biāo)細(xì)化為若干準(zhǔn)則，再將準(zhǔn)則進(jìn)一步分解為若干子準(zhǔn)則或備選方案。通過構(gòu)建比較矩陣，對(duì)不同層次的因素進(jìn)行比較，判斷相對(duì)重要性上的優(yōu)劣關(guān)系。再采用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出每個(gè)因素相對(duì)于其他因素的權(quán)重，進(jìn)而得到最終的權(quán)重向量。將這些權(quán)重用于計(jì)算每個(gè)備選方案的綜合得分，以便做出最合理的決策。

采用層次分析法的主要步驟包括建立層次模型、劃分層次矩陣和計(jì)算各層次權(quán)重并進(jìn)行一致性分析。一致性比率CR按照下式計(jì)算：

（1）

式中：CI和RI分別為一致性判斷指標(biāo)和隨機(jī)一致性指標(biāo)。隨機(jī)一致性指標(biāo)RI按照表1取值。

CI按照下式計(jì)算：

（2）

式中：λmax為矩陣特征值最大值；n表示基數(shù)數(shù)量。

3" "給排水及消防系統(tǒng)分析

3.1" "給水系統(tǒng)分析

3.1.1" "各供水方式對(duì)比

現(xiàn)行供水方式主要有直接給水、屋頂水箱給水、氣壓給水、變頻調(diào)速供水和疊壓供水。直接給水是指水源直接連接到用戶的水龍頭，不經(jīng)過中間的水塔或水箱等儲(chǔ)水設(shè)施，直接從水源輸送到用戶終端。這種供水方式操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，不需要額外的儲(chǔ)水設(shè)備，有利于減少水資源浪費(fèi)和系統(tǒng)能耗。

屋頂水箱給水系統(tǒng)組成包括水箱、管道系統(tǒng)以及過濾、凈化設(shè)備，它通過在建筑物屋頂安裝水箱儲(chǔ)存水源，利用重力原理將水輸送到建筑物內(nèi)部。這種供水方式利用自然的水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的水資源利用，減輕供水壓力的同時(shí)也有助于環(huán)境保護(hù)。

氣壓給水系統(tǒng)組成包括水池、水泵、止回閥、控制器、補(bǔ)氣裝置、氣壓儲(chǔ)水罐、閥門、立管以及配水龍頭。氣壓水罐中有一定量的空氣和水，通過連通管道與水源相連。當(dāng)水被注入罐內(nèi)時(shí)，空氣被擠壓，形成一定的氣壓，打開水龍頭時(shí)，通過在氣室中注入空氣或利用自然氣壓，形成一定的氣體壓力。利用氣體的壓力來(lái)推動(dòng)水流，實(shí)現(xiàn)供水的目的。該方式無(wú)需外部能源驅(qū)動(dòng)，僅通過氣體良好的密閉性和傳導(dǎo)性，便能實(shí)現(xiàn)水的輸送，從而節(jié)省機(jī)械驅(qū)動(dòng)所需的能源和成本。氣壓給水系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，系統(tǒng)故障少，有利于降低環(huán)境污染。

變頻調(diào)速供水方式系統(tǒng)組成包括水池、水位傳感器、變頻調(diào)速水泵、恒速泵、止回閥、控制柜、壓力傳感器、閥門、立管以及配水龍頭。變頻調(diào)速供水方式是一種先進(jìn)的水泵控制技術(shù)，通過采用變頻器調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵輸出流量和壓力的精確控制，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，能夠根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調(diào)整水泵的運(yùn)行狀態(tài)，避免過多的水資源浪費(fèi)。但變頻調(diào)速系統(tǒng)初期投資相對(duì)昂貴，且對(duì)電力質(zhì)量和穩(wěn)定性要求較高，對(duì)電網(wǎng)的影響較大，可能引起電磁干擾和諧波擴(kuò)散等問題。且變頻調(diào)速系統(tǒng)涉及到眾多電子元器件，易出現(xiàn)故障和損耗，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響給水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

疊壓供水系統(tǒng)組成包括負(fù)壓表、閥門、過濾器、倒流防止器、穩(wěn)流補(bǔ)償罐、控制柜、給水泵、旁通管、撓性接頭、立管及配水龍頭。該系統(tǒng)通過穩(wěn)流補(bǔ)償器根據(jù)水位、水壓及真空度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直接從給水管網(wǎng)中抽水，無(wú)需設(shè)置水箱。

3.1.2" "供水最優(yōu)方案選取

采用層次分析法，根據(jù)前期投資費(fèi)用、后期運(yùn)行費(fèi)用、占用面積、用水可靠性、能量損耗及管理方便程度等基準(zhǔn)，在上述供水方案選取最優(yōu)方案。層次模型如圖1所示。

不同給水方式的綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表2所示，由表2可知，5種給水方式的綜合權(quán)重分別為0.1516、0.1854、0.1302、0.2804和0.2524，其中疊壓給水方式的綜合權(quán)重最大，因此對(duì)該建筑可優(yōu)先采用疊壓供水方式。

3.2" "排水系統(tǒng)分析

3.2.1" "散水量分類及計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，高層建筑、庫(kù)房、廠房消防栓栓口動(dòng)壓應(yīng)大于0.35MPa。若給水管網(wǎng)壓力不足，則需設(shè)置消防水泵房，以實(shí)現(xiàn)加壓供水。消防水池與消防水泵房均修建于地下，且相鄰設(shè)置，需要通過潛污泵抽出水泵房中的散水，主要包括溢流水、消防廢水、遺漏水。

潛污泵的流量根據(jù)所述散水的最大值確定。其中遺漏水是由于管道腐蝕、接頭松動(dòng)、密封件老化等原因引起的，其遺漏水量一般較少，數(shù)值無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，其影響可忽略。

消防系統(tǒng)的水泵通過自動(dòng)控制或手動(dòng)操作將水送入供水管網(wǎng)，以確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠迅速提供足夠的水源。若消防水泵超負(fù)荷運(yùn)行或供水管網(wǎng)阻塞等原因，將導(dǎo)致水池水位過高，進(jìn)而引發(fā)溢流。溢流水量與進(jìn)水管流量近似相等，通常按照下式計(jì)算：

（3）

式中：Q為體積流量，單位為m3/h；d表示進(jìn)水管直徑，單位為m；v為進(jìn)水管平均流速，取1.2m/s。

根據(jù)規(guī)范要求，進(jìn)水管直徑取DN100，經(jīng)計(jì)算得到溢流水量為34.1m3/h。消防水泵房?jī)?nèi)發(fā)生火災(zāi)可能性較小，無(wú)需設(shè)置噴水滅火系統(tǒng)，各位置設(shè)置2個(gè)消火栓進(jìn)行保護(hù)即可。

消防廢水是指在火災(zāi)撲救和滅火過程中產(chǎn)生的含有滅火劑、燃燒產(chǎn)物以及其他污染物的廢水，取單個(gè)消火栓的流量為5L/s，則消防廢水總量為36m3/h。根據(jù)上述計(jì)算及工程經(jīng)驗(yàn)，取潛污泵流量為40m3/h。

3.2.2" "雨水排放系統(tǒng)選取

雨水排放系統(tǒng)主要包括重力流雨水排水系統(tǒng)和虹吸壓力雨水排水系統(tǒng)。重力流雨水排水系統(tǒng)依賴地球引力，通過合理設(shè)計(jì)排水管網(wǎng)，將雨水從建筑物表面流向集水點(diǎn)。在虹吸壓力雨水排水系統(tǒng)中，通過設(shè)計(jì)合理的管道結(jié)構(gòu)和坡度，可利用虹吸效將雨水從高處引導(dǎo)到低處。虹吸雨水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)投入較高，通常比重力流雨水系統(tǒng)成本高出20%～50%。而重力流雨水系統(tǒng)管材承壓能力要求較高。鑒于該工業(yè)建筑空間較大且高度滿足虹吸雨水系統(tǒng)流速要求，首選虹吸雨水系統(tǒng)。

3.3" "消防系統(tǒng)分析

3.3.1" "工業(yè)建筑火災(zāi)特點(diǎn)

工業(yè)建筑往往涉及大規(guī)模的生產(chǎn)和儲(chǔ)存，由于建筑內(nèi)存在大量易燃物質(zhì)，如化學(xué)品、燃料和原材料，從而使火災(zāi)爆發(fā)后燃燒能量巨大。工業(yè)建筑通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間面積大，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得火勢(shì)蔓延速度較快，難以有效控制。工業(yè)建筑中常存在各類高溫設(shè)備和電氣設(shè)備，易引發(fā)火災(zāi)。工業(yè)建筑生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生大量有毒氣體，一旦火災(zāi)發(fā)生，有毒氣體的釋放將對(duì)人員安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

3.3.2" "工業(yè)建筑常用滅火系統(tǒng)分析

現(xiàn)行消防滅火系統(tǒng)主要有普通自噴系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、雨淋自噴系統(tǒng)、消防冷卻水系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、固定消防炮滅火系統(tǒng)、自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)、大空間智能滅火系統(tǒng)等。根據(jù)上述工業(yè)建筑火災(zāi)特點(diǎn)，常選取大空間智能滅火系統(tǒng)、雨淋滅火系統(tǒng)、固定消防炮滅火系統(tǒng)及自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)4種方案，其系統(tǒng)特點(diǎn)如表3所示。

3.3.3" "滅火系統(tǒng)選取

依據(jù)前期投資費(fèi)用、占用面積、系統(tǒng)可靠性及適用范圍程度4條基準(zhǔn)，采用層次分析法計(jì)算各滅火系統(tǒng)方案對(duì)消防滅火系統(tǒng)的綜合權(quán)重。消防滅火系統(tǒng)層次模型如圖2所示。

4種消防滅火系統(tǒng)綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表4所示。觀察表4數(shù)據(jù)可知，4種消防滅火系統(tǒng)的綜合權(quán)重依次為0.2873、0.3945、0.1201和0.1983。其中，自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)綜合權(quán)重最大，因此在該建筑中，采用自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)為最優(yōu)選擇。

4" "結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)工業(yè)建筑的給排水及消防系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用層次分析法對(duì)工業(yè)建筑給水方式及滅火系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)選，得出以下結(jié)論：

采用層次分析法，計(jì)算出高位水箱給水、氣壓罐給水、變頻調(diào)速給水、疊壓給水、變頻調(diào)速并聯(lián)氣壓罐給水的綜合權(quán)重，分別為0.1854、0.1302、0.2804和0.2524，其中疊壓給水的綜合權(quán)重最大，建議采用該給水方式。

消防水泵房溢流水量近似等于進(jìn)水管流量，通過計(jì)算得到溢流水量和消防廢水量分別為34.1m3/h和36m3/h，潛污泵流量取40m3/h。鑒于該工業(yè)建筑空間較大且高度滿足虹吸雨水系統(tǒng)流速要求，首選虹吸雨水系統(tǒng)。

針對(duì)適用于工業(yè)建筑的大空間智能滅火系統(tǒng)、自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)、固定消防炮滅火系統(tǒng)、雨淋滅火系統(tǒng)，采用層次分析法計(jì)算，得到其綜合權(quán)重分別為0.2873、0.3945、0.1201和0.1983。鑒于自動(dòng)掃射高空水炮滅火系統(tǒng)綜合權(quán)重最大，將其作為優(yōu)選滅火系統(tǒng)。

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