超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計探析

劉升赟

(太原市消防支隊，山西 太原 030024)

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超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計探析

劉升赟

(太原市消防支隊，山西 太原 030024)

超高層建筑已經(jīng)成為城市建設發(fā)展的趨勢，存在建筑體量龐大、功能設置復雜等特點，為消防給水系統(tǒng)設計增大了難度。通過對幾種超高層建筑消防給水方式的介紹和分析，總結(jié)目前部分超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計的情況和特點，探討此類建筑消防給水系統(tǒng)設計的思路和方法。

超高層建筑；消防給水系統(tǒng)；消防水箱；并聯(lián)給水方式；串聯(lián)給水方式

超高層建筑是指建筑高度大于等于100 m的民用建筑，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和建筑技術的不斷提高，各地的超高層建筑不斷涌現(xiàn)。由于目前我國專業(yè)消防隊伍配備的滅火設備和登高救援設備無法直接到達超高層建筑的各層，超高層建筑必須依靠自身的消防滅火系統(tǒng)撲滅火災，如果建筑內(nèi)設置的滅火系統(tǒng)出現(xiàn)問題，發(fā)生火災時將產(chǎn)生災難性后果。為此，做好超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計極其重要。

1 設計要點

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》(GB 50974—2014)第6.2.1條規(guī)定“系統(tǒng)工作壓力大于2.40 MPa或消火栓栓口處靜壓大于1.00 MPa，自動水滅火系統(tǒng)報警閥處的工作壓力大于1.60 MPa或噴頭處的工作壓力大于1.20 MPa時，消防給水系統(tǒng)應分區(qū)供水”，第7.4.12條規(guī)定“消火栓栓口動壓力不應大于0.50 MPa，當大于0.70 MPa時必須設置減壓裝置”[1]。建筑物的高度大于一定值時，如果消防給水系統(tǒng)設計不合理，極易導致系統(tǒng)工作壓力大于2.40 MPa或消火栓栓口靜壓大于1.00 MPa，從而使系統(tǒng)的管道和閥門等受到損壞，同時為滅火人員利用室內(nèi)消火栓系統(tǒng)操作水槍滅火帶來不便[2]。因此，合理設計超高層建筑消防給水系統(tǒng)，是建筑物內(nèi)部消防設施在火災時能否正常使用的關鍵。

2 超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計

超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計中，一般均在設備層、避難層或屋頂水箱間內(nèi)設置高位消防水箱，以滿足系統(tǒng)的不同需求，如采用并聯(lián)給水方式的各豎向分區(qū)減壓水箱及串聯(lián)給水系統(tǒng)分區(qū)時的轉(zhuǎn)輸水箱等，高位消防水箱的設置位置、水箱壓力、有效儲水容積、材質(zhì)等應符合相關規(guī)范的要求。同時，應結(jié)合使用功能、結(jié)構(gòu)特點、工程預算等因素合理確定超高層建筑適用的消防給水系統(tǒng)形式，準確核算消防給水系統(tǒng)的設計壓力，選用合適的系統(tǒng)管材及配件等。下面介紹并聯(lián)消防給水方式、串聯(lián)消防給水方式、常高壓給水方式等幾種常見的超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計，通過實例分析，探討超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計思路和方法。

2.1 并聯(lián)消防給水方式

在與專業(yè)設計人員及消防產(chǎn)品生產(chǎn)廠家進行咨詢和探討后，并參照已有超高層建筑的消防給水設計實例，超高層建筑的高度在150 m左右時，地下層消防水池(地下按二至三層考慮)至最高層的幾何高度約為160～170 m間，地下層消防泵房內(nèi)選擇的消防加壓泵揚程為200 m左右，基本上達到了國內(nèi)較為可靠、成熟的消防專用泵揚程的上限。超高層建筑的建筑高度不超過150 m時，消防給水系統(tǒng)一般采用并聯(lián)消防給水方式，高區(qū)和低區(qū)分別設一組高位消防水箱和消防水泵，兩個區(qū)各自獨立給水，互不干擾，安全性能好，消防水泵集中設置于地下層，管理相對方便，能源消耗較少。

建筑高度為136 m的太原某綜合大廈即采用了并聯(lián)消防給水方式，該項目地上37層，地下2層，裙樓6層，功能為商業(yè)、電影院、餐廳、KTV及辦公等。消防給水分為高區(qū)和低區(qū)，各區(qū)獨立供水，地下一層設有效容積為1 000 m3的生活/消防合建水池，屋頂設有效容積為50 m3的高位消防水箱，地下一層消防水泵房設有消防泵和噴淋泵，消火栓泵高區(qū)4臺(3用1備)，低區(qū)3臺(2用1備)，噴淋泵高、低區(qū)各3臺(2用1備)。實地測試該大廈的滅火設施，選取37層的消火栓和自動噴水滅火系統(tǒng)末端試水裝置，進行水槍充實水柱以及自動滅火系統(tǒng)最不利點工作壓力試驗，測試結(jié)果均符合規(guī)范要求。

2.2 串聯(lián)消防給水方式

超高層建筑的建筑高度超過150 m時，若采用并聯(lián)消防給水方式，勢必提高消防水泵的揚程，系統(tǒng)的各類管道閥門承受的壓力過大，加大了消防給水系統(tǒng)的安全風險[3]。超高層建筑消防給水系統(tǒng)選擇管材時，應充分考慮管道承壓及水頭損失，合理選擇給水管道材質(zhì)，科學計算系統(tǒng)的工作壓力，同時給水管道應能滿足水壓強度試驗的壓力。

建筑高度大于150 m的超高層建筑一般采用串聯(lián)消防給水方式，為防止系統(tǒng)設置的減壓閥和水泵出水止回閥失效產(chǎn)生的串壓情況，建議上一級消防加壓泵不直接抽吸下一級消防給水環(huán)網(wǎng)的水，優(yōu)先選用轉(zhuǎn)輸水箱(有效儲水容積不應小于60 m3)串聯(lián)供水設計，高區(qū)的消防加壓泵從中間轉(zhuǎn)輸消防水箱吸水，系統(tǒng)局部壓力過大的區(qū)域通過減壓閥減壓，確保消防給水系統(tǒng)處于壓力安全狀態(tài)。轉(zhuǎn)輸水箱及高區(qū)加壓泵一般設于避難層內(nèi)，轉(zhuǎn)輸水箱平時由生活給水管網(wǎng)補水，火災時由地下消防泵房內(nèi)設置的轉(zhuǎn)輸消防泵或室外設置的水泵接合器補水。

建筑高度為246.8 m的太原國際金融中心的消防供水方式即采用了臨時高壓制串聯(lián)供水方式，該項目地下4層，地上54層，第14層、28層、42層為避難層和設備層。以室內(nèi)消火栓系統(tǒng)為例，豎向分為高、中、低區(qū)，三個區(qū)各設消火栓系統(tǒng)專用泵，分別設于地下層、14層及42層的消防水泵房內(nèi)，分區(qū)情況見表1。中區(qū)、高區(qū)設置的轉(zhuǎn)輸消防水箱及增壓穩(wěn)壓裝置兼作低區(qū)、中區(qū)的高位消防水箱，保證消防初期的水壓和水量，地下水泵房、14層水泵房設置的轉(zhuǎn)輸消火栓泵為中區(qū)、高區(qū)轉(zhuǎn)輸水箱補水，設計原理見圖1。該系統(tǒng)對超高層建筑而言，減少了豎向立管，使消防水泵壓力和管配件壓力減少，增加了系統(tǒng)使用的可靠性和經(jīng)濟性。但也存在設備布置分散、系統(tǒng)較為復雜、后期維護管理不便、上區(qū)供水受下層的影響和限制、轉(zhuǎn)輸水箱容積較大增加結(jié)構(gòu)荷載等缺點。

表1 太原國際金融中心消防給水系統(tǒng)分區(qū)情況

2.3 以常高壓給水為主的多種組合形式

當超高層建筑的建筑高度超過250 m時，結(jié)合實際情況采用的更加嚴格的防火措施需提交國家消防主管部門組織專題研究和論證。在設計此類超高層建筑的消防給水系統(tǒng)時，應綜合評估建筑物供水的可靠性、工程投資大小、設備的布置合理性、各類消防水箱占用空間是否受限制、可能產(chǎn)生的噪聲和二次污染、正常運行和日常維護管理是否方便以及室外管網(wǎng)供水能力等各種因素[4]。越來越多的高度超過250 m的建筑采用以常高壓為主的消防給水形式，增大了超高層建筑消防給水的安全可靠性。

常高壓給水方式是指將火災延續(xù)時間內(nèi)的全部消防用水量設置于建筑屋頂?shù)母呶幌浪鋬?nèi)，通過水自身重力的作用為建筑物供水。這種依靠重力供水的方式簡單穩(wěn)定，維修方便，縮減了消防給水系統(tǒng)加壓設備的數(shù)量，節(jié)省了空間，同時有效解決了消防車供水能力的限制。與原有規(guī)范相比，《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》加大了對建筑物高位消防水箱有效容積的要求，也說明了規(guī)范更加重視火災初期依靠重力供水提供消防用水。

圖1 太原國際金融中心消防給水系統(tǒng)設計示意圖

建筑高度為432 m的廣州珠江新城西塔采用了常高壓和穩(wěn)高壓相組合的消防給水方式，見圖2所示。廣州珠江新城西塔建筑面積約為45萬m2，由地下4層、地上103層的主塔樓和28層的裙樓組成，為集辦公、酒店、休閑娛樂等為一體的綜合商務中心。該工程室內(nèi)消防給水系統(tǒng)主要包括室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、地下汽車庫自動噴水-泡沫聯(lián)用滅火系統(tǒng)、大堂及中庭大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)、屋頂停機坪固定泡沫消防炮系統(tǒng)等，以常高壓給水方式為主，主塔樓102層設置有效容積為600 m3的高位消防水池，貯存室內(nèi)各水滅火系統(tǒng)火災延續(xù)時間內(nèi)的全部消防用水量，重力流不能滿足壓力的上部樓層(82～103層)采用穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)。在30層和66層均設置消防轉(zhuǎn)輸水箱和分區(qū)減壓水箱，高位消防水池和各分區(qū)減壓消防水箱分別設置兩條DN200的出水管與各區(qū)消防給水管網(wǎng)連接，保證了81層及以下樓層均為常高壓給水系統(tǒng)。地下層設置有效容積為150 m3的消防水池，用于轉(zhuǎn)輸消防水泵抽水及緊急情況下水泵接合器向地下消防水池供水。該工程選擇了常高壓與穩(wěn)高壓相結(jié)合、串聯(lián)式重力供水的新型混合消防給水系統(tǒng)，大大縮減了消防加壓設備數(shù)量，降低了工程投入，提高了消防給水系統(tǒng)的可靠性。

圖2 廣州珠江新城西塔消防給水系統(tǒng)設計示意圖

3 結(jié)論

超高層建筑的建筑高度是決定該建筑物選擇哪種消防給水方式的主要因素，設計時應充分考慮超壓對供水系統(tǒng)的影響，選擇合理的消防加壓泵組，優(yōu)化豎向供水分區(qū)。

常高壓重力消防供水方式將會越來越多地運用于超高層建筑的消防給水設計中。其特別之處在于即使建筑內(nèi)發(fā)生火災斷電、設備故障等任何情況，該消防給水系統(tǒng)仍能正常運行。設計時需合理解決水箱容量大、結(jié)構(gòu)荷載承重等問題。

超高層建筑采用消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水時，應優(yōu)先選用轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)方式。轉(zhuǎn)輸水箱能起到緩沖作用，對系統(tǒng)配水管道要求較低，消防水泵揚程基本穩(wěn)定，操作控制系統(tǒng)較為簡單，整體消防給水系統(tǒng)可靠性強[5]。

總之，在選擇超高層建筑消防給水方式時，應結(jié)合工程的具體情況綜合評估，選擇適合建筑特點的消防給水方式，優(yōu)化制定出切實可行的消防給水系統(tǒng)設計方案，為超高層建筑的安全提供保障。

[1] 中國中元國際工程公司.消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范:GB 50974—2014[S].北京:中國計劃出版社,2014.

[2] 陳燁.超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)設計探討[J].山西建筑,2016,42(7):140-141.

[3] 李家.超高層建筑的消防給水系統(tǒng)設計[J].工程技術(全文版),2016(9):211.

[4] 張磊.超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計分析[J].建筑 建材 裝飾,2016(17):119-120.

[5] 趙鋰,陳懷德,姜文源.《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》GB 50974—2014實施指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016.

(責任編輯 李 蕾)

Fire Water Supply System Design of Super High-rise Buildings

LIU Shengyun

(TaiyuanMunicipalFireBrigade,ShanxiProvince030024,China)

Constructing super high-rise buildings has become a trend of urbanization. The huge building volume and complex function settings of high-rise buildings make it much more difficult to design the building’s fire water supply system. This paper analyzes several fire water supply methods of super high-rise buildings, and discusses the ideas and methods of fire water supply system design on the basis of the characteristics of the design.

super high-rise building; fire water supply system; fire tank; parallel water supply mode; series water supply mode

2017-04-18

劉升赟(1980— )，男，山西平遙人，工程師。

D631.6

A

1008-2077(2017)06-0062-04