高層建筑消防給水系統設計方法探討

戴 力

廣東省建筑設計研究院有限公司 廣東 廣州 510000

近年來，隨著我國經濟和城市化進程的高速發展，一座座的摩天大樓在很多城市“拔地而起”，作為現代建筑技術結晶的高層建筑，可以成為一個城市展示經濟、社會發展成果的窗口。雖然高層建筑能在一定程度上提高城市的土地利用水平，豐富城市的景觀和天際線，但是同時也會帶來一定的隱患，消防安全隱患就是其中之一。隨著高層建筑數量、體量巨大化，結構構造復雜化，再加上各種新材料、新工藝以及新技術的應用，其潛在的火災危險性越來越大。一個安全有效的建筑消防設計特別是消防給水設計，不僅可以有效保障建筑的消防安全，還能進一步減少和阻止火災的蔓延，從而降低火災帶來的危害。因此，在進行建筑消防給水設計時，需結合建筑本身的特點，充分考慮其實際需求，針對消防給水系統設計中的問題進行分析和總結，嚴格按照相關規范開展設計工作，以此來確保消防給水系統的合理性和實用性，為建筑內人群的人身安全提供充分保障。

1 高層建筑消防給水設計的重要性探討

一個設計合理實用的消防給水系統，可以保障高層建筑使用人員的財產及人身安全。但是往往在實際應用過程中，消防給水系統或多或少都會存在一定的問題，比如說部分消防系統不能正常啟用，局部消防建設指標不合理等。對于單層、多層建筑來講，一旦建筑物發生火災，人員可以快速逃離，消防員可以通過消防車或者是高架水管來實現滅火。但是對于高層建筑而言，如果高樓層出現火災時，受到樓體結構、樓層位置的影響，人們無法快速逃離建筑物，傳統的消防措施也無法發揮出最大的撲救效果，進而加大實際救援難度。此時，需要高層建筑內部的消防給水系統發揮出正確作用，從建筑內部來實現滅火。因此，對于高層民用建筑來說，一個合理、科學的消防給水系統設計，可以為建筑物提供一個安全穩定的防火體系，一個可以正常運行的消防給水系統，可以降低和減少因火災事故帶來的人身安全和財產損失問題。

2 高層建筑給排水消防系統設計準則

2.1 合理安全的消防給水系統

合理性和安全性是消防給水系統設計的重點和難點，一個合理和安全的消防給水系統，不僅可以節省項目的投資，降低日后運營的維護成本，還可以實時、有效地保護建筑的消防安全。首先，在設計環節中，應根據建筑的類型、布局等設置相應的消防防火措施，優化消防給水系統設計；其次，在后期的運營和管理上，要實行嚴格的消防安全管理，建立相應的消防安全管理制度，保證供水和滅火設施的正常運轉，保證發生火災時，消防系統可以馬上運行，從而保證使用人員的生命健康和財產安全。

2.2 穩定、可靠的消防水壓

消防水壓直接影響的是消防用水的流量和射程，從而影響消防滅火的可靠性。消防給水的設計壓力應能滿足所服務的各種消防水滅火系統最不點處水滅火設施的壓力要求。因此，在高層建筑消防給水系統的設計中，應嚴格按照相關國家標準及規范進行水力計算，盡量依據實際管道長度計算管道水損，管道長度的偏差以及局部水頭損失的計算誤差，往往會導致某些樓層消防用水超壓，某些樓層消防水壓又不滿足規范要求，從而影響消防系統的可靠性。

2.3 合格的管材

合格的消防管材可為消防給水系統的正常使用提供可靠的保障。設計過程中，應嚴格計算消防系統的工作壓力，通過工作壓力來選擇對應的消防管材，比如說當消防系統工作壓力大于1.6MPa時，就應該按照規范采用無縫鋼管。若管材壓力等級不滿足要求，很有可能導致管網漏水、泄壓等，從而影響消防系統的正常運行。此外，若消防系統選擇涂塑鋼管，則應在施工圖設計交底時向施工單位強調，需加強管道在進場、安裝方面的要求，如嚴禁劇烈撞擊和與尖銳物品碰撞，不得拋、摔、滾、拖，不得在現場進行切割、焊接、壓槽等操作等[1]。

3 高層建筑給排水消防設計關鍵技術應用

3.1 消防水泵及消防泵房設計

在高層建筑給排水消防系統中，消防水泵房屬于核心組成部位，其運行狀態將會直接影響供水可靠性。如果供水穩定性較低，那么即使消防系統再好也無法發揮出其自身功能優勢[2]。所以，消防設計人員一定要重視水泵房的設計，在實際設計過程中要從以下幾點入手：1）如果整個項目地塊由多棟建筑組合而成，則前期與建筑專業的配合中，盡量使消防泵房和消防水池位于消防系統較多的樓棟下方。2）確保消防水泵房的設置滿足建筑工程的耐火等級，泵房室內地面與室外出入口高差不應大于10m。儲存有室外消防用水的消防水池，其最低有效水位不應低于室外地面6m，且消防水池應靠地下室側壁設置。3）要采用防水淹技術與排水措施，確保消防水泵房能夠在緊急條件下穩定運行。4）要確保消防水泵選型滿足消防給水系統的流量與壓力需求。消防水泵應設置水錘消除器，水錘消除器應安裝于消防水泵出水管的閘閥后面。5）合理布置消防泵組，滿足消防水泵檢修需求，消防水泵吸水管的布置和連接應避免形成氣囊。此外消防泵房應按規范要求設置起重設施，一般高層民用建筑消防水泵的重量在0.5～3t之間，建議在梁下設置導軌，并采用手動葫蘆。6）合理確定消防水池最低有效水位，保證其水位應高于消防水泵出水管中心線。如果最低有效水位過高，無形中增加了消防水池的無效容積，造成了不必要的浪費。

3.2 消火栓系統設計

室內消火栓系統的合理設置直接關系著高層建筑消防給水系統的火災撲滅效果。所以在消火栓系統設計過程中，要重視以下幾方面細節：1）人流密集、功能復雜特殊的大體量建筑，一般很難對應現行規范條文確定消火栓用水量，此時應根據消防防火的具體特點，從人數、建筑面積和體積、使用功能等方面進行分析，參照火災危險性和人員密度較近的建筑類型，來確定室內外消火栓的用水量及相應的消防措施，不能簡單套用面積或體積來取值。2）消火栓應優先布置在前室、走道等明顯易取用的位置，方便消防員快速接近。放在休息平臺或樓梯位置的消火栓要注意不能影響疏散寬度，嵌墻消火栓要提醒建筑專業消火栓背后需增設背墻，并應能夠滿足建筑耐火極限的要求。針對設置在樓梯間和前室的消火栓，設計可以采取一定的保障措施防止前室或樓梯間的防煙功能因為消火栓的使用被破壞，比如說在通向走道的墻體下部，設置消防水帶穿越孔，孔口采用專用的防火材料進行封堵并方便開啟，并在前室或樓梯間一側設置明顯標志，方便消防員使用。3）規范對室內消火栓布置有最大間距的要求，沒有最小間距的要求，建議參考現行國家標準《建筑設計防火規范》GB50016中對兩個樓梯間出入口最小間距的規定，按不小于5m考慮。4）合理劃分系統分區，防止系統超壓。栓口動壓超過05MPa，應采用減壓穩壓消火栓。5）消火栓盡量從消防豎管接出，不宜大面積的用橫向管道代替立管。各層平面復雜的建筑，如只考慮水平成環，則消火栓支管均從水平環上接出，為了保證不關閉同時使用的消火栓，需在環網上接出的支管兩側增設閥門，此種情況，閥門較多，既增加了投資成本，又加大了管網漏損的風險。當各層消火栓不能相互對應時，可以考慮立管轉位的方式，仍然通過消防豎管連接單個消火栓。

3.3 自動噴水滅火系統設計

自動噴水滅火系統主要具備了防火、控火與滅火的功能。該系統在火災事故發生初期是最有效的滅火設施[3]。所以在高層建筑消防給水系統設計過程中，自動噴水滅火系統具有不可取代的重要地位。1）同消火栓系統一樣，自動噴水滅火系統也應合理劃分系統分區以避免系統超壓，一般情況下，同一棟高層建筑，自動噴水滅火系統的分區與消火栓系統大致一樣。2）合理布置報警閥間。低區自動噴水滅火系統由設置在地下室報警閥間的報警閥組供水，高區自動噴水滅火系統的報警閥組一般考慮設置在高層建筑的中部或屋頂。報警閥間設置在建筑中部可以節省一定的管網投資，但是會占用高層建筑標準層的使用空間，同時考慮到水力警鈴的安裝位置，也會影響到建筑整體的裝修效果。而設置在屋面的報警閥間則可以避免上述問題，相應只是增加一段管段長度。3）應注意報警閥組水力警鈴的設置位置，消防警鈴報警時，值班人員應能第一時間發現[4]。4）對于有多種使用功能的高層民用建筑，在計算消防用水量時，應以較高火災危險等級的要求確定。例如，高層建筑的塔樓部分一般為辦公樓功能，按辦公建筑考慮，火災危險等級為中危險Ⅰ級；裙樓部分一般為商業功能，按商業建筑考慮，火災危險等級為中危險Ⅱ級，那么自動噴水滅火系統的消防水量應按中危險Ⅱ級來計算。5）凈空高度為8～12m的高大空間場所，應優先采用自動噴水滅火系統。此外，高大空間區域采用的噴頭流量系數均較大（K=115或K=161），而自動噴水滅火系統的設計流量與頭間距和噴頭工作壓力相關，噴頭間距偏小，最不利作用面積內的噴頭數量就越多，系統工作壓力和設計流量相應也越大，所以在實際的設計過程中，建議噴頭間距不宜過小，可按規范規定的3m×3m布置，最小間距建議大于2.5m。

3.4 消防水炮滅火系統

消防水炮水量具有流速快、水量集中等特點，水流可以直接接觸燃燒物而作用到火焰，可以將火焰和燃燒物分隔從而使物體停止燃燒。消防水炮系統一般應用于凈高大于12m的高大空間場所，或者凈空高度大于8m且不大于12m，但是難以設置自動噴水滅火系統的場所。一般高層建筑中，消防水炮系統常用于保護辦公大堂或中庭等區域。在設計消防系統水炮系統時，要注意以下幾點：1）室內消防水炮布置的原則與室內消火栓系統類似，保護區域的任一部位都應有兩門水炮的射流同時到達。2）消防水炮的安裝高度需滿足規范要求，安裝高度過高或過低，都會導致消防水炮保護半徑減小，可能使其保護范圍不能覆蓋所有保護區域。3）消防水炮在滅火過程中會有一定的沖擊力和反作用力，在設計中應將其提給結構，以便其復核荷載，滿足水炮安裝和使用需求。4）消防水炮在安裝時應考慮其安裝和使用的安全性和穩定性，對水炮進行必要的保護防止其墜落。

3.5 氣體滅火系統

電房區域采用氣體滅火系統。現階段，較常選用的氣體滅火劑一般為七氟丙烷。此外，還有IG541、IG100等可供選擇。防護區比較多、集中，通常采用組合分配式的氣體滅火系統。防護區比較分散的區域則多采用預制式或懸掛式的氣體滅火系統。在設計過程中，如果選擇組合分配式的氣體滅火系統，則在系統分配時，應將容積相近的防護區劃分為一套系統，避免出現防護區容積相差特別懸殊的情況，從而導致系統不能滿足規范要求。另外，各防護區均應設置泄壓口，泄壓口設置高度應滿足規范要求，泄壓口應設置在外墻或走道位置，如果設置氣體滅火的防護區不靠外墻或不與走道相鄰時，則應考慮增加導風筒將通過泄壓口泄出來的氣體排至室外或公共走道。

3.6 消防排水

消防排水同樣是消防給水系統中重要的一環。對于消防排水，設計人員應把握以下原則，消防系統調試以及日常維護管理產生的排水應設置專用排水設施進行有組織排放，滅火時產生的消防排水量，則以避免產生次生災害為前提，防范、防控為主，在該原則下盡快將水排至室外。對于高層民用建筑來說，消防排水主要涉及到消防水泵房、消防電梯以及地下室等。此外，消防給水系統試驗和測試位置應采用專用的排水設施，且排水設施不應作它用。

3.7 其他防火措施

消防防火卷簾是防火分隔中常用的一種措施，設計中應與建筑專業確認防火卷簾類型，當防火卷簾的耐火完整性和耐火隔熱性不滿足現行國家標準《門和卷簾的耐火試驗方法》GB/T 7633時，應設置自動噴水滅火系統進行保護。當采用防護冷卻系統對防火卷簾進行保護時，該區域有自動噴水滅火系統，則防護冷卻系統設計流量按不小于自動噴淋滅火系統最不利作用面積平方根的1.2倍計算即可，可不按防火卷簾實際長度計算，此種情況下，若防火卷簾較長，按實際長度計算，將會造成防護冷卻系統用水量偏大。

高層民用建筑應設置滅火器，特別是對于屋面的梯屋和機房，例如電梯機房、排煙機房、空調機房、強弱電間等容易遺漏的地方，應嚴格按照規范要求設置。在選用滅火器時，應注意滅火器使用場所的環境溫度，過高的環境溫度將可能導致滅火器內壓增大，有爆炸風險。而過低的環境溫度又會降低滅火器的噴射性能。此外，同一建筑的不同場所，盡量使用同種規格同種類型的滅火器。

4 結束語

綜上所述，我國高層建筑在給排水消防設計過程中，必須要從不同的角度來考慮系統設置的合理性與科學性。與單層、多層建筑相比，高層建筑存在明顯的特點，高度普遍較高，建筑形式及結構復雜，人員疏散相對困難，因此在設計過程中，設計人員需要深入了解高層建筑給排水消防系統設計中的各種問題，合理和準確的設計消防系統，從而使建筑本身設置的消防系統充分發揮作用，在火災初期就能達到很好的滅火效果。同時，加強運營維護管理，讓高層建筑的消防系統一直處在正常運行狀態，使其能充分發揮滅火的能力，避免因發生火災導致人員傷亡和財產的損失，進而更好地推動現代化城市發展。