高層建筑給排水和消防給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

楊 曦 宋 超

濟(jì)寧市建筑設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)寧 272000

作為高層建筑的重要組成部分之一，給排水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)能否平穩(wěn)運(yùn)行直接關(guān)系到居民生活質(zhì)量和建筑整體安全性[1]。由于系統(tǒng)較為復(fù)雜及對(duì)水源要求相對(duì)較高等特點(diǎn)，給排水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮諸多因素，并且設(shè)計(jì)難度相對(duì)于普通建筑要大一些。在設(shè)計(jì)時(shí)，要從建筑本身實(shí)際情況出發(fā)，針對(duì)不同建筑的不同特點(diǎn)來(lái)制定施工方案，對(duì)水壓和水容量及管道布局充分考慮，以保證建筑給排水和消防設(shè)施平穩(wěn)運(yùn)行。

1 高層建筑消防給排水工程特點(diǎn)

1.1 安全可靠性要求較高

針對(duì)高層建筑給排水和消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可靠性是否符合標(biāo)準(zhǔn)需要設(shè)計(jì)者們著重考慮。由于高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)極難控制，所以在設(shè)計(jì)消防系統(tǒng)時(shí)，一定要將居民自救首先考慮，然后在此基礎(chǔ)上確保高層建筑消防系統(tǒng)的整體可靠性過(guò)關(guān)。

1.2 靜水壓力較大

針對(duì)高層建筑進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)時(shí)，高層建筑的靜水壓力也要重點(diǎn)考慮，由于高層建筑與普通建筑有著較大區(qū)別，所以如果采用普通建筑的單區(qū)供水方法，則很可能導(dǎo)致水壓過(guò)大，從而無(wú)法保證可靠性，給相應(yīng)的零部件及水管造成破壞。

1.3 管道機(jī)械強(qiáng)度高

相比普通建筑來(lái)說(shuō)，高層建筑的排水量要求較高，并且排水管道也較長(zhǎng)，以上因素導(dǎo)致管道的內(nèi)部水壓力變化較大[2]。所以，在針對(duì)高層建筑排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要確保其排水能力，另一方面也要保證輸水管道內(nèi)部水壓保持穩(wěn)定?；诖?，高層建筑給排水消防系統(tǒng)管道材料在選擇時(shí)要在保證其經(jīng)濟(jì)性的前提下盡可能地選擇高強(qiáng)度材料。

2 高層建筑給排水消防中應(yīng)注意的問題

2.1 室外消火栓系統(tǒng)問題

由于室外消火栓主要由所在地的市政網(wǎng)系統(tǒng)供水，所以在設(shè)計(jì)消防系統(tǒng)時(shí)要與市政、水務(wù)等單位之間進(jìn)行合理溝通，確保消防系統(tǒng)時(shí)刻穩(wěn)定。

2.2 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)問題

室內(nèi)的消火栓分為高、低2個(gè)區(qū)，高區(qū)為17～27層，低區(qū)為1～16層，對(duì)其分別供水。在設(shè)計(jì)時(shí)，高層建筑的水箱一般設(shè)計(jì)為20m3左右的蓄水量，高度設(shè)計(jì)為滿足高層消火栓6m以上的凈水壓力。

2.3 自動(dòng)噴水滅火設(shè)備的選擇

由于國(guó)內(nèi)民用建筑火災(zāi)等級(jí)一般為中危險(xiǎn)級(jí)，所以自噴水泵一般是依據(jù)最不利于噴頭的壓力再經(jīng)過(guò)理論計(jì)算最終確定。在針對(duì)自噴水泵的射程計(jì)算中不僅要考慮建筑物的高度，也要考慮水流在實(shí)際工作時(shí)的損失，目前國(guó)內(nèi)建筑的配水管進(jìn)口位置水壓規(guī)定為至少400kPa。此外，在設(shè)計(jì)中要充分考慮消防設(shè)備末端試水裝置的實(shí)際壓力是否符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般是將最不利點(diǎn)的噴頭和壓力表等相關(guān)設(shè)備連接，然后測(cè)量計(jì)算，以判斷系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的工作壓力。

2.4 管道與增壓泵在給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于消防系統(tǒng)用水的可靠和安全與否直接被用水管道布置情況影響，所以在進(jìn)行排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮室內(nèi)消防管網(wǎng)之間的連接，并選用安全可靠的環(huán)狀管網(wǎng)。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)必須在保證最不利點(diǎn)消火栓用水壓力的前提下，盡可能選擇小型增壓泵，以便于在發(fā)生緊急火災(zāi)時(shí)，減壓泵可快速啟動(dòng)。

2.5 消防排水的有效性問題

一般情況下，消防排水都是利用建筑內(nèi)部的消防專用線路或雨水管道進(jìn)行排水，但在實(shí)際高層建筑中，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮消防排水系統(tǒng)容量較大，持續(xù)排水時(shí)間也相對(duì)長(zhǎng)，針對(duì)此現(xiàn)象要運(yùn)用防返溢工藝來(lái)確保系統(tǒng)工作正常。此外，在設(shè)計(jì)地下水消防排水時(shí)，要對(duì)高層建筑嚴(yán)格分區(qū)，各區(qū)排水系統(tǒng)應(yīng)相互獨(dú)立并避免相互流通，嚴(yán)格保證本區(qū)排水不流入其他區(qū)域。

3 給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 給水管道材質(zhì)的選用

由于高層建筑樓層較多，所以重量也較大，管道設(shè)備不僅要承受較大水壓，也要承受多樓層的壓力，管道設(shè)備在選擇材質(zhì)時(shí)不僅要具備較強(qiáng)抗腐蝕性，也要承受較強(qiáng)抗壓能力。結(jié)合實(shí)際情況，目前的管材大多采用塑料材質(zhì)，具有質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，并且相對(duì)于金屬管道也相對(duì)經(jīng)濟(jì)，成本較低。

3.2 給水設(shè)計(jì)中的給水方式

目前，在我國(guó)高層建筑中主要有以下幾種給水方式：減壓分區(qū)、高位水箱、變頻泵無(wú)水箱等，以上方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際高層建筑的具體情況來(lái)針對(duì)性的選擇。高位水箱給水方式是通過(guò)泵房?jī)?nèi)的離心水泵供水，由于可在未發(fā)生火災(zāi)時(shí)在高位水箱中儲(chǔ)存一定的水量，所以可確保供水水壓持續(xù)穩(wěn)定。此種給水方法優(yōu)點(diǎn)是成本低、方式簡(jiǎn)單，但相應(yīng)的也存在一定的問題。由于水箱內(nèi)的水流動(dòng)性較差，所以時(shí)間長(zhǎng)了以后很可能造成水箱內(nèi)水質(zhì)污染，如消防設(shè)備需經(jīng)常使用，可以選用此方式；減壓分區(qū)給水方式主要是利用減壓閥進(jìn)行減壓，在不同區(qū)域內(nèi)分別安裝水箱，利用水泵將水導(dǎo)入最高樓層上的總水箱中，然后上區(qū)水箱向下區(qū)進(jìn)行供水，也可在管道上安裝減壓閥，水流經(jīng)過(guò)減壓后進(jìn)入下一分區(qū)的管道網(wǎng)絡(luò)。此方式的優(yōu)點(diǎn)是維修方便、可靠性強(qiáng)且不需要為減壓閥設(shè)置水箱，從而提高建筑的利用率，但缺點(diǎn)是下區(qū)處水壓損失較大、水泵能耗增加；變頻泵無(wú)水箱法主要是利用變頻器的自動(dòng)化功能進(jìn)行給水，利用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)流量與水壓的平穩(wěn)運(yùn)行，在提前預(yù)設(shè)好水壓基礎(chǔ)上，可以根據(jù)不同時(shí)間的水量變化來(lái)利用變頻器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保證給水系統(tǒng)的可靠平穩(wěn)，此方式最大的優(yōu)點(diǎn)是在保證水質(zhì)的前提下節(jié)約能源，但缺點(diǎn)是變頻器成本較高，并且易受外界電磁干擾，所以在使用方式供水時(shí)要做好抗干擾措施。

3.3 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在日常生活中，高層建筑的排水系統(tǒng)主要排放生活污水、廢水及雨水等，在排水方式的選擇上要依據(jù)建筑所在的城市制定的排放標(biāo)準(zhǔn)及建筑的自身特點(diǎn)來(lái)決定。目前較為常見的排水系統(tǒng)有中水系統(tǒng)、同層排水方式及排水通氣技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中，一般使用中水系統(tǒng)，主要將工業(yè)生產(chǎn)生成的廢水等物質(zhì)運(yùn)用物理及化學(xué)方式處理，使之達(dá)到制造工藝的使用標(biāo)準(zhǔn)后再循環(huán)投入到工業(yè)生產(chǎn)中，是水資源循環(huán)利用的典型案例。但在高層建筑排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，中水系統(tǒng)的使用成本較高。此外，使用中水系統(tǒng)，在水質(zhì)方面對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生潛在的威脅，在實(shí)際使用中應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。近年來(lái)，同層排水逐漸被推廣開來(lái)，在高層建筑的某一層中安裝一個(gè)住戶共同使用的水封管配件，一旦排水系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞故障等異常，在本層即可進(jìn)行故障診斷并采取措施，方便運(yùn)營(yíng)維護(hù)。同層排水方式為住戶提供了較大的方便，具有操作靈活、噪聲污染小等優(yōu)點(diǎn)。但采用同層排水方式時(shí)，要盡可能選擇密封性較好的管道材料并用熱熔連接；為保證排水的流暢，避免出現(xiàn)水封負(fù)壓虹吸等現(xiàn)象，在進(jìn)行高層建筑排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用排水通氣技術(shù)。一方面可以保證排水系統(tǒng)中氣流的正常流通，另一方面也可以防止管道內(nèi)氣體進(jìn)入室內(nèi)。

3.4 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層建筑的安全性直接受到消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響，由于高層建筑的樓層較多、居民數(shù)量較多，所以一旦發(fā)生火災(zāi)，救援將面臨較大困難，高層建筑的消防系統(tǒng)應(yīng)該確保消防用水的需求量及供應(yīng)的持續(xù)性。消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括以下2部分：（1）消火栓系統(tǒng)；（2）自動(dòng)噴水系統(tǒng)。消防系統(tǒng)是高層建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位之一，高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)等異常，將給生命財(cái)產(chǎn)造成極大的威脅。區(qū)域集中消防供水系統(tǒng)比較可靠，在區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)消防水池和加壓泵房，但是要合理確定具體的位置。消火栓一方面是高層建筑內(nèi)消防系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)也是火災(zāi)發(fā)生后居民第一時(shí)間可以使用的消防設(shè)備。在現(xiàn)場(chǎng)的消火栓箱內(nèi)可安裝緊急啟動(dòng)消防泵按鈕，按鈕一合，消防水泵就立即啟動(dòng)?？紤]到減小消防泵的啟動(dòng)負(fù)荷，應(yīng)在出水管路上設(shè)計(jì)多功能控制閥。水泵起動(dòng)時(shí)能自動(dòng)打開閥門，停止時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉閥門，并能有效地防止水錘的危害。但要注意，當(dāng)高層建筑消火栓壓力過(guò)大時(shí)，要替換成減壓或穩(wěn)壓消火栓。在火災(zāi)的初期，自動(dòng)噴水設(shè)備滅火作用較為明顯。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)噴水設(shè)備的相關(guān)技術(shù)也在不斷的提高，逐漸由大水量噴淋轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)水霧噴涂，此方法可大大減少蓄水量，設(shè)備的體積也較小，在火災(zāi)發(fā)生的初期對(duì)電氣設(shè)備造成的損害也大大降低。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的不斷提高，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)也出現(xiàn)了革新，逐步由紅外技術(shù)代替溫度傳感器和煙霧傳感器，邏輯判斷能力也大大提升，對(duì)火災(zāi)的判斷正確率也逐步上升，失誤越來(lái)越少。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著高層建筑在建筑領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，排水及消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平也隨之得到了較大幅度的提高，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越人性化、綠色化、智能化、多功能化，以便于確保高層建筑己排水及消防系統(tǒng)的使用需求。但目前實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中還受到各種客觀因素的限制，也存在一定的問題，所以，設(shè)計(jì)師及工作人員要使用新材料新技術(shù)來(lái)不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，不斷提高給排水及消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。