高層建筑給排水消防設計的關鍵技術

馬 龍 蘭州新現代建筑設計有限公司

消防問題是整個高層建筑設計的關鍵問題，如果發生火災，不僅會危及他人的生命安全，同時也會為整個社會造成巨大的經濟損失。因此，在設計高層建筑時必須充分重視給排水消防系統設計。但是在開展相關設計工作時，由于設計人員無法及時轉變自身的思維，以及其他有關因素影響，導致現在仍然有很多問題存在于高層建筑給排水消防設計中，對建筑功能的發揮產生了嚴重影響，在一定程度上威脅了人們的生命財產安全。為了保障高層建筑設計中的給排水消防系統可及時預警內部的火災情況，需要結合先進的技術設備和設計理念，研究出具體的設計方法和措施，從而結合當地對于消防的實際需求，建設安全、實用的建筑，也為當地社會發展提供更多的地產基礎。基于此，本文將以某市重點商業建筑工程為例，結合筆者多年的工作經驗，深入分析高層建筑給排水消防設計關鍵技術，希望能夠為同行業人員開展工作提供一定的借鑒意義。

1 高層建筑給排水消防設計存在的問題

1.1 地下排水傳統方式的應用

目前，部分高層建筑在設計給排水消防系統時，仍舊采取傳統的地下排水方式，且消防與生活排水管道公用的問題十分突出[1]。日常生活中，高層建筑住戶的生活用水中的油性物質會粘附在管道的內管壁上，一些雜物也會滯留在管道內部，在長期使用的過程中，容易造成管道堵塞或是排水不暢等嚴重問題，從而影響排水消防系統整體運行的穩定性，也會產生一定的消防隱患。

1.2 消防栓與水管網設計缺乏科學性

在消防栓的設計期間，不當設計內容主要包含兩個方面。第一，在設計高層建筑中的給排水系統時，為了對系統布置進行簡化處理，降低實際的安全隱患，一般會使用加壓型消防栓，但實際上，受建設成本和專業人員的差異性影響，經常會出現消防栓選擇不當的問題，難以發揮其在整個系統的重要作用，導致經常出現漏水和滲水等問題。第二，在高層建筑內部消防栓的設計過程中，沒有設置分段檢修閥門。如果二路的進水閥關閉，則很容易導致消防栓缺水情況的發生，存在嚴重的安全隱患[2]。

水管網設計的不當之處主要是當管網設計完畢后，未能實施管網的嚴密性和強度試驗，不能明確所存在的試驗壓力，導致后續出現給水管網壓力不足或滲漏等種種問題[3]。

2 工程概況

2.1 工程概況

某市重點商業建筑工程設計的占地總面積約為11 000 m2，項目采取商業用地的性質，實施五星級酒店的建設。本工程主樓為Ⅰ段，附樓為Ⅱ段，其中主樓有設計總高度161.30 m、地上49 層的樓層設計；Ⅱ段附樓設計為地下2 層、地上31 層，其中消火栓與給排水系統是本次設計的重點。

在給水系統的設計過程中，需要明確的是，主樓在豎向上分為5 個區，附樓在豎向上分為4 個區。其中供熱水采取全日制的循環機械方式服務，主要給予20 層以上的客房衛生間進行供熱水服務。而20 ～33層為3 區，35 ～43 層為4 區，二者均使用冷水水源方式進行供水，分別由相對應的給水分區進行供給；5 區為45 ～49 層，其采取集中式的電熱水器供水方式進行供水服務。

根據工程的實際設計需求，無論是主樓還是附樓，均選擇采取污廢分流制進行排水系統的設計。本工程項目的消防栓利用串聯加壓供水的方式設計，按照豎向結構，其主樓與附樓分別設置3 個區設計消火栓管網。其中1 區為地下2 ～16 層，2 區為17 ～34 層，3 區為35 ～49 層，而避難層位于34 層，內部設置傳輸用的水箱與水泵，自動噴水系統設計為沿著主樓豎向方向分為兩個區。

2.2 給排水消防設計相關要求

2.2.1 設計給水系統的要求

在設計高層建筑給水系統的過程中，為了更好地與消防設計要求相符合，需要相關人員高度重視以下問題：一是撲救火災的難度會隨著建筑高度的增加而提升，基于本次工程的實際情況，撲救火災具有非常高的難度，在給排水消防設計的過程中必須充分重視自救方式的設計，從而保證人們脫困的自主性得到充分發揮；二是在選擇滅火工具時應該堅持以水為主的思想，從而合理地設計和規劃管道的鋪設，在設計的過程中也可以適當融入其他滅火方式，從而保證有效處理各種規模和類型的火災；三是應該與本次工程的實際高度相結合，選擇能夠滿足消防要求的消防設施。

2.2.2 設計排水系統的要求

排水系統的要求主要分為以下幾點：第一，當有火災發生時，必須保證排水系統能夠在最短的時間內精準、高效地排水滅火，從而有效控制火災導致的不良后果，因此在設計的過程中應該兼顧迅速、精準以及安全的要求；第二，在設計排水管道的過程中，應該充分重視雨水管道的設計工作，合理設計溢流設施，從而有效控制建筑屋面積水深度；第三，為了更加穩定安全地運行消防排水泵，必須結合工程實際情況合理設計其線路和位置，尤其是應該嚴格把控排水泵線路，避免其對電氣線路產生影響。

3 高層建筑給排水消防設計的基本技術

3.1 室外給排水系統設計

本工程由市政支持，引入兩條管道DN200，環向設置在室外區域，在地下2層的蓄水池中接入管道，也為后續消防用水和生活用水提供水源。本次基于工程項目的實際需求，設置供水壓力為0.2 MPa，在室外污水管網收集污水之后，再在市政污水處理廠中進行二次處理。對于雨水的處理，需要在市政外管網收集之后，再將其排放到雨水管網中。其中，室外給水管網的壓力不可小于0.1 MPa。

3.2 給水系統設計

基于上述對給水系統的分析，本建筑最高的日用水量為1 000 m3/d，最大時用水量為83 m3/h[4]。

3.2.1 Ⅰ段主樓設計

主樓給水系統設計根據其豎向要求共分為以下5 個區。

（1）5 層及以下為1 區，該區域直接由市政管網供水，其為了保障供水的安全性，需要在1區內設置一套給水的增壓設備，以便于在市政管網壓力不足時進行使用。

（2）6 ～18 層為2 區，采取“水箱+水泵”的聯合供水辦法，其中水箱被設置在21 層，有效容積為20 m3。該區給水的加壓泵是由21 層的水箱高低水位所實施的自動控制，給水管道以“上行下給”的方式進行敷設。隨后，19層避難層內需設置橫管，如果該層給水的壓力超出0.35 MPa，那么可采取支管減壓的方式降低壓力，隨后將其設定在0.1 MPa 的壓力值上。

（3）20 ～33 層為3 區，該層次的供水方式、控制方式以及管道敷設方式與2區相同，但是其內部的壓力標準卻有所提升，此時對于給水壓力超出0.4 MPa 的樓層采取支管減壓的方式進行減壓操作，在設定減壓閥之后，設定壓力為0.10 MPa[5]。

（4）35 ～43 層為4 區，4 區供水方式與2 區和3 區相同，但是水箱需要設置在49 層，有效容積為26 m3，由其自動控制4 區的給水加壓泵，敷設以“上行下給”的方式進行管道的設計，橫管安裝在43 層的吊頂內，如區域壓力超0.35 MPa，則可采取支管減壓的方式減少該區域給水壓力，隨后設定壓力為0.10 MPa。在此期間需要注意的是，4 區水泵的出口位置有給水壓力，因此從出口位置一直到19 層以下的管道位置，其所采取的接頭均以柔性接頭為主，工作壓力均為0.1 MPa。

（5）44 ～49 層為5 區，5 區供水主要通過變頻調速恒壓供水設備實現，該設備被裝置在49 層的水箱間內，其從屋面的水箱進行吸水和加壓之后為5 區供水。管道敷設與前4 個一樣，橫管則是設置在44層的吊頂內。在地下2 層的生活水池供水作用下，其有效的容積為260 m3。

3.2.2 Ⅱ段附樓的給水系統設計

在整個附樓豎向上分為4 個區，具體各個區的內容如下。一是負2 層～5 層為1 區，該區域供水需要由Ⅰ段的地下室1 區內的給水加壓設備進行供水。二是6 ～13層為2 區，其供給由4 區的供水箱進行供水，并經過減壓閥減壓后進行供給。三是14 ～22 層為3 區，其與2 區供水方式相同。四是23 ～31 層為4 區，該區域采取水泵水箱聯合供水的方式，其中該供水區是由Ⅰ段地下的住宅區給水加壓泵進行抽水，從地下生活水池中獲取水資源，利用高低水位進行控制。

3.3 排水系統設計

3.3.1 Ⅰ段主樓的排水系統設計

該段主樓采取污廢分流制進行排水系統的設計，其中地上的部分污廢水根據其重力的作用自動排入到室外的污水管中，地下室的廢水則采取潛污泵進行抽升后排除。其中，主樓的部分廢水管道已經設置專用的通氣立管，每相隔兩層則將通氣管和污廢水管道進行相互連接[6]。

3.3.2 Ⅱ段附樓的排水系統設計

附樓也是采取污廢分流制實施的排水系統設計，地下部分污水與廢水根據自身重力作用自動排入室外的污水管道中，隨后利用潛污泵抽升地下室的廢水并將其排出，其中部分附樓的污廢水管道需要根據特殊單立管的排水系統進行設計。

3.3.3 管道材料的要求

除了地下室中部分潛污泵壓力排水水箱的溢流管使用RKC 柔性抗震承插式排水鑄鐵管，以柔性接口連接外，其余所有水箱的溢流管均采取焊接鋼管或法蘭連接[7]。目前，應用的還有減噪型鑄鐵排水管，能減少噪音美化環境。

3.4 消火栓給水系統的設計

本項目根據實際設計要求，在初期所采取的消火栓設計給水方案為加減壓的方式，而為了保障消火栓滿足相關設計要求，決定將其改為串聯加壓的給水方式，具有以下優點。第一，如果附樓的局部或者是主樓的低層位置出現火災，那么出現火勢的樓層就會和就近樓層中的消火栓發生反應動作，此時消火栓動作初期所使用的水量是由屋面水箱間內消防高位水箱所提供，室內消火栓箱中的啟泵按鈕處于啟動狀態，會聯結到地下2 層中的消防主泵上，二者同時進行作業[8]。第二，如果主樓高區出現火災，其中的消火栓也會與就近樓層的消火栓進行聯動，初期供水量由消防高位水箱進行供給，同時聯動地下2層的消防主泵，實現消防的快速作業。

基于本次消防栓的設計內容，為了能夠保持消火栓的水槍充實水柱同時達到，需設計好消防栓的具體間距。如高層建筑水槍充實水柱的長度為13 m，消火栓栓口動壓不小于0.35 Mpa，且高層建筑室內的消防栓之間的間距應當被設計為≤30 m。根據上述分析，需要將本次項目中的主樓與附樓一同進行考慮，其中在主樓的地下2層設置消防加壓泵，按照一類的高層綜合樓進行設計，消防水量的設計值為室內40 L/s，室外40 L/s（體積大于50 000 m3），火災延續時間為3 h。且本工程設計為兩路進水，室外管網直接供給室外的消防水量，而室內的消防水量則是在地下2 層的蓄水池內進行存儲，其中消火栓系統為432 m3，自噴系統為108 m3，分別在49 層和附樓的屋面設置消防水箱，室內設置專用的消火栓給水管網，具體消防栓啟動方式如圖1所示。

圖1 本工程消防栓啟動方式

3.5 自動噴淋系統設計

本工程需要在全樓中都設置自動噴水滅火系統，按照Ⅰ級危險級進行設防，地下車庫則按照Ⅱ級危險級進行設防，滅火的用水量為30 L/s，火災的延續時間1 h[9]。

3.5.1 Ⅰ段主樓

主樓設置的自動噴淋系統，根據其豎向可分為兩個區。1 區設計內容包含地下2層～地上2 層，由主樓中的屋面水箱供給初期的自動噴淋用水量，該水量是經過減壓閥減壓后所供給的[10]。而在消防期間，其所采取的用水是主樓地下2 層中的自動加壓水泵所供給的。2 區設計為23 ～49 層，由49 層水箱間的自噴穩壓設備提供初期自噴淋用水量。而在消防作業期間，則會利用接力給水的方式進行水量供給，在地下2層的位置設置自動噴淋加壓泵，隨后將轉輸水泵與水箱自動噴淋裝置設置在34 層的避難層中[11]。

3.5.2 Ⅱ段附樓的自動噴淋系統設計

在附樓進行自動噴淋系統的設計期間，根據該樓體的建設需求，在部分公共活動空間設置濕式自動噴水滅火系統，如地下1層與2 層，或者是地上5 層。本次設計除去地下車庫需要按照Ⅱ級危險級進行設計外，其余區域均需要按照Ⅰ級危險級進行設防。本樓體設計的自動噴淋系統的流量為30 L/s，在火災發生后，可延續1 h 的噴淋，并由主樓的水泵房供給其初期的消防用水量[12]。

4 結語

高層建筑的給排水設計是一項十分復雜且技術繁多的工程，并且極具重要性。合理設計高層建筑給排水消防系統能夠充分保證人們的財產以及生命安全?，F階段，由于部分設計人員受到思維束縛和一些突發因素的影響，導致設計工作中仍然有一些漏洞和隱患存在。因此，在實際工程設計中，設計單位必須對高層建筑給排水消防系統設計的相關技術進行充分掌握，嚴格根據國家標準和相關技術要求來實施科學設計，并通過當地政府的實際規劃，做好建筑的消防安全設計，進而有效保障人們的生命財產安全。