高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計方法探討

戴 力

廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司 廣東 廣州 510000

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的高速發(fā)展，一座座的摩天大樓在很多城市“拔地而起”，作為現(xiàn)代建筑技術(shù)結(jié)晶的高層建筑，可以成為一個城市展示經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展成果的窗口。雖然高層建筑能在一定程度上提高城市的土地利用水平，豐富城市的景觀和天際線，但是同時也會帶來一定的隱患，消防安全隱患就是其中之一。隨著高層建筑數(shù)量、體量巨大化，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜化，再加上各種新材料、新工藝以及新技術(shù)的應(yīng)用，其潛在的火災(zāi)危險性越來越大。一個安全有效的建筑消防設(shè)計特別是消防給水設(shè)計，不僅可以有效保障建筑的消防安全，還能進(jìn)一步減少和阻止火災(zāi)的蔓延，從而降低火災(zāi)帶來的危害。因此，在進(jìn)行建筑消防給水設(shè)計時，需結(jié)合建筑本身的特點(diǎn)，充分考慮其實(shí)際需求，針對消防給水系統(tǒng)設(shè)計中的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范開展設(shè)計工作，以此來確保消防給水系統(tǒng)的合理性和實(shí)用性，為建筑內(nèi)人群的人身安全提供充分保障。

1 高層建筑消防給水設(shè)計的重要性探討

一個設(shè)計合理實(shí)用的消防給水系統(tǒng)，可以保障高層建筑使用人員的財產(chǎn)及人身安全。但是往往在實(shí)際應(yīng)用過程中，消防給水系統(tǒng)或多或少都會存在一定的問題，比如說部分消防系統(tǒng)不能正常啟用，局部消防建設(shè)指標(biāo)不合理等。對于單層、多層建筑來講，一旦建筑物發(fā)生火災(zāi)，人員可以快速逃離，消防員可以通過消防車或者是高架水管來實(shí)現(xiàn)滅火。但是對于高層建筑而言，如果高樓層出現(xiàn)火災(zāi)時，受到樓體結(jié)構(gòu)、樓層位置的影響，人們無法快速逃離建筑物，傳統(tǒng)的消防措施也無法發(fā)揮出最大的撲救效果，進(jìn)而加大實(shí)際救援難度。此時，需要高層建筑內(nèi)部的消防給水系統(tǒng)發(fā)揮出正確作用，從建筑內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)滅火。因此，對于高層民用建筑來說，一個合理、科學(xué)的消防給水系統(tǒng)設(shè)計，可以為建筑物提供一個安全穩(wěn)定的防火體系，一個可以正常運(yùn)行的消防給水系統(tǒng)，可以降低和減少因火災(zāi)事故帶來的人身安全和財產(chǎn)損失問題。

2 高層建筑給排水消防系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則

2.1 合理安全的消防給水系統(tǒng)

合理性和安全性是消防給水系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)，一個合理和安全的消防給水系統(tǒng)，不僅可以節(jié)省項目的投資，降低日后運(yùn)營的維護(hù)成本，還可以實(shí)時、有效地保護(hù)建筑的消防安全。首先，在設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)根據(jù)建筑的類型、布局等設(shè)置相應(yīng)的消防防火措施，優(yōu)化消防給水系統(tǒng)設(shè)計；其次，在后期的運(yùn)營和管理上，要實(shí)行嚴(yán)格的消防安全管理，建立相應(yīng)的消防安全管理制度，保證供水和滅火設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證發(fā)生火災(zāi)時，消防系統(tǒng)可以馬上運(yùn)行，從而保證使用人員的生命健康和財產(chǎn)安全。

2.2 穩(wěn)定、可靠的消防水壓

消防水壓直接影響的是消防用水的流量和射程，從而影響消防滅火的可靠性。消防給水的設(shè)計壓力應(yīng)能滿足所服務(wù)的各種消防水滅火系統(tǒng)最不點(diǎn)處水滅火設(shè)施的壓力要求。因此，在高層建筑消防給水系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范進(jìn)行水力計算，盡量依據(jù)實(shí)際管道長度計算管道水損，管道長度的偏差以及局部水頭損失的計算誤差，往往會導(dǎo)致某些樓層消防用水超壓，某些樓層消防水壓又不滿足規(guī)范要求，從而影響消防系統(tǒng)的可靠性。

2.3 合格的管材

合格的消防管材可為消防給水系統(tǒng)的正常使用提供可靠的保障。設(shè)計過程中，應(yīng)嚴(yán)格計算消防系統(tǒng)的工作壓力，通過工作壓力來選擇對應(yīng)的消防管材，比如說當(dāng)消防系統(tǒng)工作壓力大于1.6MPa時，就應(yīng)該按照規(guī)范采用無縫鋼管。若管材壓力等級不滿足要求，很有可能導(dǎo)致管網(wǎng)漏水、泄壓等，從而影響消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，若消防系統(tǒng)選擇涂塑鋼管，則應(yīng)在施工圖設(shè)計交底時向施工單位強(qiáng)調(diào)，需加強(qiáng)管道在進(jìn)場、安裝方面的要求，如嚴(yán)禁劇烈撞擊和與尖銳物品碰撞，不得拋、摔、滾、拖，不得在現(xiàn)場進(jìn)行切割、焊接、壓槽等操作等[1]。

3 高層建筑給排水消防設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 消防水泵及消防泵房設(shè)計

在高層建筑給排水消防系統(tǒng)中，消防水泵房屬于核心組成部位，其運(yùn)行狀態(tài)將會直接影響供水可靠性。如果供水穩(wěn)定性較低，那么即使消防系統(tǒng)再好也無法發(fā)揮出其自身功能優(yōu)勢[2]。所以，消防設(shè)計人員一定要重視水泵房的設(shè)計，在實(shí)際設(shè)計過程中要從以下幾點(diǎn)入手：1）如果整個項目地塊由多棟建筑組合而成，則前期與建筑專業(yè)的配合中，盡量使消防泵房和消防水池位于消防系統(tǒng)較多的樓棟下方。2）確保消防水泵房的設(shè)置滿足建筑工程的耐火等級，泵房室內(nèi)地面與室外出入口高差不應(yīng)大于10m。儲存有室外消防用水的消防水池，其最低有效水位不應(yīng)低于室外地面6m，且消防水池應(yīng)靠地下室側(cè)壁設(shè)置。3）要采用防水淹技術(shù)與排水措施，確保消防水泵房能夠在緊急條件下穩(wěn)定運(yùn)行。4）要確保消防水泵選型滿足消防給水系統(tǒng)的流量與壓力需求。消防水泵應(yīng)設(shè)置水錘消除器，水錘消除器應(yīng)安裝于消防水泵出水管的閘閥后面。5）合理布置消防泵組，滿足消防水泵檢修需求，消防水泵吸水管的布置和連接應(yīng)避免形成氣囊。此外消防泵房應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置起重設(shè)施，一般高層民用建筑消防水泵的重量在0.5～3t之間，建議在梁下設(shè)置導(dǎo)軌，并采用手動葫蘆。6）合理確定消防水池最低有效水位，保證其水位應(yīng)高于消防水泵出水管中心線。如果最低有效水位過高，無形中增加了消防水池的無效容積，造成了不必要的浪費(fèi)。

3.2 消火栓系統(tǒng)設(shè)計

室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的合理設(shè)置直接關(guān)系著高層建筑消防給水系統(tǒng)的火災(zāi)撲滅效果。所以在消火栓系統(tǒng)設(shè)計過程中，要重視以下幾方面細(xì)節(jié)：1）人流密集、功能復(fù)雜特殊的大體量建筑，一般很難對應(yīng)現(xiàn)行規(guī)范條文確定消火栓用水量，此時應(yīng)根據(jù)消防防火的具體特點(diǎn)，從人數(shù)、建筑面積和體積、使用功能等方面進(jìn)行分析，參照火災(zāi)危險性和人員密度較近的建筑類型，來確定室內(nèi)外消火栓的用水量及相應(yīng)的消防措施，不能簡單套用面積或體積來取值。2）消火栓應(yīng)優(yōu)先布置在前室、走道等明顯易取用的位置，方便消防員快速接近。放在休息平臺或樓梯位置的消火栓要注意不能影響疏散寬度，嵌墻消火栓要提醒建筑專業(yè)消火栓背后需增設(shè)背墻，并應(yīng)能夠滿足建筑耐火極限的要求。針對設(shè)置在樓梯間和前室的消火栓，設(shè)計可以采取一定的保障措施防止前室或樓梯間的防煙功能因?yàn)橄鹚ǖ氖褂帽黄茐模热缯f在通向走道的墻體下部，設(shè)置消防水帶穿越孔，孔口采用專用的防火材料進(jìn)行封堵并方便開啟，并在前室或樓梯間一側(cè)設(shè)置明顯標(biāo)志，方便消防員使用。3）規(guī)范對室內(nèi)消火栓布置有最大間距的要求，沒有最小間距的要求，建議參考現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016中對兩個樓梯間出入口最小間距的規(guī)定，按不小于5m考慮。4）合理劃分系統(tǒng)分區(qū)，防止系統(tǒng)超壓。栓口動壓超過05MPa，應(yīng)采用減壓穩(wěn)壓消火栓。5）消火栓盡量從消防豎管接出，不宜大面積的用橫向管道代替立管。各層平面復(fù)雜的建筑，如只考慮水平成環(huán)，則消火栓支管均從水平環(huán)上接出，為了保證不關(guān)閉同時使用的消火栓，需在環(huán)網(wǎng)上接出的支管兩側(cè)增設(shè)閥門，此種情況，閥門較多，既增加了投資成本，又加大了管網(wǎng)漏損的風(fēng)險。當(dāng)各層消火栓不能相互對應(yīng)時，可以考慮立管轉(zhuǎn)位的方式，仍然通過消防豎管連接單個消火栓。

3.3 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計

自動噴水滅火系統(tǒng)主要具備了防火、控火與滅火的功能。該系統(tǒng)在火災(zāi)事故發(fā)生初期是最有效的滅火設(shè)施[3]。所以在高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計過程中，自動噴水滅火系統(tǒng)具有不可取代的重要地位。1）同消火栓系統(tǒng)一樣，自動噴水滅火系統(tǒng)也應(yīng)合理劃分系統(tǒng)分區(qū)以避免系統(tǒng)超壓，一般情況下，同一棟高層建筑，自動噴水滅火系統(tǒng)的分區(qū)與消火栓系統(tǒng)大致一樣。2）合理布置報警閥間。低區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)由設(shè)置在地下室報警閥間的報警閥組供水，高區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)的報警閥組一般考慮設(shè)置在高層建筑的中部或屋頂。報警閥間設(shè)置在建筑中部可以節(jié)省一定的管網(wǎng)投資，但是會占用高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層的使用空間，同時考慮到水力警鈴的安裝位置，也會影響到建筑整體的裝修效果。而設(shè)置在屋面的報警閥間則可以避免上述問題，相應(yīng)只是增加一段管段長度。3）應(yīng)注意報警閥組水力警鈴的設(shè)置位置，消防警鈴報警時，值班人員應(yīng)能第一時間發(fā)現(xiàn)[4]。4）對于有多種使用功能的高層民用建筑，在計算消防用水量時，應(yīng)以較高火災(zāi)危險等級的要求確定。例如，高層建筑的塔樓部分一般為辦公樓功能，按辦公建筑考慮，火災(zāi)危險等級為中危險Ⅰ級；裙樓部分一般為商業(yè)功能，按商業(yè)建筑考慮，火災(zāi)危險等級為中危險Ⅱ級，那么自動噴水滅火系統(tǒng)的消防水量應(yīng)按中危險Ⅱ級來計算。5）凈空高度為8～12m的高大空間場所，應(yīng)優(yōu)先采用自動噴水滅火系統(tǒng)。此外，高大空間區(qū)域采用的噴頭流量系數(shù)均較大（K=115或K=161），而自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計流量與頭間距和噴頭工作壓力相關(guān)，噴頭間距偏小，最不利作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)量就越多，系統(tǒng)工作壓力和設(shè)計流量相應(yīng)也越大，所以在實(shí)際的設(shè)計過程中，建議噴頭間距不宜過小，可按規(guī)范規(guī)定的3m×3m布置，最小間距建議大于2.5m。

3.4 消防水炮滅火系統(tǒng)

消防水炮水量具有流速快、水量集中等特點(diǎn)，水流可以直接接觸燃燒物而作用到火焰，可以將火焰和燃燒物分隔從而使物體停止燃燒。消防水炮系統(tǒng)一般應(yīng)用于凈高大于12m的高大空間場所，或者凈空高度大于8m且不大于12m，但是難以設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)的場所。一般高層建筑中，消防水炮系統(tǒng)常用于保護(hù)辦公大堂或中庭等區(qū)域。在設(shè)計消防系統(tǒng)水炮系統(tǒng)時，要注意以下幾點(diǎn)：1）室內(nèi)消防水炮布置的原則與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)類似，保護(hù)區(qū)域的任一部位都應(yīng)有兩門水炮的射流同時到達(dá)。2）消防水炮的安裝高度需滿足規(guī)范要求，安裝高度過高或過低，都會導(dǎo)致消防水炮保護(hù)半徑減小，可能使其保護(hù)范圍不能覆蓋所有保護(hù)區(qū)域。3）消防水炮在滅火過程中會有一定的沖擊力和反作用力，在設(shè)計中應(yīng)將其提給結(jié)構(gòu)，以便其復(fù)核荷載，滿足水炮安裝和使用需求。4）消防水炮在安裝時應(yīng)考慮其安裝和使用的安全性和穩(wěn)定性，對水炮進(jìn)行必要的保護(hù)防止其墜落。

3.5 氣體滅火系統(tǒng)

電房區(qū)域采用氣體滅火系統(tǒng)。現(xiàn)階段，較常選用的氣體滅火劑一般為七氟丙烷。此外，還有IG541、IG100等可供選擇。防護(hù)區(qū)比較多、集中，通常采用組合分配式的氣體滅火系統(tǒng)。防護(hù)區(qū)比較分散的區(qū)域則多采用預(yù)制式或懸掛式的氣體滅火系統(tǒng)。在設(shè)計過程中，如果選擇組合分配式的氣體滅火系統(tǒng)，則在系統(tǒng)分配時，應(yīng)將容積相近的防護(hù)區(qū)劃分為一套系統(tǒng)，避免出現(xiàn)防護(hù)區(qū)容積相差特別懸殊的情況，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不能滿足規(guī)范要求。另外，各防護(hù)區(qū)均應(yīng)設(shè)置泄壓口，泄壓口設(shè)置高度應(yīng)滿足規(guī)范要求，泄壓口應(yīng)設(shè)置在外墻或走道位置，如果設(shè)置氣體滅火的防護(hù)區(qū)不靠外墻或不與走道相鄰時，則應(yīng)考慮增加導(dǎo)風(fēng)筒將通過泄壓口泄出來的氣體排至室外或公共走道。

3.6 消防排水

消防排水同樣是消防給水系統(tǒng)中重要的一環(huán)。對于消防排水，設(shè)計人員應(yīng)把握以下原則，消防系統(tǒng)調(diào)試以及日常維護(hù)管理產(chǎn)生的排水應(yīng)設(shè)置專用排水設(shè)施進(jìn)行有組織排放，滅火時產(chǎn)生的消防排水量，則以避免產(chǎn)生次生災(zāi)害為前提，防范、防控為主，在該原則下盡快將水排至室外。對于高層民用建筑來說，消防排水主要涉及到消防水泵房、消防電梯以及地下室等。此外，消防給水系統(tǒng)試驗(yàn)和測試位置應(yīng)采用專用的排水設(shè)施，且排水設(shè)施不應(yīng)作它用。

3.7 其他防火措施

消防防火卷簾是防火分隔中常用的一種措施，設(shè)計中應(yīng)與建筑專業(yè)確認(rèn)防火卷簾類型，當(dāng)防火卷簾的耐火完整性和耐火隔熱性不滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《門和卷簾的耐火試驗(yàn)方法》GB/T 7633時，應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)采用防護(hù)冷卻系統(tǒng)對防火卷簾進(jìn)行保護(hù)時，該區(qū)域有自動噴水滅火系統(tǒng)，則防護(hù)冷卻系統(tǒng)設(shè)計流量按不小于自動噴淋滅火系統(tǒng)最不利作用面積平方根的1.2倍計算即可，可不按防火卷簾實(shí)際長度計算，此種情況下，若防火卷簾較長，按實(shí)際長度計算，將會造成防護(hù)冷卻系統(tǒng)用水量偏大。

高層民用建筑應(yīng)設(shè)置滅火器，特別是對于屋面的梯屋和機(jī)房，例如電梯機(jī)房、排煙機(jī)房、空調(diào)機(jī)房、強(qiáng)弱電間等容易遺漏的地方，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)置。在選用滅火器時，應(yīng)注意滅火器使用場所的環(huán)境溫度，過高的環(huán)境溫度將可能導(dǎo)致滅火器內(nèi)壓增大，有爆炸風(fēng)險。而過低的環(huán)境溫度又會降低滅火器的噴射性能。此外，同一建筑的不同場所，盡量使用同種規(guī)格同種類型的滅火器。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國高層建筑在給排水消防設(shè)計過程中，必須要從不同的角度來考慮系統(tǒng)設(shè)置的合理性與科學(xué)性。與單層、多層建筑相比，高層建筑存在明顯的特點(diǎn)，高度普遍較高，建筑形式及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員疏散相對困難，因此在設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要深入了解高層建筑給排水消防系統(tǒng)設(shè)計中的各種問題，合理和準(zhǔn)確的設(shè)計消防系統(tǒng)，從而使建筑本身設(shè)置的消防系統(tǒng)充分發(fā)揮作用，在火災(zāi)初期就能達(dá)到很好的滅火效果。同時，加強(qiáng)運(yùn)營維護(hù)管理，讓高層建筑的消防系統(tǒng)一直處在正常運(yùn)行狀態(tài)，使其能充分發(fā)揮滅火的能力，避免因發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)的損失，進(jìn)而更好地推動現(xiàn)代化城市發(fā)展。