超高層建筑給排水及消防設(shè)計分析
——以國家地球空間信息福州產(chǎn)業(yè)化基地為例

林興銓

福州市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，福建 福州 350001

0 引言

和普通建筑比較，超高層建筑的給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計基本原理和方法并無太大差別。但超高層建筑規(guī)模大、施工周期長、功能多，給排水及消防系統(tǒng)的設(shè)計和施工方面的難度較大。安全、節(jié)能、經(jīng)濟地進行給排水及消防設(shè)計，對超高層建筑日后的正常運行的經(jīng)濟性和防火的安全性、可靠性有著重要的意義。

1 工程概況

“國家地球空間信息福州產(chǎn)業(yè)化基地”位于福州市海西高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，地面建筑包括：1#樓150m 中心主樓、2#、3#樓100m soho，地下室為二層，地下建筑包括：地下機動車車庫，設(shè)備房等。

2 生活給水系統(tǒng)

2.1 水源

該基地從市政給水管接一根DN200 給水總管分為兩路，一路DN100 接生活給水，一路DN150 接消防給水，供水壓力0.14MPa。

2.2 生活供水系統(tǒng)

民用建筑供水方式主要有三種：（1）疊壓設(shè)備供水;（2）生活水箱+變頻水泵;（3）生活水箱+恒壓水泵+高位生活水箱供水的方式。疊壓設(shè)備供水具有節(jié)能，減小設(shè)備房面積，避免二次污染，節(jié)約投資的優(yōu)點，但［1］疊壓供水方式需要滿足在用戶正常用水情況下不得斷水，高新區(qū)水壓波動比較大，不能保證不得斷水要求。1#樓為150m 超高層辦公樓，辦公樓用水時間短，對供水可靠性要求高，高位生活水箱供水為優(yōu)先選擇。2#、3#樓為100m soho，需滿足全天供水需要，綜合考慮供水安全及節(jié)能因素變頻供水為優(yōu)先選擇。

綜合考慮1,2，3 供水需求，1#樓采用的供水方案為地下室低位水箱+變頻供水+高位生活水箱的供水方式，分五區(qū)供水：Ⅰ區(qū)為-2F～1 層，采用市政管道直接供水，Ⅱ區(qū)為2～8層，變頻二區(qū)生活泵+11F 低區(qū)生活水箱聯(lián)合供給；Ⅲ區(qū)為9 層～19 層，變頻四區(qū)生活泵+23F 中區(qū)生活水箱聯(lián)合供給；IV 區(qū)為20 層～33 層，五區(qū)生活恒壓水泵+屋頂設(shè)備層的高區(qū)生活水箱聯(lián)合供給：V 區(qū)為33 層以上，屋頂設(shè)備層生活水箱+屋頂設(shè)備層生活變頻給水泵組聯(lián)合供給；超壓的樓層采用減壓閥減壓供水，保證各用水點處供水壓力不大于0.2MPa。設(shè)于地下室-1F低位生活水箱貯水60m3，1#樓11F低區(qū)生活水箱貯水20m3，23F中區(qū)生活水箱貯水20m3，屋頂設(shè)備層高區(qū)生活水箱貯水20m3。

3 消防給水系統(tǒng)

3.1 消防概述

該基地設(shè)有室外消防給水系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。同時火災(zāi)次數(shù)：1 次。水滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 水滅火系統(tǒng)用水量

一次火災(zāi)最大消防用水量為1080m3。

3.2 室外消防系統(tǒng)

當(dāng)采用一路消防供水或只有一條入戶引入管，且室外消火栓設(shè)計流量大于20L/s 或建筑高度＞50m，可不設(shè)消防水池，該基地為一路消防供水，室外消防給水系統(tǒng)設(shè)計流量40L/s,需要設(shè)置消防水池，為保證室外消防取水口吸水高度≯6m，室外消防水池設(shè)于地下室一層，有效儲水量為432m3，池底設(shè)置兩根DN300 消防取水管連通至室外取水井，所有建筑均在取水井150m 保護范圍內(nèi)，不需另設(shè)室外取水泵［2］。

3.3 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)

消防泵房及室內(nèi)消防水池設(shè)于地下室二層有效儲水量為648m3。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用臨時高壓供水方式，共分為三區(qū)：-2F～11F 為低區(qū)，12 層～23F 為中區(qū)，23 層以上為高區(qū)，中低區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)共用一組消防泵供水，降低設(shè)備成本，減少設(shè)備用房面積，維護管理也更加方便。高區(qū)由消防水泵房內(nèi)的高區(qū)消防轉(zhuǎn)輸水泵+23 層避難層轉(zhuǎn)輸供水箱+23 層避難層高區(qū)消防泵聯(lián)合供給，采用這種臨時高壓消防水泵串聯(lián)供水方案：避難層設(shè)有效容積為60m3轉(zhuǎn)輸水箱，在屋面層設(shè)有效容積為50m3高位水箱可以滿足消防要求，與常高壓系統(tǒng)在避難和屋面都要設(shè)置576m3消防水箱比較，可以減少避難層設(shè)備用房面積，降低土建成本，從安全角度出發(fā)，轉(zhuǎn)輸水箱存水量較少，物業(yè)需要加強消防檢查，保證系統(tǒng)正常運行。高位消防水箱設(shè)于屋面構(gòu)架層內(nèi)，比屋面層高5m，最低有效水位最不利消火栓栓口靜壓壓力不滿足≮0.15Mspa 的要求，設(shè)置消火栓增壓穩(wěn)壓設(shè)備。

3.4 自動噴水滅火系統(tǒng)

該基地火災(zāi)危險等級屬于中危I 級，一層凈高11m，為高大凈空場所，噴水強度12L/min?m2，其余場所噴水強度6L/min?m2，作用面積160m2。噴淋設(shè)計流量為60L/s，噴淋泵采用兩用一備設(shè)計。自動噴水滅火系統(tǒng)分為三個區(qū)：-2F～11F為低區(qū)，12 層～22F 為中區(qū)，23 層及以上為高區(qū)，低區(qū)及中區(qū)噴淋給水系統(tǒng)由設(shè)于地下二層消防泵房內(nèi)的噴淋水泵供水；低區(qū)報警閥組設(shè)置在地下室-2F 報警間內(nèi)，低區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)報警閥前環(huán)網(wǎng)設(shè)置減壓閥組,中區(qū)報警閥組設(shè)置11F,保證報警閥處的工作壓力不大于1.60MPa。高區(qū)由設(shè)于地下二層消防泵房內(nèi)的噴淋水泵+23 層避難層中轉(zhuǎn)輸供水箱+設(shè)于23 層避難層高區(qū)噴淋泵聯(lián)合供給,高區(qū)報警閥組設(shè)在23F 避難層設(shè)備房內(nèi)。高位消防水箱設(shè)于屋面構(gòu)架層內(nèi)，比屋面層高5m，最低有效水位至最不利點噴頭靜壓壓力不滿足≮0.1MPa 的要求，設(shè)置一套噴淋增壓穩(wěn)壓設(shè)備［3］。

3.5 水噴霧滅火系統(tǒng)

地下室一層發(fā)電機房采用水噴霧滅火系統(tǒng)。雖然按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》5.4.13-6 條發(fā)電機可以采用自動噴水滅火系統(tǒng)保護，但是根據(jù)及水噴霧能形成霧化水滴在可燃物表面形成水膜，對燃油能夠起到很好隔離作用，即使水膜由于外界因素被破壞，水膜流動性強能夠快速恢復(fù)，在可燃物界面產(chǎn)生窒息效果，該基地為超高層建筑且為高新區(qū)重要建筑，發(fā)電機功率＞300kW 參考《人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范》7.2.3-6 條條文說明綜合考慮，采用水噴霧滅火系統(tǒng)更加合理。水噴霧設(shè)計強度為20L/min?m2，火災(zāi)延續(xù)時間0.5h，響應(yīng)時間≤45s，最不利點處噴頭工作壓力≮0.35MPa。水噴霧滅火系統(tǒng)與噴淋系統(tǒng)水泵共用。

3.6 七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

該基地作為高新區(qū)的重要超高層建筑，電房的消防安全極為重要，需要考慮設(shè)置自動滅火設(shè)施。對比幾種常用的氣體滅火系統(tǒng)：

熱氣溶膠滅火雖然具有滅火效率高、滅火速度快、工程造價低等優(yōu)點，但是目前容量10kg 以上熱氣溶膠并未獲得3C 認證，如果都采用10kg 以下的熱氣溶膠，數(shù)量多占用電房面積，不合理。

火探管式自動探火滅火裝置是一套費用低廉，使用安全，停電時也能正常工作的滅火系統(tǒng)，火探管式自動探火滅火裝置的溫感探測器需要開啟配電房設(shè)備外殼并裝到內(nèi)部，會對設(shè)備表面的整體防火性能有一定影響，所以火探管式自動探火滅火裝置需要征得當(dāng)?shù)仉娏芾聿块T許可，目前福州的電力管理部門不同意火探管式自動探火滅火裝置用于電房滅火。

七氟丙烷滅火劑具有良好的清潔性（在大氣中完全汽化不留殘渣），良好的氣相電絕緣性及良好的適用于滅火系統(tǒng)使用的物理性能，七氟丙烷的設(shè)計濃度一般小于10%，對人體安全。已廣泛應(yīng)用于電子計算機房等重要場所。綜上，七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)效性強，安全與環(huán)保，電房采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)是最合理的。

4 排水系統(tǒng)

4.1 污廢水排水系統(tǒng)

公共衛(wèi)生間采用雙立管排水系統(tǒng)，為保證排水效果，專用通氣立管每層設(shè)H 管與排水立管連接。連接6 個及6 個以上大便器和連接4 個及4 個以上衛(wèi)生器具且長度大于12m 的排水橫支管，設(shè)置環(huán)形通氣管。空調(diào)機房、管道井、操作間、局部排水量較小衛(wèi)生間采用單立管排水（伸頂通氣）。室內(nèi)污廢水排水立管、通氣管采用柔性接口機制排水鑄鐵管及其管件，排水支管采用建筑排水用硬聚氯乙烯管。

4.2 雨水排水系統(tǒng)

本樓外立面設(shè)計為玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，雨水管位置需要滿足外立面美觀的同時，還要考慮辦公樓層后期裝修改造的管道的影響，需配合建筑和裝修專業(yè)把屋面雨水管放置在裝飾柱子內(nèi)部，裙房局部雨水管放置在墻角等部位便于后期包管處理。雨水系統(tǒng)采用87 斗排水系統(tǒng)，溢流形式有溢流口和溢流管兩種方式，為了使屋面空調(diào)外機系統(tǒng)，高位消防水箱等設(shè)備不影響外立面效果，屋面玻璃幕墻比屋面高7m，采用溢流口方式，整片玻璃需要定制，否則現(xiàn)場開洞困難容易造成破損，也影響美觀。本項目采用加設(shè)溢流管的方式更加合理。考慮超高層雨水承壓及不便檢修等因素的影響，接入高層屋面的雨水管采用加厚內(nèi)外壁熱浸鍍鋅鋼管。

5 結(jié)語

該基地是福州高新區(qū)重要的超高層辦公建筑，設(shè)計既要滿足消防要求，又要經(jīng)濟合理。設(shè)計過程總結(jié)了一些經(jīng)驗供業(yè)內(nèi)同行參考：1.該基地各專業(yè)管線多，設(shè)備房出管位置和坡道下方局部凈高容易出現(xiàn)不足需要全專業(yè)配合及BIM 專業(yè)模型復(fù)核，盡早確定管道穿梁或者局部管道上拐避讓等措施。2.屋面溢流設(shè)施需配合建筑外立面美觀要求盡早確定溢流措施的方式，局部無法設(shè)置溢流口需要預(yù)留溢流管位置。