نشرت هذه المقالة لأول مرة في مجلة جمعية مهندسي مكافحة الحرائق الامريكيه (SFPE)
https://www.sfpe.org/publications/fpemagazine/fpeextra/fpeextra2024/fpeextraissue104
المقدمة
يشير معدل تدفق المياه اللازمة لمكافحة الحرائق، والتي يتم توفيرها بمعدل كافٍ للسيطرة على حريق كبير داخل المنشأة، مع الحفاظ على ضغط مستمر(residual pressure) لا يقل عن psi20 لمدة محددة. يساهم هذا المصدر المائي في إخماد الحرائق، ومنع انتشارها ، وتقليل الأضرار التي تصيب المنشأة والمناطق المجاورة. يتم توفير تدفق المياه عادةً عبر صنابير اطفاء الحريق (fire hydrants) المتصلة بشبكة المياه المحلية. ومع ذلك، إذا كان تدفق المياه العام غير كافٍ لتلبية المتطلبات اللازمة، فقد يكون من الضروري استخدام صنابير خاصة لإطفاء (private fire hydrants) الحريق ، مضخة حريق، وخزانات تخزين المياه لضمان توفير معدل التدفق اللازم لمكافحة الحرائق.
تاريخ معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق
في بدايات الحماية من الحرائق، كانت تعتمد على أساليب بدائية، مثل فرق الإطفاء اليدوية، حيث كان الأفراد يصطفون لنقل دلاء المياه من المصدر إلى موقع الحريق، واحدًا تلو الآخر. ورغم فاعلية هذه الطريقة في إخماد الحرائق الصغيرة، إلا أنها كانت غير كافية لمواجهة الحرائق الكبيرة، التي تتطلب كميات كبيرة من المياه للسيطرة عليها بفعالية. وقد أبرزت هذه الأحداث الحاجة إلى أنظمة موحدة لمكافحة الحرائق ومصادر مياه موثوقة لدعم عمليات الإطفاء.
ومع توسع المدن وزيادة الكثافة العمرانية، ظهرت أنظمة حديثة لتوزيع المياه تلبي الاحتياجات الحضرية، بما في ذلك متطلبات مكافحة الحرائق. وكان إدخال صنابير اطفاء الحريق (fire hydrants) المتصلة بشبكات المياه المحلية تطورًا هامًا، حيث وفرت لرجال الإطفاء مصدرًا مائيًا متاحًا بسهولة وذي ضغط كافٍ. وقد أحدث هذا الابتكار تحولًا كبيرًا في أساليب الإطفاء، حيث ساهم في تقليل أوقات الاستجابة وضمان إمداد مائي مستمر، وهو أمر أساسي للسيطرة على الحرائق الكبرى والحد من انتشارها.
ولضمان معدل تدفق المياه اللازمة لمكافحة الحرائق، تم تطوير طرق حسابية مختلفة ، مثل Iowa State Formula، وthe National Fire Academy Formula، و the Insurance Services Office (ISO) Formula. تأخذ هذه المعادلات في الاعتبار عوامل رئيسية مثل مساحة ومواد وتفاصيل المبنى لضمان توفير الكمية والضغط المناسبين من المياه للسيطرة على الحرائق وإخمادها بفعالية.
في الوقت الحالي، يتم تطبيق قوانين مختلفة لمكافحة الحرائق في العديد من المناطق داخل الولايات المتحدة وخارجها. فعلى سبيل المثال، تعتمد الولايات المتحدة بشكل أساسي على الكود الدولي للحريق (IFC) ، الذي ينشره المجلس الدولي للاكواد (ICC)، أو NFPA 1، الذي تصدره الجمعية الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA). وتُعرف هذه الأكواد باسم “أكواد الحريق”، ويتم استخدامها على نطاق واسع في مختلف الولايات الأميركية وكذلك في العديد من الدول حول العالم. وتعتمد هذه الأكواد على منهجيات متشابهة لحساب معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق ، مع اختلافات صغيرة، لضمان توفر مصادر مياه معتمدة تحمي المباني وتقلل من مخاطر الأضرار الناتجة عن الحرائق.
حساب معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق
يحدد الكود الدولي للحريق (IFC) متطلبات معدل تدفق المياه في Appendix B ، حيث تُعد هذه المتطلبات استشارية ما لم يتم اعتمادها رسميًا من قبل السلطات المحلية أو الوطنية أو الإقليمية.
في المقابل، يحدد كود NFPA 1 متطلبات معدل تدفق المياه في Section 18.4، مما يجعل الامتثال لها إلزاميًا، إلا في الحالات التي تنص فيها النسخة المعتمدة من الكود على استثناءات أو تعديلات.
سواء كانت هذه المتطلبات استشارية أو إلزامية، يجب على مهندسي الحماية من الحرائق والسلطة المختصة (AHJ) تقييم معدل تدفق المياه بدقة لضمان تلبية احتياجات مكافحة الحرائق. فعدم كفاية تدفق المياه قد يؤدي إلى انتشار الحريق بشكل غير متحكم فيه، مما قد يتسبب في امتداده إلى المباني المجاورة وحدوث خسائر كبيرة.
يعتمد كل من IFC و NFPA 1 اعلى جداول متطابقة لحساب معدل تدفق المياه ، والتي تستند إلى المنهجيات التي طورتها Insurance Services Office.
تأخذ هذه الجداول في الاعتبار عوامل مثل نوع إنشاء المبني والمساحة الإجمالية، والتي تُقاس ضمن محيط الجدران الخارجية، لتحديد معدل التدفق المائي المطلوب ومدة استمراره. ومن خلال تطبيق إرشادات ISO، توفر هذه الأكواد أسلوبًا موحدًا لحساب معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحريق .
يلعب نوع إنشاء المبنى، الذي يُحدد بناءً على المواد المستخدمة ومستويات مقاومة الحريق للعناصر الإنشائية ، دورًا أساسيًا في تحديد متطلبات معدل تدفق المياه.
يصنف كل من IFC و NFPA 1 المباني وفقًا لمقاومتها للحريق، بدءًا من الفئة الأولى (I) الأكثر مقاومة وحتى الفئة الخامسة (V) الأقل مقاومة:
- الفئة I و :II مصنوعة من مواد غير قابلة للاشتعال مثل الخرسانة والصلب.
- الفئة :III تحتوي على جدران خارجية غير قابلة للاشتعال مع مكونات داخلية قابلة للاشتعال.
- الفئة :IV تتضمن بناءً خشبيًا ثقيلًا مع عناصر هيكلية خشبية كبيرة.
- الفئة :V غالبية الإنشاء خشبي بالكامل.
وقت استمرار تدفق المياه يؤخذ اعتباره في الحسابات. على سبيل المثال، وفقًا لجدول B105.1(2)في IFC ، يتطلب مبنى من الفئة II (غير قابل للاحتراق) تبلغ مساحته 10,000 square feetوتدفق 1,000 gpm لمدة ساعتين متواصلتين.
تأثير أنظمة الرشاشات على حسابات معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق
ثبت أن أنظمة الرشاشات التلقائيه فعالة للغاية في السيطرة على الحرائق وإخمادها، مما أدى إلى تأثير كبير على تصميم أنظمة السلامة من الحرائق، بما في ذلك متطلبات معدل تدفق المياه . عند تركيب الرشاشات، تسمح الأكواد بتخفيضات كبيرة في معدل تدفق المياه المطلوبة ، مع الالتزام بمستويات معينة. ويُبرَّر هذا التخفيض نظرًا لأن الرشاشات تقلل من خطر انتشار الحريق، مما يُخفِّض بشكل كبير احتمالية نموه وانتقاله إلى المباني المجاورة.
على سبيل المثال، يسمح الكود الدولي للحريق (IFC) بتخفيض يصل إلى %75 في معدل تدفق المياه للمباني المجهزة بأنظمة رشاشات تلقائية معتمدة. ومع ذلك، يفرض الكود حدًا أدنى لتدفق المياه بناءًا على نوع المبنى، حيث يتم تحديد قيم خاصة للمباني السكنية من وحدتين أو وحدة واحدة، والمنشآت الأخرى.
في حالة المباني غير السكنية، حيث يكون معدل تدفق الحريق الأصلي gpm,1,500 ، فإن تخفيضًا بنسبة %75 سيؤدي إلى تقليل التدفق إلى gpm375. ومع ذلك، لا يمكن أن يكون معدل تدفق المياه أقل من gpm1,000 وفقًا لمتطلبات الكود. لذلك، في هذه الحالة، يتم تعديل معدل تدفق المياه إلى gpm1,000 لضمان الامتثال لمتطلبات الكود.
تقليل متطلبات معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق من خلال حوائط الحريق
يمكن تقليل متطلبات تدفق الحريق وفقًا لكل من الكود الدولي للحريق (IFC) و NFPA 1 من خلال تقسيم المبنى إلى أقسام أصغر باستخدام حوائط الحريق (Fire Walls). حائط الحريق هو حائط مقاوم للحريق مصمم لمنع انتشار الحريق بين أجزاء المبنى المختلفة. يمتد هذا الحائط بشكل مستمر من الأساس إلى السقف أو من خلاله، مما يوفر حاجزًا وقائيًا قويًا. وعادةً ما يتم تصميم هذه الحوائط بحيث تظل قائمة حتى في حالة انهيار المناطق المحيطة بسبب الحريق، مما يعني أن الفشل في الحاجز سيحدث غالبًا على جانب واحد فقط من الحائط، بينما يظل الجانب الآخر محميًا.
عند تقسيم المبنى إلى عدة مناطق حريق منفصلة باستخدام حوائط الحريق، يمكن اعتبار كل قسم مستقل عند حساب معدل تدفق المياه المطلوبة ، مما يسهل على المباني الكبيرة الامتثال لمتطلبات السلامة من الحرائق. تسمح هذه الطريقة بحماية المباني الكبيرة من خلال اعتبار كل قسم منطقة مستقلة، مما يقلل من المعدل إجمالي لتدفق المياه المطلوبة .
يمكن أن تحتوي حوائط الحريق على فتحات محمية، مثل الأبواب أو النوافذ المقاومة للحريق، بشرط أن تفي بالمعايير المحددة في الأكواد. ومع ذلك، تختلف الأكواد فيما يتعلق بتخفيض معدل تدفق المياه ؛ حيث يشترط الكود الدولي للحريق (IFC) أن يكون الحائط الحاجز خاليًا تمامًا من الفتحات ليكون مؤهلًا لتخفيض متطلبات معدل تدفق المياه ، في حين يسمح NFPA 1 بوجود فتحات في الحائط الحاجز مع الاستفادة من تقليل متطلبات معدل تدفق المياه ، بشرط أن تفي هذه الفتحات بمعايير السلامة المحددة.
متطلبات معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق للمباني المنعزلة
تسمح أكواد الحريق للسلطة المختصة (AHJ) بتخفيض متطلبات معدل تدفق المياه لإخماد الحريق في المباني التي تُبنى في المناطق المنعزلة . ويكون خطر انتشار الحرائق الكبيرة في هذه المناطق أقل بشكل عام، خاصة في المباني المجهزة بأنظمة الرشاشات التلقائية، حيث تكون خراطيم الإطفاء الخارجية ضمن حسابات نظام الرشاشات. في بعض الحالات، قد يتم التغاضي عن تدفق المياه المحسوب في المباني المعزولة بالكامل والمزودة بالرشاشات، نظرًا لأن تدفق المياه في الخراطيم قد توفر كمية المياه الكافية لعمليات مكافحة الحرائق.
ومع ذلك، يجب مراعاة التدفق للمياه الكامل في المناطق التي تكون فيها المباني متقاربة، حيث يكون التدفق الإضافي ضروريًا لمنع انتشار الحريق إلى المباني المجاورة. لذلك، يجب تقييم قرار تقليل أو إلغاء تدفق المياه في المباني المزودة بالرشاشات في المناطق المنعزلة لكل حالة على حدة
. يجب أن يتم هذا القرار من خلال تنسيق مشترك بين مهندس الحماية من الحرائق والسلطة المختصة (AHJ). ومن خلال مراعاة الظروف المحددة، وتدابير السلامة، والموارد المائية المتاحة، والأكواد المحلية، والتجارب السابقة، يمكن اتخاذ القرار المناسب لضمان الحماية الفعالة من الحرائق.
الأخطاء الشائعة في تنفيذ تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق
أ.قدرة تخزين المياه ومضخة الحريق
عند استخدام مضخة حريق وخزان كجزء من نظام حماية خاص بسبب الحدود في التدفق والضغط في شبكة المياه الرئيسية، وكان يتم تخصيص صنابير إطفاء (fire hydrants) الحريق الخاصة داخل هذا النظام لعمليات الإطفاء، يجب أخذ معدل التدفق المطلوب للحريق في الاعتبار عند اختيار مضخة الحريق. ليس من الضروري أن يتطابق معدل تدفق المضخة مع التدفق المطلوب للحريق مباشرة، بل يجب تقييم منحنى أداء المضخة لضمان قدرتها على توفير التدفق المطلوب مع الحفاظ على ضغط متبقي لا يقل عن psi20 (138 kPa). وهو الحد الأدنى الذي توصي به هيئات المياه لضمان تشغيل سيارات الإطفاء بأمان ومنع حدوث ضغط سلبي (negative pressure) في شبكة المياه، مما قد يؤثر على نظام توزيع المياه. يُعد الحفاظ على هذا المستوى من الضغط أمرًا ضروريًا لفعالية عمليات مكافحة الحرائق واستقرار البنية التحتية للمياه.
على سبيل المثال، يمكن لمضخة حريق ذات كفاءة تبلغ gpm1000 أن تفي بمتطلب تدفق المياه البالغ gpm1500 إذا كانت قادرة على تحقيق هذا التدفق مع الحفاظ على ضغط متبقي أعلى من .20 psi يبرز هذا أهمية مراجعة منحنى أداء المضخة و قدرتها القصوى على التدفق بدلاً من الاعتماد فقط على القدرة المقدرة لها. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون خزان مياه الحريق قادرًا على تخزين الكمية المطلوبة من المياه لمدة زمنية محددة وفقًا لأكواد الحريق، لضمان توافر كمية كافية لمتطلبات مكافحة الحرائق.
ب.متى يكون معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق مطلوبًا
يتم توفير معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحريق عادةً من خلال صنابير إطفاء الحريق العامه (public fire hydrants)، ولكن عندما يكون لدي مجموعة من المباني صنابير اطفاء للحريق خاصة (private fire hydrants) ضمن نظامهم الخاص للحماية من الحريق ، فإن هذه الصنابير تكون مشمولة ضمن النظام الخاص لمكافحة الحرائق الذي يشمل الصنابير الخاصة لإطفاء الحريق (private fire hydrants) و مضخات الحريق و خزانات تخزين المياه المسئوله عن توفير المياه اللازمة لمكافحة الحريق , وعلى العكس من ذلك إذا تواجدت صنابير اطفاء الحريق (fire hydrants) في الشوارع العامة متطلبات معدل تدفق المياه لا تنطبق على مكونات النظام الخاص للحماية من الحرائق مثل مضخات الحريق و خزانات تخزين المياه لانها ليست ضرورية في آلية عمليات مكافحة الحرائق
ج.إضافة معدل تدفق المياه اللازمة لإخماد الحرائق إلى أنظمة الرشاشات و الأنابيب الرأسية (Standpipe Systems)
لا تتطلب أكواد الحريق إضافة معدل تدفق المياه إلى أنظمة الرشاشات و الأنابيب الرأسية (Standpipe System) في جميع الحالات. يشترط كل من NFPA 1 و IFC استخدام أعلى قيمة بين التدفق المطلوب للحريق ومتطلبات نظام الرشاشات أو الأنابيب الرأسية (Standpipe System)، وليس مجموع القيمتين. يضمن هذا النهج تلبية أعلى متطلبات التدفق دون الحاجة إلى زيادة غير ضرورية في حجم نظام توزيع المياه.
د.التحقق من اختبار التدفق
عند الاعتماد على صنابير إطفاء الحريق (fire hydrants) العامة لتوفير تدفق المياه ، يكون من الضروري إجراء اختبار تدفق لهذه الصنابير للتحقق من قدرة شبكة توزيع المياه على تحقيق التدفق المطلوب مع الحفاظ على الحد الأدنى للضغط البالغ .20 psi كما يجب تقديم حسابات تدفق المياه إلى السلطة المختصة (AHJ)، مع مراعاة مساحة المبنى ونوع إنشائه وفقًا للأكواد ذات الصلة. يلعب الAHJ دورًا رئيسيًا في تطبيق معايير تدفق المياه ، وقد يعتمد ملاحق محددة في الكود أو متطلبات محلية إضافية تؤثر على كيفية حساب وتطبيق معدل تدفق المياه . لذلك، ينبغي على مهندسي الحماية من الحريق التعاون مع AHJ لضمان الامتثال الكامل لجميع اللوائح المطبقة، بما في ذلك متطلبات معدل تدفق المياه اللازمة لمكافحة الحرائق .
ه.التنسيق بين الأطراف المعنية
يتطلب تحديد معدل تدفق المياه الفعّال تعاونًا بين مهندسي الحماية من الحريق، و المهندسين المدنيين، والمعماريين، وإدارات الإطفاء المحلية، وغيرها من الجهات المختصة. يجب أن يتم هذا التنسيق في المراحل المبكرة من المشروع لضمان حساب معدل تدفق المياه بدقة ودمجه مع الأنظمة الأخرى في التصميم.
في بعض الحالات، خاصة في المباني الكبيرة غير المزودة بالرشاشات، قد يكون معدل تدفق المياه المطلوب مرتفعًا للغاية، مما يستدعي مناقشات مبكرة لاستكشاف طرق تقليل متطلبات التدفق، مثل استخدام الحوائط المقاومة للحريق. يعد إشراك جميع الأطراف المعنية، بما في ذلك مالكي المباني، في وقت مبكر أمرًا ضروريًا لتحديد المشاكل المحتملة وتسهيل عملية الموافقة على التصميمات.
مجالات تحسين أكواد الحريق
تعتمد حسابات معدل تدفق المياه في الغالب على بيانات مرصودة وإرشادات موحدة، بدلاً من النماذج الرياضية أو الفيزيائية التفصيلية. يعني الاعتماد على هذه الأساليب التجريبية أنها قد لا تأخذ في الاعتبار جميع العوامل المؤثرة على كمية المياه المطلوبة للسيطرة على الحريق. ومن بين هذه العوامل ما يلي:
- محيط المبنى : إذا كان المبنى يقع في منطقة مفتوحة بدون مبانٍي مجاورة، فإن خطر انتشار الحريق يكون أقل. قد لا تأخذ متطلبات تدفق المياه القياسية في الاعتبار، خاصة إذا كان المبنى مجهزًا بنظام رشاشات تلقائية. وعلى الرغم من أن السلطة المحلية المختصة بمكافحة الحرائق هي المسؤولة عن اتخاذ القرار بشأن أي تخفيضات، فإن وجود إرشادات أوضح في الأكواد يمكن أن يساعد في تعديل متطلبات تدفق المياه بناءً على مستوى الخطر الفعلي للحريق.
- المواد الخطرة: تؤثر كمية ونوع المواد المخزنة داخل المبنى على خطر الحريق، لكن حسابات معدل تدفق المياه القياسية لا تأخذ ذلك دائمًا في الاعتبار. فقد تحتاج المباني التي تحتوي على مواد قابلة للاشتعال إلى مياه أكبر مما تقترحه الحسابات العامة، في حين أن المباني ذات المحتوى منخفض الخطورة قد تحتاج إلى كميات أقل.
- الغموض في نصوص الأكواد: يتم تنظيم متطلبات تدفق المياه في الأكواد بشكل مستقل عن تصميم أنظمة الرشاشات والأنابيب الرأسية (Standpipe System). مع ذلك، لا توفر الأكواد توجيهات واضحة حول إمكانية اعتماد خراطيم الإطفاء الخارجية أو الأنابيب الرأسية (Standpipe System) لتلبية احتياجات تدفق المياه بالكامل في بعض الحالات.
- عدم وضوح البيانات: لا ينص كل من IFC و NFPA 1 بوضوح على أن متطلبات تدفق المياه مخصصة فقط صنابير إطفاء الحريق ، مما قد يؤدي إلى سوء فهم. فقد يفترض البعض أن تدفق المياه اللازمة لإخماد الحريق ينطبق أيضًا كتدبير أمان إضافي على أنظمة المياه الأخرى مثل الرشاشات والأنابيب الرأسية (Standpipe System)، رغم أن هذا ليس هو الغرض الأساسي.
الخاتمة
على الرغم من أن طرق حساب تدفق المياه اللازمة لإخماد الحريق قد لا تستند إلى علوم دقيقة، إلا أنها توفر نظامًا موحدًا يمكن التكيف معه وفقًا لمختلف المواقف وأنواع المباني.
يعد الفهم الصحيح لتطبيق متطلبات تدفق المياه أمرًا ضروريًا لهندسة الحماية من الحرائق لضمان توفر كمية كافية من المياه لمكافحة الحرائق.
يتطلب الامتثال لمعايير تدفق المياه تنسيقًا كاملاً بين جميع الأطراف المعنية، بما في ذلك مهندسو الحماية من الحرائق، المهندسون المعماريون، السلطات المختصة (AHJ) ، ملاك المباني، ومهندسو المياه البلدية. ومن خلال التخطيط المتكامل والالتزام بهذه المتطلبات، يمكن تصميم أنظمة الحماية من الحرائق لضمان سلامة شاغلي المباني وتقليل مخاطر أضرار الحرائق على المبنى والمناطق المحيطة.
