超高層建筑給排水與消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

蔡瑞環(huán)，郭莉芳

（1.寧波市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 寧波 315012；2.寧波市城市排水有限公司，浙江 寧波 315012）

1 工程概況

某建筑群占地面積共計(jì)5458.30 m2，總建筑面積約113621.5 m2。其中，地上建筑面積87871.5 m2，地下室建筑面積25750 m2。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)定位為辦公樓，其中，1幢T1超高層設(shè)計(jì)高度為149.96 m，1幢T2高層設(shè)計(jì)高度為99.98 m，底盤設(shè)有3層商業(yè)，底盤裙房與主樓之間設(shè)縫脫開(kāi)。

工程地上建筑由2幢塔樓（辦公）和1幢裙房組成，兩者間設(shè)置抗震縫。地上裙房部分為3層，1幢超高層地上部分為35層，1幢高層地上部分為25層。其下設(shè)有2層地下室，功能為車庫(kù)、設(shè)備用房，庫(kù)房等，地下室地下1層層高為4.55 m，地下2層層高為3.85 m。該項(xiàng)目地處寧波市東部新城CBD金融區(qū)，屬于某企業(yè)總部辦公大樓，建成后將進(jìn)一步提升整個(gè)中央商務(wù)區(qū)的城市功能品質(zhì)，對(duì)后續(xù)超高層建筑的設(shè)計(jì)以及施工具有重要參考價(jià)值。

2 超高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 給水系統(tǒng)

1#主樓部分沿縱向分為6個(gè)區(qū)域，一區(qū)包括地下2層～地上2層，直接由市政管網(wǎng)供水，直供樓層需根據(jù)當(dāng)?shù)毓芫W(wǎng)條件、市政壓力（本項(xiàng)目0.25 MPa）及其他情況靈活調(diào)整；考慮到市政管網(wǎng)在特殊條件下可能出現(xiàn)壓力不足情況，在一區(qū)可增設(shè)1套給水增壓裝置，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。超高層建筑供水方式有無(wú)水箱分區(qū)串聯(lián)、有水箱分區(qū)串聯(lián)、減壓閥分區(qū)供水等方式[1]。減壓閥分區(qū)必須有備用減壓閥，同時(shí)應(yīng)有報(bào)警措施，對(duì)管材接口要求也較高，一般不推薦采用。其他方式都需要利用避難層設(shè)置水泵房和水箱間，需考慮層高和建筑面積的占用情況，對(duì)自動(dòng)化控制和維護(hù)管理有一定要求，但最為重要的是，要具備有效的防振措施。本工程甲方對(duì)星級(jí)辦公環(huán)境有極高的要求，為盡量避免振動(dòng)噪聲并確保項(xiàng)目建筑高度合適，本工程以100 m避難層為界采用水泵分區(qū)。加壓2J區(qū)：3～9層；加壓3J區(qū)：10～16層。加壓4J區(qū)：17～24層；加壓5J區(qū)：25～32層；加壓6J區(qū)：33～35層。2J、3J、4J、6J區(qū)由水箱+變頻供水設(shè)備供水。5J區(qū)由屋頂水箱重力供水。先由地下層加壓泵將水抽至屋面水箱，然后由屋面水箱向各樓層供水。在地下室設(shè)置生活變頻水泵和水箱，同時(shí)在屋頂機(jī)房層設(shè)置高位生活水箱和變頻供水泵。地下室供水機(jī)組應(yīng)將停泵水錘問(wèn)題和小流量供水工況相結(jié)合，設(shè)置合理的氣壓罐。高位水箱通過(guò)液位控制地下室生活工頻泵的啟停，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能，開(kāi)式補(bǔ)水系統(tǒng)無(wú)須考慮水錘問(wèn)題。

2#附樓高度未超100 m，分區(qū)原則同上，沿縱向分為4個(gè)區(qū)：直供區(qū)為地下2層～地上2層由市政管網(wǎng)壓力直接供水，加壓2J區(qū)：3～10層；加壓3J區(qū)：11～17層；加壓4J區(qū)：18～25層；由泵房水箱+變頻供水設(shè)備供水。3#裙樓給水豎向分為2個(gè)區(qū)：直供區(qū)為地下2層～地上2層由市政管網(wǎng)壓力直接供水，加壓1區(qū)∶3層。

2.2 排水系統(tǒng)

本項(xiàng)目排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為污廢分流模式，地上部分污水在重力作用下自流至室外排污管道，地下部分廢水使用潛污泵排出。1#樓、2#樓衛(wèi)生間設(shè)置專用通氣立管。營(yíng)業(yè)餐飲含油廢水經(jīng)地下室成品隔油器處理后，排入市政污水管。本項(xiàng)目排水系統(tǒng)除地下部分潛污泵壓力排水管及水箱溢流管道選擇焊接鋼管外，其余管材均選用RKC鑄鐵管道。焊接鋼管接口位置采用法蘭連接或焊接，RKC鑄鐵管道接口位置采用柔性接口。

2.3 雨水系統(tǒng)

主樓部分屋面和避難層水泵房水箱溢流采用虹吸雨水系統(tǒng)。屋面雨水重現(xiàn)期取10 a，雨水排放設(shè)施總排水能力以100 a重現(xiàn)期校核，屋面徑流系數(shù)取1.0。屋面雨水采用87型雨水斗和180°側(cè)入式成品雨水斗。雨水調(diào)蓄和回用系統(tǒng)主要分為兩部分，分別是屋面雨水回收系統(tǒng)和室外地表雨水滲透系統(tǒng)，采用這種分離式設(shè)計(jì)的主要原因是屋面雨水的清潔度相較于地表雨水要高，因此，回收屋面雨水的工藝更為簡(jiǎn)單，成本更低。屋面雨水經(jīng)管道收集至地下雨水處理裝置中，處理后水質(zhì)應(yīng)達(dá)到GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，可用于場(chǎng)地內(nèi)綠化灌溉、道路澆灑、車庫(kù)沖洗。采用雨水處理裝置處理水量可達(dá)20 m3/h。

按照我國(guó)GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，雨水入滲可采用入滲井、綠地入滲、滲透管道、透水路面磚、淺溝、洼地入滲以及滲渠入滲等多種方式[2]。該項(xiàng)目綠地率僅10%，因此，根據(jù)寧波市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)發(fā)布的《寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》，采用透水鋪裝、雨水花園、植草溝、雨水回用系統(tǒng)等低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，按70%年徑流總量控制率，全面控制雨水、改善地塊水環(huán)境。

3 超高層建筑消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 消防給水系統(tǒng)

消防系統(tǒng)可采用減壓閥減壓、水泵串聯(lián)或并行及減壓水箱等形式。減壓水箱減壓分區(qū)可靠度高，占地面積大，且對(duì)進(jìn)水閥可靠度要求高。超高層建筑供水壓力大、靜壓過(guò)高，難以采用并行供水。按消防設(shè)計(jì)從嚴(yán)原則，對(duì)分區(qū)壓力、建筑避難層樓層設(shè)置、建筑造型、技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全可靠性等因素進(jìn)行綜合考慮，本工程采用消防水泵減壓閥分區(qū)和串聯(lián)分區(qū)供水結(jié)合的方式。消火栓給水系統(tǒng)豎向分區(qū),消火栓的布置應(yīng)保證2只水槍同時(shí)到達(dá)。B2～1#樓的12層，B2～2#樓的13層和3#樓為低區(qū)，由減壓閥分區(qū)供水；1#樓的13～24層，2#樓14～25層為中區(qū)，由地下室消防泵直接供水；1#樓的25層～機(jī)房為高區(qū)，由24層避難層轉(zhuǎn)輸水箱和消防水泵供水。60 t轉(zhuǎn)輸水箱由地下消防泵房轉(zhuǎn)輸水泵供水。轉(zhuǎn)輸水箱兼做低區(qū)的高位水箱。中區(qū)高位水箱屋頂設(shè)置，高區(qū)采用屋頂高位水箱和穩(wěn)壓泵維持靜壓。為保證消火栓栓口出水壓力不超過(guò)0.5 MPa，1#樓B2～10層，13～21層，25～35層，2#樓B2～11層，13～22層和3#樓均為減壓穩(wěn)壓型消火栓，其出口壓力為0.35 MPa。轉(zhuǎn)輸水箱溢流回到消防水池。

系統(tǒng)運(yùn)行原理是起火災(zāi)后，受災(zāi)樓層與相鄰樓層的消防栓會(huì)率先動(dòng)作，在火災(zāi)初始階段，低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)消防用水分別由轉(zhuǎn)輸水箱、高位水箱、高位水箱和穩(wěn)壓泵供應(yīng)。主管上的低壓壓力開(kāi)關(guān)、水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，直接啟泵并報(bào)警。中低區(qū)消防主泵運(yùn)行，從而持續(xù)提供消防用水。而高區(qū)消防系統(tǒng)啟泵順序是：先啟動(dòng)24層消防泵，再啟動(dòng)地下室轉(zhuǎn)輸泵，向避難層的轉(zhuǎn)輸水箱輸水。這種消防給水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于可以將占用空間較多、結(jié)構(gòu)荷載過(guò)大的消防池與消防主泵設(shè)置在地下2層，不占用建筑上部空間，從而增加建筑使用面積；所需消防供水立管及主干管道較少，在確保有效供水的前提下能夠降低成本。

消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū)分別設(shè)置水泵接合器3套；高區(qū)建筑高度超過(guò)消防車供水范圍，在避難層方便操作的部位設(shè)計(jì)手抬泵或移動(dòng)泵供水吸水和加壓接口。在轉(zhuǎn)輸供水管上設(shè)置消防水泵接合器4套。管材按設(shè)計(jì)額定壓力的120%為下限選擇，水泵房低區(qū)減壓閥后消火栓給水管道系統(tǒng)采用內(nèi)外壁熱浸鍍鋅鋼管，公稱壓力1.2 MPa。泵房?jī)?nèi)減壓閥前中區(qū)、高區(qū)、轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)采用熱浸鍍鋅無(wú)縫鋼管,公稱壓力2.5 MPa；管道公稱直徑≤65 mm時(shí)為絲扣連接，公稱直徑＞65 mm時(shí)溝槽連接。

3.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

地上1層門廳室內(nèi)吊頂凈高大于8 m、不大于12 m的空間設(shè)置自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)最大用水量42 L/s，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間1 h。3#樓、地下汽車庫(kù)設(shè)置自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì)；1#樓和2#樓地上設(shè)置設(shè)計(jì)自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)，中危險(xiǎn)Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)。自噴給水系統(tǒng)豎向分區(qū)。B2～B1層為超低區(qū)，由減壓閥分區(qū)供水。1#樓的1層～13層，2#樓的1層～15層和3#樓為低區(qū)，由減壓閥分區(qū)供水。1#樓的14～23層，2#樓16～25層為中區(qū)，由地下室消防泵直接供水。1#樓的25層～機(jī)房層為高區(qū)，由24層轉(zhuǎn)輸水箱和自噴水泵供水。60 t轉(zhuǎn)輸水箱由地下消防泵房轉(zhuǎn)輸水泵供水。高區(qū)啟泵順序是：先啟動(dòng)24層自噴泵再啟動(dòng)地下室轉(zhuǎn)輸泵。自噴系統(tǒng)的高位水箱設(shè)置在屋頂，高區(qū)同時(shí)設(shè)置穩(wěn)壓泵。自噴流量開(kāi)關(guān)，宜設(shè)置在出水總管上，避免由于火災(zāi)初期系統(tǒng)作用的噴頭數(shù)量少、流量低，導(dǎo)致水量基本通過(guò)穩(wěn)壓罐供應(yīng)，致使水箱出水管上流量開(kāi)關(guān)感應(yīng)不靈而產(chǎn)生延誤主泵啟動(dòng)問(wèn)題[3]。

考慮到地下部分發(fā)電機(jī)房及鍋爐房的消防安全，在這部分設(shè)計(jì)水噴霧系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度為20 L/m2，設(shè)計(jì)火災(zāi)持續(xù)時(shí)間為0.5 h。

水流指示器后、地下室減壓閥后超低區(qū)自噴給水管道系統(tǒng)采用內(nèi)外壁熱浸鍍鋅鋼管，公稱壓力1.2 MPa。低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)采用熱浸鍍鋅無(wú)縫鋼管,公稱壓力2.5 MPa；管道公稱直徑≤65 mm時(shí)為絲扣連接，公稱直徑＞65 mm時(shí)溝槽連接。

3.3 氣體滅火系統(tǒng)

本項(xiàng)目采用預(yù)制式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)為全淹沒(méi)式滅火方式，在既定時(shí)間內(nèi)向設(shè)備保護(hù)區(qū)域噴射特定濃度滅火劑，并使滅火劑快速充滿整個(gè)設(shè)備間，從而達(dá)到滅火，保護(hù)設(shè)備的目的。該系統(tǒng)的主要裝置由滅火劑儲(chǔ)罐、壓力開(kāi)關(guān)、噴頭、罐頭閥、鋼瓶柜、藥劑以及排放管道等構(gòu)成[4]。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩種啟動(dòng)方式，分別是電啟動(dòng)和機(jī)械啟動(dòng)，其中，電啟動(dòng)為常規(guī)啟動(dòng)方式，機(jī)械啟動(dòng)為備用啟動(dòng)方式，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況電啟動(dòng)失控時(shí)，可采用機(jī)械啟動(dòng)方式打開(kāi)系統(tǒng)。電啟動(dòng)的基本原理是：當(dāng)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，向報(bào)警控制系統(tǒng)發(fā)送火災(zāi)信號(hào)，報(bào)警控制系統(tǒng)接收到火災(zāi)信號(hào)后開(kāi)始延時(shí)啟動(dòng)設(shè)定程序，延時(shí)期間系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)提醒系統(tǒng)保護(hù)區(qū)的工作人員撤離，同時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備。延時(shí)結(jié)束后控制系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)出指令打開(kāi)瓶頭閥，滅火劑進(jìn)入排放管道并利用噴頭向保護(hù)區(qū)噴射，壓力開(kāi)關(guān)開(kāi)始向系統(tǒng)反饋保護(hù)區(qū)藥劑釋放情況，以便系統(tǒng)對(duì)保護(hù)區(qū)情況做出判斷，適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)電啟動(dòng)失效時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可采用機(jī)械啟動(dòng)方式，手動(dòng)打開(kāi)保護(hù)區(qū)瓶頭閥，將滅火劑釋放到保護(hù)區(qū)，緊急啟動(dòng)裝置設(shè)置在保護(hù)區(qū)外，可以在確保安全的情況下啟動(dòng)或關(guān)閉氣體滅火系統(tǒng)。

在系統(tǒng)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)火災(zāi)聲、光報(bào)警器，以便保護(hù)區(qū)工作人員可以在系統(tǒng)延時(shí)期間接收到火災(zāi)信號(hào)，及時(shí)完成撤離。保護(hù)區(qū)入口位置設(shè)置光報(bào)警器，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，直至火災(zāi)被撲滅，然后手動(dòng)關(guān)閉光報(bào)警器。保護(hù)區(qū)入口區(qū)域還應(yīng)設(shè)置滅火劑噴射指示燈及系統(tǒng)保護(hù)標(biāo)志?；馂?zāi)撲滅后，保護(hù)區(qū)要及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)換氣，若保護(hù)區(qū)處于地下或地上無(wú)窗或?yàn)楣潭ù翱臻g內(nèi)，則需設(shè)置機(jī)械通風(fēng)裝置。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超高層建筑自身的特性決定了其給排水系統(tǒng)及消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同于一般建筑，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分借鑒同類工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，設(shè)計(jì)合理的給排水系統(tǒng)與消防系統(tǒng)，確保超高層建筑的正常用水以及消防安全。