高層建筑給排水消防系統(tǒng)的設計及注意事項

徐佩佩

（時代建筑設計院（福建）有限公司，福建 福州 350013）

0 引言

在城市化進程日益加快的今天，為了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。如果在工程建設之初沒有做好給排水消防系統(tǒng)的設計工作，后期可能會因為設計缺陷導致建筑消防設施無法正常使用，最終會危及人身及財產(chǎn)安全。本文對福建斯泰克信息技術有限公司運營研發(fā)大樓給排水消防系統(tǒng)的設計進行介紹，并對相關注意事項進行總結。

1 工程概況

福建斯泰克信息技術有限公司運營研發(fā)大樓項目位于福州市高新區(qū)，總建筑面積約22918.95m2，其中地上部分面積為17685.20m2，地下室總建筑面積5232.55m2，共布置1棟15層高層丙類廠房、1棟3層配套辦公和1棟單層丙類廠房，高層建筑為工業(yè)樓。

2 項目給排水消防系統(tǒng)的設計

2.1 消防給水管網(wǎng)系統(tǒng)選擇及設施的設置

本項目市政道路管道水壓為0.2MPa，高層建筑消防用水所需的水壓較高，市政水壓無法滿足且只有一路供水。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》（GB50974-2014）中4.3.1條，當采用一路消防供水且室外消火栓設計流量>20L/s或建筑高度>50m，應設置消防水池。再根據(jù)4.3.2條，消防水池的有效容積應滿足火災延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)外消防用水量之和[1]。消防用水總量按照本項目在同一時間內(nèi)火災次數(shù)為一次，一次滅火用水量最大的一棟建筑物計算（項目各建筑單體及地下室室內(nèi)外消火栓用水量見表1）。本項目單層廠房層高>8m，按電子生產(chǎn)車間考慮，根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50084-2017）中第5.0.2條，噴水強度取15L/（min·m2），作用面積160m2，火災延續(xù)時間1h，則自噴系統(tǒng)的設計流量為40L/s，實際上自噴系統(tǒng)流量比設計流量要大，本項目取45L/s。

表1 建筑室內(nèi)外消火栓用水量

本項目采用由屋面消防水箱、地下室消防水池及消防水泵房等組成的臨時高壓消防系統(tǒng)，包括：室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等。消防用水量見表2。

表2 消防用水量計算表

根據(jù)表2，本項目室外消防用水總量為432t，室內(nèi)消防用水總量為594t。高層丙類廠房地下室設置一個有效容積613.94t的室內(nèi)消防水池（水池分為295.11t和318.83t兩格），并在水池旁的泵房內(nèi)設置室內(nèi)及噴淋消防泵，提供室內(nèi)及噴淋系統(tǒng)消防用水量；本樓地下室設置一個有效容積433.47t的室外消防水池，并在水池旁的泵房內(nèi)設置室外消防泵，提供室外系統(tǒng)消防用水量。本樓屋面設置一個36t的消防水箱，供火災初期10min消防水量、水壓要求，并設增壓穩(wěn)壓設備XW(L)-Ⅰ-1.0-20-ADL，保證消火栓及噴淋系統(tǒng)壓力。消防水泵應保證在火警后30s內(nèi)啟動，在屋頂露天設置高位消防水箱。

2.2 室內(nèi)外消火栓給水管網(wǎng)水力計算

按規(guī)范要求，室內(nèi)外消火栓給水系統(tǒng)均采用環(huán)狀布置，消防水泵所需的設計揚程按下式計算：

式中：

P——消防水泵的設計揚程，m；

k2——安全系數(shù)；

Pf——沿程水頭損失，m；

Pp——局部水頭損失，m；

H——當消防水泵從消防水池吸水時，H為最低有效水位至最不利點水滅火設施的幾何高度，m；

P0——最不利點水滅火設施所需要的設計水頭，m。

室內(nèi)外消火栓給水管網(wǎng)最不利管段水力計算見表3、表4。

表3 室內(nèi)消火栓給水管網(wǎng)最不利管段水力計算表

表4 室外消火栓給水管網(wǎng)最不利管段水力計算表

2.3 室內(nèi)噴淋給水管網(wǎng)水力計算

實際設計時，噴淋管道錯綜復雜，計算出水泵所需的揚程或者系統(tǒng)所需的壓力較費時間，可以采用估算的方法快速計算出系統(tǒng)所需的壓力。根據(jù)規(guī)范《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50084-2017）中第8.0.7條配水管道的布置，應使配水管入口的壓力均衡。該工程為工業(yè)建筑，火災危險等級為中危險等級，采用最高層配水管入口處規(guī)范規(guī)定的最大值0.4MPa來估算整個噴淋系統(tǒng)水泵揚程。水泵揚程按下式計算：

式中：

H——水泵揚程，m；

Pf——沿程水頭損失，m；

∑Pp——局部水頭損失的累計值，m（濕式報警閥取值4m、水流指示器取值2m）；

P0——最不利配水管入口處水頭，m；

Z——最不利點處噴頭與消防水池最低水位的高程差，m；

hc——直接從消防水池吸水時，hc取0。

室內(nèi)噴淋給水管網(wǎng)最不利管段水力計算見表5。

表5 室內(nèi)噴淋給水管網(wǎng)最不利管段水力計算分析表

3 給排水消防系統(tǒng)設計中的注意事項

3.1 消防供水設計的注意事項

消防供水包括消防水源的選擇、消防給水形式及供水設施的確定。首先是水源的選擇，該工程市政壓力無法滿足消防系統(tǒng)所需的壓力且周邊無天然水源，因此該工程采用消防水池作為消防水源。在高層建筑消防給排水設計中，保證水源的充足可靠顯得尤為重要，需對建筑室內(nèi)外消防水量進行精準計算。

其次，在確定消防給水形式及設施時，應滿足以下兩點：（1）對高層建筑的定性、高度及特點進行仔細地研究分析，選擇最恰當?shù)慕o水方式；（2）合理布置消防設施，比如消防水池及加壓泵房設置在高層建筑群中心位置；消防水池必要時應設置導流裝置或者導流墻，防止進出水管產(chǎn)生水流短路現(xiàn)象；消火栓設置在顯眼的地方，能確保消防人員第一時間接觸到滅火設施[2]。

3.2 消防排水設計的注意事項

民用建設工程當設有消防給水系統(tǒng)時，為了保護財產(chǎn)和消防設備在火災時能正常運營等安全需要設置消防排水。高層建筑發(fā)生火災，在滅火過程中會產(chǎn)生大量的水，以一支水槍流量5L/s計算，10min就有3t水流出，隨著滅火時間的增加，水流量會不斷地增大，所產(chǎn)生的水能否順利、快速地排出是消防排水設計過程中需要考慮的問題。因此，設計人員在設計過程中，首先確定設置消防排水的場所，比如消防水泵房、消防電梯及設有消防給水系統(tǒng)的地下室等，以上幾個場所必須設置消防集水坑，且需在集水坑中設置備用泵；其次，需要對消防用水量進行詳細地分析計算，確保消防排水總量與消防用水量相匹配[3]，所設計的排水泵集水井及排水泵流量等滿足消防排水要求。同時，消防給水系統(tǒng)試驗裝置處應設置專門的排水管道，不能兼用雨水排水管。此外，在設計過程中需與建筑專業(yè)配合，確?；馂乃a(chǎn)生的大量水在不同樓層中的流動暢通，避免出現(xiàn)水體倒灌、阻塞現(xiàn)象，消防排水設施應采取防止倒灌的措施。

3.3 自動噴水滅火系統(tǒng)設計的注意事項

在高層建筑給排水設計過程中，自動噴水滅火系統(tǒng)因其高效的滅火作用而最為常見。但在實際設計中存在以下問題：（1）自動噴水滅火系統(tǒng)的水力警鈴位置設置不當，未設置在公共通道或值班室的外墻上，當發(fā)生火災時，雖然警鈴響了，但是工作人員不能在第一時間聽到報警聲音而做出應對措施，造成火災越來越嚴重，甚至人員傷亡[4]；（2）設計時沒有充分考慮施工實際要求，為了方便，設計時將沒有吊頂?shù)那闆r視為吊頂，并按照吊頂?shù)囊?guī)范進行設計，沒有考慮梁、通風管道等障礙物對噴頭灑水分布的影響，從而導致建筑發(fā)生火災時，自動噴水滅火系統(tǒng)達不到最佳的滅火效果[5]。

在自噴系統(tǒng)設計過程中，要注意以下幾點：

（1）噴頭的布置間距是自動噴水滅火系統(tǒng)設計的重要參數(shù)。噴頭間距過大會影響噴頭開放時間及系統(tǒng)的控、滅火效果，間距過小會導致噴頭過多，設計用水量偏大。為了防止以上情況的發(fā)生，設計時必須嚴格按照規(guī)范要求進行設計，確保噴頭既能適時開放，又能使系統(tǒng)按設計選定的強度噴水[6]。

（2）對自動噴水滅火系統(tǒng)進行整體分析，對最不利點處系統(tǒng)平面、立管等進行計算與統(tǒng)計，精準確定水泵揚程，然后反算每層配水入管口壓力，在節(jié)能和安全的提前下進行減壓設計，避免噴頭水壓過大而損壞。

（3）自動噴水滅火系統(tǒng)末端試水裝置的設計應做到與建筑消防水量相匹配，首先需對接頭出水口進行試水試驗，其次確定末端試水裝置的型號，同時設計間接排水管。

（4）應合理設置自動噴水滅火系統(tǒng)信號閥或能夠鎖定閥板位置的鎖具，目的是為了防止誤操作造成供水中斷。濕式系統(tǒng)可設置以上兩種，但干式系統(tǒng)、雨淋系統(tǒng)及預作用系統(tǒng)在調(diào)試時不允許水進入系統(tǒng)，這種情況下在報警閥出口只能設置信號閥。

4 結束語

綜上所述，工程建設之初應做好給排水消防系統(tǒng)的設計工作，確保后期無設計缺陷導致的建筑消防設施無法正常使用，無危及人身及財產(chǎn)安全的消防事故發(fā)生。本文對福建某運營研發(fā)大樓項目消防給水管網(wǎng)系統(tǒng)的選擇及設施的設置、室內(nèi)外消火栓給水管網(wǎng)水力的計算和室內(nèi)噴淋給水管網(wǎng)水力的計算做了詳細的介紹，并對消防給水、排水能力以及自動噴水滅火系統(tǒng)功能的設計注意事項進行了分析，可供相關設計參考。