淺析山地建筑的給水和消防設(shè)計(jì)特點(diǎn)

尹愛(ài)瓊

（杭州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310008）

1 項(xiàng)目概況

某職業(yè)教育學(xué)校位于浙江省杭州市臨安區(qū)，地形主要為山林地。建設(shè)用地面積182 978 m2，總建筑面積120 910 m2，其中地上建筑面積112 317 m2，地下建筑面積6 462 m2。規(guī)劃使用人數(shù)5 573人。

用地以公共活動(dòng)組團(tuán)和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)（A區(qū)）為核心，西面為1＃公共教學(xué)組團(tuán)（B區(qū)），東臨2＃公共教學(xué)組團(tuán)（D區(qū)），北側(cè)為生活組團(tuán)（C區(qū)）。其中公共活動(dòng)組團(tuán)包括圖書(shū)館、體藝館和報(bào)告廳；1＃公共教學(xué)組團(tuán)包括普通教學(xué)樓與藝衛(wèi)、商貿(mào)實(shí)訓(xùn)樓，并設(shè)有平戰(zhàn)結(jié)合地下汽車(chē)庫(kù)；2＃公共教學(xué)組團(tuán)包括普通教學(xué)樓與汽修、機(jī)械和電子實(shí)訓(xùn)樓；生活組團(tuán)包括5幢6層的學(xué)生宿舍；宿舍與公共活動(dòng)組團(tuán)之間為食堂和烹飪實(shí)訓(xùn)樓。所有建筑均為1～6層。校區(qū)總平面鳥(niǎo)瞰圖見(jiàn)圖1。

圖1 校區(qū)鳥(niǎo)瞰圖

2 生活給水系統(tǒng)

2.1 生活給水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

生活給水水源取自市政給水管網(wǎng)，從地塊東側(cè)市政給水管引入一條DN150進(jìn)水管至生活水箱，經(jīng)變頻供水裝置加壓后供水。市網(wǎng)接入點(diǎn)處的供水壓力為0.12 MPa。

地下室利用市政壓力直接供水，地上部分生活給水系統(tǒng)采用分區(qū)供水，室內(nèi)地面標(biāo)高70.00 m以下的建筑為低區(qū)，機(jī)組供水壓力為0.50 MPa；室內(nèi)地面標(biāo)高70.00 m以上的建筑為高區(qū)，機(jī)組供水壓力為0.65 MPa。水壓超過(guò)0.20 MPa的樓層給水支管設(shè)置支管減壓閥，閥后壓力取0.18 MPa。高、低區(qū)生活給水系統(tǒng)均采用生活水箱＋變頻加壓設(shè)備，加壓供水。

校區(qū)設(shè)有1座生活泵房，位于校區(qū)中心位置的食堂一層，生活泵房設(shè)有2只有效容積為100 m3的不銹鋼生活水箱和高、低區(qū)變頻供水裝置各1套。不銹鋼生活水箱均設(shè)有消毒機(jī)。

2.2 生活給水分區(qū)分析

校區(qū)位于山區(qū)，各單體室內(nèi)地坪標(biāo)高相差較大，最低標(biāo)高為60.80 m，最高標(biāo)高為82.30 m。而市政供水壓力在標(biāo)高54.00 m處的壓力為0.12 MPa，除地下室可以利用市政壓力直供外，市政管網(wǎng)壓力不能滿足地上部分的用水要求，故校區(qū)各單體生活用水均須設(shè)置加壓設(shè)備供應(yīng)。

校園主干道由南面大門(mén)入口開(kāi)始，從南往北上坡，繞山頂操場(chǎng)后向南至東部2＃教學(xué)樓西側(cè)后，道路下行至東大門(mén)入口，與市政道路銜接，東大門(mén)地面標(biāo)高為57.00 m。A區(qū)位于山坡頂，各單體室內(nèi)地面標(biāo)高為82.30 m，與食堂的屋頂（標(biāo)高81.50 m）相差不大；西側(cè)B區(qū)地勢(shì)較低，地面標(biāo)高為61.30～62.30 m；C區(qū)5幢宿舍從C1?！獵5＃樓室內(nèi)地坪標(biāo)高從64.30～72.30 m依次抬高；D區(qū)3幢教學(xué)樓地坪標(biāo)高為80.00～76.10 m，從北向南，地勢(shì)下降，各錯(cuò)一層布置，而東側(cè)大門(mén)口的D1＃實(shí)訓(xùn)樓室內(nèi)地面標(biāo)高為60.80 m，為校區(qū)室內(nèi)地坪最低的建筑單體。

《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50015—2019）》第3.4.3條規(guī)定：“當(dāng)生活給水系統(tǒng)分區(qū)供水時(shí)，各分區(qū)的靜水壓力不宜大于0.45 MPa；當(dāng)設(shè)有集中熱水系統(tǒng)時(shí)，分區(qū)靜水壓力不宜大于0.55 MPa?！保?］同時(shí)浙江省《綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（DB 33／1062—2016）》第7.2.2條規(guī)定：“供水系統(tǒng)應(yīng)節(jié)水、節(jié)能，并應(yīng)采取以下措施：……多層、高層建筑的給水、中水、熱水系統(tǒng)應(yīng)合理確定豎向分區(qū)，每區(qū)供水靜壓力不大于0.45 MPa；采取減壓限流的節(jié)水措施，生活給水系統(tǒng)用水點(diǎn)處供水壓力不大于0.20 MPa，且不應(yīng)小于用水器具要求的最低壓力?！北卷?xiàng)目要求按綠色建筑二星級(jí)設(shè)計(jì)，根據(jù)上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，生活給水系統(tǒng)按每區(qū)靜水壓力不大于0.45 MPa進(jìn)行分區(qū)。校區(qū)建筑供水高度范圍從－1.50～37.20 m，高度差為38.70 m，同時(shí)最不利點(diǎn)衛(wèi)生器具壓力不小于0.01 MPa，另考慮管路損失，則項(xiàng)目生活給水系統(tǒng)至少需分成2個(gè)區(qū)。給水分區(qū)方案有2種。

方案一，綜合所有建筑單體的室內(nèi)地坪標(biāo)高和建筑層數(shù)、高度，按用水點(diǎn)的絕對(duì)標(biāo)高統(tǒng)一考慮，如按高、低區(qū)供水高度均勻，則低區(qū)供水高度范圍為－1.50～18.00 m，高區(qū)供水高度范圍為18.00～37.20 m，按生活水箱低水位絕對(duì)標(biāo)高62.30 m計(jì)，則以絕對(duì)標(biāo)高80.30 m為界，低于80.30 m的用水樓層為給水低區(qū)，高于80.30 m的用水樓層為給水高區(qū)，結(jié)合各建筑單體一層室內(nèi)地坪，A4＃、B1＃、B3＃、B4＃樓全部為給水低區(qū)，A1＃～A3＃樓、A5＃樓、D2＃樓全部為給水高區(qū)，其余建筑B2＃、B5＃、C1?！獵5＃樓、D1＃樓生活給水均分為高、低2區(qū)。

方案二，按建筑物室內(nèi)地坪絕對(duì)標(biāo)高分區(qū)，每個(gè)建筑單體僅設(shè)一個(gè)給水分區(qū)，即全部由高區(qū)供水或全部由低區(qū)供水，建筑物室內(nèi)地坪標(biāo)高為60.80～82.30 m，均為多層建筑，結(jié)合總圖位置，以1層室內(nèi)地坪絕對(duì)標(biāo)高70.00 m為界，室內(nèi)地坪絕對(duì)標(biāo)高低于70.00 m的建筑由低區(qū)供水，高于70.00 m的建筑由高區(qū)供水。具體為：A1?！獳3＃樓、A5＃樓、C4?！獵5＃樓和D2＃樓由高區(qū)供水，其余為低區(qū)。

方案一、二的冷熱水原理圖以C1＃～C5＃樓為例，見(jiàn)圖2、圖3。比較方案一與方案二，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)為：

圖2 方案一宿舍樓冷熱水原理

圖3 方案二宿舍樓冷熱水原理

從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看，方案一根據(jù)各用水點(diǎn)的絕對(duì)高度，選擇加壓設(shè)備，對(duì)于分區(qū)內(nèi)超過(guò)0.20 MPa的底部樓層用水點(diǎn)，采用支管減壓閥減壓，保證用水點(diǎn)用水壓力滿足節(jié)水要求，而分區(qū)內(nèi)上部2層無(wú)須設(shè)置支管減壓閥，減壓閥的數(shù)量較方案二少。但對(duì)于設(shè)置熱水系統(tǒng)且用水量較大的C1?！獵5＃宿舍而言，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50015—2019》第6.3.7條，集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的分區(qū)及供水壓力的穩(wěn)定、平衡，應(yīng)遵循下列原則：應(yīng)與給水系統(tǒng)的分區(qū)一致。因冷水系統(tǒng)分為高、低2區(qū)，則熱水系統(tǒng)也應(yīng)分為高、低2區(qū)。宿舍共6層，采用的加熱設(shè)備為空氣源熱泵熱水機(jī)組＋承壓儲(chǔ)熱水罐，并設(shè)于每幢宿舍的屋頂，熱水供水方式采用上行下給式的布置方式。冷熱水橫干管設(shè)于每個(gè)給水分區(qū)的頂層，熱水回水橫干管設(shè)于每個(gè)給水分區(qū)的最底層或其下一層。如每幢宿舍熱水采用分區(qū)的方式，冷熱水橫干管水平布置則受建筑層高的限制，標(biāo)準(zhǔn)層（2～6層）走道難以布置冷熱水橫管，故冷熱水橫干管均需設(shè)于屋面。此時(shí)對(duì)于低區(qū)而言，分至每個(gè)衛(wèi)生間的冷熱水立管將穿越高區(qū)管道井，使得每個(gè)衛(wèi)生間的管井面積增大，同時(shí)加熱設(shè)備、熱水循環(huán)泵與方案二相比，增加1套，也將增加屋頂?shù)恼嫉孛娣e。另外對(duì)于單幢宿舍，分為2區(qū)供水后，不均勻系數(shù)增加，與方案二比較，熱水設(shè)備的調(diào)節(jié)能力下降。

從經(jīng)濟(jì)性考慮，校區(qū)絕大多數(shù)建筑內(nèi)均設(shè)有高、低區(qū)給水管，整個(gè)校區(qū)沿主要道路須布置2根生活給水管，高、低區(qū)管道（DN150）長(zhǎng)度增加約600 m，造價(jià)相應(yīng)增加；同時(shí)校區(qū)為山坡地，道路邊擋墻多，室外管道基本沿道路布置，還須兼顧消防管道和排水管道，平面位置有限，增加管道，施工難度也將增大。

從后期管理和維護(hù)的角度看，方案一室外管道的長(zhǎng)度較方案二將顯著增加，也增加了管網(wǎng)漏水的概率；而室內(nèi)尤其是宿舍的冷熱水管道增多，相應(yīng)的加熱設(shè)備、閥門(mén)等配件增加較多，維護(hù)管理難度加大。

通過(guò)上述分析，校園的給水分區(qū)采用方案二，按建筑物室內(nèi)地坪標(biāo)高，每幢建筑單體給水為一個(gè)分區(qū)，室內(nèi)給水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，室外給水管道大大減少。對(duì)于個(gè)別單體如A4＃樓，為生活水泵房所在建筑，整棟單體水壓偏高，可在給水引入管處設(shè)置干管減壓閥組，減壓后供給整個(gè)單體；宿舍等有熱水供應(yīng)的單體，冷熱水均為一個(gè)分區(qū)，設(shè)備數(shù)量減少，節(jié)約占地面積及造價(jià)，系統(tǒng)管理及維護(hù)保養(yǎng)也較為方便。

3 消防給水系統(tǒng)

3.1 消防給水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（GB 50974—2014）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《消水規(guī)》）第3.1.2條規(guī)定：“一起火災(zāi)滅火所需消防用水的設(shè)計(jì)流量應(yīng)由建筑的室外消火栓系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等需要同時(shí)作用的各種水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量組成，兩座及以上建筑合用消防給水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按其中一座設(shè)計(jì)流量最大者確定?！保?］

根據(jù)上述規(guī)定，校區(qū)室外消防用水量最大的建筑物為A2＃樓，室內(nèi)消火栓用水量最大的建筑物是A1＃樓，消防用水量比較見(jiàn)表1。

表1 消防用水量

由表1可知，室外消防用水量為40 L／s，根據(jù)《消水規(guī)》規(guī)定，室外消防用水量應(yīng)采用2路消防供水，而校區(qū)處于山區(qū)，市政僅能提供一路DN150進(jìn)水管，且市網(wǎng)接入點(diǎn)處的供水壓力為0.12 MPa，市政給水管網(wǎng)不能滿足校區(qū)消防給水的水量和水壓要求，故校區(qū)的室內(nèi)外消防給水均須設(shè)置消防水池，并采用加壓泵加壓供水。根據(jù)表1，設(shè)計(jì)消防水池的有效容積為576 m3，消防水池和消防水泵房均設(shè)于A4＃樓一層，消防泵房?jī)?nèi)設(shè)置1套室內(nèi)外消火栓合用加壓泵和1套自動(dòng)噴淋給水泵，同時(shí)消火栓和噴淋系統(tǒng)各設(shè)1套穩(wěn)壓裝置，與屋頂水箱一起滿足火災(zāi)初期消防用水。

3.2 消火栓給水方式分析

當(dāng)室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)均需加壓時(shí)，系統(tǒng)可以合用，也可以分開(kāi)獨(dú)立設(shè)置。設(shè)置方式的選擇需考慮消防供水的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理和施工維護(hù)管理等因素。

3.2.1 室內(nèi)外消火栓分設(shè)系統(tǒng)

當(dāng)室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)壓力相差較大時(shí)，宜采用分開(kāi)獨(dú)立設(shè)置的方式。如建筑群內(nèi)設(shè)有高層建筑時(shí)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)工作壓力較大，而室外消火栓系統(tǒng)可采用低壓制，當(dāng)場(chǎng)地平整時(shí)，一般不超過(guò)0.60 MPa，此時(shí)要滿足室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的供水壓力，則合用水泵的揚(yáng)程需按最大考慮；同時(shí)，合用時(shí)流量為室內(nèi)外消火栓給水量之和，將造成合用管網(wǎng)大流量、高壓力，較系統(tǒng)分開(kāi)時(shí)更容易漏水，消防供水的安全可靠性降低，因此不宜采用合用系統(tǒng)。

3.2.2 室內(nèi)外消火栓合用系統(tǒng)

當(dāng)室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)壓力相近時(shí)，如建筑群內(nèi)均為多層建筑，室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)宜合用。合用的方式有以下兩種：

1）水泵和管網(wǎng)均合用，即設(shè)1套消防泵和1套管網(wǎng)。當(dāng)室內(nèi)外消火栓流量之和不大時(shí)，合用管網(wǎng)的管徑和壓力均不高，系統(tǒng)既簡(jiǎn)單可靠，也便于維護(hù)管理、經(jīng)濟(jì)合理。

2）合用水泵，消防管網(wǎng)分開(kāi)。室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)流量出現(xiàn)在同一個(gè)建筑單體或者流量之和較大時(shí)，如合用管網(wǎng)，則合用管管徑偏大。此時(shí)采用分設(shè)管網(wǎng)，室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)互不干擾，每套管網(wǎng)的管徑較合用時(shí)流量減小，在場(chǎng)地安裝條件富裕時(shí)宜選擇。但分設(shè)的管網(wǎng)數(shù)量增加，后期維護(hù)管理相對(duì)復(fù)雜。

本項(xiàng)目為山地多層建筑群，室內(nèi)外消火栓所需壓力相近，宜采用室內(nèi)外消火栓合用系統(tǒng)，管網(wǎng)流量及管徑取值見(jiàn)表2（管材為球墨給水鑄鐵管）。

表2 消火栓流量及管徑

由表2可知，室內(nèi)外消火栓采用合用管網(wǎng)時(shí)，因室內(nèi)外消火栓流量出現(xiàn)在不同的建筑單體，其流量之和較室外消火栓用水量增加不大，在流速滿足規(guī)范要求的前提下，合用管徑可不增大，水頭損失的增加使得合用泵的揚(yáng)程略有增加，但減少1套DN150消防管網(wǎng)，不僅可降低工程造價(jià)，同時(shí)減少了管網(wǎng)漏水的幾率，更便于供水安全和施工維護(hù)管理。因此本項(xiàng)目最終采用室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)合用管網(wǎng)的形式，管網(wǎng)和水泵數(shù)量最少，施工維護(hù)管理方便，同時(shí)水泵控制簡(jiǎn)潔，提高了消防供水的安全，也減少工程造價(jià)［3］。

3.3 室內(nèi)外消火栓合用系統(tǒng)應(yīng)注意的問(wèn)題

3.3.1 建筑單體引入管

采用消防合用系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)建筑單體的消防引入管上須設(shè)置止回閥，如建筑單體根據(jù)規(guī)范需要設(shè)置水泵接合器時(shí)，則水泵接合器應(yīng)設(shè)在引入管的止回閥下游，以保證火災(zāi)時(shí)，室內(nèi)消防用水不至于回流至室外消防管網(wǎng)，影響火災(zāi)的撲救［4］。

3.3.2 屋頂水箱

校區(qū)采用合用消防系統(tǒng)，絕對(duì)標(biāo)高最高的建筑單體即2＃公共教學(xué)C樓樓梯間屋面設(shè)置1座有效容積為18 m3的消防水箱，供火災(zāi)初期消防用水。因單體消防引入管上設(shè)有止回閥，故屋頂消防水箱的出水管應(yīng)設(shè)專(zhuān)用管道單獨(dú)接至室外合用管網(wǎng)。如與設(shè)置消防水箱的建筑物單體室內(nèi)消防管網(wǎng)直接相連，則由于止回閥的作用，屋頂水箱所提供的初期消防用水不能供至其他單體。

3.3.3 室外埋地管的敷設(shè)

校區(qū)占地面積較大，消火栓合用管網(wǎng)比分設(shè)管網(wǎng)流量大，在管徑不變的情況下，水頭損失必然增加，造成合用管網(wǎng)的壓力有所增加，室外埋地管漏水時(shí)不易發(fā)覺(jué)，因此在后期運(yùn)行時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)檢查、試驗(yàn)和維護(hù)管理。

4 結(jié) 語(yǔ)

山地建筑不同于常規(guī)的平地建筑，各建筑單體一般依山而建，其絕對(duì)標(biāo)高變化幅度較大，因此給水分區(qū)形式須根據(jù)建筑高度及建筑功能結(jié)合場(chǎng)地標(biāo)高特點(diǎn)選擇，對(duì)于建筑高度不大的多層建筑群，可按單體底層絕對(duì)標(biāo)高結(jié)合區(qū)域組團(tuán)分區(qū)，每個(gè)單體為一個(gè)給水分區(qū)，分區(qū)簡(jiǎn)單安全。

對(duì)于市政不能滿足消防給水要求的山地建筑群，室內(nèi)外消火栓加壓供水時(shí)，壓力相近時(shí)建議選用合用系統(tǒng)，盡量使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，供水系統(tǒng)安全可靠。