高層建筑給排水消防設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

馬 龍 蘭州新現(xiàn)代建筑設(shè)計有限公司

消防問題是整個高層建筑設(shè)計的關(guān)鍵問題，如果發(fā)生火災(zāi)，不僅會危及他人的生命安全，同時也會為整個社會造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，在設(shè)計高層建筑時必須充分重視給排水消防系統(tǒng)設(shè)計。但是在開展相關(guān)設(shè)計工作時，由于設(shè)計人員無法及時轉(zhuǎn)變自身的思維，以及其他有關(guān)因素影響，導(dǎo)致現(xiàn)在仍然有很多問題存在于高層建筑給排水消防設(shè)計中，對建筑功能的發(fā)揮產(chǎn)生了嚴重影響，在一定程度上威脅了人們的生命財產(chǎn)安全。為了保障高層建筑設(shè)計中的給排水消防系統(tǒng)可及時預(yù)警內(nèi)部的火災(zāi)情況，需要結(jié)合先進的技術(shù)設(shè)備和設(shè)計理念，研究出具體的設(shè)計方法和措施，從而結(jié)合當?shù)貙τ谙赖膶嶋H需求，建設(shè)安全、實用的建筑，也為當?shù)厣鐣l(fā)展提供更多的地產(chǎn)基礎(chǔ)?；诖?，本文將以某市重點商業(yè)建筑工程為例，結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗，深入分析高層建筑給排水消防設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠為同行業(yè)人員開展工作提供一定的借鑒意義。

1 高層建筑給排水消防設(shè)計存在的問題

1.1 地下排水傳統(tǒng)方式的應(yīng)用

目前，部分高層建筑在設(shè)計給排水消防系統(tǒng)時，仍舊采取傳統(tǒng)的地下排水方式，且消防與生活排水管道公用的問題十分突出[1]。日常生活中，高層建筑住戶的生活用水中的油性物質(zhì)會粘附在管道的內(nèi)管壁上，一些雜物也會滯留在管道內(nèi)部，在長期使用的過程中，容易造成管道堵塞或是排水不暢等嚴重問題，從而影響排水消防系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性，也會產(chǎn)生一定的消防隱患。

1.2 消防栓與水管網(wǎng)設(shè)計缺乏科學(xué)性

在消防栓的設(shè)計期間，不當設(shè)計內(nèi)容主要包含兩個方面。第一，在設(shè)計高層建筑中的給排水系統(tǒng)時，為了對系統(tǒng)布置進行簡化處理，降低實際的安全隱患，一般會使用加壓型消防栓，但實際上，受建設(shè)成本和專業(yè)人員的差異性影響，經(jīng)常會出現(xiàn)消防栓選擇不當?shù)膯栴}，難以發(fā)揮其在整個系統(tǒng)的重要作用，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)漏水和滲水等問題。第二，在高層建筑內(nèi)部消防栓的設(shè)計過程中，沒有設(shè)置分段檢修閥門。如果二路的進水閥關(guān)閉，則很容易導(dǎo)致消防栓缺水情況的發(fā)生，存在嚴重的安全隱患[2]。

水管網(wǎng)設(shè)計的不當之處主要是當管網(wǎng)設(shè)計完畢后，未能實施管網(wǎng)的嚴密性和強度試驗，不能明確所存在的試驗壓力，導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)給水管網(wǎng)壓力不足或滲漏等種種問題[3]。

2 工程概況

2.1 工程概況

某市重點商業(yè)建筑工程設(shè)計的占地總面積約為11 000 m2，項目采取商業(yè)用地的性質(zhì)，實施五星級酒店的建設(shè)。本工程主樓為Ⅰ段，附樓為Ⅱ段，其中主樓有設(shè)計總高度161.30 m、地上49 層的樓層設(shè)計；Ⅱ段附樓設(shè)計為地下2 層、地上31 層，其中消火栓與給排水系統(tǒng)是本次設(shè)計的重點。

在給水系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要明確的是，主樓在豎向上分為5 個區(qū)，附樓在豎向上分為4 個區(qū)。其中供熱水采取全日制的循環(huán)機械方式服務(wù)，主要給予20 層以上的客房衛(wèi)生間進行供熱水服務(wù)。而20 ～33層為3 區(qū)，35 ～43 層為4 區(qū)，二者均使用冷水水源方式進行供水，分別由相對應(yīng)的給水分區(qū)進行供給；5 區(qū)為45 ～49 層，其采取集中式的電熱水器供水方式進行供水服務(wù)。

根據(jù)工程的實際設(shè)計需求，無論是主樓還是附樓，均選擇采取污廢分流制進行排水系統(tǒng)的設(shè)計。本工程項目的消防栓利用串聯(lián)加壓供水的方式設(shè)計，按照豎向結(jié)構(gòu)，其主樓與附樓分別設(shè)置3 個區(qū)設(shè)計消火栓管網(wǎng)。其中1 區(qū)為地下2 ～16 層，2 區(qū)為17 ～34 層，3 區(qū)為35 ～49 層，而避難層位于34 層，內(nèi)部設(shè)置傳輸用的水箱與水泵，自動噴水系統(tǒng)設(shè)計為沿著主樓豎向方向分為兩個區(qū)。

2.2 給排水消防設(shè)計相關(guān)要求

2.2.1 設(shè)計給水系統(tǒng)的要求

在設(shè)計高層建筑給水系統(tǒng)的過程中，為了更好地與消防設(shè)計要求相符合，需要相關(guān)人員高度重視以下問題：一是撲救火災(zāi)的難度會隨著建筑高度的增加而提升，基于本次工程的實際情況，撲救火災(zāi)具有非常高的難度，在給排水消防設(shè)計的過程中必須充分重視自救方式的設(shè)計，從而保證人們脫困的自主性得到充分發(fā)揮；二是在選擇滅火工具時應(yīng)該堅持以水為主的思想，從而合理地設(shè)計和規(guī)劃管道的鋪設(shè)，在設(shè)計的過程中也可以適當融入其他滅火方式，從而保證有效處理各種規(guī)模和類型的火災(zāi)；三是應(yīng)該與本次工程的實際高度相結(jié)合，選擇能夠滿足消防要求的消防設(shè)施。

2.2.2 設(shè)計排水系統(tǒng)的要求

排水系統(tǒng)的要求主要分為以下幾點：第一，當有火災(zāi)發(fā)生時，必須保證排水系統(tǒng)能夠在最短的時間內(nèi)精準、高效地排水滅火，從而有效控制火災(zāi)導(dǎo)致的不良后果，因此在設(shè)計的過程中應(yīng)該兼顧迅速、精準以及安全的要求；第二，在設(shè)計排水管道的過程中，應(yīng)該充分重視雨水管道的設(shè)計工作，合理設(shè)計溢流設(shè)施，從而有效控制建筑屋面積水深度；第三，為了更加穩(wěn)定安全地運行消防排水泵，必須結(jié)合工程實際情況合理設(shè)計其線路和位置，尤其是應(yīng)該嚴格把控排水泵線路，避免其對電氣線路產(chǎn)生影響。

3 高層建筑給排水消防設(shè)計的基本技術(shù)

3.1 室外給排水系統(tǒng)設(shè)計

本工程由市政支持，引入兩條管道DN200，環(huán)向設(shè)置在室外區(qū)域，在地下2層的蓄水池中接入管道，也為后續(xù)消防用水和生活用水提供水源。本次基于工程項目的實際需求，設(shè)置供水壓力為0.2 MPa，在室外污水管網(wǎng)收集污水之后，再在市政污水處理廠中進行二次處理。對于雨水的處理，需要在市政外管網(wǎng)收集之后，再將其排放到雨水管網(wǎng)中。其中，室外給水管網(wǎng)的壓力不可小于0.1 MPa。

3.2 給水系統(tǒng)設(shè)計

基于上述對給水系統(tǒng)的分析，本建筑最高的日用水量為1 000 m3/d，最大時用水量為83 m3/h[4]。

3.2.1 Ⅰ段主樓設(shè)計

主樓給水系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)其豎向要求共分為以下5 個區(qū)。

（1）5 層及以下為1 區(qū)，該區(qū)域直接由市政管網(wǎng)供水，其為了保障供水的安全性，需要在1區(qū)內(nèi)設(shè)置一套給水的增壓設(shè)備，以便于在市政管網(wǎng)壓力不足時進行使用。

（2）6 ～18 層為2 區(qū)，采取“水箱+水泵”的聯(lián)合供水辦法，其中水箱被設(shè)置在21 層，有效容積為20 m3。該區(qū)給水的加壓泵是由21 層的水箱高低水位所實施的自動控制，給水管道以“上行下給”的方式進行敷設(shè)。隨后，19層避難層內(nèi)需設(shè)置橫管，如果該層給水的壓力超出0.35 MPa，那么可采取支管減壓的方式降低壓力，隨后將其設(shè)定在0.1 MPa 的壓力值上。

（3）20 ～33 層為3 區(qū)，該層次的供水方式、控制方式以及管道敷設(shè)方式與2區(qū)相同，但是其內(nèi)部的壓力標準卻有所提升，此時對于給水壓力超出0.4 MPa 的樓層采取支管減壓的方式進行減壓操作，在設(shè)定減壓閥之后，設(shè)定壓力為0.10 MPa[5]。

（4）35 ～43 層為4 區(qū)，4 區(qū)供水方式與2 區(qū)和3 區(qū)相同，但是水箱需要設(shè)置在49 層，有效容積為26 m3，由其自動控制4 區(qū)的給水加壓泵，敷設(shè)以“上行下給”的方式進行管道的設(shè)計，橫管安裝在43 層的吊頂內(nèi)，如區(qū)域壓力超0.35 MPa，則可采取支管減壓的方式減少該區(qū)域給水壓力，隨后設(shè)定壓力為0.10 MPa。在此期間需要注意的是，4 區(qū)水泵的出口位置有給水壓力，因此從出口位置一直到19 層以下的管道位置，其所采取的接頭均以柔性接頭為主，工作壓力均為0.1 MPa。

（5）44 ～49 層為5 區(qū)，5 區(qū)供水主要通過變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備實現(xiàn)，該設(shè)備被裝置在49 層的水箱間內(nèi)，其從屋面的水箱進行吸水和加壓之后為5 區(qū)供水。管道敷設(shè)與前4 個一樣，橫管則是設(shè)置在44層的吊頂內(nèi)。在地下2 層的生活水池供水作用下，其有效的容積為260 m3。

3.2.2 Ⅱ段附樓的給水系統(tǒng)設(shè)計

在整個附樓豎向上分為4 個區(qū)，具體各個區(qū)的內(nèi)容如下。一是負2 層～5 層為1 區(qū)，該區(qū)域供水需要由Ⅰ段的地下室1 區(qū)內(nèi)的給水加壓設(shè)備進行供水。二是6 ～13層為2 區(qū)，其供給由4 區(qū)的供水箱進行供水，并經(jīng)過減壓閥減壓后進行供給。三是14 ～22 層為3 區(qū)，其與2 區(qū)供水方式相同。四是23 ～31 層為4 區(qū)，該區(qū)域采取水泵水箱聯(lián)合供水的方式，其中該供水區(qū)是由Ⅰ段地下的住宅區(qū)給水加壓泵進行抽水，從地下生活水池中獲取水資源，利用高低水位進行控制。

3.3 排水系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 Ⅰ段主樓的排水系統(tǒng)設(shè)計

該段主樓采取污廢分流制進行排水系統(tǒng)的設(shè)計，其中地上的部分污廢水根據(jù)其重力的作用自動排入到室外的污水管中，地下室的廢水則采取潛污泵進行抽升后排除。其中，主樓的部分廢水管道已經(jīng)設(shè)置專用的通氣立管，每相隔兩層則將通氣管和污廢水管道進行相互連接[6]。

3.3.2 Ⅱ段附樓的排水系統(tǒng)設(shè)計

附樓也是采取污廢分流制實施的排水系統(tǒng)設(shè)計，地下部分污水與廢水根據(jù)自身重力作用自動排入室外的污水管道中，隨后利用潛污泵抽升地下室的廢水并將其排出，其中部分附樓的污廢水管道需要根據(jù)特殊單立管的排水系統(tǒng)進行設(shè)計。

3.3.3 管道材料的要求

除了地下室中部分潛污泵壓力排水水箱的溢流管使用RKC 柔性抗震承插式排水鑄鐵管，以柔性接口連接外，其余所有水箱的溢流管均采取焊接鋼管或法蘭連接[7]。目前，應(yīng)用的還有減噪型鑄鐵排水管，能減少噪音美化環(huán)境。

3.4 消火栓給水系統(tǒng)的設(shè)計

本項目根據(jù)實際設(shè)計要求，在初期所采取的消火栓設(shè)計給水方案為加減壓的方式，而為了保障消火栓滿足相關(guān)設(shè)計要求，決定將其改為串聯(lián)加壓的給水方式，具有以下優(yōu)點。第一，如果附樓的局部或者是主樓的低層位置出現(xiàn)火災(zāi)，那么出現(xiàn)火勢的樓層就會和就近樓層中的消火栓發(fā)生反應(yīng)動作，此時消火栓動作初期所使用的水量是由屋面水箱間內(nèi)消防高位水箱所提供，室內(nèi)消火栓箱中的啟泵按鈕處于啟動狀態(tài)，會聯(lián)結(jié)到地下2 層中的消防主泵上，二者同時進行作業(yè)[8]。第二，如果主樓高區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)，其中的消火栓也會與就近樓層的消火栓進行聯(lián)動，初期供水量由消防高位水箱進行供給，同時聯(lián)動地下2層的消防主泵，實現(xiàn)消防的快速作業(yè)。

基于本次消防栓的設(shè)計內(nèi)容，為了能夠保持消火栓的水槍充實水柱同時達到，需設(shè)計好消防栓的具體間距。如高層建筑水槍充實水柱的長度為13 m，消火栓栓口動壓不小于0.35 Mpa，且高層建筑室內(nèi)的消防栓之間的間距應(yīng)當被設(shè)計為≤30 m。根據(jù)上述分析，需要將本次項目中的主樓與附樓一同進行考慮，其中在主樓的地下2層設(shè)置消防加壓泵，按照一類的高層綜合樓進行設(shè)計，消防水量的設(shè)計值為室內(nèi)40 L/s，室外40 L/s（體積大于50 000 m3），火災(zāi)延續(xù)時間為3 h。且本工程設(shè)計為兩路進水，室外管網(wǎng)直接供給室外的消防水量，而室內(nèi)的消防水量則是在地下2 層的蓄水池內(nèi)進行存儲，其中消火栓系統(tǒng)為432 m3，自噴系統(tǒng)為108 m3，分別在49 層和附樓的屋面設(shè)置消防水箱，室內(nèi)設(shè)置專用的消火栓給水管網(wǎng)，具體消防栓啟動方式如圖1所示。

圖1 本工程消防栓啟動方式

3.5 自動噴淋系統(tǒng)設(shè)計

本工程需要在全樓中都設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，按照Ⅰ級危險級進行設(shè)防，地下車庫則按照Ⅱ級危險級進行設(shè)防，滅火的用水量為30 L/s，火災(zāi)的延續(xù)時間1 h[9]。

3.5.1 Ⅰ段主樓

主樓設(shè)置的自動噴淋系統(tǒng)，根據(jù)其豎向可分為兩個區(qū)。1 區(qū)設(shè)計內(nèi)容包含地下2層～地上2 層，由主樓中的屋面水箱供給初期的自動噴淋用水量，該水量是經(jīng)過減壓閥減壓后所供給的[10]。而在消防期間，其所采取的用水是主樓地下2 層中的自動加壓水泵所供給的。2 區(qū)設(shè)計為23 ～49 層，由49 層水箱間的自噴穩(wěn)壓設(shè)備提供初期自噴淋用水量。而在消防作業(yè)期間，則會利用接力給水的方式進行水量供給，在地下2層的位置設(shè)置自動噴淋加壓泵，隨后將轉(zhuǎn)輸水泵與水箱自動噴淋裝置設(shè)置在34 層的避難層中[11]。

3.5.2 Ⅱ段附樓的自動噴淋系統(tǒng)設(shè)計

在附樓進行自動噴淋系統(tǒng)的設(shè)計期間，根據(jù)該樓體的建設(shè)需求，在部分公共活動空間設(shè)置濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，如地下1層與2 層，或者是地上5 層。本次設(shè)計除去地下車庫需要按照Ⅱ級危險級進行設(shè)計外，其余區(qū)域均需要按照Ⅰ級危險級進行設(shè)防。本樓體設(shè)計的自動噴淋系統(tǒng)的流量為30 L/s，在火災(zāi)發(fā)生后，可延續(xù)1 h 的噴淋，并由主樓的水泵房供給其初期的消防用水量[12]。

4 結(jié)語

高層建筑的給排水設(shè)計是一項十分復(fù)雜且技術(shù)繁多的工程，并且極具重要性。合理設(shè)計高層建筑給排水消防系統(tǒng)能夠充分保證人們的財產(chǎn)以及生命安全。現(xiàn)階段，由于部分設(shè)計人員受到思維束縛和一些突發(fā)因素的影響，導(dǎo)致設(shè)計工作中仍然有一些漏洞和隱患存在。因此，在實際工程設(shè)計中，設(shè)計單位必須對高層建筑給排水消防系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)技術(shù)進行充分掌握，嚴格根據(jù)國家標準和相關(guān)技術(shù)要求來實施科學(xué)設(shè)計，并通過當?shù)卣膶嶋H規(guī)劃，做好建筑的消防安全設(shè)計，進而有效保障人們的生命財產(chǎn)安全。