高層教育建筑設計淺析

李 雯

（山西稅務干部學校，山西太原 030002）

1 工程概況

山西省地稅干教培訓中心（山西省稅務大廈）位于太原市迎澤區水西門街。建筑設計于1994～1996年，1997年竣工。主要功能為集辦公、餐飲、住宿、會議為一體的綜合辦公樓，除4、5層的辦公區為局機關使用，其余樓層均為面向社會服務的餐飲、住宿、會議性質。2018年國家稅務體制改革，山西省地稅干教培訓中心與山西省稅務干部學校合并，干教培訓中心主要服務于稅務系統內部干教培訓學習，建筑改稱為山西省稅務干部學校迎澤校區（以下簡稱為“干教中心”）。干教中心總建筑面積約2.2 萬m2，框架剪力墻結構，地上十三層，地下一層，總建筑高度49.8 m，屬于一類高層公共建筑。干教中心采用中央空調，消防控制室設在一層，2臺生活水泵、2臺消防泵，生活及消防水池共用計800 t（其中消防水池400 t）。辦公區約10 000 m2，學生宿舍、食堂共計12 000 m2，其中學員宿舍(（標間、套間）92套，180個床位；2個食堂（一層900 m2，3層800 m2）。

2 高層教育建筑工程的改造

2.1 高層教育建筑的改造應與時俱進

干教中心屬于高層教育建筑，也是人員密集的場所，雖然建筑的總高度不大于50 m，但由于建筑高度大于24 m以上的任一標準層面積已大于1 000 m2，且使用功能為多種功能組合的高層建筑，該建筑應定性為一類高層建筑。稅改后建筑使用功能進行了較大調整，整個建筑的消防設計必須重新進行梳理，建筑的安全出口、防火分區和樓電梯的設計應重新復核確定是否滿足現行消防規范的要求。

根據調整后的平面重新劃分防火分區、防煙分區，根據每一樓層的使用人數和使用功能，計算樓梯疏散寬度，逐一復核每個房間的安全疏散距離。

（1）原建筑的兩部室外疏散樓梯設計不符合現行消防規范要求。按《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）[1]規定，將室外鋼樓梯2 m范圍以內的門窗洞口做了嚴密封堵。

（2）13層樓頂建設初期曾私自用彩鋼板搭建了一個超過200 m2的會議室。對消防隱患的排查中，及時對違章建筑做了拆除處理，確保了大樓整體消防設計的安全性。

（3）原單身宿舍只有一部疏散樓梯，不滿足現行消防規范要求。對室外鋼樓梯進行了改造，使其能與宿舍樓聯通，保證員工宿舍區域也有兩個安全出口。

地下一層平面如圖1所示。

圖1 地下一層平面

2.2 高層教育建筑的設備專業設計

干教中心改變性質后，只服務于內部人員的集中培訓、住宿及辦公，與原設計的功能改變較大。突出特點在于建筑同時容納大量人員住宿、學習，用水、電的時間相對集中，需求量非常大，容易在較短時間內增加建筑的用電量、給水量與排水量，給供水、供電、排水等設備帶來較大壓力。嚴重時可能會造成大面積停電、停水、排水堵塞等問題，造成非常嚴重的負面影響。保障供電、供水安全和排水通暢非常重要，應確保各系統的正常運行力，以達到給用電安全、供水持續進行、排水順暢的標準。

重新裝修干教中心時，對消防設施、設備進行檢測[2]，及時更換老舊電纜。將應急照明、等消防電纜更換為阻燃電纜，其他人員密集場所的非消防電線電纜、通信光纜替換成燃燒性能不小于B1級、產煙毒性為t1級、燃燒滴落物/微粒等級為d1級的電纜。

高層建筑具有管道多、給排水量大的特點，管道中的壓力波動比較強。為確保管道壓力處于穩定狀態，增強系統給排水能力，設計采用新型的單立管道系統和通氣管系統。排水管道的材料換為UPVC排水塑料管，外觀整潔、機械強度較高，且隔音、減震效果好。

2.3 高層教育建筑的消防日常管理

干教中心與普通高校的建筑在使用上存在巨大差異，高層教育建筑學生人數眾多，但使用時間相對集中，有間歇時間，干教中心基本處于高效運轉，學生的所有時間基本都在中心內，存在各種潛在的消防隱患和安全危險因素，極易出現火災等事故。高層建筑體量巨大，一旦出現火災，蔓延速度非常快，難以有效控制，這些不利因素對后續的消防撲救工作也產生較大障礙。因此，應將重點工作放在日常的管理和消防設施維護及監管方面。

在日常的消防安全巡檢中，干教中心制定了完備的消防安全守則，要求安保人員對消防設施、設備進行定期、定時必檢必查[3]。重點檢查消防噴淋的壓力表是否正常，如出現異常，必須打開消防噴淋的末端試水系統的閥門進行水壓查看；定期檢驗滅火設備，滅火器每年均進行打壓測試，保證每一個滅火器均能夠正常工作。

樓層里的煙感和溫感均能及時地傳回報警信號到消防機柜上，每名安保人員均配備對講機，聽到報警必須馬上趕到故障點，勘驗是誤報還是險情，及時做出正確處置。

3 消防設計

3.1 消防加壓泵房位布置考慮

科學布置消防加壓泵房，以保證消防供水壓滿足規范要求，干教中心平面總體為長U形，消防總管從建筑的西北角進入。根據規范要求，為了確保室外消防網各主干管的水平衡，應在建筑中心地段的位置設置消防加壓泵房。但受該地塊用地條件緊張等限制同時，還需要兼顧周邊兩棟居民樓的消防用水，干教中心的消防泵房設在遠離建筑北側60 m外的室外空地下，與居民樓共用消防（生活）水池。

3.2 建筑消防系統高位水箱的設計

干教中心的消防系統高位生活水箱和消防水箱合用，采取重力自流方式，在樓頂設置1座20 m3消防系統高位水箱，1根消防總出水干管直接和室外環形區域消防管網相連，以此滿足建筑物火災前10 min的供水需求。此外，在消防水泵房內通過并聯的方式設置1臺加壓泵，建筑物產生火警時其會自行啟動，以此保證消防用水量和壓力滿足要求。

3.3 排水的問題

干教中心的消防排水設計中，以何種方式高效排除積水是難點，通常采用雨水管道或是在部分區域設消防專用排水管道。

消防排水主要指給火災事故過程中滅火產生的消防廢水或平時為保證消防系統正常測試的排水，需要有消防電源供電，滿足消防狀態下不斷電的需求。消防排水存水量較大，常伴有較長的持續時間，設計時需要密切關注防返溢工藝；加強對上層消防用水的控制，以免其進入下一層；對于地下室的排水設計，應避免水經由地上流入地下室的情況；根據現場空間特點分為多個區域，視實際情況進行合理分區設計，要求各區的排水不相互流通；排水用泵的安全性也需要得到充分的關注，配套性能良好的排水泵電源柜，要求該裝置始終可安全運行。

每年雨季暴雨來襲，樓面雨水從雨水管無法迅速排走，造成雨水倒灌至地下室和一層，低壓配電室設置在地下室原設計是配置1臺排水泵。后來改配置大功率2臺（一用一備），暴雨時2臺排水泵同時開啟，徹底解決排水不及時的問題。

4 高層建筑在消防設計中存在的不足與問題

4.1 高層建筑消防給水系統不佳

《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）對高層建筑消防給水提出了明確的要求，但在具體設計和操作過程中，高層建筑消防措施的設置往往沒有滿足該標準的規定，消防給水方面不完善，導致臨時高壓給水系統每個消防栓周圍缺少消防水泵的啟動按鈕，配套的防護措施不足，沒有充分發揮出消防栓的作用。火災發生時，撲救人員無法就近使用消防栓，只能打開消防水泵總閘才能使用消防栓，給高層消防工作帶來極大不便，加大了高層建筑火災損失。只有不斷改進、加強監管，才能針對性解決消防給水系統設計不合理的問題。

4.2 高層建筑高區和低區劃分難以平衡

低區供水多數情況是使用帶有一定壓力的氣壓罐進行變頻供水，也有部分應用高位水箱進行供水，高區供水普遍采用屋頂水箱達到供水目的。高層建筑的建設高度大于設計高度，難以保證高低區供水劃分的系統性和平衡性。在當前的供水系統中，最不利供水的盲點位于供水最高點。高區高位水箱受建筑結構的影響，一般設置不會太高，這種設計思路會導致高區供水點水壓偏低，通過檢測發現，其靜水壓力一般保持在100 kPa以下，通過延時自閉沖洗閥開關時，時常出現打開和關閉困難的情況，影響供水能力。通過帶氣壓罐的變頻供水系統供水時，快速提升最不利供水點靜水壓相對簡單，但壓力快速提升后導致最低處靜水壓躥升，使局部區域產生水花四濺的現象，甚至導致衛生器具連接軟管斷開或者裂開，影響給水系統的使況，埋下下較大的安全隱患。

5 結語

本文對高層教育建筑改造過程中的消防設計進行了深入剖析，提出幾項效果顯著的消防舉措，以增強人們對消防系統的理解。在介紹高層建筑消防設計的基礎上，詳細闡述了在既有建筑改造中對消防系統的認定、改造，根本目的在于為我國的建筑消防設計提供理論參照。