建筑给排水工程中高层建筑消火栓系统的压力调节优化及灭火效能研究

一、引言

随着城市化进程加快，高层建筑数量激增，其消防安全问题备受关注。消火栓系统作为高层建筑最直接的灭火设施，需确保火灾时各楼层消火栓均能提供足够压力和流量。然而，高层建筑竖向高度差大，底层消火栓静水压力易超标，顶层压力易不足，导致管网接口泄漏、配件损坏、无法形成有效充实水柱等问题。据统计，2024 年我国高层建筑火灾中，因消火栓系统压力失衡导致灭火延误的占比达 35% 。因此，开展压力调节优化研究具有重要工程价值。

二、高层建筑消火栓系统压力失衡的成因及对灭火效能的影响 4.1 灭火效能评价指标体系

2.1 压力失衡的核心成因

高层建筑消火栓系统压力失衡根源在于竖向压力分布不均，具体成因有三方面：一是静水压力累积，底层静水压力常超标，顶层动压不足；二是竖向分区不合理，部分建筑未精确计算，导致分区内压力波动大；三是压力调节装置匹配性差，额定参数与实际需求不匹配，缺乏动态调节能力。此外，管网老化、阀门故障也会加剧压力不均。

2.2 对灭火效能的直接影响

压力失衡会削弱消火栓系统灭火效能：底层压力过高易产生 “ 水锤效应” ，冲击管网、造成水花飞溅、损坏设备；顶层或中间楼层压力不足，出水流量和充实水柱长度不达标，延误初期灭火；压力波动频繁会使水枪射流不稳定，降低灭火效率。如某 30 层住宅建筑火灾，底层压力高致管网接口泄漏，顶层压力低无法形成有效射流，火势蔓延。

三、高层建筑消火栓系统压力调节优化策略

3.1 竖向分区的精细化设计

竖向分区是压力调节基础，需结合建筑高度、管网水力特性精细化划分。采用 “ 静压控制 + 阻力平衡” 双原则：先按静水压力确定初步分区，住宅每 20 - 25 层、公共建筑每 15 - 20 层一区；再通过水力计算软件模拟管网阻力，调整分区边界，确保分区内最不利点消火栓动压 ≥0.15MPa 。超高层建筑采用 “ 串联分区” 模式，设转输水泵和减压水箱，分低、中、高三个分区。某 150m 超高层办公楼通过此设计，将各分区压力偏差控制在 0.3MPa 以内。

3.2 压力调节装置的合理选型与布置

根据分区特点选用适配的压力调节装置，实现精准控压。对于低区及中区底层，优先选用比例式减压阀，其通过阀瓣比例调节实现出口压力稳定，适用流量变化较小的区域，安装时需保证前后直管段长度≥3 倍管径，避免水流扰动影响调节精度；对于高区及分区内压力波动较大的区域，采用可调式减压阀，通过手动或自动调节设定压力，适应不同工况需求，同时配备压力反馈装置，实时监测出口压力；对于顶层及最不利点消火栓，设置增压稳压设备，由稳压泵、气压罐及控制柜组成，当系统压力低于设定值（如 0.15MPa）时，稳压泵自动启动补压，确保灭火时压力稳定。此外，在每个分区入口处设置压力表和压力传感器，实时监测分区压力，为调节装置运行提供数据支撑。

3.3 系统联动控制与动态调节

构建 “ 监测 - 调节 - 反馈” 的联动控制系统，实现压力动态优化。通过部署在各分区的压力传感器、流量传感器，实时采集管网压力、出水流量数据，传输至消防控制室的 PLC 控制柜；控制柜根据预设逻辑自动调节设备运行：当火灾发生时，消防水泵启动后，若低区压力超过 0.8MPa，自动开启减压阀旁通阀泄压；若高区压力不足，增大转输水泵转速或启动备用增压泵；当某一区域流量骤增导致压力下降时，联动周边分区调节装置进行压力补偿。同时，系统与火灾自动报警系统联动，根据火灾探测区域自动调整对应分区的压力设定值，优先保障火灾楼层压力需求。某商业综合体通过联动控制系统，在模拟火灾测试中，仅用 15 秒就将火灾楼层（10 层）的消火栓压力从 0.2MPa 提升至 0.4MPa ，满足灭火要求。

四、灭火效能提升效果与实践案例

从 “ 压力稳定性” “ 流量达标率” “ 操作便捷性” 三个维度构建评价指标体系：压力稳定性以各楼层消火栓出口压力偏差值衡量，偏差越小则稳定性越好；流量达标率以满足灭火流量（≥5L/s）的消火栓数量占比计算；操作便捷性通过消防员开启消火栓至形成有效充实水柱的时间评估。同时，结合模拟灭火测试，观察充实水柱长度、射流稳定性及灭火耗时，综合评价系统灭火效能。

4.2 实践案例：某 30 层住宅消火栓系统优化

某 30 层住宅建筑原消火栓系统存在底层压力超标（1.1MPa）、顶层压力不足（0.1MPa）的问题，灭火测试中顶层充实水柱仅 6m，无法满足要求。优化措施包括：将系统划分为低区（1-15 层）和高区（16-30 层），低区入口设置比例式减压阀（出口压力设定为 0.5MPa），高区入口设置可调式减压阀（出口压力设定为 0.4MPa），顶层设置增压稳压设备（稳压压力 0.18MPa）；构建联动控制系统，实现压力实时监测与动态调节。优化后测试结果显示：各楼层消火栓出口压力偏差缩小至 0.1-0.5MPa，流量达标率从原来的 70% 提升至 100% ，顶层充实水柱长度达 12m ；模拟火灾时，消防员开启消火栓至形成有效射流的时间从 45 秒缩短至 15 秒，灭火耗时减少 30‰ 。系统运行 1 年来，未发生管网泄漏、压力失衡等问题，消防安全等级显著提升。

五、结论与展望

高层建筑消火栓系统的压力调节优化是提升灭火效能的关键，通过竖向分区精细化设计、压力调节装置合理配置及联动控制系统构建，可有效解决压力失衡问题，确保火灾时各楼层消火栓均能提供稳定的压力和流量。实践证明，优化后的系统不仅能满足消防规范要求，还能显著提升灭火响应速度与效率。未来，应进一步结合物联网技术，开发智慧消防压力监测平台，实现远程实时监控与故障预警；研发自适应压力调节装置，提升对复杂工况的适应能力；加强消火栓系统与自动喷水灭火系统的协同控制，构建一体化消防给水保障体系，为高层建筑消防安全提供更全面的技术支撑。

参考文献

[1]李锦涛. 建筑给排水及暖通工程施工技术和造价控制研究[J].住宅与房地产,2025,(23):116-118.

[2]黄春. 房屋建筑给排水项目工程造价预测研究[J].工程建设与设计,2025,(14):228-230.DOI:10.13616/j.cnki.gcjsysj.2025.07.275.

[3]马龙江,王立安. 建筑智能化给排水工程优化与压力控制研究[J].新城建科技,2025,34(06):147-149.