淺談高層建筑給排水與消防設(shè)計(jì)技術(shù)

虞曉敏

（卓展工程顧問（北京）有限公司上海分公司，上海 200235）

0 引言

從外表上看，高層建筑具有建筑高度高、體積龐大、通風(fēng)性能差的特點(diǎn)，一方面需要為這些高層建筑的日常運(yùn)行提供給排水條件；另一方面，建筑物內(nèi)存在多種機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，使得這些高層建筑發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性大，自救困難。為了給人們的日常生活提供便利，也為了能夠有效地減少高層建筑物內(nèi)火災(zāi)事故的發(fā)生，就需要對這些高層建筑物進(jìn)行給排水與消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。然而正因?yàn)楦邔咏ㄖ膹?fù)雜性，給排水與消防設(shè)計(jì)存在很大的難度，需要我們根據(jù)高層建筑的施工要求和建筑物的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，提高高層建筑給排水與消防系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)質(zhì)量，確保高層建筑物的有效安全使用。本文針對高層建筑物內(nèi)給排水與消防系統(tǒng)的特點(diǎn)、作用、設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)的給排水和消防設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究分析。

1 高層建筑給排水與消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行高層建筑給排水與消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，有一些基本的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，其中包括水質(zhì)、水量、水壓和管道材料。從水質(zhì)上講，給排水與消防系統(tǒng)需要具備較好的水質(zhì)，特別是給水系統(tǒng)，由于日常生活中與人體密切接觸，水質(zhì)一旦惡化，對人們的健康安全會造成嚴(yán)重的影響。同時(shí)含有雜質(zhì)的水質(zhì)也會堵塞管道，從而導(dǎo)致供水系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，甚至癱瘓，對于消防系統(tǒng)來說，一旦發(fā)生火災(zāi)，其后果不堪設(shè)想，只有當(dāng)水質(zhì)得到保障時(shí)，才能為人們提供更好的服務(wù)。從水量和水壓上講，無論在日常生活還是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，都需要儲備足夠的水量和水壓。水量或水壓不足，不僅影響人們的日常需求，更嚴(yán)重地會導(dǎo)致消防時(shí)不能及時(shí)撲滅火災(zāi)，對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的傷害。從管道材料上講，首先必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，不得含有或析出對人體有害的物質(zhì)，安全性上必須嚴(yán)格把控；其次是承壓性能，管材的應(yīng)用必須匹配系統(tǒng)的工作壓力，并能夠承受試驗(yàn)壓力的沖擊，具有足夠的強(qiáng)度。除此以外，管道的內(nèi)表面應(yīng)光滑平整，減少水頭損失，以利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

為了能夠解決城市人口高速增長和城市土地資源應(yīng)用緊張的問題，高層建筑應(yīng)運(yùn)而生，對于高層建筑給排水與消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一方面為滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?，良好的水質(zhì)，充足的水量和水壓，優(yōu)質(zhì)的管材都是給排水系統(tǒng)中最基本的要求。另一方面，在高層建筑物內(nèi)，由于潛在的火災(zāi)隱患較大，當(dāng)建筑內(nèi)發(fā)生一定的消防事故時(shí)，火勢蔓延快，不容易疏散人群，火災(zāi)救治難度大。因此，一旦發(fā)生火災(zāi)就極易造成人員傷害，對此，高層建筑內(nèi)消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它關(guān)乎著建筑內(nèi)是否能夠?qū)鹎檫M(jìn)行及時(shí)警報(bào)和快速處理。合理的高層建筑消防設(shè)計(jì)，能夠提高建筑物內(nèi)消防系統(tǒng)的時(shí)效性，提高火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)高層建筑的自我救治能力，在最大程度上降低火災(zāi)事故的危險(xiǎn)性，為高層建筑物內(nèi)居民的生命和財(cái)產(chǎn)提供一定的保障。

2 高層建筑給排水設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 生活供水

在人們居住的高層樓房內(nèi)，廚房、衛(wèi)生間等都需要大量的生活用水。除此之外，一些電器如洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等都需要提供水源。對于生活用水的水質(zhì)，除了必須符合我國對水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求外，人們對生活用水的水質(zhì)也有更高的要求，大致可以劃分為飲用水和冷水。冷水主要是人們平常使用的水源，該水源主要來自城市自備水，對于一些要求較高的建筑來說，如五星級酒店，需要對城市自備水源進(jìn)行過濾、吸附、軟化的工藝，從而達(dá)到更高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使人們使用起來更為舒適。飲用水主要是經(jīng)過深度加工處理的水源，這些水可以供人們飲用，在我國一些高檔建筑小區(qū)內(nèi)，大部分都是應(yīng)用獨(dú)立的生活飲用水系統(tǒng)，當(dāng)然設(shè)置小區(qū)飲用水系統(tǒng)的成本花費(fèi)也較高。因此，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)該根據(jù)建筑的實(shí)際情況進(jìn)行合理規(guī)劃。

2.2 污水處理

有用水就會有排水，日常生活中存在不同水質(zhì)的污廢水，如衛(wèi)生間污水、含油廢水、高溫廢水、實(shí)驗(yàn)廢水等。不同的污廢水具有不同的水質(zhì)特點(diǎn)，需要有針對性地進(jìn)行處理設(shè)計(jì)：醫(yī)院病房的衛(wèi)生間排水需要經(jīng)過二級生化處理后排放，含油廢水需要經(jīng)過隔油設(shè)備處理后排放，高溫廢水需要降溫后排放，實(shí)驗(yàn)廢水需要加藥排放。建筑物內(nèi)污水排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響建筑的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量以及后續(xù)污廢水處理的成本和效果，如今，很多高層建筑物內(nèi)排水設(shè)施設(shè)計(jì)不夠完善，在使用過程中存在很多問題，諸如堵塞、漏水、排水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題。因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)該按照建筑的實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保生活污水能夠合理處治和排放。

2.3 雨水系統(tǒng)

對于裸露在外的建筑平面、立面，在遇到梅雨季節(jié)時(shí)，由于大量雨水的積累，使得建筑物外表裸露部分受到大量雨水的沖刷，尤其在建筑物頂部，大量雨水的堆積增加了建筑物頂部的壓力，如不能及時(shí)排除，有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，甚至大量雨水從屋面溢流，對地面上的行人造成威脅。因此，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)該對建筑物外表裸露部分進(jìn)行雨水匯流和排除的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保雨水能夠快速收集并及時(shí)排除。特別注意的是，高層建筑的雨水系統(tǒng)承壓較大，除選用具有較好承壓性能的管材外，仍需設(shè)計(jì)合理的減壓措施，以免過高的壓力沖刷室外管道。

3 高層建筑消防設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 消火栓系統(tǒng)

在高層建筑物內(nèi)，消火栓系統(tǒng)的設(shè)置主要是為了消防人員在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠取用足夠的水源，阻止火勢的蔓延，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來保障。因此，在進(jìn)行消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)該根據(jù)建筑物的整體特點(diǎn)和人們的日常用水習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，主要做到以下幾點(diǎn)：（1）任意一點(diǎn)必須在兩個(gè)消火栓的保護(hù)范圍之內(nèi)，確保假設(shè)一個(gè)消火栓無法使用的情況下，另一個(gè)消火栓可以正常使用。（2）消火栓的位置必須便于取用，并應(yīng)設(shè)有明顯標(biāo)識，不應(yīng)設(shè)置于隱蔽處或受到任何物體遮擋。消火栓是火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防人員滅火的重要消防設(shè)施，一旦受到阻礙，火勢不能得到及時(shí)控制，結(jié)果不堪設(shè)想。（3）消火栓系統(tǒng)啟用時(shí)必須及時(shí)，消防系統(tǒng)一般都會設(shè)有雙重啟泵控制元件，一個(gè)是流量開關(guān)，一個(gè)是壓力開關(guān)，兩者缺一不可，也是消防系統(tǒng)的雙保險(xiǎn)，消火栓啟用后，流量開關(guān)與壓力開關(guān)都會動(dòng)作，聯(lián)動(dòng)消防水泵啟動(dòng)供水，從而確保消火栓有足夠的水量與水壓用以滅火，所有消火栓的聯(lián)動(dòng)至關(guān)重要。（4）在確保消防要求的前提下，消火栓的設(shè)置也需要滿足建筑的整體布置，使建筑整體看上去美觀、和諧。

3.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

在高層建筑物內(nèi)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)置主要是為了建筑自救，高層建筑由于建筑高度過高，消防員救治的難度較大，且救援人員也不能夠第一時(shí)間奔赴火災(zāi)現(xiàn)場，這就需要依靠建筑內(nèi)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行自救并阻止火勢的蔓延。因此，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是火災(zāi)發(fā)生時(shí)的第一滅火措施，也是能否控制初期火災(zāi)的關(guān)鍵。自動(dòng)噴水系統(tǒng)分類繁多，有濕式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)、開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)等，應(yīng)根據(jù)保護(hù)的區(qū)域類型合理設(shè)計(jì)自動(dòng)噴水系統(tǒng)和布置自動(dòng)噴水點(diǎn)位。其次對于不同場所的噴頭類型也需要進(jìn)行針對性地選擇，如無吊頂區(qū)域采用直立型上噴噴頭，廚房區(qū)域采用高溫度級噴頭，人員密集區(qū)域采用快速響應(yīng)噴頭等。對于設(shè)計(jì)人員，需要做到“對癥下藥”，合理設(shè)計(jì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

3.3 其他滅火系統(tǒng)

除上述常用的消防系統(tǒng)外，高層建筑還應(yīng)根據(jù)不同的保護(hù)區(qū)域或設(shè)備設(shè)計(jì)其它消防滅火系統(tǒng)，如氣體滅火系統(tǒng)、大空間智能滅火系統(tǒng)、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、滅火器等。

3.4 消防排水系統(tǒng)

對消防排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是對在滅火過程中產(chǎn)生的水源進(jìn)行合理排放，防止因?yàn)闇缁鸲鴮?dǎo)致大量水阻礙逃生通道。在高層建筑物內(nèi)，我們不能夠僅僅依賴日常排水管進(jìn)行排水，因?yàn)樵谶M(jìn)行滅火時(shí)，用水量大，日常排水管不能夠達(dá)到相應(yīng)的消防排水效果。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該設(shè)計(jì)專門的排水管道，用于消防滅火用水排放，以保證排水通暢。

4 高層建筑給排水與消防設(shè)計(jì)存在的問題

4.1 給排水設(shè)計(jì)存在的問題

給排水設(shè)計(jì)中，最主要的問題在于水質(zhì)及水壓。對于高層建筑來說，其用水量是比較大的，需要一定時(shí)間內(nèi)儲存一定的水量，包括管網(wǎng)內(nèi)存在的水量，這些水量在長期不運(yùn)行的情況下，會存在變質(zhì)的可能，繼而影響到人們的用水安全。所以對于高層建筑內(nèi)存水量水質(zhì)的保障措施需要引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，在后疫情時(shí)代尤為重要。其次是水壓，對于不同功能的建筑或器具，其水壓要求是不同的，不能一概而論，一方面需要保證用水器具的正常使用，另一方面需要保證水壓不會過高而影響人們的日常使用。設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合最不利點(diǎn)水壓需求和節(jié)能需求，通過合理的減壓措施調(diào)整出水壓力，以滿足各類用水器具，并保證人們使用的舒適性。

4.2 消防設(shè)計(jì)中存在的問題

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防系統(tǒng)是保障高層建筑物的重要一環(huán)，其時(shí)效性與滅火能力是關(guān)鍵。該系統(tǒng)主要是能夠自主地根據(jù)火災(zāi)事故進(jìn)行火勢壓制，通過自動(dòng)化手段啟動(dòng)噴水系統(tǒng)，以達(dá)到及時(shí)澆滅火源的目的。對于高層建筑，特別是超高層建筑，消防系統(tǒng)需要串聯(lián)、轉(zhuǎn)輸和供水，系統(tǒng)相對復(fù)雜，如何快速有效地進(jìn)行進(jìn)水水量輸送非常關(guān)鍵。常規(guī)高層建筑的消防系統(tǒng)都是通過低位消防水池經(jīng)轉(zhuǎn)輸泵將水量提升至高位，再通過水泵供水，或采用重力供水，由于水量轉(zhuǎn)輸需要一定的時(shí)間，所以在火災(zāi)初期，消防用水由屋頂水箱供給。對于不大于100m的高層建筑，高位水箱需要儲存36m3的初期水量，對于100～150m的建筑，高位水箱需要儲存50m3的初期水量，對于大于100m的建筑，高位水箱需要儲存100m3的初期水量?？梢?，高位水箱的設(shè)置不僅為了提高火災(zāi)初期的消防水量，同時(shí)也為水量輸送爭取時(shí)間。

5 高層建筑給排水與消防設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 給排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）高層建筑由于儲存大量的生活用水，水質(zhì)存在變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，所以需要通過技術(shù)手段對生活水量進(jìn)行循環(huán)處理。一是通過外部手段。采用水箱自潔器與紫外線消毒裝置，對儲存的水量進(jìn)行水質(zhì)處理，定期清潔，使長期不動(dòng)的水量循環(huán)自潔，避免細(xì)菌滋生。同時(shí)通過紫外線消毒裝置使供水水質(zhì)得到保障。二是通過內(nèi)部手段。水箱自潔器與紫外線消毒裝置只能保障水源的安全，對于管網(wǎng)中的生活用水無法產(chǎn)生持續(xù)清潔的效果，因此，可以采取添加銀離子或循環(huán)處理系統(tǒng)的方式對管網(wǎng)中的水質(zhì)進(jìn)行處理。銀離子是一種可以在管網(wǎng)中存在，持續(xù)保障水質(zhì)且對人體無害的物質(zhì)，能夠保障管網(wǎng)中的水質(zhì)效果。循環(huán)處理系統(tǒng)可以通過對管網(wǎng)中水量強(qiáng)制循環(huán)的方式，以達(dá)到水量不斷更新的目的。三是通過設(shè)計(jì)手段。如水箱進(jìn)水與出水對角線布置，可最大限度地使水箱內(nèi)的水量得到更新，保障水質(zhì)。

（2）高層建筑的排水系統(tǒng)，無論生活排水還是消防排水，都存在出口端壓力過大的問題，以往常常采用“S”彎來減少排水壓力，但“S”彎的消能效果有限，所以可通過增加排水管道轉(zhuǎn)換的長度和減少坡度來消除更多的排水壓力，在避難層或者核心筒內(nèi)繞行一段距離以達(dá)到消能的效果。另外，也可以增加出戶管的長度或在室外設(shè)置消能井，同樣可以達(dá)到消能的效果。具體措施應(yīng)根據(jù)不同的建筑情況而定，設(shè)計(jì)師需要結(jié)合建筑情況綜合考慮消能措施，既要消能，也要保障排水系統(tǒng)的通暢。

5.2 消防設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

高層建筑特別是超高層建筑，系統(tǒng)復(fù)雜，對大于250m的超高層建筑，要求高位水池的容積不小于一次滅火的設(shè)計(jì)水量，可見建筑高度越高，越會考慮到低位消防水量轉(zhuǎn)輸不上去或來不及轉(zhuǎn)輸?shù)那闆r，所以對待高層建筑，尤其是超高層建筑，自救的關(guān)鍵在于水量的及時(shí)輸出。為了保證消防水量能夠在火災(zāi)時(shí)及時(shí)輸出，可以采用轉(zhuǎn)輸水箱與減壓水箱連通或合并的措施，增加中間水箱的消防水量，為初期火災(zāi)提供保障的同時(shí)，也為消防轉(zhuǎn)輸提供了便利，為撲滅火災(zāi)爭取時(shí)間。另外，也可以采取在轉(zhuǎn)輸泵的出水管上接駁消防管道至供水管網(wǎng)。對于中低區(qū)的消防系統(tǒng)來說，低位消防水量可以直接通過轉(zhuǎn)輸泵輸送至供水管網(wǎng)，達(dá)到及時(shí)撲滅火災(zāi)的效果，同時(shí)也為消防系統(tǒng)提供了真正的雙水源保障。

6 結(jié)束語

隨著城市建筑不斷擴(kuò)張，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，我們會遇到越來越多的問題，需要越來越多的技術(shù)與方法來應(yīng)對，我們應(yīng)該結(jié)合建筑的實(shí)際情況，把可能存在的問題與難題進(jìn)行羅列，并有針對性地一一解決。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分了解高層建筑的設(shè)計(jì)需求，在滿足日常生活需求的同時(shí)，更應(yīng)該保障高層建筑的消防自救能力。高層建筑的給排水與消防設(shè)計(jì)，不僅關(guān)系著人們?nèi)粘Ｉ畹谋憷耘c舒適性，更重要的是能夠在火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)提供安全有效的保護(hù)，維護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，減少傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該加強(qiáng)對給排水與消防設(shè)計(jì)的重視，做好設(shè)計(jì)審核校對，做好系統(tǒng)安裝后的調(diào)試驗(yàn)收工作，為高層建筑提供強(qiáng)有力的安全保障。：