超高層建筑給排水與消防設計要點分析

蔡瑞環，郭莉芳

（1.寧波市建筑設計研究院有限公司，浙江 寧波 315012；2.寧波市城市排水有限公司，浙江 寧波 315012）

1 工程概況

某建筑群占地面積共計5458.30 m2，總建筑面積約113621.5 m2。其中，地上建筑面積87871.5 m2，地下室建筑面積25750 m2。本項目設計定位為辦公樓，其中，1幢T1超高層設計高度為149.96 m，1幢T2高層設計高度為99.98 m，底盤設有3層商業，底盤裙房與主樓之間設縫脫開。

工程地上建筑由2幢塔樓（辦公）和1幢裙房組成，兩者間設置抗震縫。地上裙房部分為3層，1幢超高層地上部分為35層，1幢高層地上部分為25層。其下設有2層地下室，功能為車庫、設備用房，庫房等，地下室地下1層層高為4.55 m，地下2層層高為3.85 m。該項目地處寧波市東部新城CBD金融區，屬于某企業總部辦公大樓，建成后將進一步提升整個中央商務區的城市功能品質，對后續超高層建筑的設計以及施工具有重要參考價值。

2 超高層建筑給排水系統設計要點

2.1 給水系統

1#主樓部分沿縱向分為6個區域，一區包括地下2層～地上2層，直接由市政管網供水，直供樓層需根據當地管網條件、市政壓力（本項目0.25 MPa）及其他情況靈活調整；考慮到市政管網在特殊條件下可能出現壓力不足情況，在一區可增設1套給水增壓裝置，以應對突發情況。超高層建筑供水方式有無水箱分區串聯、有水箱分區串聯、減壓閥分區供水等方式[1]。減壓閥分區必須有備用減壓閥，同時應有報警措施，對管材接口要求也較高，一般不推薦采用。其他方式都需要利用避難層設置水泵房和水箱間，需考慮層高和建筑面積的占用情況，對自動化控制和維護管理有一定要求，但最為重要的是，要具備有效的防振措施。本工程甲方對星級辦公環境有極高的要求，為盡量避免振動噪聲并確保項目建筑高度合適，本工程以100 m避難層為界采用水泵分區。加壓2J區：3～9層；加壓3J區：10～16層。加壓4J區：17～24層；加壓5J區：25～32層；加壓6J區：33～35層。2J、3J、4J、6J區由水箱+變頻供水設備供水。5J區由屋頂水箱重力供水。先由地下層加壓泵將水抽至屋面水箱，然后由屋面水箱向各樓層供水。在地下室設置生活變頻水泵和水箱，同時在屋頂機房層設置高位生活水箱和變頻供水泵。地下室供水機組應將停泵水錘問題和小流量供水工況相結合，設置合理的氣壓罐。高位水箱通過液位控制地下室生活工頻泵的啟停，既經濟又節能，開式補水系統無須考慮水錘問題。

2#附樓高度未超100 m，分區原則同上，沿縱向分為4個區：直供區為地下2層～地上2層由市政管網壓力直接供水，加壓2J區：3～10層；加壓3J區：11～17層；加壓4J區：18～25層；由泵房水箱+變頻供水設備供水。3#裙樓給水豎向分為2個區：直供區為地下2層～地上2層由市政管網壓力直接供水，加壓1區∶3層。

2.2 排水系統

本項目排水系統設計為污廢分流模式，地上部分污水在重力作用下自流至室外排污管道，地下部分廢水使用潛污泵排出。1#樓、2#樓衛生間設置專用通氣立管。營業餐飲含油廢水經地下室成品隔油器處理后，排入市政污水管。本項目排水系統除地下部分潛污泵壓力排水管及水箱溢流管道選擇焊接鋼管外，其余管材均選用RKC鑄鐵管道。焊接鋼管接口位置采用法蘭連接或焊接，RKC鑄鐵管道接口位置采用柔性接口。

2.3 雨水系統

主樓部分屋面和避難層水泵房水箱溢流采用虹吸雨水系統。屋面雨水重現期取10 a，雨水排放設施總排水能力以100 a重現期校核，屋面徑流系數取1.0。屋面雨水采用87型雨水斗和180°側入式成品雨水斗。雨水調蓄和回用系統主要分為兩部分，分別是屋面雨水回收系統和室外地表雨水滲透系統，采用這種分離式設計的主要原因是屋面雨水的清潔度相較于地表雨水要高，因此，回收屋面雨水的工藝更為簡單，成本更低。屋面雨水經管道收集至地下雨水處理裝置中，處理后水質應達到GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市雜用水水質標準》的要求，可用于場地內綠化灌溉、道路澆灑、車庫沖洗。采用雨水處理裝置處理水量可達20 m3/h。

按照我國GB 50400—2016《建筑與小區雨水利用工程技術規范》的規定，雨水入滲可采用入滲井、綠地入滲、滲透管道、透水路面磚、淺溝、洼地入滲以及滲渠入滲等多種方式[2]。該項目綠地率僅10%，因此，根據寧波市住房和城鄉建設委員會發布的《寧波市海綿城市規劃設計導則》，采用透水鋪裝、雨水花園、植草溝、雨水回用系統等低影響開發設施，按70%年徑流總量控制率，全面控制雨水、改善地塊水環境。

3 超高層建筑消防系統設計要點

3.1 消防給水系統

消防系統可采用減壓閥減壓、水泵串聯或并行及減壓水箱等形式。減壓水箱減壓分區可靠度高，占地面積大，且對進水閥可靠度要求高。超高層建筑供水壓力大、靜壓過高，難以采用并行供水。按消防設計從嚴原則，對分區壓力、建筑避難層樓層設置、建筑造型、技術經濟和安全可靠性等因素進行綜合考慮，本工程采用消防水泵減壓閥分區和串聯分區供水結合的方式。消火栓給水系統豎向分區,消火栓的布置應保證2只水槍同時到達。B2～1#樓的12層，B2～2#樓的13層和3#樓為低區，由減壓閥分區供水；1#樓的13～24層，2#樓14～25層為中區，由地下室消防泵直接供水；1#樓的25層～機房為高區，由24層避難層轉輸水箱和消防水泵供水。60 t轉輸水箱由地下消防泵房轉輸水泵供水。轉輸水箱兼做低區的高位水箱。中區高位水箱屋頂設置，高區采用屋頂高位水箱和穩壓泵維持靜壓。為保證消火栓栓口出水壓力不超過0.5 MPa，1#樓B2～10層，13～21層，25～35層，2#樓B2～11層，13～22層和3#樓均為減壓穩壓型消火栓，其出口壓力為0.35 MPa。轉輸水箱溢流回到消防水池。

系統運行原理是起火災后，受災樓層與相鄰樓層的消防栓會率先動作，在火災初始階段，低區、中區和高區消防用水分別由轉輸水箱、高位水箱、高位水箱和穩壓泵供應。主管上的低壓壓力開關、水箱出水管上的流量開關信號作為觸發信號，直接啟泵并報警。中低區消防主泵運行，從而持續提供消防用水。而高區消防系統啟泵順序是：先啟動24層消防泵，再啟動地下室轉輸泵，向避難層的轉輸水箱輸水。這種消防給水系統的優勢在于可以將占用空間較多、結構荷載過大的消防池與消防主泵設置在地下2層，不占用建筑上部空間，從而增加建筑使用面積；所需消防供水立管及主干管道較少，在確保有效供水的前提下能夠降低成本。

消防車供水壓力范圍內的分區分別設置水泵接合器3套；高區建筑高度超過消防車供水范圍，在避難層方便操作的部位設計手抬泵或移動泵供水吸水和加壓接口。在轉輸供水管上設置消防水泵接合器4套。管材按設計額定壓力的120%為下限選擇，水泵房低區減壓閥后消火栓給水管道系統采用內外壁熱浸鍍鋅鋼管，公稱壓力1.2 MPa。泵房內減壓閥前中區、高區、轉輸系統采用熱浸鍍鋅無縫鋼管,公稱壓力2.5 MPa；管道公稱直徑≤65 mm時為絲扣連接，公稱直徑＞65 mm時溝槽連接。

3.2 自動噴水滅火系統

地上1層門廳室內吊頂凈高大于8 m、不大于12 m的空間設置自動噴淋滅火系統，設計最大用水量42 L/s，火災持續時間1 h。3#樓、地下汽車庫設置自動噴淋滅火系統，中危險Ⅱ級設計；1#樓和2#樓地上設置設計自動噴淋滅火系統，中危險Ⅰ級設計。自噴給水系統豎向分區。B2～B1層為超低區，由減壓閥分區供水。1#樓的1層～13層，2#樓的1層～15層和3#樓為低區，由減壓閥分區供水。1#樓的14～23層，2#樓16～25層為中區，由地下室消防泵直接供水。1#樓的25層～機房層為高區，由24層轉輸水箱和自噴水泵供水。60 t轉輸水箱由地下消防泵房轉輸水泵供水。高區啟泵順序是：先啟動24層自噴泵再啟動地下室轉輸泵。自噴系統的高位水箱設置在屋頂，高區同時設置穩壓泵。自噴流量開關，宜設置在出水總管上，避免由于火災初期系統作用的噴頭數量少、流量低，導致水量基本通過穩壓罐供應，致使水箱出水管上流量開關感應不靈而產生延誤主泵啟動問題[3]。

考慮到地下部分發電機房及鍋爐房的消防安全，在這部分設計水噴霧系統，系統設計噴水強度為20 L/m2，設計火災持續時間為0.5 h。

水流指示器后、地下室減壓閥后超低區自噴給水管道系統采用內外壁熱浸鍍鋅鋼管，公稱壓力1.2 MPa。低區、中區、高區采用熱浸鍍鋅無縫鋼管,公稱壓力2.5 MPa；管道公稱直徑≤65 mm時為絲扣連接，公稱直徑＞65 mm時溝槽連接。

3.3 氣體滅火系統

本項目采用預制式七氟丙烷氣體滅火系統，系統為全淹沒式滅火方式，在既定時間內向設備保護區域噴射特定濃度滅火劑，并使滅火劑快速充滿整個設備間，從而達到滅火，保護設備的目的。該系統的主要裝置由滅火劑儲罐、壓力開關、噴頭、罐頭閥、鋼瓶柜、藥劑以及排放管道等構成[4]。

系統設計兩種啟動方式，分別是電啟動和機械啟動，其中，電啟動為常規啟動方式，機械啟動為備用啟動方式，當出現突發情況電啟動失控時，可采用機械啟動方式打開系統。電啟動的基本原理是：當系統保護區內的火災探測器檢測到火災信號時，向報警控制系統發送火災信號，報警控制系統接收到火災信號后開始延時啟動設定程序，延時期間系統發出警報提醒系統保護區的工作人員撤離，同時開始啟動相關設備。延時結束后控制系統開始發出指令打開瓶頭閥，滅火劑進入排放管道并利用噴頭向保護區噴射，壓力開關開始向系統反饋保護區藥劑釋放情況，以便系統對保護區情況做出判斷，適時進行調整。當電啟動失效時，現場工作人員可采用機械啟動方式，手動打開保護區瓶頭閥，將滅火劑釋放到保護區，緊急啟動裝置設置在保護區外，可以在確保安全的情況下啟動或關閉氣體滅火系統。

在系統保護區范圍內設計火災聲、光報警器，以便保護區工作人員可以在系統延時期間接收到火災信號，及時完成撤離。保護區入口位置設置光報警器，當發生火災時，光報警器發出報警信號，直至火災被撲滅，然后手動關閉光報警器。保護區入口區域還應設置滅火劑噴射指示燈及系統保護標志。火災撲滅后，保護區要及時進行通風換氣，若保護區處于地下或地上無窗或為固定窗空間內，則需設置機械通風裝置。

4 結語

綜上所述，超高層建筑自身的特性決定了其給排水系統及消防系統設計不同于一般建筑，設計人員在設計過程中要充分借鑒同類工程經驗，同時結合項目實際需求，設計合理的給排水系統與消防系統，確保超高層建筑的正常用水以及消防安全。