乡镇大跨度厂房火场供水定量分析

慧聪消防网讯摘要：大跨度建筑火灾是消防部队常见但是扑救难度比较大的火灾类型。本文以供水作为切入点，研究扑救大跨度火灾的作战特点，并通过实例用定量方法得到扑救乡镇大跨度建筑火灾20分钟内调集的消防车最佳战斗组合并计算供水能力和最大出水强度。

进入2013年以来，浙江省连续发生几起大跨度建筑火灾，大跨度火灾的扑救难度大、时间长，非常考验后方供水能力。近期，笔者所在嘉兴市平湖顺邦箱包火灾和嘉善木材厂两场大火的扑救中都出现了供水方面的困难。如何保证供水连续不中断是当前在消防部队在扑救此类大型火灾必须解决的问题。本文总结嘉兴市秀洲区辖区内大跨度厂房的特点，并以秀洲辖区内沃尔玛物流配送中心为案例进行最大供水能力进行量化测算，结合对嘉兴市水务公司的实地调研，旨在提出在扑救乡镇大跨度仓库厂房火灾时供水方面的建议，引发同行思考。

1、火场供水理论综述

当前对于供水方面的理论主要从供水组织优化、供水方法选择两个方面进行探索。

火场供水组织要求加强第一出动供水力量、及时调集增援力量、合理布置供水力量和协调车辆停靠。保定消防支队陈刚在《火场供水及力量分布浅析》中提出“如何合理分布供水力量反映了一名指挥员的指挥水平”。

供水方法选择方面的文献较多。针对水源条件、装备性能和建筑高度不同，可以灵活机动地选择不同的供水方法。北京消防总队姚培友在《城乡结合部火场供水问题及对策》一文中针对北京城乡结合部“城中村”的水源和火灾特点，提出对应的解决办法；武警学院王忠波在《火场供水选择》一文中用公式量化的方法比较了接力供水和运水供水在不同供水距离时需要的消防车数量，得到了距离越长运水的方式优势越大的结论。近年来，消防装备更新快，大型灭火设备不断投入使用，公安部上海消防研究所在《灭火装备技术发展对火场供水模式的影响》一文中分析了新型灭火装备技术的发展对我国火场供水模式的影响。

总体来说，目前供水方面的理论研究高屋建瓴的多、观察入微的少；建议的多、实证的少，尤其在综合研究城市消防基础建设情况、新型消防装备发展对特定火灾类型（如大跨度空间厂房火灾）供水的影响还是空白。因此，笔者对辖区内大跨度厂房进行一次调查，并选取较为典型的王店沃尔玛物流中心为案例，进行供水方面的定量分析，总结该类火灾供水的一般性规律并提出建议。

2嘉兴市秀洲区大跨度厂房供水问题的研究

2.1秀洲辖区内大跨度空间厂房火灾特点

根据《网架结构设计与施工规程》中的规定，跨度在60m以上的结构称为大跨度建筑。秀洲辖区大跨度空间厂房共60余家，用于纺织、服装、电子设备的生产与仓储为主，都是采用钢架结构搭建而成，比较具有代表性，主要有以下几个特点：

2.1.1钢结构建筑易坍塌。“没有经过防火处理的钢结构耐火极限一般仅为15min”。（《中国消防手册》第一篇第五章）。目前大跨度钢结构建筑都增设防火外包层、涂敷防火涂料提高钢结构耐火极限。根据《建筑设计防火规范》，三级耐火等级的单、多层建筑，楼板的耐火极限为0.5h，一级耐火等级的楼板耐火极限为1.5h，支撑柱为2.5h。排除建筑施工疏漏的影响，大跨度钢结构建筑在起火0.5小时候就可能发生零星坍塌，最多2.5小时候可能因承重墙柱失去耐火性而导致整体坍塌。

2.1.2建筑长度长、跨度大、空间大。辖区内一般钢架轻型厂房的单层建筑面积一般都在4000㎡以上，沃尔玛物流配送中心的单体钢结构厂房的建筑面积甚至达到4.8万㎡以上。

2.1.3储存可燃物质多，堆放集中。一些仓库内存放大量可燃物，如纺织化纤制品、服装、塑料橡胶制品等，这些可燃物质有些单独存放，有些分类距离一定防火分隔存放。这些堆垛、层架间虽然有一定间隔，但是还是高度密集的，且堆放较高，易发生倒塌，给内攻救火造成较大的潜在威胁。

总结嘉兴市秀洲区大跨度钢结构厂房的火灾特点，可以发现乡镇大跨度火灾留给首战中队的内攻时间短，内部危险因素较多。中队距离最近的秀洲工业园区大约5公里，较远的王店建设龙源纺织厂约25公里，到场需要45分钟以上。往往发生大跨度厂房火灾，等消防队到现场的时候，火势已经进入猛烈燃烧阶段，已经错过了内攻的最佳时机。因此主要采取的战术是利用固定消防设施、实施外部冷却和堵截等战术为主。在难以开展火情侦察和内攻的前提下，采取外部整体冷却需要大功率的新型消防设备，最好利用高喷车、移动炮、车载炮进行全方位覆盖，这就需要大量的灭火剂进行保障。因此，能否成功扑救乡镇大跨度厂房火灾的关键是供水。

但是从调研情况来看，秀洲区虽然属于嘉兴城区，不过辖区内工业区大多地处乡镇，市政管网基础建设相对落后。很多厂区内部的环状管网口径都在100mm左右，管网供水能力不到20L/S。目前嘉兴支队主战消防车的泵流量都在60L/S以上。如果想要充分发挥消防车的泵功率，还可以就近利用天然水源、其他管网的室外消火栓和消防水池来保障供水。如果火场供水需求较大，还可以采取运水供水的方式。

2.2计算实例

2.2.1假设位于王店镇的沃尔玛物流中心发生火灾，试计算出20min内到达火场的消防车之最佳战斗组合方式，并计算其最大出水强度。

2.2.2定量研究大跨度厂房常规灭火能力（即主战车出水能力）的意义

在计算过程中涉及消防站密度、消防装备、市政供水能力，这些数据在一定条件下能够反映：

a）城市消防站的装备力量

b）消防站的分布是否合理

c）大跨度厂房附近的水源情况

分析这些数据，可以分析应对最危险状况，扑救此类大跨度厂房时，能够达到的最大的供水能力是多少，让支队层级以上的指挥员做到心中有底。此外，利用假定作业的形式，对供水力量进行模拟部署，也可以提高后方指挥员组织供水的能力。

2.2.3在嘉兴市地图上，以沃尔玛物流中心为圆心，以20min的车程范围为半径画一个圆。因为王店地处沪杭高速和乍嘉苏高速的交汇处，毗邻桐乡、海宁、南湖等地区，交通便利。根据实际情况，车速平均可达到60km/h，由于前往火场的路程不可能为直线，故该取消防车行驶速度为40Km/h，再考虑到接警出动时间1min，故实际图中行驶时间为19min，则r(半径）=40Km/h×19/60h=12.7=13km。

2.2.4列出圆内消防站名称及车辆的载水量和泵流量（附件1）

2.2.5计算火场的总供水能力。

a.管网供水能力。找出《嘉兴市城乡一体化供水现状及计划实施管网总图》，找出王店沃尔玛区块管网图。从图中可以看到万国路上有一条1级供水主管网，口径为600mm，距离配送中心1KM以内。万国路的延伸段嘉海公路上有150mm环状市政管网接入沃尔玛，压力为0.25MP。该单位有人工水池2个（并排设计，容量为1100T），水量充沛，但为封闭独立设计，无取水口或水井，与管网联通。该单位单设压力自检系统，一旦室内外消火栓压力泄露或者不足，消防水泵都能自动启动，消防水池能自动补给以保证足够水源。一般工程上计算，水管路压力常见为0.1-0.6MPa，管网水流速度一般不大于2.5m/s。这里我们取2.5米/秒。

管网的供水能力估计：流量=管截面积×流速=0.002827×管径²×流速=190.8225(m³/h)=44L/S

根据计算，增压后的市政管网的水量仅够供1辆高喷车。

b.运水供水能力。以沃尔玛物流中心发生火灾为例，距离不到1公里处有一条河流，但不能直接停靠取水。2KM之内的万国路上有管径为600mm的一级供水管网，可设平均取水距离为2KM。

运水车辆的计算公式为：

N＝（t1+t2+t3）/T+1

公式中：N为保证一辆战斗车不间断出水所需运水车辆数；

t1水源吸水时间，min（包括停车接吸水管和吸水时间。根据实测，MAN中型水罐车驾驶员一人操作时为1分37秒，二人操作为50秒。平均取1min为完成停车接吸水管时间）

t2供水车向主战车传输水的时间，min；

t3运水往返时间，min（实测市区车速32.5KM/h；郊区的车速为38.5KM/h）

T一罐车在火场使用时间，min

应对大跨度火灾应优先选用高喷车，高喷车出水流量为60L/S，打完10t水需要T=10,000/(60×60)=2.8min。

驾驶员操作MAN重型泡沫水罐车装卸吸水管2min，将一辆空车加满水的吸水时间为10,000/(95×60)=1.75min。因此总吸水时间t1=2+1.75=3.75min

往主战车传输水的时间t2=吸水时间=1.75min

运水往返时间t3=（2×2×60）/38.5=6.23min

N=（3.75+1.75+6.23）/2.8+1=5，供1辆高喷车不间断供水需要4辆重型泡沫水罐车供水；按照计算，8辆MAN重型泡沫水罐车仅能供2辆高喷车。

除了高喷车，其余可调动运水车辆载水量10t以上的9辆，6-8t的4辆，3.5t左右的6辆。为了简化计算，10t以上的运水车容量和泵流量都参照MAN重型泡沫水罐车，6-8t与3.5t的水罐车取平均值，罐容量4.8t，泵流量70L/S。

t1=2+4800/(70×60)=3.14min

t2=1.14min

t3=（2×2×60）/38.5=6.23min

T=4800/(60×60)=1.33min

N=（3.14+1.14+6.23）/1.33+1=9

8辆中型运水车可供1辆高喷车。

剩下1辆10t容量的中联高喷车、1辆重型MAN车和1辆中型MAN车供1辆A类泡沫车出1门50L/S流量的移动水炮。

2.2.6确定主战车辆

a)进口奔驰30米曲臂高喷车单独停靠北面1个消火栓，采取车泵加压吸水管抽水和的消火栓自压供水同时进行的方式，总出水能力为53L/S。

b)东面、南面两个方向各停1辆中联16米高喷车，与8辆重型MAN车组成2个运水小组

c)西面停靠1辆中联16米高喷车，与8辆中型水罐车组成1个运水小组

d)火场主要方面再停靠1辆MAN底盘A类泡沫车，与1辆重型水罐车、1辆高喷车、1辆中型水罐车组成一个供水小组，出一门移动水炮。

2.2.7计算总出水强度

上述7个中队，共出动24辆消防车，实际停靠市政消火栓取水的1辆，组成运水小组4支，单位时间累计出水总强度为（Q）=44+60×3+50=274L/S。

2.2.8计算存在的局限性

需要注意的是，该出水强度是在一个比较理想的理论环境中计算得到的，其参考价值大于实践价值，主要有以下三点局限性：

第一、这里出水的强度都是按照车辆的泵流量进行计算，而实际出水的出水量与充实水柱长度、压力大小和口径都是变数，因此采用泵流量进行一个估算。

第二、为了简便计算，忽略了在火场上存在的一些具体问题，比如消防车道的回车场地是否够大，车辆停靠是否合理等情况都不予考虑。

第三、没有考虑手抬泵在火场中起到的供水作用。

3关于大跨度建筑火灾火场供水能力的几点启示

3.1扑救乡镇工业区的大跨度建筑火灾可以大胆采用运水供水的方式

首先，目前嘉兴在城市建设中先于市政消防基础建设滞后于乡镇工业区的建设，工业区供水管管径普遍偏小，就算有厂房内部泵房加压，也不能满足现代大功率水炮的出水能力。临近的天然水源很少甚至没有留给消防车停靠取水处。在沃尔玛物流中心的案例中，厂区内部管网水仅能够供给1辆高喷的出水量，留给消防车停靠天然水源取水点也仅有一个；其次根据《嘉兴市消防事业发展十二五规划》，“十二五”期间嘉兴普通二级以上消防站至少配有1辆高性能、多功能的主战消防车、1辆举高喷射消防车和1辆重型水罐（泡沫）消防车。基于市政消防基础设施的落后和重型水罐车的普及化这两点，笔者认为目前乡镇工业区的大跨度火灾的供水在就近停靠使用水源的基础上，还可以大胆采用运水供水的方式。运水供水需要水罐车的数量较多，供一辆高喷车就需要四辆重型水罐车，所以在乡镇地区的大跨度建筑发生火灾的时候，要调集尽可能充足的初战力量。除了消防车辆，在遇到大火的时候也可以通过指挥中心调集市政水罐车辅助运水。

3.2供水车辆应该采取大车供小车的方式

中队普遍配备的大功率车泵，出水流量有保证，因此主战车辆应选择高喷与小容量的水罐车。这样做一方面便于主战车辆停靠，另一方面可以充分利用大容量水罐车进行运水，提高运水效率。在组织运水的过程中要注意指挥调度和统筹安排，合理安排车辆停靠位置，选择合适水源，避免出现车辆扎堆，车辆之间抢占水源等情况。

3.3通过市政管网加压供水在实际应用中具有局限性

市政管网加压并不能根本上解决供水难问题。理论上，当发生火灾的时候可以通过水务公司对市政管网加压提高受灾区域的管网的水流量。但是笔者在对水务公司的调研中，我们发现这个方法具有很大的局限性。从技术上看，目前嘉兴市仅有自来水总厂有大功率的加压泵，几个中心镇没有配备加压泵，如果总厂的泵加压，受灾地区增加的水流量只是杯水车薪。如果要实现区域加压的话要关闭临近的管网的水阀，一方面水阀无法远程控制，需要派人到现场关阀，时间耗费长；另一方面由于市政管网老化和居民楼管网设计标准不高，大幅度增压可能导致某段管网破裂，因此加压幅度有限。从社会影响上看，停水和加压对居民生活影响比较大，市政加压停水要按照市政府的应急预案，审批层次较多，响应需要时间。

4、结论

公安部消防局副局长朱力平在《城市常规火灾灭火能力定量估算初探》一文中提到“很大程度上讲，一个城市消防部队的灭火能力，就是累计主战车的出水总强度”。目前浙江现役消防中队普遍配备大功率中低压泵主战消防车，消防高喷车和移动水炮也较为普及，在处理大型火灾事故时，主战车出水能力能够有保证。因此，提升灭火能力就是要研究如何最有效率地把尽可能多的水运送到前方主战车辆。但是当前市政供水基础设施不完备，消防部队在火场中“重前方、轻后方”的思想仍然存在，灭火指挥能力欠缺等种种原因导致后方供水保障跟不上，造成在实战中新灭火装备利用率低、战术单一老旧等现象，初战控火能力无法与装备更新同步提升。可以说，当前阶段消防站的灭火能力主要被供水能力所限制。

在扑救乡镇大跨度火灾的时候，供水难的问题尤其突出，主要表现在市政管网建设落后于功能区建设，供水装备提升滞后于出水装备升级。此外跨区域消防力量调集难度大，现场供水指挥能力有待提高等问题在扑救此类火灾也经常出现。针对这些矛盾，笔者建议主要从两个方面进行改进，从而提升大型火场的供水能力：第一、加快特勤消防站国产大流量供水器材、设备及火场供水辅助设施的配备，减少火场水带的铺设；第二、加快建立支队级别的供水分队。2011年6月6日，北京大兴成立了首支火场供水分队。供水分队包括1辆水带器材车，4辆18t水罐消防车和1辆水炮拖车。水带器材车通过配备载水30t的移动水囊、4盘长50m的水带和手抬泵，可实现在2km外对火场持续供水。