高層辦公建筑給排水消防系統設計

摘要：高層辦公建筑因樓層高、功能復雜且人員密度大，火災時火勢蔓延快、疏散救援難，對建筑給排水消防系統提出較高要求。圍繞高層辦公建筑給排水消防系統設計展開探析，重點闡述消防給水一體化的分級穩壓與應急互補機制、排水防火一體化的通道封堵與控流策略及全鏈條智能聯動系統構建邏輯，同時，針對水力失衡、設備銜接斷層等問題給出優化方案，以期為高層辦公建筑給排水消防系統精細化設計提供參考，有效提升系統火災響應效率與安全保障能力，助力城市高層建筑消防安全水平提升。

關鍵詞：高層辦公建筑；給排水；消防系統

中圖分類號：X913.4" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）10-0105-03

0 引言

為滿足與日俱增的居住及辦公需求，建筑高度不斷增加，從而增加了建筑給排水消防設計的難度[1]。與住宅、商業等其他高層建筑相比，高層辦公建筑具有顯著特點：工作日人員密度呈脈沖式增長（早高峰時段人員密度可達非高峰時段的3～4倍），且人員流動路徑復雜；核心筒與辦公區的空間劃分導致消防通道布局受限，火災時疏散引導難度更大；同時，辦公設備集中區域的用電負荷高，潛在火災隱患點更多，對給排水消防系統的響應速度與可靠性提出更高要求。當前，一些高層辦公建筑仍存在一定問題：部分設計將消防給水與日常給排水系統分開，火災時應急供水切換延遲；豎向分區導致的水壓力波動，易引發消火栓出水壓力不足或超壓，降低滅火效率[2]。基于此，本文結合高層辦公建筑的功能特性與火災防控需求，探索給排水消防系統的一體化、智能化設計方案，旨在解決現有設計的協同性與效率問題，為提升此類建筑消防安全水平提供新思路。

1 高層辦公建筑給排水消防系統設計的原則

高層辦公建筑給排水消防系統設計需立足建筑功能特性與火災防控全流程需求，突破傳統單一功能導向思維，構建兼具安全性、協同性、適配性與運維性的四維原則體系[3]。

安全優先原則以“火災預防-初期控制-應急救援”全階段安全為核心，針對建筑不同區域火災風險差異，通過差異化設施配置與冗余設計，確保系統在火災各階段均能穩定發揮防控作用，保障人員生命財產安全。

協同聯動原則強調打破消防給水、日常給排水與火災報警系統間的技術壁壘，建立多系統協同響應機制，實現火情探測、供水切換、排水控火等環節的無縫銜接，避免因系統獨立運行導致的響應滯后問題，提升整體防控效率。

智能適配原則要求結合建筑人員流動規律與用水負荷變化，構建動態調節系統，通過實時監測與智能調控，在滿足消防安全需求的同時，平衡系統能耗與運行效率，實現安全與節能的統一。

可持續運維原則從全生命周期管理視角出發，在設計階段充分考慮后期運維的便捷性與經濟性，通過優化設備選型、設置智能巡檢模塊、采用可重復利用組件等方式，降低運維成本、簡化維護流程，確保系統長期穩定高效運行，延長系統使用壽命[4]。

四大原則相互支撐、有機統一，共同為高層辦公建筑給排水消防系統的科學設計提供方向指引，保障系統功能與建筑安全需求高度適配。

2 高層辦公建筑給排水消防系統設計

2.1" 分級穩壓供水與應急互補

分級穩壓供水與應急互補在于解決豎向高度帶來的壓力控制難題與極端工況下的供水可靠性問題，構建“分級穩壓供水+應急互補”的協同系統架構，實現供水穩定性與應急容錯性的雙重提升。

分級穩壓供水系統設計以建筑豎向功能分區為基礎，按壓力需求差異劃分低、中、高三個供水區域，每個區域配置獨立穩壓單元與壓力調控組件，形成“分區獨立穩壓、整體協同調控”的壓力管理模式[5]。低區依托市政管網基礎壓力，輔以穩壓泵動態補償壓力波動；中高區采用水泵串聯加壓方式，通過一級、二級加壓精準匹配不同高度的供水壓力需求，同時各分區設置帶壓力反饋的減壓閥組，實時監測并調控管網壓力，將壓力波動幅度控制在設計值的±5%以內，避免高區壓力不足、低區壓力超壓導致的滅火效率下降問題，確保各區域最不利點消火栓均能滿足滅火壓力與流量要求。

應急互補機制作為分級穩壓系統的冗余保障，從“水源冗余”與“管網互聯”雙維度構建應急支撐體系[6]。一方面，在建筑屋頂設置滿足初期火災用水量的消防水箱，通過專用應急管道與各分區管網連接，形成重力供水備用路徑，應對消防水泵啟動延遲或故障場景；另一方面，在中高區管網間設置帶聯動控制的應急閥門，建立跨區供水通道，當某一分區供水設備故障時，可通過閥門聯動實現相鄰分區管網的壓力補充，避免單一設備故障導致的供水中斷，形成“分區獨立運行、應急相互支撐”的一體化供水格局，提升系統在極端工況下的持續供水能力。

2.2" 通道封堵與應急控流

通道封堵與應急控流需突破傳統“被動防火”思維，構建“空間阻斷-動態控流”協同的主動防控體系，通過全路徑密封與智能化調控，將排水系統從“火災蔓延通道”轉化為“防火屏障”，實現排水功能與防火安全的深度融合。

在通道封堵設計上，需針對排水管道的貫穿節點與本體結構形成雙重防護。貫穿節點采用“柔性密封+剛性加固”復合方案：樓板貫穿處先以防火密封膠填充縫隙（密封膠需滿足耐高溫、膨脹率穩定特性），再套設鍍鋅鋼質防火套管，套管與管道間隙用防火巖棉密實填充，形成立體密封結構[7]。管道本體優先選用阻燃型管材，接口采用防火密封工藝，提升管道自身耐火極限。

應急控流設計采用“智能監測-主動切斷-緩沖冷卻”三級調控邏輯。火災風險區域的排水干管設置溫度感應電動閘閥，實時監測管道內溫度，當達到閾值時自動關閉，切斷火勢擴散路徑；排水立管底部設置應急冷卻池，收集可能出現的高溫水流，通過內置冷卻水管快速降溫，同時池體配備液位監測裝置，避免溢水引發次生風險。該設計通過“先阻斷、后冷卻”的流程，形成動態防控閉環，大幅提升排水系統的防火可靠性。

2.3" 系統全鏈條智能協同響應

給排水消防系統智能聯動需圍繞“火情探測-系統啟動-動態調控-后期恢復”全鏈條構建協同響應架構，突破傳統設備獨立運行的局限，通過信號互通、動作協同與狀態反饋，實現從被動響應到主動防控的升級，核心在于建立“中樞指令-分區執行-實時反饋”的三級聯動機制，確保火災防控各環節無縫銜接。

在聯動中樞設計上，以火災報警控制器為核心，采用標準化通信協議搭建信號交互平臺，統一接收煙感、溫感探測器及管網壓力傳感器的實時數據，實現一源觸發、多系統響應[8]。當探測到火情時，中樞在1s內完成信號解析，同步向消防水泵房、排水控火系統、應急供水裝置發送聯動指令，避免因協議不兼容導致的信號延遲，為初期火災防控爭取時間。

在分區執行層面，按功能劃分為供水聯動單元與排水聯動單元，明確各單元動作時序優先級。供水聯動單元優先啟動（0～10s），完成消防水泵啟停、日常-消防管路切換及應急水箱閥門開啟，確保供水及時到位；排水聯動單元同步響應（10～30s），通過溫度感應閘閥關閉阻斷火災蔓延路徑，應急冷卻池同步啟動，形成供水—控火協同閉環。同時，各單元配備狀態反饋模塊，實時向中樞傳輸設備運行數據，便于動態調整策略。

在后期恢復階段，聯動系統具備指令觸發-自動復位-巡檢診斷功能。火災撲滅后，接收消防控制室指令，按排水恢復-供水切換-設備巡檢順序啟動程序：先逐步開啟排水閥門排除積水，再將供水系統切換至日常模式，最后通過智能巡檢模塊檢測設備狀態，生成故障報告，為后期維護提供依據。該設計實現全鏈條無人化操作，減少人工干預誤差，提升系統運維效率。

3 高層辦公建筑給排水消防系統設計的注意事項

3.1" 同步耦合消防與給排水避免水力失衡

在高層辦公建筑給排水消防系統設計中，需將消防工況與給排水工況的同步耦合作為核心注意事項，從工況銜接邏輯與水力平衡驗證兩方面構建防控體系，避免因耦合不當引發安全隱患。

在工況耦合的時序邏輯設計上，需明確劃分日常與消防工況的切換邊界，重點關注“切換觸發條件”與“動作執行優先級”。應優先設定清晰的工況切換閾值，如火災信號確認后10s內必須完成日常供水向消防供水的切換，同時關閉兩者連通管路，防止日常管網分流消防供水。日常運行時，需通過液位傳感器動態調控消防水箱補水頻率，確保水箱水位維持在設計上限，避免補水過程與消防用水需求沖突。此外，需預留工況切換的緩沖時間，避免瞬時壓力波動對管網造成沖擊，保障切換過程平穩過渡。

在水力平衡的計算與驗證環節，需突破經驗設計局限，借助專業水力計算工具開展全場景模擬驗證。設計初期需模擬日常用水高峰期、消防啟動瞬間、應急供水切換等典型場景，計算管網關鍵節點的壓力與流量分布，重點驗證高區最不利點消火栓的出水壓力、低區管網的承壓能力，確保各區域水力參數符合規范要求；同時，需對減壓閥組、應急閥門等關鍵組件進行局部壓力損失計算，避免因組件選型不當導致局部水力失衡。此外，應建立水力平衡的動態調整機制，設計階段預留壓力調節余量，便于后期根據實際運行數據優化參數，保障系統長期穩定運行。

3.2" 明確消防與給排水設備銜接邏輯避免聯動斷層

在高層辦公建筑給排水消防系統設計中，需將設備銜接邏輯的完整性作為關鍵注意事項，從信號交互、動作時序、故障冗余三方面建立防控機制，杜絕聯動斷層風險。

信號銜接設計需優先統一通信協議標準，避免因多設備協議差異導致信號傳輸斷層。應明確采用通用性強的標準化協議，確保消防報警控制器、水泵控制柜、電動閘閥等設備信號互通，同時設置信號校驗機制，要求設備接收指令后1s內反饋狀態信息，便于實時排查信號丟失問題，保障指令傳輸的準確性與及時性。

動作銜接需注重時序優先級的科學劃分，避免多設備動作沖突。應按火災防控緊急程度，將設備動作分為三級優先級：一級（0～10s）為消防水泵、應急供水閥等核心設備啟動；二級（10～30s）為排水閘閥、冷卻系統等輔助設備響應；三級（30s后）為非關鍵區域閥門切換。同時，需預留動作間隔緩沖期，防止設備瞬時啟動引發的系統負荷過載。

故障銜接需強化冗余設計，避免單一設備故障導致銜接中斷。關鍵設備（如消防水泵、聯動閥門）應配置備用裝置，明確備用設備的自動切換邏輯；同時為電動控制設備增設手動操作機構，標注清晰的操作流程，確保斷電或電控故障時可人工介入，保障銜接鏈條不中斷。

4 結束語

本文圍繞高層辦公建筑給排水消防系統設計展開研究，通過構建四維設計原則，提出消防給水分級穩壓、排水防火雙重防控及全鏈條智能聯動的一體化方案，并針對工況耦合與設備銜接的關鍵問題給出一些注意事項。研究聚焦高層辦公建筑人員與功能特性，突破傳統設計中系統割裂、響應滯后的局限，形成了兼具安全性與實用性的設計體系，可為同類建筑給排水消防系統設計提供技術參考，助力推動高層建筑消防安全設計的精細化與智能化發展。

參考文獻

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