某超高層綜合體消防給水系統(tǒng)設(shè)計探討

范永偉

(太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

超高層建筑數(shù)量越來越多，規(guī)模、功能也變得較為龐大、復(fù)雜，超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計相比較于建筑高度百米以下的建筑有諸多難點和技術(shù)要點。結(jié)合某超高層綜合體工程案例，對消防給水系統(tǒng)進行分析，對超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計中常涉及的幾個關(guān)鍵性設(shè)計要點進行探討，旨在提高超高層建筑消防給水系統(tǒng)供水安全可靠性。

1 工程概況

該超高層綜合體由A，B，C三棟建筑組成，其中A，B棟建筑地上36層，C棟建筑地上7層，地下1層為設(shè)備管線層，地下2層，3層為地下車庫(地下車庫為另外分項工程)，A，B棟建筑8層～36層功能為辦公，1層～7層功能為商務(wù)配套和辦公，C棟建筑功能為商務(wù)配套和會議室。

地下1層設(shè)備管線層層高為2.19 m，1層層高4.6 m，2層～5層層高5.2 m，6層，7層層高4.5 m， 11層，22層(避難層)層高4.5 m，36層層高5.55 m，其他層層高為4.15 m，室內(nèi)外高差0.15 m，A，B棟建筑總高度158.60 m(至屋頂女兒墻)。該工程為一類超高層公共建筑，耐火等級為地下一級，地上一級。建筑合理使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8度，框架—筒體結(jié)構(gòu)體系。建筑面積：172 659.29 m2。

2 消防給水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 消防水源及系統(tǒng)類型

由該項目附近市政路上接入一路DN200給水管，市政給水管網(wǎng)壓力為0.30 MPa。該引入管分別接至項目用地內(nèi)住宅給水干管、商業(yè)給水干管、景觀綠化給水干管、消防水池補水管、換熱站補水管。

結(jié)合該項目周圍市政給水管網(wǎng)條件及本項目情況，消防給水系統(tǒng)采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，消防水池儲存一起火災(zāi)全部消防用水量，各消防給水系統(tǒng)分別設(shè)消防泵組供火災(zāi)時消防用水量及水壓。

2.2 消防給水系統(tǒng)用水量計算

該工程消防給水系統(tǒng)包括室外消火栓系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)及大空間智能滅火裝置[1]。消防給水系統(tǒng)用水量統(tǒng)計見表1。

表1 消防給水系統(tǒng)用水量計算表

2.3 室外消火栓系統(tǒng)設(shè)計

室外消火栓系統(tǒng)采用臨時高壓制，室外覆土下設(shè)有效容積為1 080 m3的消防水池(共用、分兩座)，地下車庫消防水泵房內(nèi)設(shè)室外消火栓系統(tǒng)消防泵組及穩(wěn)壓裝置，室外消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置啟泵壓力為0.35 MPa，停泵壓力為0.41 MPa，室外消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置保證系統(tǒng)最不利點消火栓栓口處在準(zhǔn)工作狀態(tài)時的靜水壓力大于0.17 MPa。室外消火栓給水系統(tǒng)所需水量、水壓由設(shè)于室外覆土內(nèi)的消防水池及地下車庫消防水泵房內(nèi)室外消火栓系統(tǒng)泵組保證。在項目用地紅線內(nèi)設(shè)室外臨時高壓消防給水環(huán)狀管網(wǎng)，在該建筑周圍的環(huán)管上設(shè)3套以上室外地下式消火栓，火災(zāi)時供城市消防車吸水，向著火點加壓供水滅火。

2.4 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計

2.4.1臨時高壓消防給水系統(tǒng)

根據(jù)GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(以下簡稱“消水規(guī)”)第6.2.2條“當(dāng)系統(tǒng)的工作壓力大于2.40 MPa時，應(yīng)采取消防水泵串聯(lián)或減壓水箱分區(qū)供水形式”[2]。本工程建筑高度為158.250 m(室外地坪至建筑屋面完成面)，若采取泵組直供到頂?shù)墓┧问?，消防水泵出口處系統(tǒng)工作壓力大于2.40 MPa，故采取消防水泵串聯(lián)分區(qū)供水形式。

室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，室外覆土下設(shè)有效容積為1 080 m3的消防水池(共用、分兩座)，地下車庫消防水泵房內(nèi)設(shè)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)消防泵組，A棟建筑屋頂(最高處)設(shè)有效容積105 m3的屋頂消防水箱及穩(wěn)壓裝置。A，B棟建筑22層避難層處分別設(shè)有效容積為61 m3的消防轉(zhuǎn)輸水箱及超高區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)專用泵組。

2.4.2分區(qū)情況

屋頂消防水箱最高水位：160.10 m，水箱間地面標(biāo)高：156.850 m，消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置啟泵壓力為0.16 MPa，停泵壓力為0.21 MPa。根據(jù)“消水規(guī)”第6.2.1條“消火栓栓口處靜水壓力大于1.0 MPa時，消防給水系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)供水”的原則[2]，結(jié)合建筑各樓層功能，分區(qū)情況如下：地下至地上7層為低區(qū)，地上8層～21層為高區(qū)，地上22層～36層為超高區(qū)。

2.4.3供水方案

高、低區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)所需水量、水壓均由設(shè)于室外覆土內(nèi)的消防水池及地下車庫消防水泵房內(nèi)高區(qū)消火栓系統(tǒng)泵組(低區(qū)經(jīng)減壓閥減壓)供給；超高區(qū)消火栓系統(tǒng)所需水量、水壓由地下車庫消防水泵房內(nèi)超高區(qū)專用轉(zhuǎn)輸水箱供水泵組、22層避難層處消防轉(zhuǎn)輸水箱及超高區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)專用泵組保證。消防水泵房內(nèi)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)消防泵組以保證最不利點處消火栓栓口動壓不小于0.35 MPa，消防水槍充實水柱長度不小于13 m。

屋頂消防水箱設(shè)消火栓系統(tǒng)出水管，分別與高、低區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)連接(低區(qū)經(jīng)減壓閥減壓)以及與超高區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)連接。屋頂消防水箱間處消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置保證系統(tǒng)最不利點消火栓栓口處在準(zhǔn)工作狀態(tài)時的靜水壓力大于0.15 MPa。

高、低區(qū)消火栓系統(tǒng)分別設(shè)3套室外地下式消防水泵接合器；超高區(qū)消火栓系統(tǒng)設(shè)3套室外地下式消防水泵接合器，并在22層避難層設(shè)手抬泵及加壓接口。

2.5 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計

2.5.1臨時高壓消防給水系統(tǒng)

自動噴水滅火系統(tǒng)采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，室外覆土下設(shè)有效容積為1 080 m3的消防水池(共用、分兩座)，地下車庫消防水泵房內(nèi)設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)消防泵組，A棟建筑屋頂設(shè)有效容積105 m3的屋頂消防水箱。22層避難層 處設(shè)有效容積為61 m3的消防轉(zhuǎn)輸水箱及超高區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)專用泵組。

2.5.2分區(qū)情況

屋頂消防水箱間內(nèi)自動噴水滅火系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置啟泵壓力為0.16 MPa，停泵壓力為0.21 MPa。根據(jù)GB 50084—2017自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范第8.0.1條“配水管道的工作壓力不應(yīng)大于1.20 MPa”[3]，結(jié)合建筑各樓層功能，分區(qū)情況如下：地下至地上7層為低區(qū)，地上8層～21層為高區(qū)，地上22層～36層為超高區(qū)。

2.5.3設(shè)計參數(shù)

自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

2.5.4供水方案

高、低區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)所需水量、水壓均由設(shè)于室外覆土內(nèi)的消防水池及消防水泵房內(nèi)高區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)泵組(低區(qū)經(jīng)減壓閥減壓)保證；超高區(qū)自動噴水系統(tǒng)所需水量、水壓由地下車庫消防水泵房內(nèi)超高區(qū)專用轉(zhuǎn)輸水箱供水泵組、22層避難層處消防轉(zhuǎn)輸水箱及超高區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)專用泵組保證。消防水泵房內(nèi)自動噴水滅火系統(tǒng)消防泵組以保證最不利點處噴頭的工作壓力大于設(shè)計要求。

高、低區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)分別設(shè)3套～4套室外地下式消防水泵接合器，超高區(qū)設(shè)兩套室外地下式消防水泵接合器，并在22層避難層設(shè)手抬泵及加壓接口。

屋頂消防水箱間處自動噴水滅火系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置保證最不利點噴頭在準(zhǔn)工作狀態(tài)時的靜水壓力大于0.10 MPa。屋頂消防水箱設(shè)自動噴水滅火系統(tǒng)出水管，分別與高、低區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)(低區(qū)經(jīng)減壓閥減壓)以及與超高區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)濕式報警閥組前環(huán)網(wǎng)連接。

控制1層～7層噴頭的濕式報警閥組集中設(shè)在地下車庫內(nèi)，控制8層～21層噴頭的濕式報警閥組集中設(shè)在11層(避難層)設(shè)備用房內(nèi)，控制22層～36層噴頭的濕式報警閥組集中設(shè)在22層(避難層)設(shè)備用房內(nèi)。

2.6 大空間智能滅火裝置設(shè)計

一層商業(yè)處凈空高度大于20 m小于25 m的中庭部位設(shè)大空間智能滅火裝置[1]。單個噴頭流量為5 L/s，保護半徑不大于6 m，頂部安裝，一次火災(zāi)按同時開啟8只噴頭考慮，設(shè)計流量為40 L/s[1]，本系統(tǒng)與低區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)合用，系統(tǒng)所需水量、水壓由低區(qū)自動噴水滅火統(tǒng)環(huán)狀管網(wǎng)供給。

3 消防給水系統(tǒng)設(shè)計探討

超高層建筑的外部消防救援比較困難，消防設(shè)計立足于自救，提高超高層建筑消防給水系統(tǒng)的供水安全可靠性尤為重要[4]，這也是不同于建筑高度百米以下建筑消防設(shè)計的難點，下面針對該工程設(shè)計中的一些關(guān)鍵技術(shù)要點、難點進行討論。

3.1 設(shè)備、管材、閥門等選用

消防給水系統(tǒng)中采用的設(shè)備、器材、管材管件、閥門和配件等系統(tǒng)組件的產(chǎn)品工作壓力等級，應(yīng)大于消防給水系統(tǒng)的系統(tǒng)工作壓力，且應(yīng)保證系統(tǒng)在可能最大運行壓力時安全可靠[2]。

3.2 轉(zhuǎn)輸水箱分別設(shè)置

若A，B兩棟超高層建筑共用轉(zhuǎn)輸水箱及接力供水泵組，則轉(zhuǎn)輸水箱、超高區(qū)消防泵組及消防泵組控制柜等消防設(shè)施均設(shè)在一棟超高層建筑內(nèi)，并通過專用消防管道接至另一棟建筑超高區(qū)消防管網(wǎng)，A，B棟建筑超高區(qū)避難層之間管道距離約300 m，且經(jīng)過裙房商業(yè)區(qū)域，配水管道的長距離敷設(shè)且經(jīng)過不同業(yè)態(tài)，會導(dǎo)致供水可靠性有所降低；另外不設(shè)轉(zhuǎn)輸水箱及消防泵組的建筑，超高區(qū)發(fā)生火災(zāi)，而此時另一棟建筑內(nèi)設(shè)置的消防泵組未能正常自動啟動，需要專人去往此泵房內(nèi)就地機械應(yīng)急啟泵，會造成安全隱患。綜合考慮，共用轉(zhuǎn)輸水箱及消防泵組會降低不設(shè)轉(zhuǎn)輸水箱及消防泵組建筑的供水安全性。為提高建筑整體的供水安全可靠，兩棟超高層建筑分別設(shè)置轉(zhuǎn)輸水箱及超高區(qū)消防泵組。

3.3 轉(zhuǎn)輸水箱供水管

為提高轉(zhuǎn)輸水箱供水可靠性，供水管采用雙管環(huán)狀供水方式，每根轉(zhuǎn)輸水管設(shè)計流量均按室內(nèi)消火栓系統(tǒng)與自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計流量之和確定；兩根轉(zhuǎn)輸水管分設(shè)在不同管井內(nèi)，避免集中設(shè)在同一管井內(nèi)，管井處一旦出現(xiàn)故障后，可能會導(dǎo)致供水系統(tǒng)的間斷；轉(zhuǎn)輸管管材提高等級要求，采用內(nèi)外壁熱浸鍍鋅無縫鋼管，管材和接口要求承壓2.5 MPa，溝槽連接，管材管件、閥門和配件等系統(tǒng)組件的公稱壓力應(yīng)大于2.5 MPa[5]。

3.4 轉(zhuǎn)輸水箱供水管電動閥及旁通管設(shè)置

同一組轉(zhuǎn)輸水箱供水泵同時供給多個樓座轉(zhuǎn)輸水箱時，存在如何聯(lián)動同步供水的問題，當(dāng)某一處發(fā)生火災(zāi)，轉(zhuǎn)輸水箱供水泵只供給此火災(zāi)樓座轉(zhuǎn)輸水箱，而不能向其余樓座轉(zhuǎn)輸水箱供水。在各樓座接至轉(zhuǎn)輸水箱的轉(zhuǎn)輸管上分別設(shè)置電動閥(轉(zhuǎn)輸水箱處)，電動閥與本樓座超高區(qū)消防泵組聯(lián)動，任一臺消防泵啟動時，電動閥同步開啟。為避免雙管路上設(shè)置的電動閥同時失效極端特殊情況，在電動閥旁并聯(lián)設(shè)置旁通管并設(shè)閥門，閥門平時關(guān)閉，在緊急情況下，可人工開啟。

3.5 避難層手抬泵接口

“消水規(guī)”第5.4.6條“當(dāng)建筑高度超過消防車供水高度時，消防給水應(yīng)在設(shè)備層等方便操作的地點設(shè)置手抬泵或移動泵接力供水的吸水和加壓接口”[2]。本工程超高區(qū)消防系統(tǒng)需要設(shè)置手抬泵加壓接口。在避難層超高區(qū)水泵房內(nèi)預(yù)留手抬泵位置，手抬泵吸水管引自轉(zhuǎn)輸管(水箱進水管閥門之前)，供水管分別接至超高區(qū)消防系統(tǒng)管網(wǎng)。手抬泵吸水管接自轉(zhuǎn)輸管而不是轉(zhuǎn)輸水箱[5]，可減少從水箱吸水等過多環(huán)節(jié)而導(dǎo)致的可靠性降低的問題。

3.6 轉(zhuǎn)輸水箱溢流管接至消防水池

因轉(zhuǎn)輸水箱供水泵及供水管的設(shè)計流量按火災(zāi)時室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動噴水滅火系統(tǒng)同時作用水量之和計，而火災(zāi)初期，轉(zhuǎn)輸水箱的供水量大于用水量，產(chǎn)生水箱的溢流，溢流量為供水量與用水量差值。按“消水規(guī)”第6.2.3條“串聯(lián)轉(zhuǎn)輸水箱的溢流管宜連接至消防水池”[2]，若將此溢流水不接至消防水池而排至室外雨水管網(wǎng)，會造成消防水池的實際有效水量小于設(shè)計存水量，存在安全隱患。綜合考慮，本工程將轉(zhuǎn)輸水箱溢流排水接至消防水池內(nèi)。溢流排水量按火災(zāi)初期轉(zhuǎn)輸水箱供水量與用水量的最大差值計，近似為轉(zhuǎn)輸水量。在避難層轉(zhuǎn)輸水箱附近設(shè)集水坑或集水箱，坑或箱內(nèi)設(shè)虹吸雨水斗，虹吸雨水系統(tǒng)的排水量按轉(zhuǎn)輸水量計算確定[5]。

3.7 報警閥組設(shè)置位置

報警閥組閥前供水側(cè)壓力對于報警閥組能否正?？焖賵缶瘑佑泻艽箨P(guān)系，當(dāng)報警閥組閥前供水側(cè)壓力較大時，報警閥閥瓣開啟需要的壓力差就越大，壓力開關(guān)能啟動時的報警流量也相應(yīng)增大[6]，當(dāng)系統(tǒng)管網(wǎng)水量過大，實現(xiàn)壓差所需時間就會延長[7]，即報警延遲時間也相應(yīng)加長，這對于超高層建筑尤為不利，超高層建筑應(yīng)盡量縮短消防設(shè)施報警延遲時間，為人員逃生爭取更多時間，同時自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)以最快的時間正常投入使用，才能最短時間內(nèi)撲滅初期火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延后的不可控。因此，在合理分區(qū)的前提下，要通過技術(shù)措施控制報警閥組閥前供水側(cè)壓力，通過調(diào)整報警閥組設(shè)置位置可有效實現(xiàn)這一目標(biāo)，盡量減小低位報警閥組至高處系統(tǒng)配水管道的高差，能有效減小供水側(cè)壓力。本工程濕式報警閥組分散設(shè)置在地下車庫、中間多個避難層，可有效減小濕式報警閥組閥前供水側(cè)壓力，縮短報警及系統(tǒng)啟動時間。

4 結(jié)語

對該超高層綜合體消防給水系統(tǒng)供水方案、分區(qū)情況以及設(shè)計參數(shù)等內(nèi)容進行分析，結(jié)合本工程，對超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計中的幾個關(guān)鍵技術(shù)要點進行了探討，可通過轉(zhuǎn)輸管道環(huán)狀雙管供水、轉(zhuǎn)輸水箱分樓座分別設(shè)置、轉(zhuǎn)輸水箱進水管設(shè)置電動閥及旁通管、溢流水接至消防水池、報警閥組分散設(shè)置等技術(shù)措施提高供水的安全可靠性，進而提高超高層建筑整體消防安全性。