高層建筑消防給水設計關鍵技術的應用

摘 要：文章主要圍繞著高層建筑的特點展開論述，系統地分析了高層建筑的消防給水設計現狀，并對其消防系統提出了相關的要求，通過將工程實例進行有機結合，總結出幾點行之有效的設計核心要點，旨在將整體建筑的消防給水設計得更加實用，提升其合理性，從而使高層建筑的基礎條件更加的安全和可靠，進而使建筑質量得到進一步的提升。

關鍵詞：高層建筑，消防給水設計

一、高層建筑消防給水系統要求

（一）高層建筑消防給水系統的選擇

可以將消防給水系統分成兩種，第一種是區域共用的系統，第二種是獨立系統。集中類型的給水系統會有效地集中消防水池、泵等相關設施，從室外利用消防管網，將其與建筑單體管網連接在一起，并根據實際情況進行分配。該模式的優勢在于：區域共用一套系統，更加便于進行管理，進一步降低投資成本；缺點在于：若區域比較大，過長的管路導致更大的水頭損失，從而提高整個系統的壓力及水泵揚程，漏損量大。第二類獨立消防給水系統相比于前者來說，在每個建筑中都設置了獨立的消防水池和管網，其優勢在于獲得了更高的安全性，缺點是需要使用比較多的設備，增加了造價，并且需要將其進行分散布置，這對于日常管理維護來說無疑是增加了工作難度。現階段，區域共用一套系統比較常見。對于大型跨越市政道路或者河流等的小區（廠區、商業區），同步考慮節約投資及穿越市政道路和河流等的設置要求、技術要求，宜在大型小區內，分地塊做消防系統。

（二）高層建筑消防給水系統要求

因頂層比較高，最高層所要求的消防供水壓力非常大，故需水泵的揚程比較大。為防止底部樓層的水壓超壓，需要進行消防分區，并在局部承壓部分增設減壓閥、減壓孔板等，確保各分區消防給水壓力值滿足相關消防規范要求。由于管道內水壓比較大，故需采用承壓能力較大的管材。高層建筑消防給水應設一整套系統：高位消防水箱按規范要求選取有效容積，滿足初期火災用水要求；消防水池有效容積應滿足區域內滅火時，火災延續時間內消防用水量最大的建筑要求；消防泵流量和揚程應滿足消防滅火用水的水量、水壓要求；同時還要考慮相關的水泵接合器、室外消火栓、消防車取水口等設施。

二、高層建筑消防給水設計要點

（一）消防泵房和消防水箱的設計

在設計消防給水系統時，比較重要的設計環節就是消防泵房，相當于消防系統的心臟，該部分主要作用就是能夠為滅火提供充足的水量和水壓。該環節的設計重點在于科學地設計消防水池有效容積。如果高層建筑發生了火災，其消防用水量會很大，火災延續時間會很長，故需消防水池儲存火災延續時間內的消防用水，若火災的同時有充分可靠的補水，則可去除相應的補水量。消防水池最低有效水位還要根據消防泵的情況確定，對于臥式消防水泵，消防水池滿足自灌式啟泵的最低水位應高于泵殼頂部放氣孔。對于立式消防水泵，消防水池滿足自灌式啟泵的最低水位應高于水泵出水管中心線。同步考慮消防水池進水管的水位、高報警水位、溢流水位、空氣流通空間及檢修口，滿足規范要求的同時，最大限度地利用空間，減少造價。儲存足夠量的水，在建筑發生火災后，消防泵能夠長時間的持續運行，為滅火提供源源不斷的水。另外，組成消防水池的重要設施還有導流墻、吸水槽等，要從實際情況出發對其進行科學的設計，使設計得到進一步的優化，使設計效果達到最優組合。

（二）消防穩壓泵的設計

在消防給水系統中，消火栓、自動噴淋系統的原理都是一樣的，都利用了變化的消防管網的靜水壓力來達到自動控制標準，要保證其靜水壓力就需要充分地利用水位高差來實現。該建筑設計中，當設置的高位消防水箱達不到靜水壓力的要求時，此時就需要設置相應的消防穩壓設施，穩壓泵能夠有效地調節整個給水管網的壓力，這樣能夠有效地保障管道充滿水，并且達到一定的靜水壓力。穩壓泵可以通過幾個壓力控制點連接壓力繼電器，從而全面地實現自動控制，但是在實際運行過程中，由于存在相關因素的影響，如果頻繁啟動穩壓泵，不僅容易損壞泵，而且不利于整個管網系統的正常運行，因此，穩壓泵通常情況下都會配有相應的小型氣壓罐進行使用。通常情況氣壓罐內有四個控制壓力的點，當罐內的壓力達到PS2時，那么說明消防給水管網處于高壓工作狀態；如果管網發生了滲漏引發了泄壓情況，罐內壓力降至PS1時，就會將穩壓泵自動啟動，同時向氣壓罐進行相應的補水，直至罐內壓力再次的增加至PS2時，穩壓泵才停止運行。如果建筑發生火災，相關的滅火設備就會出水，就會進一步降低氣壓罐內的儲水量，同時壓力也會相應地下降，當降至PS1時，就會啟動穩壓泵；隨著氣壓罐內隨著水不斷地減少，當下降至P2時，就會自動啟動消防水泵并同時向管網內進行供水，穩壓泵隨之停止運行作。由此可知，穩壓泵的主要作用就是對消防管網的靜水壓力進行維持，當發生火災后，隨著管網內壓力的降低，自動控制的壓力開關就能夠實現消防穩壓泵的自動啟動。

（三）室內外消火栓系統設計

先根據建筑性質，規模等技術參數，根據相關規范，查詢其室內、室外消火栓設計水量和火災延續時間。在消防設計中，確定消火栓數量和位置是該設計環節的重點，能夠直接影響到消防系統是否能夠正常運行。高層建筑室內消火栓的布置應滿足兩股水柱到達室內任何部位，設備間也應布置消火栓、水帶應考慮折減，不同的樓層應考慮放在同一位置。若消火栓系統工作壓力超過2.4MPa，或者消火栓栓口壓力超過1.0MPa，則應進行分區。同時消火栓栓口動壓超過0.5MPa的部位，設減壓穩壓型消火栓或者減壓孔板。室外消火栓有效采用兩路不同的滿足室外消防水壓的市政給水管網，若不滿足，則室外消防用水也應儲存在消防水池中。室外消火栓的供水量宜按10L/s～15L/s計算，其布置既要考慮保護半徑不超過150米、間距不大于120米，也要考慮單體樓本身的室外消防設計水量的要求，合理布置消火栓的個數和位置。水泵接合器與室外消火栓的間距宜取15米～40米，同時靠近同一室外消火栓的水泵接合器數量不宜過多。

（四）自動噴水滅火系統的設計

根據《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018年版），個別建筑需進行自動噴淋滅火系統的設計。同樣，根據噴淋規范的要求，根據建筑類型、規模、查詢其火災危險等級，根據最大凈空高度等，確定其噴水強度、作用面積、火災延續時間、噴頭間距、流量系數、系統流量等參數。噴淋系統可與室內消火栓系統共用消防水箱、消防水池，設獨立噴淋泵和水泵接合器。自動噴淋系統報警閥處工作壓力大于1.60MPa或者噴頭處的工作壓力大于1.2MPa時，需進行分區供水。噴淋管道的管徑和系統設計流量，應根據計算得出。噴淋系統每根立管最不利處設末端試水裝置，其余每層設試水閥。

（五）配電室氣體滅火系統的設計

高層建筑的配電間，一般設置于地下室，由于其特殊性能，不能用水滅火，故采用其他滅火系統，工程常見為七氟丙烷氣體滅火系統。系統具有自動、手動兩種控制方式。防護區宜以單個封閉空間劃分，同一區間吊頂層和地板層下須同時保護時，可合為一個防護區。為保證防護區能夠滿足氣體滅火要求，防護區與相鄰房間或相鄰防護區之間的吊頂和地板必須隔斷，應保證防護區是一個密閉的空間。為保證滅火的可靠性，在滅火系統釋放滅火劑前或同時，應保證必要的聯動操作，即滅火系統在發出滅火指令時，由控制系統發出聯動指令，切斷電源、關閉或停止一切影響滅火效果的設備。滅火后的防護區應通風換氣，地下防護區和無窗或設固定窗扇的地上保護區，應設置機械排風裝置，排風口宜設在防護區的下部，并應直通室外。設有氣體滅火系統的場所，宜配置空氣呼吸器。

（六）其他消防系統的設計

根據建筑布置，若有中庭則宜設自動消防炮系統；若有防護冷卻要求，則設防護水幕等；其余視建筑及規范要求，在相應區域選取泡沫、細水霧等各種對應的消防系統。

（七）滅火器的設計

滅火器作為最方便、輕便的滅火設施，適合普通人使用。根據建筑類型、規模等，確定火災類型、危險等級，從而選擇并布置一定數量和型號的滅火器。滅火器應設置在位置明顯和便于取用的地點，且不得影響安全疏散。滅火器箱上應設有醒目的“滅火器”或“火警119”標志，滅火器箱箱蓋上設有醒目的簡明扼要的滅火器操作方法。

三、實例分析

（一）工程概況

文章選取了某高層建筑作為研究實例來進行講解，該建筑位于安徽省阜陽市，是住宅樓、商業樓、配套及幼兒園等組成的小區，小區總建筑面積190 000m2，含17棟高層住宅、1棟三層幼兒園、4棟多層沿街商業樓，并設有地下室，該地下室為平戰結合類型，平時用于地下停車庫，戰時可以作為人防使用。

（二）給排水消防系統設計

1.消防水源與水泵揚程的設計。本工程室外消防用水由兩路市政管網供水，水壓約為0.20MPa。從兩路不同的市政給水管網上各引一根DN200球墨鑄鐵給水管，小區內環狀布置。室內消防用水由消防水池經消防水泵加壓供水，消防水池有效容積288T，設置于地下室。消防泵房內，室內消火栓泵型號參數為：XBD14.5/25G-L Q=25L/s H=1.45MPa N=75kW ，自動噴淋泵型號參數為XBD6.0/30G-L Q=30L/s H=0.60MPa N=37kW。室內消火栓增壓穩壓設備：配用水泵；流量Q=3L/s，揚程H=1.09MPa，功率N=5.5kW（一用一備）；P1=1.00MPa（啟穩壓泵），P2=1.17MPa（停穩壓泵），P=0.90MPa（啟消防泵）；氣壓罐型號：SQL1000×0.6，有效容積220L。噴淋系統因靜壓滿足要求，無需設增壓穩壓設備。消防水箱設置于最高樓15#樓（27層）的屋面，其有效容積為18T。消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關，或報警閥壓力開關等開關信號直接自動啟動消防水泵。流量開關、壓力開關引入消防水泵控制柜內。消防水泵應能手動啟停和自動啟動。消防水泵控制柜在平時應使消防水泵處于自動啟泵狀態；消防水泵不應設置自動停泵的控制功能，停泵應由具有管理權限的工作人員根據火災撲救情況確定。所有消防水泵均可實現一用一備自動切換及雙電源自動切換。消防水泵控制柜應設置機械應急啟泵功能，并應保證在控制柜內的控制線路發生故障時由有管理權限的人員在緊急時啟動消防水泵。機械應急啟動時，應確保消防水泵在報警后5.0min內正常工作。

2.室內外消火栓的設計。室外消火栓用水量25L/S，火災延續時間2h，利用市政給水管網供水。從兩路不同的市政給水管網上各引一根DN200球墨鑄鐵給水管，小區內環狀布置。設置若干個室外消火栓，消火栓設于路邊綠化帶中，離道路側最近距離不大于2.0m。所有室外消火栓、消防閥門、水泵接合器設置地點均設置明顯的永久性固定標志。室外消火栓選用地上式消火栓，布置間距不大于120m。型號：SS150/65-1.0。室外消火栓的連接管徑為DN100。室內消火栓用水量為20L/S，火災延續時間2h。地塊內所有建筑都設置室內消火栓系統，其中建筑高度54米以下的單元式住宅按每層1股水柱到達任何部位布置消火栓，其余按每層2股水柱到達任何部位布置消火栓。消防箱采用薄型單栓帶滅火器組合式消防柜（1800×700×180），單出口室內消火栓箱內配置為：SNZ65消火栓1個、DN65長25m的麻質襯膠水龍帶1條、19水槍1支、消防按鈕、指示燈及JPS（1.6）-19消防軟管卷盤（長30米）各1個。本工程消火栓系統豎向分為兩個區，其中-1層～18層引自低區消火栓管網、19層～27層引自高區消火栓管網。其中-1層～15層、19層～24層均采用減壓穩壓消火栓，其栓口動壓為0.35～0.45Mpa。消火栓系統室外高、低區各設2套SQS100-A水泵接合器供系統使用。

3.自動噴淋系統的設計。自動噴水滅火系統。地下室自動噴水滅火系統。按中危險Ⅱ級，噴水強度8L/（min·m2），作用面積160m2，火災延續時間1小時，系統用水量30L/s。自噴系統由設在泵房的噴淋加壓泵直接供水，平時系統穩壓由屋頂消防水箱穩壓。濕式報警閥組設于消防泵房內，每個報警閥組供給的最高與最低位置噴頭，高程差小于50m。每個報警閥控制的噴頭數不超過800個。在每層每個防火分區均設水流指示器和信號閥，每個報警閥所帶的最不利點處設末端試水裝置，其他每個水流指示器所帶的最不利點處，均設DN25的試水閥。水流指示器采用VSR-F型，在其前后應有長度大于5倍的直管，水流指示器前采用信號碟閥，距離電磁信號閥為0.30m。噴淋系統各支管坡向干管，坡度為0.003；干管坡向瀉水管，坡度為0.002。噴頭選用：地下室采用標準響應型直立型噴頭，流量系數 K=80 ，動作溫度68℃。自動噴淋系統設2套SQS100-A型地上式消防水泵接合器供系統使用。

4.建筑滅火器的設計。本工程住宅屬輕危險級A類，每處配置2具3kg磷酸銨鹽滅火器，滅火器最大保護距離25m。屋頂電梯機房、配電房、消防控制室按中危險級E類火災配置2具4kg磷酸銨鹽滅火器，設置于門口附近。地下室屬中危險級A類，每處配置2具4kg磷酸銨鹽滅火器，滅火器最大保護距離20m。

結束語

文章所選擇的實例工程情況和設計消防系統要點，從消防水源、水泵等四個方面內容進行設計，對給排水消防系統的設計進行了系統的闡述。由于該建筑設計非常復雜，只有全面地掌握設計各個系統的關鍵點，才能確保整個消防系統設計的合理性，從而有效地保證發生火災時擁有充足的水量用于滅火，確保其更加的持續穩定。

參考文獻：

[1]張海玲.高層建筑消防給水系統的優化研究[J].建材發展導向，2020，20（08）：40-42.

[2]胡鵬程.高層建筑的消防設計[J].消防界（電子版），2021，7（19）：60-61.

作者簡介：張俊峰（1982-），男，漢族，安徽太和人，本科，工程師，研究方向：給排水。