建筑規劃與設計板塊超高層建筑消防給水設計的技術探討

上海申聯建筑設計廣東分公司 廣東省廣州市 510310

摘要：在社會經濟高速發展的背景下，我國的城市規模日漸增大，超高層建筑不斷涌現。超高層建筑涵蓋了商業、居住等強大的功能，而這有賴于超高層建筑龐大的體量。在超高層建筑中，消防給水設計十分重要，這關系到超高層建筑內人的生命及財產安全。鑒于消防給水設計的重要性，本文將對超高層建筑消防給水設計進行探討，以期促進該研究領域的發展和進步。

關鍵詞：消防給水設計；超高層建筑；技術探討

一、引言

超高層建筑在現代社會的作用越來越突出。這是因為隨著我們國家城市化規模的擴大，建筑用地越來越緊張，因而建筑的建設向著天空發展，超高層建筑隨著不斷涌現。超高層建筑由于其“高”，故而體量龐大、結構復雜，如果發生火情，則將會造成巨大的人員傷亡及慘重的經濟損失。鑒于此，消防給水設計在超高層建筑的設計中占有著十分重要的地位。超高層建筑的消防給水設計必須按照國家法律法規的要求，在消防部門的主導下，針對超高層建筑的結構特點，設計出符合超高層建筑消防給水的方案，以提高預防火災的能動性，切實做到保障人民群眾的生命財產安全。接下來，本文將主要對超高層建筑中消防給水系統設計進行探討。

二、超高層建筑消防給水系統設計

《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95（2005年版）（以下簡稱“高規”）第1.0.5條規定。當高層建筑的建筑高度超過250m時，建筑設計采取的特殊的防火措施，應提交國家消防主管部門組織專題研究、論證。所以對100m～250m的建筑基本就是按照\"高規\"進行消防設計。超高層建筑消防給水系統由水源、水箱（包括中間轉輸水箱和天面水箱）、水泵、管網、消火栓、控制室等許多個設備、設施組成。在超高層建筑消防給水系統設計時，主要考慮的就是水源的及時性和充足性以及系統外的救援補水。在超高層建筑消防給水系統設計時重點考慮以下幾個方面：

1.室內消火栓系統設計

（1）選擇水泵

水泵是火災發生時滅火的關鍵設備。第一，采購的水泵應當符合國家消防設施的相關標準，必須具備較高的啟動靈敏性，較高的承載能力，應當做到高荷載時能夠確保消防管網不會因為壓力過大而損壞；第二，設置科學的自動巡檢周期，通常以超過一個星期，不超過10天為宜。第三，選用水泵特性和曲線平緩的水泵，在水泵出水管上加設泄壓閥，防止火災初期未達到設計水量時超壓。

（2）布置管網

超高層建筑中消防管網的布置主要應確保供水的穩定性，這樣室內消火栓系統就應當布置成為環狀管網。在超高層建筑的室內區域中，通常消火栓的布置與管網的布置是相符合的。這就需要將建筑底層和最高層的管網連接成為一個水平的環路狀，而又將里面設置成為垂直的換路狀，這樣布置管網才可以確保供水的穩定性，這是火災時確保水源穩定的重要因素。

（3）設置水喉

水喉一般是在火災發生時進行初次撲滅火情的重要設備。超高層建筑火災的防護主要依靠自救，這是因為超高層建筑通常高度過大，消防車、水泵的高度有限。消防水喉具有良好的操作性，簡單易學。超高層建筑應當擴大的消防水喉的使用，尤其是室內消火栓務必確保設置消防水喉。

2.自動噴淋滅火系統

超高層建筑應用自動噴淋滅火系統已經得到世界范圍內較為廣泛地重視和關注。自動噴淋系統具有操作簡便、維修簡易、成本較低、滅火效率高等優點。自動噴淋滅火系統的管網布置應當與室內消火栓系統的管網布置分開來。這是因為如果將二者共用管網的話，一旦發生火災，室內消火栓和自動噴淋滅火系統同時啟用的話，將會對管網造成極大的壓力，反而會使得滅火的難度增加。對于超高層建筑自動噴淋滅火系統的設計還需從如下幾方面注意：

（1）選擇系統

自動噴淋滅火系統的選擇應當根據超高層建筑的不同功能及具體特點來進行。比如，對于商業性質的超高層建筑應當選用濕式系統；當自動噴淋滅火系統處于預工作狀態時，就可以選用預作用系統；對于超高層建筑的采暖區，一旦到了冬季，由于自動噴淋滅火系統比較容易遇冷而凍結，此時選用干式系統或者預作用系統較好。

（2）供水干管布置

供水干管在報警閥組前面，而報警閥是自動噴淋滅火系統的關鍵性零部件，報警閥的功能是接收火災報警信號，同時啟動自動噴淋滅火系統進行滅火。由于報警閥的作用如此重要，因此供水干管的布置良好就可以確保供水的穩定性，從而在滅火中起到關鍵性作用。供水干管布置成環形狀，可以減輕管網的壓力，從而確保管網供水的穩定性和安全性。

（3）設置放水點

超高層建筑內部各層的吊頂部位通常鋪設了很多不同類型的水電管網，因而，很難完全避免發生管網沖突的情形。解決管網沖突的最好的方法就是重力管和風管優先的原則。因此，自動噴淋滅火系統的管網通常會避讓其他各種管網，這就使得管網彎曲度過大，導致管網內大量的積水。這就有必要在管網上設置一些放水點，而且設計時爭取將放點水設置在室內的濕區，有利于保持室內的干濕平衡，而且有利于自動噴淋滅火系統管網的維修和養護。

（4）選擇噴頭

合適的噴頭可以有效地發揮自動噴淋滅火系統的作用，否則，將會影響系統功能的發揮。在系統設計中，依據超高層建筑的具體功能，并在不同的位置選擇不同類型的噴頭。選擇噴頭主要考慮的是噴頭的溫度級。通常情況下，噴頭使用時的溫度不會超過30攝氏度，因此，選擇過高溫度級的噴頭并非是上佳之選。選擇噴頭時，還應當根據噴頭的噴水量、樓層的水壓情況，進行具體的選擇。

3. 水泵接合器的設置

“高規”7.4.5.2條規定消防給水為豎向分區供水時，在消防車供水壓力范圍內的分區，應分別設置水泵接合器。根據”高規”，在消防車供水壓力范圍外的分區，無論是消火栓系統還是自動噴水滅火系統，均可不再設置水泵接合器；但是根據“噴規”10.4.2條規定在超出消防車供水也圍之外的自動噴水滅火系統的消防分區需要設置接力設施。從消防安全的角度考慮在超高層建筑中建議消火栓系統和噴淋系統均設置水泵接合器。

水泵接合器的主要用途是室內消防水泵發生故障或遇到大火室內消防用水不足時，供消防車從室外消火栓取水，通過水泵結合器將水送到室內消防給水管網，供滅火使用。設置水泵接合器可以有兩種做法：第一種方法就是設置接力泵進行接力供水（可以參考“噴規”10.4.2條的條文解釋圖例進行設計），接力泵采用移動式柴油機泵、手抬泵等，同時配合接力水箱引出的接合器（供備用泵吸從轉輸水箱吸水）和水泵接合器（供接力泵出水管向系統供水）；另一種方法就是從避免在電力故障時消防加壓泵不能工作這個角度出發，建議設置柴油泵作為消防系統的備用泵；柴油泵的國家制造標準規定柴油泵本身的油箱儲存燃料為柴油泵運行3h的燃料，因此不必要考慮另外再儲存燃料。所以在消防車供水范圍內的消防分區的消防加壓泵采用電力泵作為備用，在消防車供水范圍之外的消防加壓泵設置柴油泵作為備用泵。在超高層建筑消防車供水范圍之外的火災發生且室內用水不足時，首先由消防車在室外消火栓取水加壓送水至中間轉輸水箱，再由消防加壓泵加壓供水滅火，如此時電力泵發生故障，則柴油泵即可投入滅火工作。以上措施很好地解決了消防車供水范圍之外的高區水泵接合器的設置問題，保證高區消防供水安全。

根據國家相關規范，室內消防給水系統必須配備水泵接合器。超高層建筑應當根據消防給水系統的需水量配置足夠多的水泵接合器。水泵接合器15米到40米范圍內應當配置一個室外消火栓，才能確保需方用水的充足。嚴格杜絕密集設置水泵接合器，這樣才不會在火災時影響消防車的通行。在火災發生時，即使使用水泵接合器，仍然要能確保消防車的順利通行。水泵接合器位置的設置在考慮防火需求的同時，也要考慮到超高層建筑的正常使用功能的問題。對水泵接合器要經常性的進行保養，要形成一個定期的保養維護計劃，嚴格檢查開關閥門是否可以靈活開啟，是否存在漏水現象，并且更換老化、陳舊的密封墊，定期添加潤滑油確保設備正常運轉。在常態化的檢查中，還要注意水泵接合器的標識、外觀是否完好，確保火災發生時能夠正常發揮功能。

4. 中間轉輸水箱的設置

供水方式的選擇是超高層消防水系統的關鍵，超高層建筑消防主要是以自救為主，系統運行需安全，可靠穩定，考慮承壓和系統的安全性，在超高層建筑中一般都需要采用轉輸水箱來供水的（個別高度不高的建筑可以自供的除外）。消防的中間轉輸水箱在《全國民用建筑工程設計技術措施—給水排水》（2003年）中規定：“采用水泵轉輸串聯時，中間轉輸水箱同時起著上區輸水泵的吸水池和本區消防給水屋頂水箱的作用，其儲水容積按15～30min的消防設計水量經計算確定，并不宜小于60m3。如有多種消防系統則可能在火災延續時間內同時啟動，則需按同時啟動消防系統的水量疊加計算，作為中間轉輸水箱容積。

超高層建筑消防有常高壓制和臨時高壓制，二者都是安全的。如果采用常高壓系統，中間設備層消防轉輸水箱容積按上述措施計算并不宜小于60m3；屋頂消防水箱則需要儲存全部的消防用水量，這樣雖會增加結構荷載，增大占地面積，增加造價；但供水系統的安全性要比臨時高壓制高，對大型的重要建筑，如有條件應優先考慮。如果采用臨時高壓系統，根據“措施”規定，中間設備層消防轉輸水箱有效容積通常按15～30min的消防設計水量計算確定，并不宜小于60 m3，設計實際設計時消防轉輸水箱容積通常大于60 m3，；屋頂的消防水箱有效容積設計為18 m3。無論從結構荷載還是工程造價方面考慮，消防采用臨時高壓系統，都有很大的優勢。供水系統的安全性要比常高壓略低但仍能滿足供水的安全要求。

廣州珠江新城地標建筑西塔主塔樓103層，建筑高度432m。其室內消火栓系統豎向分設八個區，七區為82層以下，采用常高壓給水系統；82層及以上常高壓供水壓力不能滿足要求的樓層為穩高壓滅火系統。室內消火栓共設兩組中間轉輸水箱，另有兩組減壓水箱，每組轉輸和減壓水箱有效容積均為60m3（分兩個水箱貯存，每個30m3的），頂樓設貯存全部消防水量的屋頂貯水池600m3。該建筑采用了高壓制和臨時高壓制相結合的方式，更貼合實際，系統供水更安全。

三、結論

在城市規模擴張的同時伴隨著超高層建筑在我國各地大中型城市的涌現。在超高層建筑消防給水設計中，應當不斷地優化消防給水設計方案，克服設計中存在的問題，確保整個消防給水系統，尤其是超出消防車供水范圍之外的高區消防給水系統的供水安全水；運用新型的設備、材料及新技術，不斷提高消防給水設計的水平，確保建筑的消防安全，保衛人民群眾的生命財產安全。

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