某超高層綜合體消防給水系統設計探討

范永偉

(太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002)

超高層建筑數量越來越多，規模、功能也變得較為龐大、復雜，超高層建筑消防給水系統設計相比較于建筑高度百米以下的建筑有諸多難點和技術要點。結合某超高層綜合體工程案例，對消防給水系統進行分析，對超高層建筑消防給水系統設計中常涉及的幾個關鍵性設計要點進行探討，旨在提高超高層建筑消防給水系統供水安全可靠性。

1 工程概況

該超高層綜合體由A，B，C三棟建筑組成，其中A，B棟建筑地上36層，C棟建筑地上7層，地下1層為設備管線層，地下2層，3層為地下車庫(地下車庫為另外分項工程)，A，B棟建筑8層～36層功能為辦公，1層～7層功能為商務配套和辦公，C棟建筑功能為商務配套和會議室。

地下1層設備管線層層高為2.19 m，1層層高4.6 m，2層～5層層高5.2 m，6層，7層層高4.5 m， 11層，22層(避難層)層高4.5 m，36層層高5.55 m，其他層層高為4.15 m，室內外高差0.15 m，A，B棟建筑總高度158.60 m(至屋頂女兒墻)。該工程為一類超高層公共建筑，耐火等級為地下一級，地上一級。建筑合理使用年限為50年，抗震設防烈度為8度，框架—筒體結構體系。建筑面積：172 659.29 m2。

2 消防給水系統設計

2.1 消防水源及系統類型

由該項目附近市政路上接入一路DN200給水管，市政給水管網壓力為0.30 MPa。該引入管分別接至項目用地內住宅給水干管、商業給水干管、景觀綠化給水干管、消防水池補水管、換熱站補水管。

結合該項目周圍市政給水管網條件及本項目情況，消防給水系統采用臨時高壓消防給水系統，消防水池儲存一起火災全部消防用水量，各消防給水系統分別設消防泵組供火災時消防用水量及水壓。

2.2 消防給水系統用水量計算

該工程消防給水系統包括室外消火栓系統、室內消火栓系統、自動噴水滅火系統及大空間智能滅火裝置[1]。消防給水系統用水量統計見表1。

表1 消防給水系統用水量計算表

2.3 室外消火栓系統設計

室外消火栓系統采用臨時高壓制，室外覆土下設有效容積為1 080 m3的消防水池(共用、分兩座)，地下車庫消防水泵房內設室外消火栓系統消防泵組及穩壓裝置，室外消火栓系統穩壓裝置啟泵壓力為0.35 MPa，停泵壓力為0.41 MPa，室外消火栓系統穩壓裝置保證系統最不利點消火栓栓口處在準工作狀態時的靜水壓力大于0.17 MPa。室外消火栓給水系統所需水量、水壓由設于室外覆土內的消防水池及地下車庫消防水泵房內室外消火栓系統泵組保證。在項目用地紅線內設室外臨時高壓消防給水環狀管網，在該建筑周圍的環管上設3套以上室外地下式消火栓，火災時供城市消防車吸水，向著火點加壓供水滅火。

2.4 室內消火栓系統設計

2.4.1臨時高壓消防給水系統

根據GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范(以下簡稱“消水規”)第6.2.2條“當系統的工作壓力大于2.40 MPa時，應采取消防水泵串聯或減壓水箱分區供水形式”[2]。本工程建筑高度為158.250 m(室外地坪至建筑屋面完成面)，若采取泵組直供到頂的供水形式，消防水泵出口處系統工作壓力大于2.40 MPa，故采取消防水泵串聯分區供水形式。

室內消火栓系統采用臨時高壓消防給水系統，室外覆土下設有效容積為1 080 m3的消防水池(共用、分兩座)，地下車庫消防水泵房內設室內消火栓系統消防泵組，A棟建筑屋頂(最高處)設有效容積105 m3的屋頂消防水箱及穩壓裝置。A，B棟建筑22層避難層處分別設有效容積為61 m3的消防轉輸水箱及超高區室內消火栓系統專用泵組。

2.4.2分區情況

屋頂消防水箱最高水位：160.10 m，水箱間地面標高：156.850 m，消火栓系統穩壓裝置啟泵壓力為0.16 MPa，停泵壓力為0.21 MPa。根據“消水規”第6.2.1條“消火栓栓口處靜水壓力大于1.0 MPa時，消防給水系統應分區供水”的原則[2]，結合建筑各樓層功能，分區情況如下：地下至地上7層為低區，地上8層～21層為高區，地上22層～36層為超高區。

2.4.3供水方案

高、低區室內消火栓系統所需水量、水壓均由設于室外覆土內的消防水池及地下車庫消防水泵房內高區消火栓系統泵組(低區經減壓閥減壓)供給；超高區消火栓系統所需水量、水壓由地下車庫消防水泵房內超高區專用轉輸水箱供水泵組、22層避難層處消防轉輸水箱及超高區室內消火栓系統專用泵組保證。消防水泵房內室內消火栓系統消防泵組以保證最不利點處消火栓栓口動壓不小于0.35 MPa，消防水槍充實水柱長度不小于13 m。

屋頂消防水箱設消火栓系統出水管，分別與高、低區室內消火栓系統環網連接(低區經減壓閥減壓)以及與超高區室內消火栓系統環網連接。屋頂消防水箱間處消火栓系統穩壓裝置保證系統最不利點消火栓栓口處在準工作狀態時的靜水壓力大于0.15 MPa。

高、低區消火栓系統分別設3套室外地下式消防水泵接合器；超高區消火栓系統設3套室外地下式消防水泵接合器，并在22層避難層設手抬泵及加壓接口。

2.5 自動噴水滅火系統設計

2.5.1臨時高壓消防給水系統

自動噴水滅火系統采用臨時高壓消防給水系統，室外覆土下設有效容積為1 080 m3的消防水池(共用、分兩座)，地下車庫消防水泵房內設自動噴水滅火系統消防泵組，A棟建筑屋頂設有效容積105 m3的屋頂消防水箱。22層避難層 處設有效容積為61 m3的消防轉輸水箱及超高區自動噴水滅火系統專用泵組。

2.5.2分區情況

屋頂消防水箱間內自動噴水滅火系統穩壓裝置啟泵壓力為0.16 MPa，停泵壓力為0.21 MPa。根據GB 50084—2017自動噴水滅火系統設計規范第8.0.1條“配水管道的工作壓力不應大于1.20 MPa”[3]，結合建筑各樓層功能，分區情況如下：地下至地上7層為低區，地上8層～21層為高區，地上22層～36層為超高區。

2.5.3設計參數

自動噴水滅火系統設計參數見表2。

表2 自動噴水滅火系統設計參數

2.5.4供水方案

高、低區自動噴水滅火系統所需水量、水壓均由設于室外覆土內的消防水池及消防水泵房內高區自動噴水滅火系統泵組(低區經減壓閥減壓)保證；超高區自動噴水系統所需水量、水壓由地下車庫消防水泵房內超高區專用轉輸水箱供水泵組、22層避難層處消防轉輸水箱及超高區自動噴水滅火系統專用泵組保證。消防水泵房內自動噴水滅火系統消防泵組以保證最不利點處噴頭的工作壓力大于設計要求。

高、低區自動噴水滅火系統分別設3套～4套室外地下式消防水泵接合器，超高區設兩套室外地下式消防水泵接合器，并在22層避難層設手抬泵及加壓接口。

屋頂消防水箱間處自動噴水滅火系統穩壓裝置保證最不利點噴頭在準工作狀態時的靜水壓力大于0.10 MPa。屋頂消防水箱設自動噴水滅火系統出水管，分別與高、低區自動噴水滅火系統(低區經減壓閥減壓)以及與超高區自動噴水滅火系統濕式報警閥組前環網連接。

控制1層～7層噴頭的濕式報警閥組集中設在地下車庫內，控制8層～21層噴頭的濕式報警閥組集中設在11層(避難層)設備用房內，控制22層～36層噴頭的濕式報警閥組集中設在22層(避難層)設備用房內。

2.6 大空間智能滅火裝置設計

一層商業處凈空高度大于20 m小于25 m的中庭部位設大空間智能滅火裝置[1]。單個噴頭流量為5 L/s，保護半徑不大于6 m，頂部安裝，一次火災按同時開啟8只噴頭考慮，設計流量為40 L/s[1]，本系統與低區自動噴水滅火系統管網合用，系統所需水量、水壓由低區自動噴水滅火統環狀管網供給。

3 消防給水系統設計探討

超高層建筑的外部消防救援比較困難，消防設計立足于自救，提高超高層建筑消防給水系統的供水安全可靠性尤為重要[4]，這也是不同于建筑高度百米以下建筑消防設計的難點，下面針對該工程設計中的一些關鍵技術要點、難點進行討論。

3.1 設備、管材、閥門等選用

消防給水系統中采用的設備、器材、管材管件、閥門和配件等系統組件的產品工作壓力等級，應大于消防給水系統的系統工作壓力，且應保證系統在可能最大運行壓力時安全可靠[2]。

3.2 轉輸水箱分別設置

若A，B兩棟超高層建筑共用轉輸水箱及接力供水泵組，則轉輸水箱、超高區消防泵組及消防泵組控制柜等消防設施均設在一棟超高層建筑內，并通過專用消防管道接至另一棟建筑超高區消防管網，A，B棟建筑超高區避難層之間管道距離約300 m，且經過裙房商業區域，配水管道的長距離敷設且經過不同業態，會導致供水可靠性有所降低；另外不設轉輸水箱及消防泵組的建筑，超高區發生火災，而此時另一棟建筑內設置的消防泵組未能正常自動啟動，需要專人去往此泵房內就地機械應急啟泵，會造成安全隱患。綜合考慮，共用轉輸水箱及消防泵組會降低不設轉輸水箱及消防泵組建筑的供水安全性。為提高建筑整體的供水安全可靠，兩棟超高層建筑分別設置轉輸水箱及超高區消防泵組。

3.3 轉輸水箱供水管

為提高轉輸水箱供水可靠性，供水管采用雙管環狀供水方式，每根轉輸水管設計流量均按室內消火栓系統與自動噴水滅火系統設計流量之和確定；兩根轉輸水管分設在不同管井內，避免集中設在同一管井內，管井處一旦出現故障后，可能會導致供水系統的間斷；轉輸管管材提高等級要求，采用內外壁熱浸鍍鋅無縫鋼管，管材和接口要求承壓2.5 MPa，溝槽連接，管材管件、閥門和配件等系統組件的公稱壓力應大于2.5 MPa[5]。

3.4 轉輸水箱供水管電動閥及旁通管設置

同一組轉輸水箱供水泵同時供給多個樓座轉輸水箱時，存在如何聯動同步供水的問題，當某一處發生火災，轉輸水箱供水泵只供給此火災樓座轉輸水箱，而不能向其余樓座轉輸水箱供水。在各樓座接至轉輸水箱的轉輸管上分別設置電動閥(轉輸水箱處)，電動閥與本樓座超高區消防泵組聯動，任一臺消防泵啟動時，電動閥同步開啟。為避免雙管路上設置的電動閥同時失效極端特殊情況，在電動閥旁并聯設置旁通管并設閥門，閥門平時關閉，在緊急情況下，可人工開啟。

3.5 避難層手抬泵接口

“消水規”第5.4.6條“當建筑高度超過消防車供水高度時，消防給水應在設備層等方便操作的地點設置手抬泵或移動泵接力供水的吸水和加壓接口”[2]。本工程超高區消防系統需要設置手抬泵加壓接口。在避難層超高區水泵房內預留手抬泵位置，手抬泵吸水管引自轉輸管(水箱進水管閥門之前)，供水管分別接至超高區消防系統管網。手抬泵吸水管接自轉輸管而不是轉輸水箱[5]，可減少從水箱吸水等過多環節而導致的可靠性降低的問題。

3.6 轉輸水箱溢流管接至消防水池

因轉輸水箱供水泵及供水管的設計流量按火災時室內消火栓系統及自動噴水滅火系統同時作用水量之和計，而火災初期，轉輸水箱的供水量大于用水量，產生水箱的溢流，溢流量為供水量與用水量差值。按“消水規”第6.2.3條“串聯轉輸水箱的溢流管宜連接至消防水池”[2]，若將此溢流水不接至消防水池而排至室外雨水管網，會造成消防水池的實際有效水量小于設計存水量，存在安全隱患。綜合考慮，本工程將轉輸水箱溢流排水接至消防水池內。溢流排水量按火災初期轉輸水箱供水量與用水量的最大差值計，近似為轉輸水量。在避難層轉輸水箱附近設集水坑或集水箱，坑或箱內設虹吸雨水斗，虹吸雨水系統的排水量按轉輸水量計算確定[5]。

3.7 報警閥組設置位置

報警閥組閥前供水側壓力對于報警閥組能否正?？焖賵缶瘑佑泻艽箨P系，當報警閥組閥前供水側壓力較大時，報警閥閥瓣開啟需要的壓力差就越大，壓力開關能啟動時的報警流量也相應增大[6]，當系統管網水量過大，實現壓差所需時間就會延長[7]，即報警延遲時間也相應加長，這對于超高層建筑尤為不利，超高層建筑應盡量縮短消防設施報警延遲時間，為人員逃生爭取更多時間，同時自動噴水滅火系統應以最快的時間正常投入使用，才能最短時間內撲滅初期火災，防止火災蔓延后的不可控。因此，在合理分區的前提下，要通過技術措施控制報警閥組閥前供水側壓力，通過調整報警閥組設置位置可有效實現這一目標，盡量減小低位報警閥組至高處系統配水管道的高差，能有效減小供水側壓力。本工程濕式報警閥組分散設置在地下車庫、中間多個避難層，可有效減小濕式報警閥組閥前供水側壓力，縮短報警及系統啟動時間。

4 結語

對該超高層綜合體消防給水系統供水方案、分區情況以及設計參數等內容進行分析，結合本工程，對超高層建筑消防給水系統設計中的幾個關鍵技術要點進行了探討，可通過轉輸管道環狀雙管供水、轉輸水箱分樓座分別設置、轉輸水箱進水管設置電動閥及旁通管、溢流水接至消防水池、報警閥組分散設置等技術措施提高供水的安全可靠性，進而提高超高層建筑整體消防安全性。