高層建筑工程給排水消防設計探析

黃巍

摘? ? 要：隨著城市經濟的快速發展，城市土地資源日益嚴重，嚴重制約了城市發展，推動了高層建筑的發展。近年來，高層建筑火災頻發，高層建筑消防安全已成為人們生命安全的重中之重。在進行高層建筑的給排水消防設計時，不僅要充分考慮消防滅火，同時還要考慮投資的合理性，降低不必要的生命和財產損失已成為工程建設當中考慮的重點，只有在建筑給排水消防設計的實際應用過程中，才能不斷總結和完善存在的問題，才能在消防滅火工作中取得理想的效果。

關鍵詞：高層建筑;給排水;消防設計

1? 高層建筑消防給排水工程特點

1.1? 安全可靠性要求高

在高層建筑給排水系統的設計中，要考慮的關鍵因素是高層建筑消防系統對安全可靠性的高要求。高層建筑中存在很多隱患，一旦發生火災，火勢迅速蔓延，導致撲救火災更加困難，因此，保證消防系統的安全性和可靠性是給排水消防設計的關鍵。考慮到目前我國的現狀，高層建筑給排水消防系統的設計首先應考慮自救。

1.2? 靜水壓力大

在高層建筑給排水設計中，另一個重要因素是高層建筑的靜水壓力。與一般的單、多層建筑不同，高層建筑的靜水壓力非常大，如果使用常規的單一供水，可能無法滿足供水的使用要求，而且管道及其配件很容易損壞。

1.3 管道機械強度高

與一般的單、多層建筑相比，高層建筑的給排水消防管道較長，使用要求較高，同時在使用過程中管道內部壓力變化較大。在高層建筑給排水消防設計中，要保證消防系統的供水能力，同時也要保證管道內的壓力穩定。基于以上幾點，高層建筑給排水消防管材應具有較高的機械強度。

2? 高層建筑給排水消防系統的設計要求

2.1? 消防給水設計要求

首先，消防設施的設置應以建筑物的高度、類型以及面積大小等為依據，設計相應的消防設施。另外，水作為主要的滅火工具，其他滅火材料作為輔助工具。最后，由于高層建筑滅火難度大，故消防系統的設計應基于自救的原則為主進行設計。

2.2? 消防排水設計要求

高層建筑設有消防給水系統時，另需設置消防排水。排水措施應滿足財產和消防設施安全，以及系統調試和日常維護管理等安全和功能的需要。首先，我們應該充分利用雨水排水管道，并考慮設計防止回流的措施。其次，還可以在關鍵的消防區域設置消防專用排水管。另外，消防排水設計要考慮從上層到下層的滲水情況，避免地下室以上樓層滲水至地下室。最后，為了保證排水泵的安全運行，其供電應滿足排水泵正常運行的要求。

3? 高層建筑給排水消防設計方法

3.1? 消防水池

因為GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》中對不設消防水池的條件規定得非常嚴格，以某市為例，所有高層建筑基本上都設有消防水池，導致全市設有很多大小不同的消防水池，這樣做不僅使投資增加了，占用了很多的建筑面積（每座水池平均占用100多平方米的面積），而且因為長期不使用，造成水污染。

針對高層建筑火災不易蔓延與防火措施較完備，和建筑一同發生火災的概率較低等特征，采取下列幾種處理方法：一是提高整體規劃意識，附近需要建設消防水池的建筑，一同建造一個共用的消防水池，剩余幾家一起出資，由水池所在的建筑進行管理;二是在明確不能修建水池的情況下，可論證考慮在建筑物的合理位置均勻設置室外消火栓和水泵接合器，適宜的增加屋頂消防水箱的貯水量，大功率消防車在發生火災時從消火栓取水，采用水泵接合器加壓供水;三是設計綜合利用商用建筑設計的噴泉等室外蓄水池，經過一定的過濾措施，在發生火災時可以用作消防用水，然而一定要考慮冬季室外水池凍結因素的影響。四是在建筑中心位置設置消防加壓泵房，從市政管網直接取水（適用于市政管網允許消防水泵直接從管網抽水）。

3.2? 自動噴水滅火系統

當前，自動噴水滅火系統主要面對以下幾方面的問題：

（1）要科學的設置走道的噴頭位置。按照規定要求，噴頭的數量在8個或者8個以下，為了處理走道內自噴配水管管徑偏大的問題，噴頭要在配水支管接出，同時需結合電氣、暖通等專業綜合考慮管道布置。

（2）自動噴水滅火系統配水管入口的減壓設計：一方面要對管網的水頭損失與建筑的高度進行考慮，另一方面需要在平面布置自動噴水滅火系統后，進行水泵揚程的計算，來確保入口處的壓力，從而進行減壓設計。

（3）末端試水裝置：每個報警閥組的最不利點處都應設置末端試水裝置，其他防火分區、樓層均應設置直徑為25mm的試水閥。試水接頭出水口的流量系數，應等同于同樓層或防火分區內的最小流量系數灑水噴頭。末端試水裝置的出水，應采取孔口出流的方式排入排水管道，排水立管宜設伸頂通氣管，且管徑不應小于75mm。

（4）設置消防穩壓泵：通常情況下屋頂消防水箱的設置高度無法滿足最不利點處噴頭的靜水壓力要求，故需設置穩壓泵。穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄漏量和系統自動啟動流量 ，穩壓泵的設計壓力應滿足系統自動啟動和管網充滿水的要求

3.3? ?消火栓的設計

建筑物室內消火栓通常包含：消火栓箱、消火栓、消防水帶、消防水槍、水帶接扣等。設置室內消火栓的建筑，包括設備層在內的各層均應設置消火栓。室內消火栓的布置應滿足同一平面有 2 支消防水槍的 2 股充實水柱同時達到任何部位的要求。室內消火栓應設置在樓梯間及其休息平臺和前室、走道等明顯易于取用，以及便于火災撲救的位置。室內消火栓宜按直線距離計算其布置間距， 消火栓按 2支消防水槍的2股充實水柱布置的建筑物，消火栓的布置間距不應大于30.0m;消火栓栓口動壓力不應大于0.50MPa;當大于0.70MPa 時必須設置減壓裝置，一般設置減壓穩壓消火栓。

3.4? 消防水泵房

獨立建造的消防水泵房耐火等級不應低于二級;附設在建筑物內的消防水泵房，不應設置在地下三層及以下，或室內地面與室外出入口地坪高差大于10m的地下樓層;附設在建筑物內的消防水泵房，應采用耐火極限不低于2.0h的隔墻和1.50h的樓板與其他部位隔開，其疏散門應直通安全出口，且開向疏散走道的門應采用甲級防火門。

消防水泵房的設計應根據具體情況設計相應的采暖、通風和排水設施。嚴寒、寒冷等冬季結冰地區采暖溫度不應低于10℃，但當無人值守時不應低于5℃;消防水泵房的通風宜按6次/h設計;消防水泵房還需設置排水設施。

4? 某高層建筑給排水工程應用概述

4.1? 工程案例

某綜合樓是集商場、餐飲、辦公、住宅為一體的大樓。項目地下1層為車庫及設備房;首層為部分架空、部分小商鋪及商場;2層為餐飲、商場及配套辦公室;3層～28層由6棟住宅塔樓組成。建筑高度為94.5m，總建筑面積約125000m2。

4.2? 給水系統

（1）本工程生活給水水源采用市政給水水源。從項目周邊市政給水管網上各引入一根給水引入管，并在基地內形成環網，供生活和消防用水。

（2）市政供水壓力為0.32MPa，為了充分利用市政水壓，地下1層～地上6層采用市政壓力直接供水;7層以上采用兩套變頻設備供水。系統分區，7層～18層采用低區變頻設備供水;其中7層～12層經可調式減壓閥減壓后供水。19層～28層采用高區變頻設備供水;其中19層～24層同樣經可調式減壓閥減壓后供水。控制各用水點水壓不超過0.35MPa，超壓部分由減壓閥調壓。

（3）住宅總戶數為624戶，最高日用水量為655m3/d，設150m3的生活水池，并分為容積基本相等并能獨立使用的兩格。

4.3? 排水系統

本工程室內采用污、廢水合流的方式，室外采用雨、污分流的方式。生活污水經化糞池處理后，就近排入市政污水管網。2層餐廳的油污廢水先經油水分離器處理后，再排入室外污水管網。地下室污水經潛污泵提升排至室外污水管網。

4.3.1? 優化消防電梯集水井的設計

通常情況下，在消防電梯底部或周邊附近需設置一個集水井，該集水井的有效容量不應小于2.00m3，且排水泵的排水量不應小于10L/s。在本工程設計中，筆者將該集水井移到車庫內與車庫內的集水井共用，集水井的有效容量為3m3，排水泵的排水量為10L/s。雖然電梯前室與周圍的車庫同屬一個大防火分區，但由于電梯前室與車庫連通的門為甲級防火門，為了不因為管道的連通而破壞兩區域的防火安全性，也就是當車庫發生火災時經排水管道傳入電梯筒，故此筆者將消防電梯底坑至集水井的排水管伸到集水井的潛水泵吸水高度以下，也就是水面以下，并在短立管的頂端設管堵以便清掃。

4.3.2? 衛生間與廚房分設排水立管的問題

《住宅建筑規范》（以下簡稱《住規》）中第8.2.7條規定，住宅廚房和衛生間的排水立管應分別設置。但筆者發現普遍的做法是立管一到轉換層后，兩種管道就合并了。筆者認為，在沒有中水回用的項目中，大可不必受此限制。因為分設立管的目的是為了防止衛生間大流量的坐便器沖水時破壞廚房間洗菜池水封，而使衛生間排水管道內的污濁有害氣體串至廚房內。那么，當衛生間內設有專用通氣管時，再就近把廚房間排水管接入衛生間內的排水立管，就不可能發生因水封破壞而相互串氣現象。尤其對與高層住宅頂部的空中別墅，一般廚房間與下部標準層廚房間不再同一個位置，大可不必為該廚房間而專設一根立管從28層一直立到一層再接出室外，可就近把該層廚房間排水管接入衛生間內的排水立管。

4.3.3? 底部橫支管與立管連接的問題通常的做法

（1）在二層底部增加單獨的排水立管，并伸頂通氣，或者增大管徑而不伸頂通氣。這種方法的缺點是增加立管會影響美觀，增加成本以及占用更多的室內空間。（2）在廚房底部的排水支管上增加排水止回閥，安裝在廚柜中，便于維護。而底部陽臺洗衣機排水地漏選用不帶塑料水封的箕斗式地漏。上述兩種新型排水配件具有防反沖洗和防臭味的功能。同樣，在不設洗衣機的陽臺也全部采用塑料無水封磁性翻斗式地漏，可避免因為普通地漏水封干涸而造成臭氣溢出，因此，設洗衣機的陽臺排水都要接入室外污水管網。（3）《住規》第8.2.7條的條文說明規定，靠近與臥室相鄰的內墻時，應采用消聲措施的管材。據筆者所知，目前用得較多的室內塑料排水管材有4種：硬聚氯乙烯直壁排水管、硬聚氯乙烯內螺旋管、中空壁消聲硬聚氯乙烯管、中空壁消聲硬聚氯乙烯螺旋管。第1種用得最多，不用多介紹;第2種的優點是流量比直壁管大，并有一定的降噪效果。比如，可用作十幾層建筑的污水立管時，不設專用通氣管;第3種是用作只要求降低管道噪聲的排水管，效果較第2種好;第4種是用在既要降低噪聲，又要增大流量的場所。根據以上各管材的特點，本工程室內靠近臥室的污廢水立管采用中空壁消聲硬聚氯乙烯管。

4.4? 消防系統

本工程設有消火栓系統、自動噴水滅火系統、干粉滅火系統及滅火器配置。用水量標準：室內消火栓為40L/s，火災延續時間3h;室外消防用水量為30L/s，火災延續時間3h;噴淋系統為30L/s，火災延續時間為1h。

4.4.1? 消火栓系統

（1）室外消火栓系統由基地內的環狀給水管網供水。

（2）室內消火栓系統分為兩個區。低區為地下1層～16層，由小區低區消火栓加壓給水管網供水;高區為17層～28層，由小區高區消火栓加壓給水管網供水。為了保證初起火災時消防用水量和消防水壓的要求，設置屋頂消防水箱，消防水箱有效容積36m?。屋頂消防水箱的設置高度無法滿足最不利點處消火栓靜水壓力不低于0.10MPa的要求，故設置消火栓穩壓泵及氣壓罐。

4.4.2? 自動噴水滅火系統

系統分為兩個區。低區為地下1層～16層，由園區室外低區噴淋加壓給水管網供水;高區為17層～28層，由園區室外高區噴淋加壓給水管網供水。屋頂消防水箱的設置高度無法滿足最不利點處噴頭的最低工作壓力要求，故設置噴淋穩壓泵及氣壓罐。首先，噴淋系統分區管道水壓的問題，按《自動噴水滅火系統設計規范》（以下簡稱《噴規》） 第8.0.1條規定，配水管道的工作壓力不應大于1.20MPa。所謂配水管道，就是報警閥后的管道。如果按此規定，高區的報警閥就必須搬到住宅樓上，這樣就要增大某一樓層的管道井尺寸，那樣對于住宅樓來說是相當困難的。筆者認為只要選擇工作壓力較高的報警閥就可忽略這個問題，本工程選用工作壓力為1.6MPa的報警閥，并把高區的報警閥和低區的一起放在地下室便于管理。很多地方的審查專家也默認此做法，也希望即將要修訂《噴規》時也能考慮修訂此條文;其次，系統的放空閥的設置問題。筆者認為噴頭不多時，像電梯廳的噴淋，泄水閥可與試水閥或末端試水裝置合用，而且也符合《噴規》條文說明第4.2.9條第3 點對泄水管管徑的規定;大面積的噴淋，應在水流指示器后的干管上增設放空閥，檢修時可只關閉該防火分區;當一個報警閥只負擔一個防火分區時，可考慮共用報警閥處的放空閥;最后，關于十字梁噴頭布置的問題。地下層車庫頂板及裙樓的頂板結構上有局部采用了十字梁。《噴規》第7.1.3條第4款規定，凈空高度不超過8m的場所中，間距不超過（4×4）m布置的十字梁，可在梁間布置1只噴頭，但噴水強度仍應符合表5.0.1的規定。后面的噴水強度的規定是很容易被忽略的。經過計算，此時應采用流量特性K為115的噴頭。

4.4.3? 干粉滅火系統

采用無管網懸掛式儲壓超細干粉滅火系統。

高層民用建筑中火災危險性大、發生火災后對生產和生活產生嚴重影響的配電室等屬于“特殊重要設備室”，應設氣體滅火系統。本工程由于配電室較為分散，而且各房間的面積和容積都不符合《氣體滅火系統設計規范》內的面積和容積的規定，經技術經濟比較采用無管網懸掛式儲壓超細干粉滅火系統，該裝置為無管道系統，相對簡單，也不用另外設氣體瓶罐間，僅象一只只吊燈懸掛于頂部，技術先進，經濟合理，并便于施工和維修。該系統可由感溫元件溫控啟動、熱引發啟動、電引發啟動，是高層建筑內變配電間氣體滅火系統較好的替代系統。

4.4.4? 滅火器配置

（1）負一層車庫為B類火災，屬于中危險級。每具滅火器最小配置滅火級別為55B，最大保護面積為1m2/B。設置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC4，最大保護距離為12m。

（2）負一層設備房、配電室、強弱電間、首層消防控制室、電梯機房、為E 類火災;首層商鋪、二層餐飲、商場、辦公室為A 類火災，以上都屬于中危險級。每具滅火器最小配置滅火級別為2A，最大保護面積為75m2/A。設置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC4，最大保護距離為20m。二層廚房為B類火災，屬于嚴重危險級。每具滅火器最小配置滅火級別為89B，最大保護面積為0.5m2/B。設置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC5，最大保護距離為9m。

（3）三層及以上普通住宅為A 類火災，屬于輕危險級。每具滅火器最小配置滅火級別為1A;最大保護面積為100m2/ A。設置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ ABC2，最大保護距離為25m。

5? 結語

特別是近年來，隨著城市用水量的不斷增加，水質越來越差，這無疑給供水和污水處理帶來了沉重的負擔，同時，城市建筑的給水排水系統，尤其是高層建筑的給水排水系統存在的問題，已成為工程師必須面對的問題。擁有先進的高層建筑給排水系統，不僅在一定程度上緩解了城市用水量的供需矛盾，解決了缺水的問題，還可以有效地減少污水排放，保護環境，提高社會效益和環境效益，進一步推進節水型社會建設。

參考文獻：

[1] 林德生.關于高層商用建筑消防給排水設計的探討[J].科技傳播，2016（13）.

[2] 陳琳.高層建筑給排水施工研究[J].中國房地產業，2017（3）.