-42- 关于排水立管水膜流水力粗糙区

非终限状态下流量、流速不等式之确定

张 之 立

（中煤科工集团北京华宇工程有限公司  北京，100120）

摘 要： 在非终限状态下，根据排水立管水膜流水力粗糙区两种类型的摩擦阻力系数公式，分别推导出其

两种类型的流量不等式与流速不等式。

关键词： 水膜流；非终限状态； 水力粗糙区；流量；流速；不等式

-42-

-43-

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-44-

-45-

⦥䌯ょ㔶

-46-

-47-

⦥䌯ょ㔶

参考文献：

[1] 张之立 . 关于怀利—伊顿公式之推导与分析［J］. 水务世界，2021, (6)：37-45.

[2] 张之立 . 关于排水立管水膜流摩擦阻力系数公式之探索［J］. 水务世界，202x, (x)：xx-xx.

[3] 张之立 . 关于排水立管水膜流水力半径、水力直径表达式的确定［J］. 水务世界，2022, (1)：9-14.

-48- 湿式报警阀压力开关堵塞原因分析

崔景立 1，2    马龙 3

    张军 4    周旭辉 4

    李杰 1    田守祥 1

（1. 机械工业第六设计研究院有限公司，郑州 450007；2. 国机中兴工程咨询有限公司，郑州 450007；3. 中国

电建集团西北勘测设计研究院有限公司 . 西安 710065；4 中国建筑西北设计研究院有限公司 . 西安  710018）

摘 要： 针对国家工程建设标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2017 第 11.0.1 条条文说明提

到的“压力开关存在易堵塞”的问题，从湿式报警阀组的构造入手，从阀体，连接管路、过滤器、延迟器，

再到压力开关等，逐一进行排查，寻找堵塞点的位置，分析出现堵塞的可能原因。同时，进一步分析了自

动喷水灭火系统供水侧与系统侧出现压力波动的原因，以及管网压力波动与压力开关堵塞之间的联系，并

就有关问题提出了相应的解决办法。

关键词： 消防 压力开关 堵塞 过滤器

0 引言

国家工程建设标准《自动喷水灭火系统设计规范》

GB 50084-2017[1] 第 11.0.1 条规定：“ 湿式系统、

干式系统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和报警阀组压力开

关直接自动启动消防水泵。”与此前相比，在湿式报

警阀压力开关联动启泵的基础上，新增了两种联动启

泵方式，分别是高位消防水箱出水管上的流量开关和喷

淋泵出水管上的压力开关。查阅相应的条文说明，一方

面是为了与国家标准《消防给水及消火栓系统技术规范》

GB 50974 相协调，一方面“根据目前应用现状，压力开

关存在易堵塞、启泵时间长等缺点。”众所周知，从第

一本《自动喷水灭火系统设计规范》GBJ 84-85 开始，

先后在 2001 年和 2005 年经过两次修订（局部），湿式

报警阀压上附带的力开关，在喷淋系统中由来已久且应

用广泛。那么，既然 2017 年修订时提出了“易堵塞”

这个问题，如果说“易堵塞”这个问题客观存在，就有

必要分析一下，究竟是普遍问题还是个别问题？即便是

个别问题，堵塞在什么地方？堵塞的原因是什么？

1 湿式报警阀与压力开关之间的管路及附件

如果说湿式报警阀压力开关存在“易堵塞”的问

题，既然压力开关设在延迟器的上部，那么就有必要

对湿式报警阀与压力开关之间的管路及其附件进行梳

理与排查，对堵塞的位置及原因进行分析。为了便于

展开分析问题，本文部分截取国家建筑标准设计图集

《自动喷水灭火设施安装》20S206 第 6 页的“湿式系

统示意图”。湿式系统局部示意图见图 1。

如图 1，在湿式报警阀组的所有附件里面，延迟

图 1 湿式系统局部示意图

1-1 湿式报警阀 1-2 阀门（常开） 1-3 过滤器 1-4 延迟器 1-5 压

力开关 1-7 节流板

-49-

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器（可最大限度地减少因水源压力波动或冲击而造成

误报警的一种容积式装置）一端连着湿式报警阀体，

一端连着压力开关和水力警力，是阀组的一个重要部

件。就延迟器的用途而言，当自动喷水灭火系统供水

侧的压力出现波动，可能引起湿式报警阀阀瓣短暂轻

微开启，供水侧的水从报警口流入延时器。当进入延

迟器的水流量较小时，可以及时从延迟器下部的节流

孔排出，并不会充满整个延迟器，自然不会影响到

压力开关，也不会造成压力开关和水力警铃误动作。

当真正发生火警时，喷头爆裂，系统侧水压下降，报

警阀阀瓣失去压力平衡，湿式报警阀开启，水流将不

断流入延迟器，进入延迟器的水流量超出下部节流孔

的排水能力，很短时间水流就会充满整个延迟器，并

造成延迟器内水压上升，当延迟器内的压力上升至

0.035~0.05MPa 时，触发延迟器顶部的压力开关，进

而联动开启喷淋泵。同时，一部分水流冲击水力警铃，

发出声音警报。

2 “压力开关存在易堵塞”的堵点及堵塞原因分析

如图 1，如果存在《自动喷水灭火系统设计规范》

GB 50084-2017 第 11.0.1 条条文说明所说的压力开关

存在易堵塞的问题，堵点最大的可能就是图 1中的 1-3，

也即从湿式报警阀到延迟器之间连接管路上的管道过

滤器。这就引出如下两个问题：（1）如果必须设置

管道过滤器，那么就应该对过滤器进行定期清洗，或

者采取其他行之有效的改进措施。（2）如果说这里

的过滤器容易出现堵塞，取消这个管道过滤器，是否

可行？

国家标准《自动喷水灭火系统 第 2 部分：湿式

报警阀、延迟器、水力警铃》GB 5135.2-2003第 4.4.1.4

条的规定，“延迟器进水口直径小于或等于 6mm 时，

应设置耐腐蚀的过滤网。网孔最大尺寸不应大于保护

孔径的 0.6 倍，过滤网总面积不应小于保护面积的 20

倍。”查《自动喷水灭火设施安装》20S206，缺乏从

湿式报警阀到延迟器之间连接管路的口径。继续查阅

旧版《自动喷水灭火设施安装》04S206，该部分的工

程口径为 DN20。从这个角度来看，是否意味着可以不

设过滤网（管道过滤器）呢？当然，也可以有针对性

地做一些测试，看一看取消这个管道过滤器会出现什

么样的后果。简单来说，如果消防水能够阻塞这一段

DN20 的延迟器连接管，是否也会阻塞系统上的洒水喷

头呢？

如果确需安装过滤器，就有必要定期对过滤器进

行检查与清洗。否则，如果管道过滤器堵塞严重，水

流不能通过，那么延迟器上部的压力开关与水力警铃

将形同虚设。相比之下，图 1 中的 1-3（过滤器）处，

如果能够局部适当放大一些管径，过滤面积加大一些，

也是有利的，但仍需定期检查清洗过滤器。

针对上述问题，笔者有这么一个思路，或许可以

考虑一下：与报警阀和延迟器之间的连接管管径相比，

延迟器的内径要大很多。同样是过滤水，也可以考虑

取消连接管上的过滤器，把延迟器从中部剖开，在延

迟器中间加入一个全口径的过滤网（本文称之为“延

迟器滤网”），滤网的目数满足有关要求即可。然后，

将延迟器的上下两部分通过法兰或其他方式重新结合

起来，保证必要的公称压力，比如说是 1.2MPa。当报

警阀过来的流量较小时，即使管道中有少许固体杂质，

经延迟器下部的节流孔排掉；当报警阀过来的流量稍

微超过节流孔的排水能力时，由于延迟器内径远大于

连接管的管径，向上的流速很小，固体杂质被“延迟

器滤网”拦截，也不容易接近压力开关；当报警阀过

来的流量较大时，扣除下部的排水流量，仍能充满延

迟器，并达到延迟器上部压力开关的动作压力，受“延

迟器滤网”的作用，仍能保证压力开关的测压口不受

影响，并能顺利发出报警联动信号。

另外，随着管道行业的不断发展，也可以考虑把

-50- 报警阀前的管路采用符合《自动喷水灭火系统

第 20 部分：涂覆钢管》GB 5135.20 规定的涂覆钢管，

提高阀前管路的耐腐蚀性，尽可能减少乃至杜绝管道

锈蚀，保证喷淋系统供水侧的水质。

3 自动喷水灭火系统供水侧与系统侧出现压力波动的

原因分析

结合湿式报警阀的构造、延迟器的用途，以及日

常所见，自动喷水灭火系统的供水侧或系统侧出现压

力波动，虽然不易发现，但也还是客观存在的。

一个经过水压试验、接口完好、设备完好的自动

喷水灭火系统，为什么还会出现压力波动呢？对这个

问题，此前少有提及，有必要梳理分析一下。

利用市政水压或高位消防水池直接供水的常高压

自动喷水灭火系统，日常设计中相对比较少见，本文

重点分析临时高压的自动喷水灭火系统。临时高压的

自动喷水灭火系统，又可分为设置高位消防水箱和稳

压装置（高位）的临时高压自动喷水灭火系统、仅设

高位消防水箱的临时高压自动喷水灭火系统两种形

式。为便于进一步分析比对，将两者通过列表的方式

进行对比。临时高压自动喷水灭火系统压力波动原因

见表 1。

项目 设置高位消防水箱和稳压装置（高位）的

临时高压自动喷水灭火系统

仅设高位消防水箱的临时高压自动

喷水灭火系统

系统侧

管网

系统侧的管网，经强度试验、气密性试验且冲洗合格后向管网注水。对于喷淋系统这样的枝状管网，想要

彻底排空管网里面的空气，在实际工程中几乎是不现实的。那么，系统侧管道里面，既存在水，又存在被

水挤压到各个支管末端的空气。鉴于水的不可压缩性与空气的可压缩性，如果供水侧的压力增大，系统侧

的压力自然也会随之变化，空气受到压缩

稳压方式对系

统压力的影响

如果设在高位消防水箱间里面的稳压装置，始终能够维持一个恒定不

变的压力，那么供水侧和系统侧的压力也会恒定不变，这在现实中是

不存在的。稳压泵启动，供水侧压力上升，气压罐里面的空气受到挤

压。供水侧压力升高，自然会有部分水流从轻微开启的湿式报警阀经

过滤器进入延迟器。如果水质又不是很好，那么久而久之，就存在管

道过滤器堵塞的可能

由于仅设高位水箱，供水侧的压力

相对比较稳定，湿式报警阀轻微动

作的可能性较小，也就不会有水流

经常性地流经过滤器进入延迟器

改进建议

取消从湿式报警阀到延迟器之间连接管路上的管道过滤器。

如果仍有必要采取过滤措施的话，可考虑对延迟器进行微改造，在其

内部增加“延迟器滤网”即可

有条件时，适当抬高高位消防水箱，

利用高位消防水箱直接稳压，尽可

能不设稳压装置

表 1 临时高压自动喷水灭火系统压力波动原因

4 结语

《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2017

第 11.0.1 条条文说明提出的“压力开关存在易堵塞”

的问题，在现实中确实出现过。针对这个问题，立足

湿式报警阀组的构造，结合湿式自动喷水灭火系统在

参考文献：

[1]GB 50084-2017. 自动喷水灭火系统设计规范 [S].

准工作状态下的压力波动因素，找到了堵点，分析了

“堵塞”的原因，有针对性地采取行之有效的改进措

施，进而确保报警阀压力开关在火灾发生时能够及时

动作。

-51-

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浅谈电力载波通信技术在二次供水系统中的应用

王 飞  

[ 上海连成（集团）有限公司，上海   201812]

摘 要： 随着人们生活水平的不断提高，对入户龙头水压的要求也越来越高。由于季节、温度和昼夜的用

水变化较大，水量的变化系数是非常的大，常规的水泵出口恒压控制，往往达不到用户末端压力恒定的要

求，特别是高峰用水时段，大流量的用水情况下，用户家里经常会出现压力波动，水压低的情况，又难以

达到舒适用水的要求。本文介绍的供水系统将电力载波通信技术与末端恒压供水系统有效的结合在一起，

不仅解决了通讯不稳易受干扰的问题，又有效的保证了用户水压的稳定可靠，具有明显的节能降耗的经济

效益，同时还延长了设备寿命。

关键词： 二次供水； 末端恒压；电力载波；节能降耗

0 引言

目前二次供水系统基本采用出口恒压的模式实现

供水，随着人们生活水平的不断提高，对入户龙头水

压的要求也越来越高。由于季节、温度和昼夜的用水

变化较大，水量的变化系数是非常的大，如果出口恒

压控制系统采用最大流量时的末端供水压力作为目标

压力，那么在用水低峰时末端压力会偏大，造成管网

压力富余，能源浪费；如果出口恒压控制系统采用小

流量时的末端压力作为目标压力，那么在用水高峰时

末端压力偏低，高层用户供水不足。

最好的解决是对管网末端用户侧的水压的进行采

集，控制末端出水压力稳定，但受现场环境影响，压

力传感器采用有线或无线的方法传递信号都比较困

难，实现末端恒压有一定的难度。

本文介绍的供水系统是将电力载波通信技术与二

供水系统有效的结合在一起，利用电力载波通信技术

将末端最不利点的压力信号传输至泵房二次供水控制

系统中，真正实现末端压力恒定，该控制系统不仅解

决了通讯不稳易受干扰的问题，又提高了二次供水从

源头到龙头的供水稳定性，保障了用户用水的舒适性。

1 二次供水系统简介

1.1 二次供水系结构图

二次供水是指使用专业的设备设施将市政供水存

储起来，并对其再次加压，然后通过管道将水供给高

层用户家中进行使用的过程。其结构图如（图 1）所示。

二次供水系统主要由以下组成：① Y 型过滤器、

图 1 二次供水系统结构图

-52- ②倒流防止器、③稳流罐、④低液位保护系统、⑤蝶

阀、⑥止回阀、⑦泵组、⑧系统气压罐、⑨管路出口

压力检测系统、⑩变频控制系统、⑪末端压力变送器、

⑫ 末端压力采集柜。

1.2 二次供水系统控制方式

1.2.1 出口压力恒定供水模式

二次供水设备提供小区居民生活有足够的水量与

水压，通常是通过供水设备出水总管上压力采集检测

系统⑨采集的压力信号与设定压力值比较来控制变频

水泵⑦的转速，从而实现闭环控制供水设备出口压力

恒定，这种供水方式是目前广泛应用的控制方式。影

响二次供水设备出口压力的因素：

（1） 供水垂直高度：指供水设备到供水末端的

垂直高度；

（2） 沿程损失：沿程损失是指水流流动过程中

由于固体壁面的阻滞作用而产生的摩擦阻力所造成的

水头损失，计算公式见公式（1）[1]

        （式 1）

式中：

hf ：沿程阻力损失

γ：沿程阻力系数（与流体的粘度，雷诺数 Re

和管道表面的粗糙度有关）

l：管长 (m)

d：管径 (m)

v：断面平均流速 (m/s)

g: 重力加速度 (m/s2)

（3）局部损失：局部损失是流体在流动过程中

遇到的各种障碍和变化，导致流动状态发生急剧变化，

进而产生旋涡、回流等现象。局部损失的原因包括：（a）

流体运动速度和方向的变化：当流体在管道或通道中

流动时，如果遇到管道截面突然扩大或缩小、弯头或

其他形状变化，流体的速度和方向会发生变化，这种

变化会导致旋涡和回流的形成，从而产生能量损失。

（b）旋涡的产生：在管道截面变化处，流体速

度的突然变化会在流体质点之间产生摩擦，将机械能

转化为热能而耗散，此外旋涡的不断脱落和生成也是

一个能量耗散的过程。

（c）碰撞损失：在小直径管道中流出的流体速

度较高，而在大直径管道中的流体速度较低，两者在

流动过程中必然要碰撞，产生碰撞损失。局部损失计

算公式见公式（2）[1]：

     （式 2）

式中：

hj

：局部阻力损失

ℰ：局部阻力系数

v：断面平均流速 (m/s)

g: 重力加速度 (m/s2)

（1） 末端水龙头的水压：末端水压力是指在供

水管道的末端以一定流量取水的压力值。

由公式（1）和公式（2）可知在同一供水系统中

二次供水设备出口压力与流速的平方成正比，如果出

口恒压控制系统采用最大流量时的末端供水压力作为

目标压力，那么在用水低峰时因流速变慢，损失减小，

末端水龙头的水压会偏大，造成管网压力富余能源浪

费；如果出口恒压控制系统采用小流量时的末端压力

作为目标压力，那么在用水高峰时沿程损失和局部损

失变大又会导致末端水龙头压力偏低，高层用户会出

现压力波动，难以达到舒适用水的要求，更甚者最高

层用户会出现缺水断水的现象。

1.2.2 末端压力恒定供水模式

末端压力是指在一个管网系统中处于管道最后面

部分的压力。末端压力恒定系统是通过采集二次管网

末端（最高、最远、最不利点）的压力传感器 ⑪ 的

水压信号与设定压力值比较来控制变频水泵⑦的转

-53-

⦥䌯ょ㔶

速，从而实现闭环控制供水设备末端水压恒定的控制

模式。此控制模式直接采集末端的水压控制末端压力

的恒定，不受沿程损失和局部损失的影响；这种控制

方式不仅可以提高二次供水从源头到龙头的供水稳定

性、保障用户用水的舒适性，又可以节约因过大压力

所白白消耗的能量。

常用末端压力信号采集的方式：

（1）有线信号传输：采用屏蔽电缆线将末端压

力传感器 ⑪ 检测的 4 ～ 20mA 的电流信号传输至二次

供水变频控制柜⑩中。此种传输方式布线距离比较长，

模拟信号衰减比较明显，而且长距离传输信号易受环

境因数干扰，压力信号不稳定，末端恒压调节亦不太

稳定。

（2）无线信号传输：在末端压力采集柜 ⑫ 中

装置无线发射装置，无线发送装置将末端压力传感器

⑪ 采集的压力信号通过 4G 无线网络通信技术传输至

二次供水变频控制柜⑩中，变频控制柜内的无线信号

接收装置完成信号接收与解析。由于二次供水泵房基

本设置在地下室中，地下室的 4G 无线网络并无全部

覆盖，这就导致了末端的压力信号无法及时、准确传

输至变频柜中，末端压力恒定实现就比较困难。

通过上文介绍可知采用末端压力恒定的控制方式

比出口压力恒定的控制方式在供水稳定、舒适方面以

及节能效果都显著的优势，但是末端压力恒定控制系

统又存在着末端压力信号无法及时、准确传输的风险，

这就导致了末端压力恒定控制系统没有得到广泛的应

用。

2 电力载波在二次供水系统中的应用

本文介绍的控制系统能够有效的避免上述传输方

式所面临的困扰，本文介绍的供水系统是将电力载波

通信技术与二供水系统有效的结合在一起，利用电力

载波通信技术将末端最不利点的压力信号传输至泵房

二次供水控制系统中，真正实现末端压力恒定，该控

制系统不仅解决了通讯不稳易受干扰的问题，又提高

了二次供水从源头到龙头的供水稳定性，保障了用户

用水的舒适性。

2.1 电力载波原理

电力载波是指将低频信号调制到高频载波上通过

电力线路进行传输的一种电力通讯方式。电力载波的

原理如下：发送端将数字量或者模拟量信号输入到高

频载波上，使其成为高频电信号，然后将其输入到电

力线路上。接收端的通信设备，从电力线路上接收到

高频信号，经过滤波、解调等处理后，便提取出所需

的信号 [2]。

2.2 电力载波通信模块

电力载波模块是电力载波通信系统中的关键设备

之一，它的作用是将数字信号或者模拟信号转为高频

载波信号，并通过电网进行传输。具体作用包括：

（1）接收和处理发送信号：电力载波模块接收

和处理电源产生的电能，并将低频信号进行调制，转

换为高频信号，是其能够在电力线路上传输。

（2）实现数据传输：通过电力载波模块，数字

或者模拟信息能够被转换为高频载波信号，实现在电

力线路上进行数据传。因而，电力载波模块被广泛应

用于电力系统的通信和控制中。

（3）调整信号的频率：电力载波模块能够调整

载波频率，以适应不同的网络环境和数据传输需求，

从而提高传输的可靠性和效率。

（4）滤波和去干扰；由于电力系统普遍存在各

种干扰和噪音，电力载波模块需要进行有效的滤波和

去干扰处理，以保证数据传输信息的准确和可靠。

2.3 电力载波通信结构拓扑图

电力载波通讯结构拓扑图如 ( 图 2) 所示。

电力载波通信主要包括：

-54- （1）末端压力数据采集柜：放置在末端供水管

网压力变送器处，柜内设置电源模块给压力变送器和

发送端电力载波模块提供电源。

（2）压力变送器：连接在供水管网末端，用于

采集供水管网末端最不利点出水压力。

发送端电力载波模块：放置在末端数据采集柜内，

用于将末端压力的压力模拟信号进行采集处理并转化

成高频信号通过电力线路发送出去。

（3）电力线：住宅小区供电动力电缆线，用于

高频信号传输。

（4）接收端电力载波模块：放置在变频恒压控

制柜内，接收端通过电力线路接收到发射端发送的高

频电信号，将其转化成数字信号。然后，接收端会对

接收到的信息进行解码，恢复出原始的压力信息并转

换成 4 ～ 20mA 信号输出给变频控制柜。

（5）变频恒压控制柜：控制水泵的数量、变频

调节水泵的转速保证末端出水压力恒定。

2.4 电力载波通信的优势

电力载波是一种将低频信号调制到高频载波上，

通过电力线路进行传输的通讯方式，以下是电力载波

的特点：

（1）方便使用：电力载波只需要在电源和设备

之间连接载波设备，不需要专用线路，具有快速调配

和使用的优点。

（2）范围广：电力载波可在电力系统的各环节

使用，如变电站、输配线路以及智能电网等。

（3）传输速度快：由于使用高频载波进行传输，

电力载波通信的传输速度非常快，适用于实时要求比

较高的应用场景。

（4）抗干扰能力强：电力系统的环境较为恶劣，

电力载波通信具有抗干扰能力比较强的优点。

（5）数据传输安全性强：传递的低频信号在高

频载波上传输，通过解调的具体算法可以实现数据传

输的加密，从而确保数据的安全性。

（6）频域资源共享：不占用其他频率资源，节

省成本。

3 电力载波技术在末端恒压中的应用关键技术及创新

点

3.1 突破关键技术

供水系统将电力载波通信技术与末端水压恒定供

水系统有效的结合在一起，利用电力载波通信技术将

末端最不利点的压力信号传输至泵房二次供水控制系

统中，真正实现末端水压恒定，该技术不仅解决了通

讯不稳易受干扰的问题，又提高了二次供水从源头到

龙头的供水稳定性，保障了用户用水的舒适性。

3.2 技术创新点

（1）末端压力恒定：采集供水管网末端最不利

图 2 电力载波通信拓扑图

-55-

⦥䌯ょ㔶

点水压，反馈给变频供水系统，形成闭环控制，管道

末端压力恒定则真正实现实际意义上的恒压供水。

（2）稳定的信号传输：采用电力载波通讯技术

对末端压力进行实时传输，有效的避免了传统的模拟

信号传输布线的麻烦和信号衰减的困扰以及无线传输

信号不稳定的影响。

（3）节能节水效果显著：供水系统直接采集末

端压力控制末端压力恒定，不受沿程损失与局部损失

的影响，充分节省系统流量变化过程中的富余水头，

节能节水效果显著。

4 结语

总的来说，电力载波通信技术为二次供水控制系

统的智能化管理、优化控制提供了有效的手段，能够

提高供水系统的安全性、稳定性、可靠性和适应性，

是重要的通讯方式之一。引进电力载波通信技术的二

次供水系统充分节省系统流量变化过程中的富余水

头，数字化、智能化程度更高 , 节能效果优于目前普

遍采用的出口压力恒定的供水系统 , 应用前景更加

广阔。

参考文献：

[1] 李国斌、崔红主编 . 流体力学与热工基础 [M]. 北京理工大学出版社 .2016.09

[2] 甘武、邓宏伟 . 电力线通信技术及其应用 [J]. 电力建设，2004.25(11):65-66.

-56- 消防给水之建筑体积、连锁启泵问题分析

李金钟

（四川国恒建筑设计有限公司 四川成都 610041）

摘 要： 建筑体积是消防给水设计的重要指标，车库是常见的建筑形态且体量大，但整座建筑体积内应在

设计标准中缺少细化。消防水泵连锁启泵，压力信号变化不明显的系统在满足冗余的原则下采用双流量信

号启泵或流量信号与水位信号启泵；多泵并联运行时后续水泵的启泵信号可采用定压点定压的方式实现连

锁启泵；转输系统，设置合理的启泵逻辑，启动应该运行的水泵，避免不需要运行水泵的误启动。因此，

本文对于建筑面积计算及连锁启泵相关问题进行了讨论。

关键词： 消防；建筑体积；无稳压泵系统；连锁启泵

0 引言

防火通用规范仅提出防火设计的目标和要求，不

制定具体的技术措施，技术措施需要由相应的项目标

准制定，项目标准未明确的条款，由提出人提出经专

家论证后执行，论证后的措施必须满足通用规范的性

能要求，有利于消防设计的创新，同时各类设计标准

应尽量细化条款避免常规设计科研化。通用规范实施

后，《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-

2014）（后称《消水规》）[1]、《建筑设计防火规范（2018

版）》（GB50016-2014）（后称《建规》）等诸多防

火类设计标准待修编，以协调项目规范与通用规范之

间的关系。

1 建筑体积计算

建筑物的体积是建筑消防给水设计的前置指标，

如何计算建筑物的体积，从《建筑设计防火规范》

（GBJ16-87）、《 高 层 民 用 建 筑 设 计 防 火 规 范》

（GB50045-95）到《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）

及其 2018 年版和《消水规》，均未明确体积计算规则。

《消水规》首次提出建筑群有“座”、“栋”的概念，

地下室与其地上各单体为 1 座建筑，地上各单体为 1

栋建筑，地上地下通过核心筒连接起来，按 1 座计算

建筑体积作为项目的消防给水依据，这一概念在执行

过程中产生了较大的异议，很多地区编制各自的设计

指南，在设计指南中对体积计算的规则理解不尽相同，

甚至相差较大，导致在外地设计项目时设计人员茫然，

产生较大的设计修改。

1.1 地下室汽车库与地上住宅组合项目

《消水规》图示、《消水规》实施指南上明确车

库自身的消防给水按《汽车库、修车库、停车场设计

防火规范》（GB 50067-2014）执行，即车库的体积

计入消防体积，其本身又按《汽车库、修车库、停车

场设计防火规范》执行。由于住宅的室内外消火栓流

量与建筑的体积无关，这种建筑组合无论怎样计算体

积不会造成实质性影响，各地的做法是一致的。

1.2 地下室汽车库与地上大型公建组合项目

地上为大型公共建筑或建筑群，其本身的建筑体

积已超过规范的最大值，室内外消火栓流量已达到最

大值即均为 40L/S，如何计算建筑体积无实质性影响。

1.3 地下室汽车库与地上小型公建组合项目

此种建筑组合如何计算体积会产生非常大的异

议，甚至产生是否设置室内消火栓的原则性问题，如

图 1。地下室为一类汽车库，其体积超过 50000m³，

-57-

⦥䌯ょ㔶

地上设有数栋多层公共建筑。建筑 A 栋类为办公楼，

高度 14m，体积 8000 m³；建筑 B 栋类为商业，高

度 14.5m，体积 4900 m³；建筑 C 栋类为宾馆，高度

18m，体积 12000 m³，整座建筑总面积小于 500000

m³，各栋之间满足防火间距要求，消防车道按规范设

计，各栋设有电梯楼梯与地下室连接，连接处设有前

室，设置甲级防火门与车库连接以满足《建筑防火通

用规范》（GB55037-2022）之 6.4.2 条第 3 款要求。

若计入地下室体积，根据《建筑防火通用规范》8.1.5、

8.1.7 条和《消水规》3.3.2、3.5.2 及 3.5.2 的小注 3，

地上各栋均需要设消火栓且由于体积超 50000 m³，

室内外消火栓流量均为 40L/S，消火栓系统的水量为

40×2×3.6×2=576 m³；若不计入地下室体积，建筑

A 栋类、建筑 B 栋类不需要设室内消火栓系统，仅建

筑 C 栋类设置室内消火栓系统，消防流量如下：车库

室外、室内流量分别为 20L/S、10L/S，室内外消火栓

系统水量为（20+10）×3.6×2=216 m³，建筑 C 栋类

室外、室内消火栓流量为 25L/S、15L/S，其室内外消

火栓系统水量为（25+15）×3.6×2=288 m³，通过计

算可知流量、水量相差巨大，导致机房水池占地面积

差别较大，水泵选型、配套电气设备（尤其是柴油发

电机）相差较大，投资差别较大。

1.4 汽车库的特殊性

汽车库体量巨大，计入体积计算后对消防给水“贡

献”巨大，自身有专有规范，不执行《消水规》、《建

规前面并没有给简称》，与其它建筑有多重组合形式，

常见有地下室汽车库与地上建筑组合、地上汽车库与

其它建筑同层设置、地上首层（或下部数层）车库与

楼上建筑组合等。地下车库与楼上建筑共用楼梯间但

首层不共用安全出口，同层设置中汽车库与其余功能

公建之间设有连通口方便平时使用但疏散独立，地上

首层（或下部数层）车库与楼上建筑组合共用楼梯间。

在此 3 类组合中，第 1 类在满足 2.3 节情况下，是否

计入体积计算，值得商榷，第 2、3 类的组合，笔者

认为应一并计算体积。

综上分析，各栋之间通过地下室车库连接，地上

各栋之间满足防火间距，按座计算体积以确定是否设

消火栓及选取消防设计流量的做法值得商榷。地下室

设有防火分区，设有喷淋、防排烟设施等，地上建筑

的疏散与地下室的疏散不在一个安全出口，共用地下

室的情况和裙房上设有数座塔楼的情况不同，前者人

员疏散到地面后就到达了室外的安全区域，消防车可

在总图上行驶灭火，后者人员到达裙房屋面不能视为

安全区域且消防车也不能到达屋面裙房（山区地形特

图 1 建筑组合图示

-58- 殊者除外），后者应按 1 座建筑考虑，整体计算体积。

希望规范修编时明确体积计算规则，多列举一些

建筑组合，以便设计、审图、验收达成一致。

2 消防泵启泵问题

《消水规》对于水泵的启动规定了连锁信号启泵、

手动启动、机械应急启动 3 大类，连锁信号包括消防

泵干管上的压力开关、水箱出水管上的流量开关、报

警阀的压力开关，手动启泵含消控室远程手动启动、

水泵房现场启动，机械应急启动即水泵房合闸供电。

2.1 无稳压泵时的连锁启泵。

此类系统仅有屋顶水箱稳压，水箱高度满足最不

利点消防设备的压力要求，出水干管上的压力开关能

否正确启泵与电接点压力表（压力传感器）等的分度

值、系统的工作压力有关，在相同的精度下，量程越

大分度值越大，量程越小分度值越小，笔者认为设定

启泵的水位下降值至少不小于 1 个分度值，否则电

接点压力表很难设定或设定不准确，一般 1.6MPa 量

程的电接点压力表的分度值为 0.01MPa，2.5 MPa、

4.0 MPa 量程的分度值为 0.02MPa，6.0 MPa、10.0

MPa 量程的分度值为 0.05MPa。部分设计注明水箱常

水位 -0.5m 作为压力开关的启泵值无法有效启泵，对

于 2.5MPa 及以上量程系统的水箱（一般有效水深不

超 1.6m）放空时亦未必及时启泵。对于消火栓系统，

建议设置 2 只流量开关启泵，2 只开关可并联可串联，

也可采用流量开关、水箱水位连锁信号启泵，从冗余

角度讲，连锁启泵触发信号做到了 100% 冗余；喷淋

系统由报警阀处压力开关和屋顶流量开关启泵，无需

再设置干管上的压力开关，也满足冗余原则。

2.2 多泵并联时的连锁启泵

消防给水流量较大的建筑如物流园区丙类高层、

高架库房，喷淋流量可达 120L/S，室内外消火栓合用

水泵的项目，其流量达到 80L/S，民用建筑中设泡沫

灭火的汽车库喷淋流量至少达到 80L/S（严格计算可

达到 100L/S），若选用 1 台水泵，功率可达 160Kw 甚

至 250Kw，启动时对电网的冲击很大，电气专业希望

降低单台泵的功率保护电网，这涉及到 2 台甚至 3 台

并联运行水泵的启动问题（一般而言，同时运行的水

泵不会超过 3 台），《消防专用水泵选用及安装（一）》

（19S204-1）[2] 标准图集给出了一个的解决方案，

图 2 系统运行原理

-59-

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详见其总说明表 13、表 15，方案本身是可靠的，只

是稳压泵扬程过高，导致竖向分区复杂，系统平时承

担的压力过高，管道材料要求提高即投资增加。

第 1 台水泵的启动方式按规范启泵，充分利用离

心泵的性能曲线，火场上喷头是从着火处向四周逐步

炸裂的，消火栓也是从初期的 2 只水枪逐步达到使用

的水枪数，即火场水流量是逐步增大的，这符合救火

的基本原则。消防泵的性能曲线必须满足五点选择法

图（详见 19S204-1 页 17）。系统运行原理见图 2，

简介如下：第 1 台水泵启动后，到达额定流量 Q1 时，

此时有对应的压力点 P1，此前系统由管道特性曲线 1

与单泵性能曲线 1 的交点决定运行工况，在 P1 处启

动第 2 台泵，系统按管道特性曲线 2 与 2 台泵并联曲

线 2 的交点决定运行工况，由于随着火场喷头开放的

数量或消火栓使用数量的增加，管道性能曲线 2 比管

道性能曲线 1 平缓，随着第 2 台水泵的投运，系统压

力升高，会高于 P1 点，但火场的喷头数或水枪数继

续增加，压力就会持续降低，压力再次降到 P1 点处，

启动第 3 台水泵，系统按管道特性曲线 3 与 3 台泵并

联曲线 3 的交点决定运行工况，同理管道特性曲线 3

比管道特性曲线 2 更平缓，第 3 台水泵投运后，压力

会高出 P1 值，随着火场的流量达到设计流量，系统

稳定在第 3 交点处运行（实际上可出现在大于 3×Q1

流量工况点处运行）直至扑灭火灾人工停泵，运行过

程类似于生活变频给水中设定压点压力以决定转速与

投运的水泵台数，为了避免 1 套电接点压力表出现故

障不能启动后续水泵，设 2 套电接点压力表，符合冗

余原则。

2.3 超高层建筑转输系统的连锁启泵

临时高压给水系统一泵到顶图示的适用高度可到

150m，超过 150m 的建筑（本节仅讨论 250m 以下的建

筑），需要结合避难层设转输水箱或直接泵接力从而

分为 2 个大区，本文仅讨论设水箱图示的消火栓系统，

转输水箱同时也是低区的高位水箱，低区不设稳压泵，

设置在地下室为低区服务的泵 P1 称为低区泵，为转

输水箱供水设置在地下室的水泵 P2 称为转输水泵（消

火栓与喷淋共用转输泵），从转输水箱吸水的泵 P3

为高区水泵，高区最下层和低区最上层称为边界层，

如图 3。

消火栓系统启泵有以下 3 种情况：（1）当低区

边界层以下楼层发生火灾时，仅需启动低区水泵即可，

水泵按 2.1 节要求启泵；（2）边界层发生火灾时需

要启动高、低区和转输水泵；（3）高区边界层以上

着火时需要启动高区水泵和转输水泵。

第 2 情况下启泵问题，低区顶部消火栓出水，转

输水箱上的低区出水管的流量开关动作启动低区泵，

转输水箱水位短时间下降引起低区水泵干管的压力开

关动作理论上可以启泵，低区水泵启动存在的问题同

2.1 节，高区水泵亦可按 2.1 节启动，若高区设有稳

图 3 超高层建筑转输系统的连锁启泵示意图

-60- 压泵，完全按规范设计。转输泵的启动规范并未规定，

笔者认为连锁启泵应采用 2 种方式，第 1 种是高区消

防泵的压力开关加时间继电器启泵，比如延迟 1min，

第 2 种是水箱水位信号启泵，类似于高度超过 250m

建筑的常高压系统的转输水泵启泵，当水位下降某个

数值时启泵，2种方式做到相互备用，转输泵一旦启动，

不得自动停泵，若转输泵是 2 台同时运行，可以按照

时间延后 1min 方式和（或）转水水箱液位继续下降

到某设定值启动第 2 台。

第 3 种情况下启泵问题，和第 2 种相比，最大的

差别就是不让低区泵自动启泵，因为高区水泵启动后

转输泵启动前，转输水箱的水位会下降，低区泵的压

力开关感受到压力变化从而自动启动，这是无为的启

动，必须禁止！针对这种情况，笔者建议将转输水箱

与低区的高位水箱分开设置，以避免出现低区水泵误

启动，部分设计用屋顶水箱给低区管网稳压，在避难

层设减压阀，避免了低区水泵误启动，但在第 1、2

种情况下，低区水泵上的压力开关理论上无法启泵，

仅屋顶水箱流量开关启泵，冗余度不足。

3 结语

建筑物体积是建筑消防给水设计的重要指标，规

范未明确如何计算建筑体积，现在的建筑形态组合多

种多样，通用规范实施后，原设计标准修编时，为了

减少歧义，建议修编后的标准明确体积计算规则。车

库作为常见的建筑形态，体量大，是否计入，应具体

问题具体分析，重点分析疏散、烟火互串的可能性。

消防水泵是消防给水的心脏，及时自动启泵是火

场获得足够流量水压的保障，《消水规》实施后，设

计人员对个别类型的连锁启泵方式持有异议，《消水

规》修编时建议对水泵的连锁启泵细化，便于设计人

员正确、合理地给电气专业提资。不能准确感受压力

变化的系统，在满足冗余原则下采用双流量信号启泵

或流量信号与水位信号启泵，在多泵并联情况下，以

定压点压力为连锁信号启动后续水泵。

笔者仅是针对设计中出现的异议进行讨论，由于

水平有限，观点未必正确、论据未必充分，敬请同行

批评指正！

参考文献：

[1]GB 50974-2014, 消防给水及消火栓系统技术规范 [S].

[2]19S204-1, 消防专用水泵选用及安装（一）[S].