高層建筑給排水消防設計方法研究

李鵬飛 濟南建設設備安裝有限責任公司

1 前言

在城市規模化發展中，大量的高層建筑相繼涌現。眾所周知，高層建筑除了高，還具有結構復雜、用途廣泛、功能繁多、設備密集等特點。其空間結構復雜，不僅平面形狀多樣，立面體形也是多變。此外，高層建筑往往體量龐大，通道復雜，人員過度集中或煙霧彌漫時，復雜的通道容易使人迷失方向。

在這樣復雜的高層建筑里，生活用水的給與排、消防用水和雨水收集系統等都關系到人們的正常生活和生命財產安全，十分重要，因此給排水系統的科學設計備受重視。基于此，本文就高層建筑給排水設計要點進行論述。

2 高層建筑給排水與消防系統的設計要求

在進行高層建筑給排水與消防系統設計時，有一些基本的設計要點，其中包括水質、水量、水壓和管道材料。

從水質上講，給排水與消防系統需要具備較好的水質，特別是給水系統，由于日常生活中與人體密切接觸，水質一旦惡化，對人們的健康安全會造成嚴重影響。并且，含有雜質的水質也會堵塞管道，從而導致供水系統不能正常運行，甚至癱瘓，對于消防系統來說，一旦發生火災，其后果不堪設想，只有當水質得到保障時，才能為人們提供更好的服務。

從水量和水壓上講，無論在日常生活還是火災發生時，都需要儲備足夠的水量和水壓。水量或水壓不足，不僅影響人們的日常需求，更嚴重地會導致消防時不能及時滅火，對人們的生命財產安全造成嚴重的傷害。

從管道材料上講，首先必須符合國家標準，不得含有或析出對人體有害的物質，必須嚴格把控安全性；其次是承壓性能，管材的應用必須匹配系統的工作壓力，并能夠承受試驗壓力的沖擊，具有足夠的強度。除此以外，管道的內表面應光滑平整，減少水頭損失，以利于系統的正常運行。

為了能夠解決城市人口高速增長和城市土地資源應用緊張的問題，高層建筑應運而生。高層建筑給排水與消防系統的設計，一方面為滿足人們日常生活的需求，良好的水質，充足的水量和水壓，優質的管材都是給排水系統中最基本的要求。另一方面，在高層建筑物內，由于潛在的火災隱患較大，當建筑內發生消防事故時，火勢蔓延快，不容易疏散人群，火災救治難度大。因此，一旦發生火災極易造成人員傷害。對此，高層建筑內消防系統的設計至關重要，它關乎著建筑內是否能夠對火情進行及時警報和快速處理。合理的高層建筑消防設計，能夠提高建筑物內消防系統的時效性，提高火災事故發生時高層建筑的自我救治能力，在最大程度上降低火災事故的危險性，為高層建筑物內居民的生命和財產提供一定的保障。

3 高層建筑消防系統在設計過程中經常出現的問題

3.1 自動系統不合理

高層建筑給排水消防系統設計中，自動噴水滅火系統十分重要，其在火災發生時可以自動啟動火災感應，在消防人員到來前及時采取措施，盡可能撲滅火災，控制火情，減少人身財產損失。其中濕式自動噴水滅火系統，該系統在設計上會影響整個給排水系統質量。當前，我國自動排水噴水滅火系統在設計上存在一些問題，有些高層建筑并未明確區分有吊頂和無吊頂建筑的自動噴水滅火系統，在火災發生時，若火情地點與自動噴水滅火系統噴頭相距較遠，則無法及時感應，導致火災救援不及時，出現火災蔓延現象，擴大火災損失。

3.2 消防設計中存在的問題

發生火災時，消防系統是保障高層建筑物的重要一環，其時效性與滅火能力是關鍵。該系統主要是能夠自主地根據火災事故進行火勢壓制，通過自動化手段啟動噴水系統，以達到及時澆滅火源的目的。對于高層建筑，特別是超高層建筑，消防系統需要串聯、轉輸和供水，系統相對復雜，如何快速有效地輸送進水水量非常關鍵。

常規高層建筑的消防系統都是通過低位消防水池經轉輸泵將水量提升至高位，再通過水泵供水，或采用重力供水，由于水量轉輸需要一定的時間，所以在火災初期，消防用水由屋頂水箱供給。當建筑高度不超過100m 時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07MPa，當建筑高度超過100m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.15MPa。可見，高位水箱的設置不僅為了提高火災初期的消防水量，同時也為水量輸送爭取時間。

4 高層建筑給排水消防設計方法

4.1 消防水泵房和水池設計技術

給排水消防系統中，消防水泵房和水池發揮著重要作用。為了能夠有效控制高層建筑火情，設計人員需要做好消防水池和水泵房的選型和選址工作。消防水泵房是高層建筑給排水消防系統重要組成部分，在設置水泵房時，要保證消防功能，并提高給排水消防系統運行效率，保障系統安全運行。同時，水泵房還需確保消防水壓，在保證水源充足情況下提高服務功能，保障高層用戶安全。

在設計高檔建筑消防水泵房時，首先要選擇可靠設備，水泵房參數符合行業規定，選擇性能好的水泵為高層建筑提供給排水需求，進而起到節能環保效率。最后，設計吸水槽時，需要優化設計導流墻，將其作用發揮出來，同時加強電氣系統設計，選擇性能可靠的電氣設備。在規劃電氣設備時要根據設備形態適當選擇，以滿足水泵房電氣需求，并應用信息化技術對水泵運行進行自動控制，降低水泵故障發生率，擴大水泵房應用范圍。

高層建筑給排水消防系統設計過程中，需要綜合管理消防水池，確保其能夠根據消防水池和生活水池開展合建、分建管理，提高出水的基本容量。

首先，在合建或分建消防水池和生活水池時，實際施工對蓄水池容量要求較高，注水水速度慢，水質容易被破壞，因此檢測人員需要定期處理水質或是延長換水周期，這在一定程度上會導致水資源浪費，因此高層建筑一般使用公共消防水池，在保證水資源的同時能夠節約成本，及時實現消防滅火救援。

其次，設計消防水池時，需要根據蓄水池容量和不同建筑結構工程進行設計。設計要滿足室外給水管網需求，合理維護消防用水，并科學計算評估消防用水，以保證用水合理，綜合調控相關問題。

最后，在重點區域設計消防水池時，如果水池總儲量大于500m3，設計人員要考慮單獨設計兩個消防水池，對于單獨消防水池要配置相應的出水管，二者之間設置連通管，連通管要符合要求，滿足最低有效水位，管徑則根據消防給水設計流量確定。此外，如果水池總儲量高于1000m3，則需要設計兩座水池。

4.2 消防設計的關鍵技術

高層建筑特別是超高層建筑，系統復雜，對大于250m 的超高層建筑，要求高位水池的容積不小于一次滅火的設計水量，可見建筑高度越高，越會考慮到低位消防水量轉輸不上去或來不及轉輸的情況。所以對待高層建筑，尤其是超高層建筑，自救的關鍵在于水量的及時輸出。

為了保證消防水量能夠在火災時及時輸出，可以采用轉輸水箱與減壓水箱連通或合并的措施，增加中間水箱的消防水量，為初期火災提供保障的同時，也為消防轉輸提供了便利，為撲滅火災爭取時間。另外，也可以采取在轉輸泵的出水管上接駁消防管道至供水管網。對于中低區的消防系統來說，低位消防水量可以直接通過轉輸泵輸送至供水管網，達到及時撲滅火災的效果，同時也為消防系統提供了真正的雙水源保障。

4.3 室外排水的設計

在室外排水設計中，主要應用雨水排水系統，由于該國際大廈位于季風性氣候區，夏季降雨量較為集中，因此在屋面仍然采用傳統雨水排水方法，構造較為簡單，重力流雨水系統為87型雨水斗，系統工作時過水斷面收縮，形成漩渦，使整個排水系統呈氣液兩相流狀態，當雨水進入到排水系統時，空氣大約占據1/3空間，斗內出現負壓狀態，泄水量增加。

同時，技術人員還應該根據當地夏季降雨情況，計算出暴雨強度，隨著城市化建設的不斷推進，大量的雨水徑流未加以利用，就直接下滲到地下管道中，不透水面積日益增多，但也造成了水資源的大量浪費。因此，在本次排水設計中，在綠色循環可持續發展理念下，為了減輕該城市排水設施負擔，節約水資源，設定天面雨水回收系統。流程為：天面雨水+地面雨水→檢查井+雨水口→棄流池→沉淀地+雨水滲濾系統→儲水池→消毒處理→回收利用。

在儲水池內設置兩臺潛水泵，同時設置攪拌、沖洗裝置，供綠化和道路灑水使用，為了保證儲水池內水質不變，或者降低徑流受到的污染，可以向水池內投加氯片。在必要時也可以設置雨水綜合利用系統，以降低廢水處理成本，簡化處理工藝，分擔市政雨水管排水壓力，通過屋面雨水回收利用和地面雨水下滲，降低排水管道負荷。

4.4 自動噴水滅火設計技術

自動噴水滅火系統設計主要是為了自救，及時消除初期火災，或在蔓延前對火情進行自動控制，進而達到滅火目的，因此需要優化設計的各個設備。首先，高層建筑過道需要設置噴頭，并與配水管網聯系起來，為了能夠使高層建筑電力設備和暖氣管道等設施運行安全使用便捷，設計人員一般需要在噴頭使用方便基礎上，將其設置在距離電力設備和煙氣管道等設施較遠的位置處，如有必要就需要設置擋水板。

在設置走廊噴頭時，走廊空間有限，設計人員需要保證設計美觀和消防系統實用性能。因此，設計時可以在大量可燃物加層與悶頂中布置噴頭，進而降低悶頂和夾層中可燃物安全隱患，從根本上降低火災發生率。與此同時，走道噴頭一般不會直接在直噴配水干管中布置，多位于配水支管中，進而讓噴淋系統均勻自動配水。另外，根據實際標準考慮噴頭布置數量和選型，同時安裝減壓孔板或是系統分區時噴淋管道實際壓力位于合理級別。

總之，噴淋系統位于疏散走道，其可以爭取逃生時間。其次，配水管路口配置了減壓設備，在輕中級危險場所配置的配水管入口壓力不可超過0.4MPa。在此期間，需要注意高層建筑高度和水力計算損失，準確計算水泵揚程，在此基礎上全面精準把控配水管口壓力，精設計合適的減壓方案。最后，在建筑值班和公共通道等區域設置報警閥和水力警鈴，在火災發生時能夠及時啟動水力警鈴，警告內部人員采取自救和互救措施，在消防人員到達前盡可能降低火災危險度，為居民提供逃生空間。

設計自動噴水滅火系統時將其與報警閥連接起來，發生火災之后啟動報警閥，消防系統即可自動噴水，在消防人員到達之前可以最大限度緩解火災發生。報警閥安裝部位需要設置排水溝等設置，安裝報警閥部位通常位于樓道、墻壁等明顯部位，確保系統自動噴水的同時立即啟動報警閥。此外，在自動噴水滅火系統末端設置試水裝置，設計人員需要按照試水出水口流量和裝置要求設計相應的裝置，進而得到排水方案，防止出現淹水現象。

4.5 消火栓系統

在高層建筑物內，消火栓系統的設置主要是為了消防人員在火災發生時能夠取用足夠的水源，阻止火勢的蔓延，為人們的生命財產安全帶來保障。因此，在開展消火栓系統設計時，應根據建筑物的整體特點和人們的日常用水習慣加以設計。主要應做到以下幾點。

（1）任意一點必須在兩個消火栓的保護范圍之內，確保假設一個消火栓無法使用的情況下，另一個消火栓能夠正常使用。

（2）消火栓的位置必須便于取用，并設有明顯標識，不應設置于隱蔽處或受到任何物體遮擋。消火栓是火災發生時消防人員滅火的重要消防設施，一旦受到阻礙，火勢不能得到及時控制，結果不堪設想。

（3）消火栓系統啟用時必須及時，消防系統一般都會設有雙重啟泵控制元件，一個是流量開關，一個是壓力開關，兩者缺一不可，也是消防系統的雙保險。消火栓啟用后，流量開關與壓力開關都會動作，聯動消防水泵啟動供水，從而確保消火栓有足夠的水量與水壓用以滅火，所有消火栓的聯動至關重要。

（4）在確保消防要求的前提下，消火栓的設置也需要滿足建筑的整體布置，使建筑整體看上去美觀、和諧。

5 結束語

隨著城市建設不斷擴大，在進行高層建筑設計時，也會遇到越來越多的問題，因此需要越來越多的技術與方法提供支持應對。應結合建筑的實際情況，把可能存在的問題與難題加以羅列，并有針對性地一一解決。設計人員應該充分了解高層建筑的設計要求，在滿足日常生活需求的同時，更應該保障高層建筑的消防自救能力。

高層建筑的給排水與消防設計，不僅關系著人們日常生活的便利性與舒適性，更重要的是能夠在火災事故發生時提供安全有效的保護，維護人們的生命財產安全，減少傷亡與經濟損失。所以，設計人員應該加強對給排水與消防設計的重視，做好設計審核校對以及系統安裝后的調試驗收工作，為高層建筑提供強有力的安全保障。