高層建筑給排水消防系統的設計

袁秀珍

（福建省閩武建筑設計院有限公司，福建 福州 350007）

0 引言

目前，為解決城市化加速發展占用大量土地與城市土地資源供應不足的矛盾，新建建筑越來越大高。高層建筑本身層數多，體積大，人流量大，其功能也是非常繁雜，若是發生火災，施救和疏散人群都很困難，而且會造成非常大的經濟損失。高層建筑中消防安全隱患逐漸成為危害建筑安全的重要問題，通過恰當的給排水消防系統的設計，能夠有效降低高層建筑的消防安全隱患。然而，高層建筑層數較多、管線交錯、內部結構復雜，往往還要追求空間的有效利用和設計的美觀等，消防系統設計難度非常大，設計過程中問題較多。基于此，本文以福建省南平市某高層建筑為例，根據該建筑特點和消防系統設計要點，從消防水源與水泵揚程設計、室內外消火栓設計、自動噴淋系統設計和消防穩壓泵設計闡述給排水消防系統的設計，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況與消防系統設計要點

1.1 工程概況

某高層建筑位于福建省南平市，是高層住宅加商業樓的組合建筑類型，為一類高層住宅組合建筑。該高層建筑工程總建筑面積約為171294.58m2，共有6棟高層住宅組合建筑。每棟建筑總共27層，建筑總高度76.70m，建筑總面積為12848.41m2，建筑總體積為52861.8m3。建筑一二層區域為商業空間，三層及三層以上為單元式住宅建筑，并設有地下一層，為平戰結合的地下室，平時為I類地下停車庫，戰時為物質庫。

1.2 消防系統設計要點

對高層建筑工程的設計要求以及工程現狀進行全面分析，針對給排水消防系統設計內容，總結出以下幾個設計要點。

（1）該工程項目整體建造面積大，且所有住宅類建筑均為高層建筑。根據工程項目的實際可知，僅依靠市政給水水源作為消防供水水源，是不能夠滿足實際使用需要的，必須針對工程項目的實際情況對給水途徑進行相應的優化設計。

（2）作為高層建筑，其建筑高度及體量均不同于多層建筑，其水壓要求以及供水的安全性要求均與生活給水系統有本質的區別。高層建筑消防供水系統與一般生活給水系統等應采用分別供給的設計方式，也是工程項目在設計過程中需要考慮的問題。從用水量的需求來看，在進行消防滅火的情況下，所需要的用水量十分巨大，針對這種特殊的供水要求，消防系統水泵房和消防水池的設計在高層建筑中尤其重要。

（3）為了保障建筑內消防滅火功能得以實現，應采取室內消火栓和自動噴淋消防器具相結合的形式，以滿足工程項目的消防需要。而在這些特殊的需求下，如何保證火災發生時，消防系統能夠準確無誤的開啟或者自動投入使用中，也是設計過程中需要考慮的。

2 給排水消防系統設計

2.1 消防水源與水泵揚程的設計

高層建筑消防給水設計必須要充分考慮不同消防系統、不同建筑類型的消防用水量，并且應將整個小區統一考慮。

2.1.1 消防水源的設計

這種高層建筑中下部一二層為商業、超市及活動中心，上部為住宅的多種功能組合的建筑，上部住宅部分和下部非住宅部分的室內消火栓設計流量需要分情況考慮，選取兩者中的較大者。根據相關規定可知：上部高層住宅按一類高層住宅選擇室內消火栓設計流量，取20L/s；下部商業部分設計流量按體積大于25000m3的檔位選擇室內消火栓設計流量，為40L/s；室外消火栓設計流量按照建筑的總體積及公共建筑選擇，取40L/s；消火栓火災延續時間按2h設計。同時下部一二層商業部分設置自動噴淋系統，用水量為40L/s，火災延續時間按1h設計；整個消防系統的消防用水量按下部商業部分用水量設計。

消防給水水源依靠市政供水管網供給，市政供水水源僅一路供給到建筑室內作為消防用水，顯然是不滿足使用要求的。因此該工程項目采取如下措施：在地下設置一個有效容積720m3的儲水池，在屋頂設置高位消防水箱，以供高層建筑的室內外消防用水需求，保證多路消防供水的需求。另外，在儲水池內設置水位報警裝置，保證消防水池、高位消防水箱的水位處于時刻監控狀態，水量超出一定水位或低于最低消防水位時，均自動報警，確保消防用水過程中，給水系統正常工作以保證消防安全[1]。

2.1.2 消防水泵揚程的設計

對于消防水泵的揚程經水力計算后可知，上部建筑要求消防水泵額定揚程Hb為140m，下部商業部分要求的消防水泵額定揚程Hb為50m。對于這類組合建筑在選擇消防水泵型號時，無論是流量或者是揚程都應該綜合考慮后決定，這樣更有利于運行穩定、節能及后期的維護管理。

針對案例工程建筑，消防水泵型號的選擇可以分為以下兩種情況：（1）消防水泵的流量和揚程都選擇組合中的最大值，即流量Qb=40L/s,揚程Hb=140m；（2）綜合考慮上部住宅和下部商業發生火災后所需求的消防水泵流量及揚程參數值，選取中間值。此情況需保證的前提條件是：無論是住宅部分還是底層商業部分發生火災，消防水泵都能處于高效運行狀態。

2.2 室內外消火栓的設計

2.2.1 室外消火栓的設計

室外消火栓圍繞高層建筑均勻設置，管網呈環狀，保障消防車滅火取水時能夠方便快捷。為了保障消防系統整體安全性的要求，通過整體規劃的方式，將消防栓確定到適當的位置，室外消火栓之間間距控制在120米以內。同時確保小區各個角落均處在室外消火栓150m保護半徑范圍內。消火栓距離路面的距離在2m以內，為消防車進行管道連接提供便利。在日常運行過程中，水壓應不低于0.14MPa，最小流量應在15L/s。同時室外消防系統另一路供水由消防水池提供，消防水池內儲存了滿足室外消防需求的用水量，消防水池設有消防車取水口，消防車取水口吸水深度控制在5m以下，以保證消防車取水順利。

2.2.2 室內消火栓的設計

該建筑工程室內消火栓系統采用臨時高壓系統，室內消火栓管網呈環狀設置。環狀給水管網能夠確保多個點位同時用水時的水壓穩定性，也可大大增加應用過程中的安全性。在管道的布置設計上，遵守以下幾個設計要點：（1）需要保證管網進水管至少有2條以上；（2）布置消防豎管時，需要保證在同一樓層中的兩個相鄰消火栓中的水槍能夠同時到達該樓層中的任何一個需要消防保護的區域；（3）應當利用閥門將管道分化成多個具有相對獨立性的管道，要求在進行管道維護時，停止工作的管道數量有且僅有1根；（4）當室內的消防豎管有4根或以上時，可按照隔斷間距關閉不相鄰的管道；（5）任何一個消防閥門都應當保持長期的開啟狀態，并帶有明顯開啟和關閉的標識，以便于工作人員能夠及時監測消防閥門的啟閉狀態[2]；（6）室內消火栓保護半徑需要慎重考慮，消火栓保護半徑計算方法見《消水規》10.2.1條-公式10.2.1：

R0=K3Ld+LS

式中，R0——消火栓保護半徑，m；

K3——消防水帶彎曲折減系數，宜根據消防水帶轉彎數量取0.8～0.9；

Ld——消防水帶長度，m；

Ls——水槍充實水柱長度在平面上的投影長度，按水槍傾角45°時計算，取0.71Sk，m。

Sk為水槍充實水柱長度，按《消水規》第7.4.12條第2款和第7.4.16第2款的規定取值，m。

從消火栓保護半徑計算公式可以看出，消火栓的保護半徑由3個因素共同決定，即：（1）折減系數K3，火災發生時從消火栓到起火地點，建筑物可能有很多轉彎，造成水龍帶無法按直線敷設，轉彎越多，造成的敷設距離越短，因此宜根據轉彎數量來確定折減系數，規定可取0.8～0.9，轉彎次數多時取小值，轉彎次數少時取大值；（2）水帶長度Ld，《消水規》7.4.2-2規定室內消火栓配置的消防水帶長度不宜超過25m；（3）水槍充實水柱長度Sk，按《消水規》第7.4.12條第2款取值，高層建筑、廠房、倉庫、室內凈高大于8m的民用建筑充實水柱長度為13m，其他場所按10m取值。

考慮以上因素后，還應特別注意：水槍噴射的水柱不能拐彎。所以在考慮消火栓是否能保護相應區域時，應考慮水帶是否能夠拉到該房間內，特別是一些邊角區域的衛生間、儲藏間等。對于這些區域可以與建筑設計方協商，修改門洞位置或增加房間門數量，以減少繞行距離。對于一些特殊的建筑，不適合將消火栓直接布置在建筑內部，如冷庫項目中，規范要求消火栓應設置在常溫穿堂或樓梯間內，這種場所需要延長單根水帶長度來實現保護半徑的增加，可以考慮采用水帶串聯的方式，設置甲型雙栓帶滅火器組合式消防柜，設置2根消防帶，但僅設一個消火栓栓口。

2.3 自動噴淋系統的設計

自動噴淋系統采用濕式自動噴淋滅火的方式，在該建筑工程中主要在地下室、設備用房以及底層商業等位置設置了自動噴淋系統。分析該建筑工程的消防給水需要，采用地下消防水池、屋頂高位消防水箱以及自動噴淋泵聯合供水的方式進行自動噴淋消防給水。當噴淋系統的噴頭開始運作后，將由消防水泵壓力開關、消防水箱流量開關以及管道壓力報警閥開關聯動工作，自行啟動消防給水系統中的供水泵，保證水量充足、持續且穩定。同時，消防控制室應當具備水流速率顯示、開關啟閉、水泵運行、消防水池及水箱水位等是否處于正常狀態的反饋信號，并能夠對水泵、電磁閥、電動閥等多個設備進行統一控制的功能，以保證消防人員能夠實時查看自動噴淋滅火系統的運行狀態，繼而采取有效的滅火措施以進一步提升滅火效果[3-4]。需要注意的是，地下區域和地上區域的噴淋系統噴水強度也應當具有一定的差異。通常情況下，地下區域的噴水強度比地上區域的噴水強度更高。該建筑工程地下區域的噴水強度采用8L/（min·m2），而其他區域采用6L/（min·m2）。此外，為了保證各層配水管入口壓力的平衡，低危險場所、中危險場所各配水管入口的壓力均不應大于0.4MPa。布置大區域地下室噴淋配水管時，盡量將水流指示器布置在每個防火區域中心地帶，以免長距離的配水后，末端噴頭供水壓力不足。

2.4 消防穩壓泵的設計

消防給水系統中，室內消火栓系統或自動噴淋系統都是利用消防管網的靜水壓力變化來實現自動控制的。要保證消防管道的靜水壓力，可以利用高位消防水箱與最不利配水點的高差來實現。該高層建筑設計中，高位消防水箱設置的高度無法滿足最不利配水點的靜水壓力時，就需要設置消防穩壓設施。消防穩壓泵可以對整個消防給水管網進行壓力調節，保證管道充滿水，并具有一定的靜水壓力。

穩壓泵通過幾個壓力控制點與壓力繼電器相連接，實現自動控制。實際運行中，由于各種因素的影響，穩壓泵如果經常頻繁啟動，不但泵容易損壞，而且對整個管網系統不利，因此，穩壓泵經常與小型氣壓罐配合使用。

在氣壓罐內通常有P1、P2、PS1、PS2四個壓力控制點，P1為氣壓罐的最小工作壓力，P2為水泵啟動壓力，PS1為穩壓泵啟動壓力。當罐內壓力為PS2時，消防給水管網處于較高工作壓力狀態，穩壓泵和消防水泵處于停止狀態；如果管網滲漏或者其他原因引起泄壓，當罐內壓力從PS2降至PS1時，便自動啟動穩壓泵，向氣壓罐補水，直到罐內壓力增加至PS2時，穩壓泵停止工作。若建筑發生火災，隨著滅火設備出水，氣壓罐內儲水量減少，壓力下降，當壓力從PS2降至PS1時，穩壓泵啟動，但是穩壓泵流量較小，氣壓罐內的水持續減少，當罐內壓力下降至P2時，消防水泵啟動并向管網供水，穩壓泵停止工作，消防穩壓泵的增壓穩壓工作完成。由此可知，穩壓泵主要作用是維持消防管網的靜水壓力，當火災發生后，管網內的壓力迅速下降，消防穩壓泵通過管網內壓力開關或者流量開關自行啟動[5]。

3 結束語

綜上所述，根據福建省南平市某高層建筑的實際工程情況和消防系統設計要點，從消防水源及水泵揚程、室內外消火栓的、自動噴淋系統和消防穩壓泵等四個方面的設計，闡述了給排水消防系統設計的內容。高層建筑的給排水消防系統設計復雜，只有清楚地認識各個系統設計的關鍵點，才能保證給排水消防系統設計的合理性，保證火災發生時消防用水的充足、持續與穩定。