淺談高層建筑給排水與消防設計技術

虞曉敏

（卓展工程顧問（北京）有限公司上海分公司，上海 200235）

0 引言

從外表上看，高層建筑具有建筑高度高、體積龐大、通風性能差的特點，一方面需要為這些高層建筑的日常運行提供給排水條件；另一方面，建筑物內存在多種機械設備的應用，使得這些高層建筑發生火災的危險性大，自救困難。為了給人們的日常生活提供便利，也為了能夠有效地減少高層建筑物內火災事故的發生，就需要對這些高層建筑物進行給排水與消防系統的設計。然而正因為高層建筑的復雜性，給排水與消防設計存在很大的難度，需要我們根據高層建筑的施工要求和建筑物的實際情況進行科學合理的設計，提高高層建筑給排水與消防系統的性能和系統質量，確保高層建筑物的有效安全使用。本文針對高層建筑物內給排水與消防系統的特點、作用、設計要求以及相關的給排水和消防設計技術進行研究分析。

1 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的影響。同時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撲滅火災，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，安全性上必須嚴格把控；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，對于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，當建筑內發生一定的消防事故時，火勢蔓延快，不容易疏散人群，火災救治難度大。因此，一旦發生火災就極易造成人員傷害，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。

2 高層建筑給排水設計內容

2.1 生活供水

在人們居住的高層樓房內，廚房、衛生間等都需要大量的生活用水。除此之外，一些電器如洗衣機、洗碗機等都需要提供水源。對于生活用水的水質，除了必須符合我國對水質標準的要求外，人們對生活用水的水質也有更高的要求，大致可以劃分為飲用水和冷水。冷水主要是人們平常使用的水源，該水源主要來自城市自備水，對于一些要求較高的建筑來說，如五星級酒店，需要對城市自備水源進行過濾、吸附、軟化的工藝，從而達到更高的水質標準，使人們使用起來更為舒適。飲用水主要是經過深度加工處理的水源，這些水可以供人們飲用，在我國一些高檔建筑小區內，大部分都是應用獨立的生活飲用水系統，當然設置小區飲用水系統的成本花費也較高。因此，在進行高層建筑設計時，我們應該根據建筑的實際情況進行合理規劃。

2.2 污水處理

有用水就會有排水，日常生活中存在不同水質的污廢水，如衛生間污水、含油廢水、高溫廢水、實驗廢水等。不同的污廢水具有不同的水質特點，需要有針對性地進行處理設計：醫院病房的衛生間排水需要經過二級生化處理后排放，含油廢水需要經過隔油設備處理后排放，高溫廢水需要降溫后排放，實驗廢水需要加藥排放。建筑物內污水排放系統的設計直接影響建筑的整體設計質量以及后續污廢水處理的成本和效果，如今，很多高層建筑物內排水設施設計不夠完善，在使用過程中存在很多問題，諸如堵塞、漏水、排水水質不達標等問題。因此，設計師應該按照建筑的實際情況進行合理設計，確保生活污水能夠合理處治和排放。

2.3 雨水系統

對于裸露在外的建筑平面、立面，在遇到梅雨季節時，由于大量雨水的積累，使得建筑物外表裸露部分受到大量雨水的沖刷，尤其在建筑物頂部，大量雨水的堆積增加了建筑物頂部的壓力，如不能及時排除，有坍塌的風險，甚至大量雨水從屋面溢流，對地面上的行人造成威脅。因此，在進行高層建筑設計時，我們應該對建筑物外表裸露部分進行雨水匯流和排除的系統設計，確保雨水能夠快速收集并及時排除。特別注意的是，高層建筑的雨水系統承壓較大，除選用具有較好承壓性能的管材外，仍需設計合理的減壓措施，以免過高的壓力沖刷室外管道。

3 高層建筑消防設計內容

3.1 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，在進行消火栓系統設計時，我們應該根據建筑物的整體特點和人們的日常用水習慣進行設計。在設計中，主要做到以下幾點：（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，另一個消火栓可以正常使用。（2）消火栓的位置必須便于取用，并應設有明顯標識，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。

3.2 自動噴水滅火系統

在高層建筑物內，自動噴水滅火系統的設置主要是為了建筑自救，高層建筑由于建筑高度過高，消防員救治的難度較大，且救援人員也不能夠第一時間奔赴火災現場，這就需要依靠建筑內自動噴水滅火系統進行自救并阻止火勢的蔓延。因此，自動噴水滅火系統是火災發生時的第一滅火措施，也是能否控制初期火災的關鍵。自動噴水系統分類繁多，有濕式系統、干式系統、開式系統、閉式系統等，應根據保護的區域類型合理設計自動噴水系統和布置自動噴水點位。其次對于不同場所的噴頭類型也需要進行針對性地選擇，如無吊頂區域采用直立型上噴噴頭，廚房區域采用高溫度級噴頭，人員密集區域采用快速響應噴頭等。對于設計人員，需要做到“對癥下藥”，合理設計自動噴水滅火系統。

3.3 其他滅火系統

除上述常用的消防系統外，高層建筑還應根據不同的保護區域或設備設計其它消防滅火系統，如氣體滅火系統、大空間智能滅火系統、高壓細水霧滅火系統、滅火器等。

3.4 消防排水系統

對消防排水系統進行設計，主要是對在滅火過程中產生的水源進行合理排放，防止因為滅火而導致大量水阻礙逃生通道。在高層建筑物內，我們不能夠僅僅依賴日常排水管進行排水，因為在進行滅火時，用水量大，日常排水管不能夠達到相應的消防排水效果。因此，設計時應該設計專門的排水管道，用于消防滅火用水排放，以保證排水通暢。

4 高層建筑給排水與消防設計存在的問題

4.1 給排水設計存在的問題

給排水設計中，最主要的問題在于水質及水壓。對于高層建筑來說，其用水量是比較大的，需要一定時間內儲存一定的水量，包括管網內存在的水量，這些水量在長期不運行的情況下，會存在變質的可能，繼而影響到人們的用水安全。所以對于高層建筑內存水量水質的保障措施需要引起設計人員的關注，在后疫情時代尤為重要。其次是水壓，對于不同功能的建筑或器具，其水壓要求是不同的，不能一概而論，一方面需要保證用水器具的正常使用，另一方面需要保證水壓不會過高而影響人們的日常使用。設計時，需要結合最不利點水壓需求和節能需求，通過合理的減壓措施調整出水壓力，以滿足各類用水器具，并保證人們使用的舒適性。

4.2 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，如何快速有效地進行進水水量輸送非常關鍵。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。對于不大于100m的高層建筑，高位水箱需要儲存36m3的初期水量，對于100～150m的建筑，高位水箱需要儲存50m3的初期水量，對于大于100m的建筑，高位水箱需要儲存100m3的初期水量。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。

5 高層建筑給排水與消防設計的關鍵技術

5.1 給排水設計的關鍵技術

（1）高層建筑由于儲存大量的生活用水，水質存在變質的風險，所以需要通過技術手段對生活水量進行循環處理。一是通過外部手段。采用水箱自潔器與紫外線消毒裝置，對儲存的水量進行水質處理，定期清潔，使長期不動的水量循環自潔，避免細菌滋生。同時通過紫外線消毒裝置使供水水質得到保障。二是通過內部手段。水箱自潔器與紫外線消毒裝置只能保障水源的安全，對于管網中的生活用水無法產生持續清潔的效果，因此，可以采取添加銀離子或循環處理系統的方式對管網中的水質進行處理。銀離子是一種可以在管網中存在，持續保障水質且對人體無害的物質，能夠保障管網中的水質效果。循環處理系統可以通過對管網中水量強制循環的方式，以達到水量不斷更新的目的。三是通過設計手段。如水箱進水與出水對角線布置，可最大限度地使水箱內的水量得到更新，保障水質。

（2）高層建筑的排水系統，無論生活排水還是消防排水，都存在出口端壓力過大的問題，以往常常采用“S”彎來減少排水壓力，但“S”彎的消能效果有限，所以可通過增加排水管道轉換的長度和減少坡度來消除更多的排水壓力，在避難層或者核心筒內繞行一段距離以達到消能的效果。另外，也可以增加出戶管的長度或在室外設置消能井，同樣可以達到消能的效果。具體措施應根據不同的建筑情況而定，設計師需要結合建筑情況綜合考慮消能措施，既要消能，也要保障排水系統的通暢。

5.2 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。

6 結束語

隨著城市建筑不斷擴張，在進行高層建筑設計時，我們會遇到越來越多的問題，需要越來越多的技術與方法來應對，我們應該結合建筑的實際情況，把可能存在的問題與難題進行羅列，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需求，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，做好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。：