超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

劉升赟

(太原市消防支隊(duì)，山西 太原 030024)

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超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

劉升赟

(太原市消防支隊(duì)，山西 太原 030024)

超高層建筑已經(jīng)成為城市建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)，存在建筑體量龐大、功能設(shè)置復(fù)雜等特點(diǎn)，為消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)增大了難度。通過(guò)對(duì)幾種超高層建筑消防給水方式的介紹和分析，總結(jié)目前部分超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況和特點(diǎn)，探討此類建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路和方法。

超高層建筑；消防給水系統(tǒng)；消防水箱；并聯(lián)給水方式；串聯(lián)給水方式

超高層建筑是指建筑高度大于等于100 m的民用建筑，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和建筑技術(shù)的不斷提高，各地的超高層建筑不斷涌現(xiàn)。由于目前我國(guó)專業(yè)消防隊(duì)伍配備的滅火設(shè)備和登高救援設(shè)備無(wú)法直接到達(dá)超高層建筑的各層，超高層建筑必須依靠自身的消防滅火系統(tǒng)撲滅火災(zāi)，如果建筑內(nèi)設(shè)置的滅火系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)生火災(zāi)時(shí)將產(chǎn)生災(zāi)難性后果。為此，做好超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)極其重要。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB 50974—2014)第6.2.1條規(guī)定“系統(tǒng)工作壓力大于2.40 MPa或消火栓栓口處?kù)o壓大于1.00 MPa，自動(dòng)水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥處的工作壓力大于1.60 MPa或噴頭處的工作壓力大于1.20 MPa時(shí)，消防給水系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水”，第7.4.12條規(guī)定“消火栓栓口動(dòng)壓力不應(yīng)大于0.50 MPa，當(dāng)大于0.70 MPa時(shí)必須設(shè)置減壓裝置”[1]。建筑物的高度大于一定值時(shí)，如果消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，極易導(dǎo)致系統(tǒng)工作壓力大于2.40 MPa或消火栓栓口靜壓大于1.00 MPa，從而使系統(tǒng)的管道和閥門等受到損壞，同時(shí)為滅火人員利用室內(nèi)消火栓系統(tǒng)操作水槍滅火帶來(lái)不便[2]。因此，合理設(shè)計(jì)超高層建筑消防給水系統(tǒng)，是建筑物內(nèi)部消防設(shè)施在火災(zāi)時(shí)能否正常使用的關(guān)鍵。

2 超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般均在設(shè)備層、避難層或屋頂水箱間內(nèi)設(shè)置高位消防水箱，以滿足系統(tǒng)的不同需求，如采用并聯(lián)給水方式的各豎向分區(qū)減壓水箱及串聯(lián)給水系統(tǒng)分區(qū)時(shí)的轉(zhuǎn)輸水箱等，高位消防水箱的設(shè)置位置、水箱壓力、有效儲(chǔ)水容積、材質(zhì)等應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合使用功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程預(yù)算等因素合理確定超高層建筑適用的消防給水系統(tǒng)形式，準(zhǔn)確核算消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，選用合適的系統(tǒng)管材及配件等。下面介紹并聯(lián)消防給水方式、串聯(lián)消防給水方式、常高壓給水方式等幾種常見(jiàn)的超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)例分析，探討超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和方法。

2.1 并聯(lián)消防給水方式

在與專業(yè)設(shè)計(jì)人員及消防產(chǎn)品生產(chǎn)廠家進(jìn)行咨詢和探討后，并參照已有超高層建筑的消防給水設(shè)計(jì)實(shí)例，超高層建筑的高度在150 m左右時(shí)，地下層消防水池(地下按二至三層考慮)至最高層的幾何高度約為160～170 m間，地下層消防泵房?jī)?nèi)選擇的消防加壓泵揚(yáng)程為200 m左右，基本上達(dá)到了國(guó)內(nèi)較為可靠、成熟的消防專用泵揚(yáng)程的上限。超高層建筑的建筑高度不超過(guò)150 m時(shí)，消防給水系統(tǒng)一般采用并聯(lián)消防給水方式，高區(qū)和低區(qū)分別設(shè)一組高位消防水箱和消防水泵，兩個(gè)區(qū)各自獨(dú)立給水，互不干擾，安全性能好，消防水泵集中設(shè)置于地下層，管理相對(duì)方便，能源消耗較少。

建筑高度為136 m的太原某綜合大廈即采用了并聯(lián)消防給水方式，該項(xiàng)目地上37層，地下2層，裙樓6層，功能為商業(yè)、電影院、餐廳、KTV及辦公等。消防給水分為高區(qū)和低區(qū)，各區(qū)獨(dú)立供水，地下一層設(shè)有效容積為1 000 m3的生活/消防合建水池，屋頂設(shè)有效容積為50 m3的高位消防水箱，地下一層消防水泵房設(shè)有消防泵和噴淋泵，消火栓泵高區(qū)4臺(tái)(3用1備)，低區(qū)3臺(tái)(2用1備)，噴淋泵高、低區(qū)各3臺(tái)(2用1備)。實(shí)地測(cè)試該大廈的滅火設(shè)施，選取37層的消火栓和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)末端試水裝置，進(jìn)行水槍充實(shí)水柱以及自動(dòng)滅火系統(tǒng)最不利點(diǎn)工作壓力試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果均符合規(guī)范要求。

2.2 串聯(lián)消防給水方式

超高層建筑的建筑高度超過(guò)150 m時(shí)，若采用并聯(lián)消防給水方式，勢(shì)必提高消防水泵的揚(yáng)程，系統(tǒng)的各類管道閥門承受的壓力過(guò)大，加大了消防給水系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。超高層建筑消防給水系統(tǒng)選擇管材時(shí)，應(yīng)充分考慮管道承壓及水頭損失，合理選擇給水管道材質(zhì)，科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)的工作壓力，同時(shí)給水管道應(yīng)能滿足水壓強(qiáng)度試驗(yàn)的壓力。

建筑高度大于150 m的超高層建筑一般采用串聯(lián)消防給水方式，為防止系統(tǒng)設(shè)置的減壓閥和水泵出水止回閥失效產(chǎn)生的串壓情況，建議上一級(jí)消防加壓泵不直接抽吸下一級(jí)消防給水環(huán)網(wǎng)的水，優(yōu)先選用轉(zhuǎn)輸水箱(有效儲(chǔ)水容積不應(yīng)小于60 m3)串聯(lián)供水設(shè)計(jì)，高區(qū)的消防加壓泵從中間轉(zhuǎn)輸消防水箱吸水，系統(tǒng)局部壓力過(guò)大的區(qū)域通過(guò)減壓閥減壓，確保消防給水系統(tǒng)處于壓力安全狀態(tài)。轉(zhuǎn)輸水箱及高區(qū)加壓泵一般設(shè)于避難層內(nèi)，轉(zhuǎn)輸水箱平時(shí)由生活給水管網(wǎng)補(bǔ)水，火災(zāi)時(shí)由地下消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置的轉(zhuǎn)輸消防泵或室外設(shè)置的水泵接合器補(bǔ)水。

建筑高度為246.8 m的太原國(guó)際金融中心的消防供水方式即采用了臨時(shí)高壓制串聯(lián)供水方式，該項(xiàng)目地下4層，地上54層，第14層、28層、42層為避難層和設(shè)備層。以室內(nèi)消火栓系統(tǒng)為例，豎向分為高、中、低區(qū)，三個(gè)區(qū)各設(shè)消火栓系統(tǒng)專用泵，分別設(shè)于地下層、14層及42層的消防水泵房?jī)?nèi)，分區(qū)情況見(jiàn)表1。中區(qū)、高區(qū)設(shè)置的轉(zhuǎn)輸消防水箱及增壓穩(wěn)壓裝置兼作低區(qū)、中區(qū)的高位消防水箱，保證消防初期的水壓和水量，地下水泵房、14層水泵房設(shè)置的轉(zhuǎn)輸消火栓泵為中區(qū)、高區(qū)轉(zhuǎn)輸水箱補(bǔ)水，設(shè)計(jì)原理見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)對(duì)超高層建筑而言，減少了豎向立管，使消防水泵壓力和管配件壓力減少，增加了系統(tǒng)使用的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。但也存在設(shè)備布置分散、系統(tǒng)較為復(fù)雜、后期維護(hù)管理不便、上區(qū)供水受下層的影響和限制、轉(zhuǎn)輸水箱容積較大增加結(jié)構(gòu)荷載等缺點(diǎn)。

表1 太原國(guó)際金融中心消防給水系統(tǒng)分區(qū)情況

2.3 以常高壓給水為主的多種組合形式

當(dāng)超高層建筑的建筑高度超過(guò)250 m時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況采用的更加嚴(yán)格的防火措施需提交國(guó)家消防主管部門組織專題研究和論證。在設(shè)計(jì)此類超高層建筑的消防給水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)估建筑物供水的可靠性、工程投資大小、設(shè)備的布置合理性、各類消防水箱占用空間是否受限制、可能產(chǎn)生的噪聲和二次污染、正常運(yùn)行和日常維護(hù)管理是否方便以及室外管網(wǎng)供水能力等各種因素[4]。越來(lái)越多的高度超過(guò)250 m的建筑采用以常高壓為主的消防給水形式，增大了超高層建筑消防給水的安全可靠性。

常高壓給水方式是指將火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)的全部消防用水量設(shè)置于建筑屋頂?shù)母呶幌浪鋬?nèi)，通過(guò)水自身重力的作用為建筑物供水。這種依靠重力供水的方式簡(jiǎn)單穩(wěn)定，維修方便，縮減了消防給水系統(tǒng)加壓設(shè)備的數(shù)量，節(jié)省了空間，同時(shí)有效解決了消防車供水能力的限制。與原有規(guī)范相比，《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》加大了對(duì)建筑物高位消防水箱有效容積的要求，也說(shuō)明了規(guī)范更加重視火災(zāi)初期依靠重力供水提供消防用水。

圖1 太原國(guó)際金融中心消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

建筑高度為432 m的廣州珠江新城西塔采用了常高壓和穩(wěn)高壓相組合的消防給水方式，見(jiàn)圖2所示。廣州珠江新城西塔建筑面積約為45萬(wàn)m2，由地下4層、地上103層的主塔樓和28層的裙樓組成，為集辦公、酒店、休閑娛樂(lè)等為一體的綜合商務(wù)中心。該工程室內(nèi)消防給水系統(tǒng)主要包括室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、地下汽車庫(kù)自動(dòng)噴水-泡沫聯(lián)用滅火系統(tǒng)、大堂及中庭大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、屋頂停機(jī)坪固定泡沫消防炮系統(tǒng)等，以常高壓給水方式為主，主塔樓102層設(shè)置有效容積為600 m3的高位消防水池，貯存室內(nèi)各水滅火系統(tǒng)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)的全部消防用水量，重力流不能滿足壓力的上部樓層(82～103層)采用穩(wěn)高壓給水系統(tǒng)。在30層和66層均設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸水箱和分區(qū)減壓水箱，高位消防水池和各分區(qū)減壓消防水箱分別設(shè)置兩條DN200的出水管與各區(qū)消防給水管網(wǎng)連接，保證了81層及以下樓層均為常高壓給水系統(tǒng)。地下層設(shè)置有效容積為150 m3的消防水池，用于轉(zhuǎn)輸消防水泵抽水及緊急情況下水泵接合器向地下消防水池供水。該工程選擇了常高壓與穩(wěn)高壓相結(jié)合、串聯(lián)式重力供水的新型混合消防給水系統(tǒng)，大大縮減了消防加壓設(shè)備數(shù)量，降低了工程投入，提高了消防給水系統(tǒng)的可靠性。

圖2 廣州珠江新城西塔消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

3 結(jié)論

超高層建筑的建筑高度是決定該建筑物選擇哪種消防給水方式的主要因素，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮超壓對(duì)供水系統(tǒng)的影響，選擇合理的消防加壓泵組，優(yōu)化豎向供水分區(qū)。

常高壓重力消防供水方式將會(huì)越來(lái)越多地運(yùn)用于超高層建筑的消防給水設(shè)計(jì)中。其特別之處在于即使建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)斷電、設(shè)備故障等任何情況，該消防給水系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)需合理解決水箱容量大、結(jié)構(gòu)荷載承重等問(wèn)題。

超高層建筑采用消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)方式。轉(zhuǎn)輸水箱能起到緩沖作用，對(duì)系統(tǒng)配水管道要求較低，消防水泵揚(yáng)程基本穩(wěn)定，操作控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，整體消防給水系統(tǒng)可靠性強(qiáng)[5]。

總之，在選擇超高層建筑消防給水方式時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程的具體情況綜合評(píng)估，選擇適合建筑特點(diǎn)的消防給水方式，優(yōu)化制定出切實(shí)可行的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為超高層建筑的安全提供保障。

[1] 中國(guó)中元國(guó)際工程公司.消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范:GB 50974—2014[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2014.

[2] 陳燁.超高層建筑消防給水系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計(jì)探討[J].山西建筑,2016,42(7):140-141.

[3] 李家.超高層建筑的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工程技術(shù)(全文版),2016(9):211.

[4] 張磊.超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].建筑 建材 裝飾,2016(17):119-120.

[5] 趙鋰,陳懷德,姜文源.《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB 50974—2014實(shí)施指南[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2016.

(責(zé)任編輯 李 蕾)

Fire Water Supply System Design of Super High-rise Buildings

LIU Shengyun

(TaiyuanMunicipalFireBrigade,ShanxiProvince030024,China)

Constructing super high-rise buildings has become a trend of urbanization. The huge building volume and complex function settings of high-rise buildings make it much more difficult to design the building’s fire water supply system. This paper analyzes several fire water supply methods of super high-rise buildings, and discusses the ideas and methods of fire water supply system design on the basis of the characteristics of the design.

super high-rise building; fire water supply system; fire tank; parallel water supply mode; series water supply mode

2017-04-18

劉升赟(1980— )，男，山西平遙人，工程師。

D631.6

A

1008-2077(2017)06-0062-04