高层建筑火灾供水方法研究

1 前言

随着我国城市与经济建设的高速发展，各种功能的大型建筑、地下建筑、高层和超高层建筑不断涌现，导致火灾隐患越来越多，火灾损失也越来越大。由图 1‑1 [1] 可以看到，从2021 年到 2024 年，全国火灾发生起数呈现出上升的趋势。其中高层建筑火灾也是时有发生，并且呈现出越演越烈的趋势。而相关消防设施却跟不上建筑高度的发展趋势，致使高层建筑一旦发生火灾，很难及时对起火点进行有效控制甚至扑灭，造成火势迅速蔓延扩大。例如 2008 年 8 月 14 日 16 时 35 分，上海环球金融中心发生火灾，该起火灾最高着火点位于八十三层（ 357m ），大楼内部临时消防用水难以满足火灾扑救需要，从外部垂直铺设水带供水，又会遇到施工脚手架的阻碍，而且每层设置的临时墙壁式消火栓出水口口径为 50mm ，与现有装备不匹配，结果影响了灭火战斗的快速展开；2009 年 2 月 9 日 20 时 27 分，北京市中央电视台新址园区在建的附属文化中心大楼发生火灾，该建筑为超高层建筑，火势由159m 的高处沿外立面向下蔓延，内部顶层火势沿通道向下蔓延，致使外部进攻射水高度不够，打不到火点。因此，一旦高层建筑发生火灾，如何组织有效的供水，保证灭火救援工作的持续不间断进行，使人民的生命、财产损失降低到最低程度，是一个需要我们认真思考的重要问题。

2 高层建筑火灾供水存在的问题

2.1 利用固定消防设施供水存在的问题

高层建筑消防给水系统是高层建筑中消防系统的基本组成 , 具有高耗水量和高水压的特点 , 它的安全可靠性直接影响到高层建筑消防灭火安全 [2]。通过对很多重、特大火灾案例的分析可以发现：在扑救高层建筑火灾时，由于固定消防设施的作用没有得到充分发挥，导致火灾不能得到及时有效的控制。

总结高层建筑火灾利用固定消防设施供水存在的问题主要有

2.1.1 没有严格按照规范要求安装固定消防设施

有些建筑，特别是一些较早建成的高层建筑，固定消防设施建设比较薄弱，对于现行规范来说存在着严重的火灾隐患。有的单位则是消防设施还没有建设完成就擅自开业投入使用，结果发生火灾后没有可用的固定消防设施。有的单位虽然修建了固定消防设施，但是工程没有严格按照规范要求施工，存在“偷工减料”、“缺斤少两”的情况，能不建的就不建，或者在建设上打折扣，给充分利用固定消防设施供水灭火埋下了隐患。

2.1.2 固定消防设施损坏

有的单位对消防安全不重视，虽然安装了固定消防设施，但是维护经费不足，在管理上得过且过，缺少主动维护。消防设施出现问题后，也不正常维修，而采用关闭报警系统、关闭联动系统甚至关闭供水管道阀门等错误方法，常常导致消防救援队伍到达现场后无法利用固定消防设施展开战斗的情况发生。比如新疆乌鲁木齐德汇国际广场批发市场火灾，德汇大酒店内设有火灾自动报警、室内消火栓给水系统、水喷淋和防火卷帘系统，但发生火灾时只有 3 楼电梯前室与连廊连接部位防火卷帘放下，其他均处于故障状态不能正常使用[3]，致使火势的蔓延得不到有效遏制，火灾扑救困难，并造成了人员伤亡。

2.1.3 对固定消防设施不熟悉、不会用

一些基层消防指战员“四掌握、六熟悉”不到位，缺乏对重点单位的演练和固定灭火设施的检查使用，造成对着火单位情况不了解，发生火灾时找不到固定消防设施或操作程序不熟悉。另外，一些基层消防队员，特别是地方刚入警的消防队员对消防工作了解不够，仅仅接受过移动消防设备的运用培训，不会充分利用建筑内的固定消防设施，结果造成高层建筑内部固定消防设施的利用率过低。

2.2 利用移动消防装备供水存在的问题

2.2.1 建筑高，水泵扬程相对较低

理论上，中低压消防车垂直最大供水高度如表 2-1^[4] 所示，但是当面对诸如 421 米高的上海金茂广场，415 米高的香港国际金融中心 等这类超高层建筑，基层消防救援队伍现有装备仍然显得有些应对乏力。

而且，建筑高度越高，对消防车水泵性能，水带质量，垂直固定以及战斗员自身安全防范等要求也越高，造成组织移动装备供水时间长，易延误最佳灭火时机。

2.2.2 供水干线铺设受限

高层建筑发生火灾后，我们常采用垂直铺设水带方法铺设水带干线，然而在实际生活中，除居民住宅楼有阳台和窗户，有条件利用垂直铺设水带供水外，绝大多数的高层建筑为办公楼，高级宾馆等，大多采用全封闭式的玻璃幕墙，没有开口面，没法让消防员垂直铺设水带供水。即使能够利用垂直铺设方法铺设水带，水带的固定也是个问题[5]。

而沿楼梯铺设水带，虽然较之垂直铺设水带方法安全可靠，但是所用水带数量多，铺设时间长，沿楼梯向上铺设对消防员体能消耗大，铺设完以后对水带干线的检查维护任务重。

另外，供水干线的可靠性比固定消防设施低。由于供水线路不多，供水距离远，对水带的耐压强度要求比较高，一旦发生水带爆裂现象，更换水带不方便，将严重影响火场供水的连续不间断性。

2.2.3 举高车部署困难

从时间上看，高层建筑火灾蔓延速度快，要求消防人员第一时间调集足够警力和有效装备，第一时间到场展开，第一时间实施救人，第一时间进行排烟降毒，第一时间控制灾情发展 [6]。而现实情况却是，很多举高车辆体型庞大，重量重，很多城市的道路、桥梁限高、限重，往往不能按照要求在第一时间到达现场展开战斗，进而耽搁了救援的有利战机。

许多高层建筑为了追求经济效益在地下设置了附属建筑，使地面承重能力下降，大型举高车辆就算到达现场也难以接近高层建筑。或者高层建筑周围有很多架空电线、广告牌，举高车靠近高层建筑后也难以举升作业。

而且举高车辆的上升和施救高度有限，一般情况下，消防云梯车只能升至限定值的 80% 左右。如果地面风力达到4 至5 级，云梯车就无法升高作业。

3 利用固定消防设施向高层建筑供水的研究

在扑救高层建筑火灾时，指挥员应该坚持“以固为主，固移结合”的作战指导思想，消防队到达现场后首先选择利用建筑内固定消防设施进行灭火救人，当固定消防设施不足以控制和消灭火灾时，才考虑利用移动消防装备进行灭火救人。

利用固定消防设施进行高层建筑火

3.1 利用室内消火栓给水系统供水

消火栓系统是一种使用普通且简单的灭火装置，该系统由消火栓、水带、水枪和有玻璃门的消火栓箱组成。在高层建筑中，室内消火栓多配备一盘 20m 的 D65mm 胶里水带和Φ19mm 直流水枪。值得注意的是，我国室内消火栓常用 DN65 消火栓，普通民众不能承受其产生的反作用力，如果可以，建议高层建筑消火栓给水系统中设置小口径消火栓 ( 如DN40、DN25) 或水喉 , 可以有效的减小水枪灭火时产生的反作用力 , 便于普通民众使用其扑灭初期火灾。[7]

根据规范要求，高层建筑内都配有室内消火栓给水系统，每层都设有室内消火栓，而且许多消火栓箱内还设有能够直接启动消防泵的远程启动按钮。这为我们利用建筑内的消火栓供水管网灭火提供了前提条件。另外，由于利用建筑内的管网灭火具备出水快且安全的特点，能够节省人工铺设水带的时间，抓住有利战机。所以消防员到达水枪阵地后，应该利用室内消火栓灭火，迅速将消火栓箱处的水枪、水带与消火栓连接好，开启消火栓手轮灭火，并通过消火栓箱内的远程启动按钮启动消防泵工作，或者通知消防控制室启动消防泵，以保证系统连续不间断供水。

如果已经打开了消火栓却不出水或者启动了消防水泵水压却没有上升，可能是室内消火栓竖管上的阀门没有打开，将其打开即可，也可能是因为消防泵出水口处的阀门没有打开或是消防泵损坏，消防员可以先将消防泵出水口处的阀门打开，如果可以正常供水，说明系统正常，如果依然不能供水，则说明消防泵损坏，需要利用消防车通过水泵接合器向室内消火栓供水管网加压供水。

值得注意的是，达到现场后，指挥员首先需要确定可以同时打开的室内消火栓数量，《消防给水及消火栓系统技术规范（2014 版）》[8] 表 3.5.2 给出了不同条件下民用建筑室内消火栓设计流量，按照每支水枪最小流量为 5L/s 计算得可同时使用消防水枪数，见表 3‑1。由表知道，其可以同时使用水枪数量与建筑类别和建筑高度等有关，指挥员达到现场后预估布置水枪数量，建议按 50m 及以下出 4 支，50m 以上出 6 支，每支水枪可以控制 30 ㎡火场面积估算，迅速决定是否需要利用移动消防装备供水作为室内消火栓系统供水的补充。

条件允许时指挥员在作战现场还可以通过以下几种方法确定可以同时打开的室内消火栓数量：

（1）如果知道室内消火栓的设计用水量 Q，那么可同时打开室内（2）不清楚其设计用水量时，则查看泵房内消防主泵的流量 Q

（3）如果知道室内消火栓系统水泵接合器的总数，那么 N=2n （n 为水泵接合器 数量）；（4）当消防水泵未动作时，采用水泵接合器供水，每启动一个水泵接合器一般可以同时启动两个室内消火栓。

3.2 利用水泵接合器供水

消防水泵接合器是连接室外消防车向室内消防环状给水系统中加压供水的一种装置。当室内消防水泵发生故障或室内消防用水量不足时（如火场用水量超过固定消防泵的流量），消防车可以从室外消火栓、消防水池或天然水源取水，然后根据标明的水泵接合器的类型和管辖范围，从车上铺设水带连接水泵接合器，通过水泵接合器将水送至室内管网，供室内火场灭火。

但是使用水泵接合器供水应该注意一下几个问题：

（1）确定是消防泵出现故障不能使用还是供水量不足再使用水泵接合器。

（2）如果是因为供水量不足使用水泵接合器注水加压时，应注意消防车车载泵的泵压和消防泵泵压是否相匹配，再行并联工作。

（3）分清是室内消火栓系统的水泵接合器，还是自动喷水灭火系统的水泵接合器，防止 接错。

（4）对实行分区供水的高层建筑，应确定水泵接合器的供水区域。

另外需要注意的是，虽然为了能有利于消防供水设备及时有效的取上水 , 在建筑的周围会均匀布置室外消火栓，[9] 但是规范规定了一个室外消火栓只能为一个消防水泵结合器使用，[10] 所以在连接室外消火栓和消防车时也应该呈一一对应的关系。

3.3 利用建筑内竖管供水

铺设水带干线供水，存在对战斗员体能消耗巨大，水带供水干线可靠性差，常常出现水带爆裂的情况，而且对铺设的条件和水带固定要求高，所以建筑里要是能有供水竖管，消防员可以利用供水竖管代替水带进行供水，这样可以节省大量的人力、物力和时间，抓住火场有利战机。

特别是针对一些在建高层建筑，其固定消防设施往往不健全，如果设置有供水竖管，一旦发生火灾，消防员可以在很短的时间内将水供到着火楼层。最典型的例子就是上海环球金融中心大火，大楼 83 层有火点，消防员将水供到 52 层，再利用临时供水竖管供水，使火灾得以成功扑救。

就算是一些已经建好的高层建筑，由于室内消火栓系统的供水管网设计流量，消火栓布置间距已经确定，当火势较大，供水要求超过其设计流量时，如果大楼里安装有供水竖管，那么我们可以用消防车加压供水，作为室内消火栓系统的补充。

4 利用移动消防装备向高层建筑供水的研究

高层建筑发生火灾时，有时仅靠大楼本身的灭火设施是不够的，我们还需要充分发挥现有移动消防装备的作用，配合高层建筑固定消防设施共同扑救建筑大火。

利用移动消防装备向高层建筑供水可采取如下方法：

4.1 单车单干线供水

当建筑固定消防设施不足以控制和消灭火灾，消防指挥员应该考虑利用车辆通过铺设水带等作为固定消防设施的供水补充方法进行灭火。根据着火层高度，首先考虑单车单干线能否完成供水。如今，很多消防救援队伍都装备了中低压消防车，其供水高度已经可以达到相当高的高度。如果在其扬程范围以内，我们可以直接利用单车单干线完成供水任务。以配备BZ25/50 消防泵的 SHX5140GXFSG50ZD 中低压水罐消防车为例，从理论计算上看，若消防车采用单车单干线垂直直接供水，使用工况 3 工作，额定扬程 250×10⁴Pa ，额定流量 15L/s，干线采用 D80mm 高压水带，其中地面水平 3 条，着火层设分水器出 2 支 S_K13m 的 Φ19mm 水枪，分水器前铺设两条 2×D65mm 中压水带，则垂直最大供水距离为：

再从相关实际测试结果来看，采用中低压泵单泵供水出 2 支 Φ19mm 水枪，垂直供水高度可达 165m ，相关供水测试数据见表 4‑1 所示。由此可见，利用单车单干线向 150m 高的建筑供水是可以实现的。如果采 用泡沫灭火剂，供水高度甚至能够达到更高。比如下表中TLF30/50OS 压缩空气A 类泡沫车稳定出泡沫供水高度达到了 242m_⨀ 。

足喷射器具压力或提高供水压力的目的，耦合供水车辆应保证按照大泵在前，小泵在后的原则进行供水。[13]

不过在实际操作中应该注意，有些车辆消防用水只能先进入水箱然后再供应出来，不能直接将水压入前车的水泵中，比如斯太尔等。虽然这些车辆属于大功率车辆 , 但由难以实现压力叠加效果 , 不能作为