某超高層建筑消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

謝光喆，吳成龍

(1.武警學(xué)院 研究生隊(duì)，河北 廊坊 065000； 2.北京石景山區(qū)消防支隊(duì)，北京 100000)

●火災(zāi)預(yù)防

某超高層建筑消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

謝光喆1，吳成龍2

(1.武警學(xué)院 研究生隊(duì)，河北 廊坊 065000； 2.北京石景山區(qū)消防支隊(duì)，北京 100000)

結(jié)合對(duì)某超高層項(xiàng)目消防水系統(tǒng)的分析，探討了超高層建筑消防系統(tǒng)的給水補(bǔ)水形式、系統(tǒng)減壓、滅火設(shè)施的選擇及濕式報(bào)警閥的設(shè)置等問(wèn)題。建議超高層建筑消防給水設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮設(shè)置高位水池的常高壓給水系統(tǒng)；以重力形式供水的濕式自噴系統(tǒng)可通過(guò)加強(qiáng)水流指示器和信號(hào)閥的報(bào)警功能，取消濕式報(bào)警閥的設(shè)置。

超高層建筑；高位消防水池；濕式報(bào)警閥組；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

據(jù)世界超高層建筑學(xué)會(huì)新標(biāo)準(zhǔn)，300 m以上為超高層建筑,消防安全作為超高層建筑安全的重要方面，對(duì)保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。由于超高層建筑高度遠(yuǎn)大于現(xiàn)有消防車(chē)輛的作戰(zhàn)高度，一旦其發(fā)生火災(zāi)，主要立足于自救，使用建筑內(nèi)部消防設(shè)施進(jìn)行控火與滅火[1]。因此，超高層建筑自身的消防系統(tǒng)，特別是對(duì)主動(dòng)滅火起核心作用的消防水系統(tǒng)對(duì)保障建筑消防安全至關(guān)重要。

1 工程概況

某超高層項(xiàng)目工程是一個(gè)集商場(chǎng)、酒店、辦公、娛樂(lè)、居住于一體的大型大廈群體，總建筑面積約56萬(wàn)平方米，由1座地標(biāo)塔樓和1座住宅塔樓組成。地標(biāo)塔樓建筑高度330 m，共70層；超高層住宅塔樓建筑高度為152 m，共40層。地標(biāo)塔樓頂層設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪。建筑各層功能見(jiàn)表1。

2 消防給水設(shè)計(jì)

消防給水系統(tǒng)是建筑消防水系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由水池、水箱和管網(wǎng)組成，按加壓形式可分為常高壓和臨時(shí)高壓，按分區(qū)方式可分為并聯(lián)和串聯(lián)。對(duì)于超高層建筑，可靠性是衡量消防給水系統(tǒng)的最關(guān)鍵因素，即消防給水設(shè)施及管網(wǎng)應(yīng)能保證在火災(zāi)情況下及時(shí)供水，并滿足流量、壓力及用水量的要求。

表1 建筑各層功能

2.1 建筑消防給水方式

該項(xiàng)目消防給水系統(tǒng)采用上行下給的常高壓給水方式，在地標(biāo)塔樓頂層設(shè)置容積為1 160 m3的消防水池，在22層和49層設(shè)置容積為100 m3的減壓水箱和容積為24 m3的接力補(bǔ)水水箱。由高位水池向減壓水箱供水，各分區(qū)消防用水由高位水池和減壓水箱分別供給。

采用設(shè)置高位消防水池的常高壓重力供水是目前最為可靠的消防給水方式，這種依靠重力的供水方式對(duì)于超高層建筑具有顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，維護(hù)使用方便；(2)通過(guò)重力作用向下供水，能有效避免消防設(shè)備因火場(chǎng)停電而無(wú)法啟動(dòng)；(3)消防管網(wǎng)能夠保持高壓，響應(yīng)迅速，能在第一時(shí)間出水滅火，且各系統(tǒng)的壓力不因流量的增加而降低，從而保證在多設(shè)備啟動(dòng)時(shí)消防系統(tǒng)的可靠性。此外，一般需在超高層建筑頂層設(shè)置防震阻尼以保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，屋頂消防水池可以通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，兼具建筑防震阻尼的功能，從而節(jié)省建筑成本。因此，對(duì)于超高層建筑，在建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的情況下，應(yīng)盡量采用設(shè)置高位水池的常高壓給水方式。

2.2 系統(tǒng)減壓設(shè)計(jì)

在超高層建筑中，由于底層消防用水與高位水池或水箱高程差較大，往往會(huì)產(chǎn)生超壓?jiǎn)栴}。因此，消防系統(tǒng)的減壓是該類(lèi)建筑在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中不可忽視的重要因素。目前，消防系統(tǒng)的減壓主要有減壓水箱和減壓閥組兩種方式[2]。

該項(xiàng)目在消防管網(wǎng)的減壓設(shè)計(jì)中采用減壓水箱與減壓閥組相結(jié)合的方式。具體做法是：在22層和49層分別設(shè)置容積為100 m3的減壓水箱，通過(guò)消防水池和減壓水箱對(duì)不同的豎向分區(qū)進(jìn)行供水，在保證最不利層滅火設(shè)施壓力足夠的基礎(chǔ)上，盡量降低建筑底層消防管網(wǎng)的運(yùn)行壓力；同時(shí)，在地標(biāo)塔樓與住宅塔樓相連接的供水干管和其他可能超壓處，組合設(shè)置可調(diào)式減壓閥組，通過(guò)減壓閥組的分級(jí)設(shè)置，將系統(tǒng)靜水壓調(diào)節(jié)至安全范圍內(nèi)。此外，在建筑不同樓層采用不同口徑的減壓孔板進(jìn)行減壓，確保進(jìn)入各樓層的消防用水動(dòng)水壓符合規(guī)范要求。建筑消防給水及減壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式如圖1所示。

2.3 消防給水分區(qū)設(shè)計(jì)

建筑內(nèi)消防給水分區(qū)串聯(lián)設(shè)置，串聯(lián)分區(qū)供水方式是超高層建筑消防供水中最為常見(jiàn)的一種形式，這種形式能夠配合高位水池和水箱的分區(qū)供水，使各豎向分區(qū)都能保持足夠且適宜的水壓。

圖1 建筑消防給水及減壓方式圖

該項(xiàng)目地標(biāo)塔樓63層及以上部分消防水系統(tǒng)壓力由建筑頂層穩(wěn)壓泵和消防泵供給；地標(biāo)塔樓63層以下及住宅塔樓均采用常高壓串聯(lián)方式給水，各分區(qū)消防用水由位于地標(biāo)塔樓頂層的消防水池(1 160 m3)及位于22層、49層的減壓水箱(100 m3)分別供給。地標(biāo)塔樓與住宅塔樓各分區(qū)給水方式見(jiàn)表2和表3。

表2 地標(biāo)塔樓各分區(qū)給水方式

表3 住宅塔樓各分區(qū)給水方式

2.4 建筑補(bǔ)水設(shè)計(jì)

超高層建筑應(yīng)當(dāng)設(shè)置可靠的消防補(bǔ)水，宜按照底層消防水池儲(chǔ)水，中間水箱接力補(bǔ)水的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)這種思路，該項(xiàng)目消防補(bǔ)水系統(tǒng)在地下設(shè)置容積為576 m3的消防水池，分別在22層和49層設(shè)置24 m3轉(zhuǎn)輸水箱以及與水箱配套的一用一備接力補(bǔ)水泵進(jìn)行接力供水。接力補(bǔ)水泵通過(guò)上一層轉(zhuǎn)輸水箱或屋頂水池的水位變化啟動(dòng)。具體補(bǔ)水流程為：市政自來(lái)水→地下四層水池(消防部分有效容積576 m3)→補(bǔ)水泵(Q=40L·s-1，H=158m，一用一備)→供水管網(wǎng)→22F轉(zhuǎn)輸水箱(有效容積24m3)→一級(jí)接力補(bǔ)水泵(Q=40L·s-1，H=155m，一用一備)→管網(wǎng)→49F轉(zhuǎn)輸水箱(有效容積24m3)→二級(jí)接力補(bǔ)水泵(Q=40L·s-1，H=130m，一用一備)→管網(wǎng)→屋頂消防水池(有效容積1 160m3)。

3 建筑內(nèi)滅火設(shè)施的設(shè)置

超高層建筑因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和功能的多樣性，在滅火設(shè)施的設(shè)置方面不僅要符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，同時(shí)應(yīng)結(jié)合建筑自身特點(diǎn)進(jìn)行消防設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目針對(duì)不同功能分區(qū)，設(shè)置了消火栓系統(tǒng)、濕式及預(yù)作用自噴系統(tǒng)、細(xì)水霧系統(tǒng)和自動(dòng)消防水炮系統(tǒng)等滅火設(shè)施。

3.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)

建筑室內(nèi)所有場(chǎng)所均設(shè)置了室內(nèi)消火栓保護(hù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量40L·s-1，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間3h。消火栓系統(tǒng)豎向分區(qū)與建筑給水分區(qū)一致，各分區(qū)管路成環(huán)布置。當(dāng)消火栓出口壓力大于0.5MPa時(shí)采用減壓穩(wěn)壓消火栓，同層相鄰兩個(gè)消火栓的水槍充實(shí)水柱能同時(shí)達(dá)到室內(nèi)任何部位。住宅塔樓消火栓系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 住宅塔樓消火栓系統(tǒng)圖

3.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)對(duì)超高層建筑火災(zāi)早期的抑制和撲滅具有良好的效果，對(duì)保障建筑消防安全有著重要作用。因此，超高層建筑應(yīng)根據(jù)各功能區(qū)特點(diǎn)及火災(zāi)危險(xiǎn)性，正確選型并合理設(shè)計(jì)自噴系統(tǒng)。

該項(xiàng)目避難層兼做設(shè)備用房，為避免自噴系統(tǒng)誤動(dòng)作造成設(shè)備損失，在地標(biāo)塔樓避難層(23層、36層、49層和63層)設(shè)預(yù)作用系統(tǒng)，各設(shè)一組預(yù)作用閥，共四組；預(yù)作用系統(tǒng)與濕式系統(tǒng)共用供水管路。建筑其余部分自噴均為濕式系統(tǒng)，采用快速響應(yīng)噴頭，與消火栓系統(tǒng)合用供水干管，管路在報(bào)警閥前分開(kāi)，自噴系統(tǒng)分區(qū)與給水形式同消火栓系統(tǒng)。建筑各功能區(qū)自噴系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 建筑各區(qū)域自噴系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1 自噴系統(tǒng)電動(dòng)閥的設(shè)置

在常高壓供水系統(tǒng)中，如果自噴系統(tǒng)在動(dòng)作1h后未能有效控火、滅火，則有必要通過(guò)設(shè)置電動(dòng)閥使系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。該項(xiàng)目在自噴系統(tǒng)報(bào)警閥前均設(shè)置了電動(dòng)閥，當(dāng)自噴系統(tǒng)動(dòng)作1h后能夠自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)(也可以手動(dòng)關(guān)閉)，避免因自噴系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作而造成系統(tǒng)供水不足。

3.2.2 試驗(yàn)排水

超高層建筑層數(shù)多、體量大，需設(shè)置自噴裝置的場(chǎng)所多，為方便系統(tǒng)日常的檢測(cè)維修，需要設(shè)置可靠的試驗(yàn)排水系統(tǒng)。該項(xiàng)目在每個(gè)設(shè)有自噴系統(tǒng)的樓層，均在配水支管與配水立管相連的配水支管處和噴淋管路的末端設(shè)計(jì)了試水及排水管路。各層排水管豎向相連，測(cè)試用水排入地下室集水井內(nèi)。

3.3 自動(dòng)消防水炮系統(tǒng)

超大體量建筑中庭空間的防火安全設(shè)計(jì)是建筑消防設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，為兼顧建筑功能的同時(shí)保證中庭的消防安全，近年來(lái)，越來(lái)越多的超高層建筑在設(shè)計(jì)中選用了自動(dòng)消防水炮系統(tǒng)。研究表明，自動(dòng)消防水炮能夠通過(guò)圖像、紅外等方式對(duì)中庭等大空間場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并通過(guò)精確的定位有效撲滅早期火災(zāi)。

該項(xiàng)目在最大凈空高度超過(guò)12m的裙房中庭空間，共設(shè)置了16門(mén)自動(dòng)消防水炮，保證2門(mén)水炮的水流同時(shí)到達(dá)被保護(hù)區(qū)域的任一部位，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量40L·s-1，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間1h，由裙房消火栓、噴淋合用管網(wǎng)供水；中庭區(qū)域自動(dòng)消防水炮設(shè)置見(jiàn)圖3。

圖3 中庭自動(dòng)消防水炮局部系統(tǒng)圖

3.4 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

超高層建筑因功能需要，往往需在建筑內(nèi)部設(shè)置變電站、高低壓配電房、柴油發(fā)電機(jī)房、鍋爐房等配套設(shè)施，根據(jù)規(guī)范要求，這些場(chǎng)所不適宜設(shè)置水噴淋系統(tǒng)，為保證此類(lèi)場(chǎng)所的消防安全，可選用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。本工程即在此類(lèi)場(chǎng)所設(shè)置了高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，噴霧濃度2.2L·min-1·m-2，持續(xù)時(shí)間0.5h。建筑高壓細(xì)水霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4。

圖4 酒店區(qū)高壓細(xì)水霧系統(tǒng)圖

此外，停機(jī)坪是超高層建筑的重要疏散通道，為保證火災(zāi)時(shí)停機(jī)坪為相對(duì)安全的區(qū)域，建筑在停機(jī)坪設(shè)有兩套貯罐壓力式泡沫比例混合裝置，采用水成膜泡沫，連續(xù)供給泡沫液時(shí)間不少于10min，裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 建筑消防用水量

圖5 停機(jī)坪泡沫比例混合裝置

超高層建筑在火災(zāi)中主要依靠自身儲(chǔ)存的消防用水進(jìn)行滅火，因此在設(shè)計(jì)消防用水量時(shí)，宜在滿足規(guī)范相應(yīng)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。該工程地標(biāo)塔樓和住宅塔樓合用消防給水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)按同一時(shí)間兩次火災(zāi)、同時(shí)開(kāi)啟消火栓系統(tǒng)和自噴系統(tǒng)考慮消防用水量，兩次滅火最大消防用水量為200L·s-1，建筑內(nèi)各滅火設(shè)施系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 建筑內(nèi)各滅火設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)建筑各系統(tǒng)消防流量及火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，計(jì)算同時(shí)發(fā)生兩次火災(zāi)用水量為1 296m3。建筑高位消防水池有效容積1 160m3，位于22層和49層的減壓水箱容積各為100m3，該建筑消防總設(shè)計(jì)儲(chǔ)水量為1 360m3，大于1 296m3的計(jì)算所需水量，因此建筑設(shè)計(jì)水量滿足各系統(tǒng)滅火需求。

5 建筑消防水系統(tǒng)問(wèn)題探討

5.1 濕式報(bào)警閥在重力供水系統(tǒng)中的設(shè)置

該項(xiàng)目不僅在63層及以上的臨時(shí)高壓部分設(shè)計(jì)了濕式報(bào)警閥組，在常高壓部分也設(shè)計(jì)了濕式報(bào)警閥。濕式報(bào)警閥組的作用是根據(jù)火災(zāi)的發(fā)生，自動(dòng)控制水流入系統(tǒng)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)、指示報(bào)警區(qū)域并啟動(dòng)消防水泵[3]。

對(duì)于臨時(shí)高壓系統(tǒng)，設(shè)置濕式報(bào)警閥組是必要的，但對(duì)于高位消防水池供水下的常高壓系統(tǒng)，筆者認(rèn)為其自噴系統(tǒng)可不安裝濕式報(bào)警閥組。在重力供水中，一方面不涉及消防泵的啟動(dòng)；另一方面，濕式報(bào)警閥組的報(bào)警功能，可由安裝在噴淋配水支管上的水流指示器和信號(hào)閥進(jìn)行更加精確的指示。如果不安裝報(bào)警閥組，既可以節(jié)省建筑成本，又方便了維護(hù)管理，能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。因此，筆者建議，對(duì)于常高壓供水的濕式自噴系統(tǒng)，當(dāng)其儲(chǔ)存了足夠的消防用水時(shí)，可通過(guò)技術(shù)手段強(qiáng)化水流指示器和信號(hào)閥的報(bào)警功能，從而在系統(tǒng)中省去濕式報(bào)警閥組的安裝。

5.2 消防水池容積超標(biāo)

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB50974—2014)第4.3.11條規(guī)定，高層民用建筑高壓消防給水系統(tǒng)的高位消防水池總有效容積大于200m3時(shí)，宜設(shè)置蓄水有效容積相等且可獨(dú)立使用的兩格；當(dāng)建筑高度大于100m時(shí)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的兩座。每格或座應(yīng)有一條獨(dú)立的出水管向消防給水系統(tǒng)供水。文中所分析超高層建筑屋頂消防水池總有效容積為1 160m3，建議在其他條件允許的情況下，將消防水池設(shè)置成獨(dú)立使用的兩座消防水池。

5.3 消防水池設(shè)置位置

該工程地標(biāo)塔樓和住宅塔樓合用消防水池，即住宅塔樓消防用水也由位于地標(biāo)塔樓的高位消防水池供給。這種設(shè)計(jì)能夠使住宅塔樓保持足夠消防水壓，降低了消防建設(shè)成本。但如果高位消防水池出現(xiàn)故障或兩塔樓間消防管網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，有可能導(dǎo)致住宅塔樓消防系統(tǒng)處于無(wú)水可用的情況。為保證住宅塔樓消防供水安全，建議在住宅塔樓上方設(shè)置應(yīng)急水池或水箱，儲(chǔ)存一定時(shí)間的消防用水，增強(qiáng)其消防系統(tǒng)的供水可靠性。

6 結(jié)論

本文參照相關(guān)規(guī)范，對(duì)某超高層建筑的消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)建筑給水補(bǔ)水方式、系統(tǒng)減壓以及濕式報(bào)警閥等問(wèn)題的探討，為超高層建筑的消防設(shè)計(jì)提出了相關(guān)建議。通過(guò)探討分析，得到以下結(jié)論：(1)超高層建筑應(yīng)設(shè)計(jì)可靠的給水方式，在其結(jié)構(gòu)承重允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用設(shè)置高位水池的常高壓供水方式；(2)系統(tǒng)減壓應(yīng)采取減壓水箱、減壓閥組和減壓孔板相結(jié)合的方式；(3)對(duì)于通過(guò)高位水池給水的濕式自噴系統(tǒng)，可以考慮在加強(qiáng)水流指示器和信號(hào)閥報(bào)警功能的基礎(chǔ)上取消報(bào)警閥組的設(shè)置。

[1] 王學(xué)良,李洋.超限高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)探討[J].給水排水,2007,33(10):97-100.

[2] 黎承.超高層建筑消防供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析[J].給水排水,2014,40(6):58-61.

[3] 李念慈,李?lèi)?余威.自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)——設(shè)備 設(shè)計(jì) 運(yùn)行[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

(責(zé)任編輯 李 蕾)

The Probe into the Fire Water System Design in a Super High-rising Building

XIE Guangzhe1, WU Chenglong2

(1.TeamofGraduateStudent，TheArmedPoliceAcademy，Langfang，HebeiProvince065000，China; 2.ShijingshanDistrictMunicipalFireBrigade，Beijing100000，China)

Based on the analysis of a fire water system design in a super high-rising building, this paper probes into the ways of supplying fire water and replenishing systems, pressure reducer systems, the setting of wet alarm valves and choices of a fire extinguishing system, etc. It is recommended that the high gravity pool partition supply system for its fire prevention system design should be used in a super high-rising building instead of a sprinkler system by enhancing the alarm function of water flow indicator and signal valve.

super high-rising building; high fire pool; wet alarm valve; key of design

2015-04-30

謝光喆(1991— )，男，天津人，武警學(xué)院防火工程專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生； 吳成龍(1982— )，男，江蘇徐州人，助理工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)10-0049-05