超高層辦公樓消防水系統及系統分區探討

韓冬， 高志敏， 馮凱， 劉雨昊

（中建八局第一建設有限公司）

1 項目概況

本項目為超高層辦公樓，總建筑面積70365m2，其中，地上建筑面積56223m2，地下建筑面積14142m2。地上總共29層，總建筑高度為124.9m，其中1層～3層為敞開式公共停車樓，4層及以上為辦公樓，13層及26層為避難層。地下部分共2層，地下一夾層為非機動車庫，地下一層為車庫及設備用房，地下二層為車庫。地下考慮放置2層～4層機械停車位，地下一、二層層高均為7.0m。本項目為一類公共建筑，耐火等級為一級。

2 消防水系統設計

本項目消防設計包括：室內外消火栓系統、自動噴水滅火系統、氣體滅火系統和建筑滅火器配置。

2.1 消防水源

本項目生活、消防給水水源均由市政水源供給。由項目西側市政路引入一根DN200進水管，后分兩路，一路DN150給水管供室外消防供水，設水表（遠傳）及倒流防止器一只；一路DN150給水管供生活用水，設水表（遠傳）及低阻力倒流防止器一只。由項目北側市政路引入一根DN150進水管，供室外消防供水，設水表（遠傳）及低阻力倒流防止器一只。室外消火栓系統由兩路室外消防給水管組成環狀管網供水。從生活給水管道上單獨引出一路給水管供消防水池補水，消防泵房設消火栓泵和噴淋泵，消防用水量詳表1。

表1 消防用水量

2.2 消火栓系統

2.2.1 室外消火栓系統

本項目室外消火栓系統由園區內的兩路市政給水管線組成的室外消防環管供水，環管管徑為DN200，采用低壓消防系統，在地下車庫出入口處及消防車道附近設置室外消火栓，室外消火栓設計間距不超過120m，采用地上式消火栓。

2.2.2 室內消火栓系統

黎承[1]在對超高層建筑消防供水系統的探討中，分析了消火栓系統減壓閥分區、串聯分區和并聯分區各自的優缺點。對比各種分區方式，本工程采用設減壓閥分區的臨時高壓供水系統，在屋頂設置容積為50m3的消防水箱，消火栓穩壓設備設置于消防水箱間內，為系統提供穩壓及火災初期的消防用水。高區由消防泵房的消火栓泵加壓供給，低區由消火栓泵經兩組減壓閥組后形成的供水環管供給。保證消火栓栓口靜水壓不超過1.0MPa，當消火栓栓口壓力超過0.5MPa時，采用減壓穩壓型消火栓。整個消火栓豎向和橫向分別都成環。

本項目1層～3層為地上敞開式停車庫，項目地點在濟南，消火栓管線在冬季有結凍風險，翟加君[2]在對寒冷地區敞開式車庫的分析中指出，采用電伴熱不僅會增加日常的運行費用，其實際應用效果也難以保證。所以本工程采用干式消火栓系統，低區消火栓環管經兩個雨淋閥后在車庫形成干式消火栓環管，保障系統兩路供水。在消火栓箱處應設置直接開啟快速啟閉裝置的手動按鈕，系統最高處設快速排氣閥。

2.2.3 自動噴水滅火系統

本項目除了不宜用水撲救的部位（電氣用房等）外均設置自動噴水滅火系統。地下和地上停車庫采用預作用式系統，地上辦公為采暖區域，采用濕式系統。地上部分自動噴水系統危險等級為中危I級，噴水強度為8L/(min.m2)，作用面積160m2。桑松表[3]在計算機械停車庫時，依據《全國民用建筑工程設計技術措施》將機械停車庫參照為貨架內置噴頭的倉庫，2層及以上車架內置噴頭時，計算車架內置噴頭的數量為14只。本項目地下部分車庫設有2層～4層的立體機械停車庫，噴頭參數按《噴規》[4]第5.0.5條確定，流量系數選用K=80，工作壓力不應小于0.20MPa。每只內置噴頭流量帶入《噴規》[4]第9.1.1條計算：Q=K×(10P)0.5/60=80×(10×0.2)0.5/60=1.88L/s。則噴淋用水量Q=1.88×14+32=58.32L/s，取60L/s。本項目噴淋系統報警閥分別設置在消防泵房、車庫報警閥室及13層避難層的報警閥室。

自動噴水滅火系統供水消防水源和消防水箱同消火栓系統，采用減壓閥分區的臨時高壓供水系統。高區由消防泵房的噴淋泵加壓供給，低區由噴淋泵經兩組減壓閥組后形成的供水環管供給。

2.2.4 氣體滅火系統和手提滅火器

1）氣體滅火系統

李厚強[5]在比較不同的氣體滅火劑中認為，七氟丙烷氣體滅火劑具有滅火效率高、對大氣層破壞小、經濟實惠和良好電氣絕緣性的優點。結合業主方要求，本工程的變配電室采用無管網七氟丙烷氣體滅火系統，設計滅火濃度為9%，各防護區采用全淹沒滅火方式，在通訊機房和電子計算機房等防護區，設計噴放時間取8s，滅火浸漬時間采用5min。

2）手提滅火器

建筑物內設置磷酸銨鹽干粉滅火器，主要設置在消火栓箱下部，根據建筑物各區域的危險等級和滅火器保護距離，在其他合適位置增設滅火器。

3 關鍵問題探討

3.1 消火栓高低區分區探討

王君[6]認為隨著工業化水平的提升，已經有能夠承受更高壓力、更高質量的系統組件投入應用，按《消規》[7]第6.2.1條規定，消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa分區是可行的。本項目建筑總高度為124.9m，消防泵房位于地下一層，按初設方案本項目以13層避難層（49.8m）為界劃分高低分區，避難層設置轉輸水箱和高區消火栓泵，形成高區消火栓管網，保護13層～29層，水箱由泵房轉輸水泵提供兩路供水。該方案投資造價高、系統復雜、控制繁瑣，避難層設置消防設備對毗鄰兩層產生噪音污染，影響建筑品質。經與初設單位溝通，采用此方案的原因是本項目地下兩層均設有2層～4層的立體停車位，地下兩層總高為14.0m，遠高于普通的兩層停車庫。如果不設傳輸水箱，以13層避難層為高區起點，則消火栓泵后低區減壓閥組閥后壓強約為[49.8（13層地面標高）+1.1+6.5（減壓閥組高度）+35（消火栓動壓）+1.2×5（估計水損）]×103Pa=98.4×104Pa，則低區地下車庫最低點消火栓栓口靜壓為98.4+6.8-1.1=104.10m，栓口壓力超過規范要求，因此采用設傳輸水箱的消火栓分區方案。

按初設原方案，栓口壓力僅超出規范要求不到4.5m就采用了設傳輸水箱分區的系統，在工程造價和系統控制方面都提高了一個檔次，這樣是不經濟的。另外，按業主要求，消防水池從地下一調整到一層，水池上移會增加最底層消火栓栓口靜壓，這樣按初設方案選用傳輸水箱分區理由更為充分。但是，在滿足消規、保證系統安全的前提下，為降低造價、簡化系統，我們將每種系統方案進行分區和管線優化，經過系統對比，確定本項目可以采用減壓閥分區的消防系統。為保證栓口靜壓不超規定限值，首先降低了低區供水高度，由13層（49.8m）調整到11層（41.8m），然后通過放大管徑、優化管線路徑、控制減壓閥組安裝高度等措施降低管網的水力損失，通過以上方法降低了低區供水壓力，即消火栓泵后減壓閥組閥后壓力P減=[41.8（11層地面標高）+1.1-1.2（減壓閥組高度）+35（消火栓動壓）+1.2×5.36（計算水損）]×103Pa=8.313×104Pa。此時，低區地下車庫最低點消火栓栓口靜水壓力P靜為[83.13+1.2+14（地下二地面高差）-1.1]×103Pa=9.723×104Pa，栓口壓力滿足規范要求。調整系統后，消火栓在滿足規范和安全要求的前提下，達到了降低造價、簡化系統、減少繪圖量、節省工期的效果，業主方、施工單位和設計單位三方均受益。

3.2 干式消火栓系統探討

本項目1-3層為開敞式停車庫，車庫無采暖設施，為保證消防系統管網在冬季正常運行，噴淋采用預作用系統，消火栓系統可以采用設電伴熱保溫的濕式系統或者是干式消火栓系統。如采用電伴熱保溫方式，管道單位長度熱損失量計算參照圖集《管道和設備保溫、防結露及電伴熱》[8]，濟南地區按管徑DN100，絕熱層厚度40mm，溫差為15℃時取值，單位管道的散熱量為8.85（W/m），考慮1.15的未預見系數，按實際管道980m估算耗電量為9.9kW。包括未統計在內的消火栓支管的耗電量，大面積車庫消火栓系統的電伴熱保溫在冬季運行費用相當高昂，如果后期物業單位為削減開支關閉管道保溫系統，消火栓系統會因凍結而無法使用，造成嚴重的安全隱患。綜上考慮系統安全性和降低運維費用，本項目采用干式消火栓系統。

4 結語

①超高層建筑火災風險大、火災財產損失大、救援難度大，嚴重依賴建筑本身安裝的消防設備，然而過度冗余的消防設備在提高投資成本的同時，減少了建筑的使用面積，后期運維費用高昂。因此超高層建筑的消防設計既要安全可靠，又要經濟合理。

②筆者介紹了某座超高層建筑消防水系統的設計，在兼顧安全性和經濟性的前提下，探討了消火栓系統分區的優化和干式消火栓系統的選擇，為類似工程提供了參考。

③對于栓口靜壓略超1.0MPa的消火栓系統，可以通過調整分區范圍、擴大管徑、優化管線路由等措施，優化消火栓系統分區。

④冬季寒冷地區的地上開敞式多層停車庫選用干式消火栓系統較電伴熱保溫的濕式系統更安全可靠，但是要滿足規范對干式系統充水時間的限制要求。