高層建筑給排水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

袁秀珍

（福建省閩武建筑設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350007）

0 引言

目前，為解決城市化加速發(fā)展占用大量土地與城市土地資源供應(yīng)不足的矛盾，新建建筑越來(lái)越大高。高層建筑本身層數(shù)多，體積大，人流量大，其功能也是非常繁雜，若是發(fā)生火災(zāi)，施救和疏散人群都很困難，而且會(huì)造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失。高層建筑中消防安全隱患逐漸成為危害建筑安全的重要問(wèn)題，通過(guò)恰當(dāng)?shù)慕o排水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠有效降低高層建筑的消防安全隱患。然而，高層建筑層數(shù)較多、管線交錯(cuò)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往還要追求空間的有效利用和設(shè)計(jì)的美觀等，消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度非常大，設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題較多?；诖?，本文以福建省南平市某高層建筑為例，根據(jù)該建筑特點(diǎn)和消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從消防水源與水泵揚(yáng)程設(shè)計(jì)、室內(nèi)外消火栓設(shè)計(jì)、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)和消防穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)闡述給排水消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況與消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 工程概況

某高層建筑位于福建省南平市，是高層住宅加商業(yè)樓的組合建筑類型，為一類高層住宅組合建筑。該高層建筑工程總建筑面積約為171294.58m2，共有6棟高層住宅組合建筑。每棟建筑總共27層，建筑總高度76.70m，建筑總面積為12848.41m2，建筑總體積為52861.8m3。建筑一二層區(qū)域?yàn)樯虡I(yè)空間，三層及三層以上為單元式住宅建筑，并設(shè)有地下一層，為平戰(zhàn)結(jié)合的地下室，平時(shí)為I類地下停車庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)為物質(zhì)庫(kù)。

1.2 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)高層建筑工程的設(shè)計(jì)要求以及工程現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析，針對(duì)給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，總結(jié)出以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

（1）該工程項(xiàng)目整體建造面積大，且所有住宅類建筑均為高層建筑。根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際可知，僅依靠市政給水水源作為消防供水水源，是不能夠滿足實(shí)際使用需要的，必須針對(duì)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)給水途徑進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）作為高層建筑，其建筑高度及體量均不同于多層建筑，其水壓要求以及供水的安全性要求均與生活給水系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別。高層建筑消防供水系統(tǒng)與一般生活給水系統(tǒng)等應(yīng)采用分別供給的設(shè)計(jì)方式，也是工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題。從用水量的需求來(lái)看，在進(jìn)行消防滅火的情況下，所需要的用水量十分巨大，針對(duì)這種特殊的供水要求，消防系統(tǒng)水泵房和消防水池的設(shè)計(jì)在高層建筑中尤其重要。

（3）為了保障建筑內(nèi)消防滅火功能得以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)采取室內(nèi)消火栓和自動(dòng)噴淋消防器具相結(jié)合的形式，以滿足工程項(xiàng)目的消防需要。而在這些特殊的需求下，如何保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的開(kāi)啟或者自動(dòng)投入使用中，也是設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的。

2 給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 消防水源與水泵揚(yáng)程的設(shè)計(jì)

高層建筑消防給水設(shè)計(jì)必須要充分考慮不同消防系統(tǒng)、不同建筑類型的消防用水量，并且應(yīng)將整個(gè)小區(qū)統(tǒng)一考慮。

2.1.1 消防水源的設(shè)計(jì)

這種高層建筑中下部一二層為商業(yè)、超市及活動(dòng)中心，上部為住宅的多種功能組合的建筑，上部住宅部分和下部非住宅部分的室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)流量需要分情況考慮，選取兩者中的較大者。根據(jù)相關(guān)規(guī)定可知：上部高層住宅按一類高層住宅選擇室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)流量，取20L/s；下部商業(yè)部分設(shè)計(jì)流量按體積大于25000m3的檔位選擇室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)流量，為40L/s；室外消火栓設(shè)計(jì)流量按照建筑的總體積及公共建筑選擇，取40L/s；消火栓火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按2h設(shè)計(jì)。同時(shí)下部一二層商業(yè)部分設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，用水量為40L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按1h設(shè)計(jì)；整個(gè)消防系統(tǒng)的消防用水量按下部商業(yè)部分用水量設(shè)計(jì)。

消防給水水源依靠市政供水管網(wǎng)供給，市政供水水源僅一路供給到建筑室內(nèi)作為消防用水，顯然是不滿足使用要求的。因此該工程項(xiàng)目采取如下措施：在地下設(shè)置一個(gè)有效容積720m3的儲(chǔ)水池，在屋頂設(shè)置高位消防水箱，以供高層建筑的室內(nèi)外消防用水需求，保證多路消防供水的需求。另外，在儲(chǔ)水池內(nèi)設(shè)置水位報(bào)警裝置，保證消防水池、高位消防水箱的水位處于時(shí)刻監(jiān)控狀態(tài)，水量超出一定水位或低于最低消防水位時(shí)，均自動(dòng)報(bào)警，確保消防用水過(guò)程中，給水系統(tǒng)正常工作以保證消防安全[1]。

2.1.2 消防水泵揚(yáng)程的設(shè)計(jì)

對(duì)于消防水泵的揚(yáng)程經(jīng)水力計(jì)算后可知，上部建筑要求消防水泵額定揚(yáng)程Hb為140m，下部商業(yè)部分要求的消防水泵額定揚(yáng)程Hb為50m。對(duì)于這類組合建筑在選擇消防水泵型號(hào)時(shí)，無(wú)論是流量或者是揚(yáng)程都應(yīng)該綜合考慮后決定，這樣更有利于運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能及后期的維護(hù)管理。

針對(duì)案例工程建筑，消防水泵型號(hào)的選擇可以分為以下兩種情況：（1）消防水泵的流量和揚(yáng)程都選擇組合中的最大值，即流量Qb=40L/s,揚(yáng)程Hb=140m；（2）綜合考慮上部住宅和下部商業(yè)發(fā)生火災(zāi)后所需求的消防水泵流量及揚(yáng)程參數(shù)值，選取中間值。此情況需保證的前提條件是：無(wú)論是住宅部分還是底層商業(yè)部分發(fā)生火災(zāi)，消防水泵都能處于高效運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 室內(nèi)外消火栓的設(shè)計(jì)

2.2.1 室外消火栓的設(shè)計(jì)

室外消火栓圍繞高層建筑均勻設(shè)置，管網(wǎng)呈環(huán)狀，保障消防車滅火取水時(shí)能夠方便快捷。為了保障消防系統(tǒng)整體安全性的要求，通過(guò)整體規(guī)劃的方式，將消防栓確定到適當(dāng)?shù)奈恢?，室外消火栓之間間距控制在120米以內(nèi)。同時(shí)確保小區(qū)各個(gè)角落均處在室外消火栓150m保護(hù)半徑范圍內(nèi)。消火栓距離路面的距離在2m以內(nèi)，為消防車進(jìn)行管道連接提供便利。在日常運(yùn)行過(guò)程中，水壓應(yīng)不低于0.14MPa，最小流量應(yīng)在15L/s。同時(shí)室外消防系統(tǒng)另一路供水由消防水池提供，消防水池內(nèi)儲(chǔ)存了滿足室外消防需求的用水量，消防水池設(shè)有消防車取水口，消防車取水口吸水深度控制在5m以下，以保證消防車取水順利。

2.2.2 室內(nèi)消火栓的設(shè)計(jì)

該建筑工程室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用臨時(shí)高壓系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓管網(wǎng)呈環(huán)狀設(shè)置。環(huán)狀給水管網(wǎng)能夠確保多個(gè)點(diǎn)位同時(shí)用水時(shí)的水壓穩(wěn)定性，也可大大增加應(yīng)用過(guò)程中的安全性。在管道的布置設(shè)計(jì)上，遵守以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）需要保證管網(wǎng)進(jìn)水管至少有2條以上；（2）布置消防豎管時(shí)，需要保證在同一樓層中的兩個(gè)相鄰消火栓中的水槍能夠同時(shí)到達(dá)該樓層中的任何一個(gè)需要消防保護(hù)的區(qū)域；（3）應(yīng)當(dāng)利用閥門將管道分化成多個(gè)具有相對(duì)獨(dú)立性的管道，要求在進(jìn)行管道維護(hù)時(shí)，停止工作的管道數(shù)量有且僅有1根；（4）當(dāng)室內(nèi)的消防豎管有4根或以上時(shí)，可按照隔斷間距關(guān)閉不相鄰的管道；（5）任何一個(gè)消防閥門都應(yīng)當(dāng)保持長(zhǎng)期的開(kāi)啟狀態(tài)，并帶有明顯開(kāi)啟和關(guān)閉的標(biāo)識(shí)，以便于工作人員能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)消防閥門的啟閉狀態(tài)[2]；（6）室內(nèi)消火栓保護(hù)半徑需要慎重考慮，消火栓保護(hù)半徑計(jì)算方法見(jiàn)《消水規(guī)》10.2.1條-公式10.2.1：

R0=K3Ld+LS

式中，R0——消火栓保護(hù)半徑，m；

K3——消防水帶彎曲折減系數(shù)，宜根據(jù)消防水帶轉(zhuǎn)彎數(shù)量取0.8～0.9；

Ld——消防水帶長(zhǎng)度，m；

Ls——水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度在平面上的投影長(zhǎng)度，按水槍傾角45°時(shí)計(jì)算，取0.71Sk，m。

Sk為水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度，按《消水規(guī)》第7.4.12條第2款和第7.4.16第2款的規(guī)定取值，m。

從消火栓保護(hù)半徑計(jì)算公式可以看出，消火栓的保護(hù)半徑由3個(gè)因素共同決定，即：（1）折減系數(shù)K3，火災(zāi)發(fā)生時(shí)從消火栓到起火地點(diǎn)，建筑物可能有很多轉(zhuǎn)彎，造成水龍帶無(wú)法按直線敷設(shè)，轉(zhuǎn)彎越多，造成的敷設(shè)距離越短，因此宜根據(jù)轉(zhuǎn)彎數(shù)量來(lái)確定折減系數(shù)，規(guī)定可取0.8～0.9，轉(zhuǎn)彎次數(shù)多時(shí)取小值，轉(zhuǎn)彎次數(shù)少時(shí)取大值；（2）水帶長(zhǎng)度Ld，《消水規(guī)》7.4.2-2規(guī)定室內(nèi)消火栓配置的消防水帶長(zhǎng)度不宜超過(guò)25m；（3）水槍充實(shí)水柱長(zhǎng)度Sk，按《消水規(guī)》第7.4.12條第2款取值，高層建筑、廠房、倉(cāng)庫(kù)、室內(nèi)凈高大于8m的民用建筑充實(shí)水柱長(zhǎng)度為13m，其他場(chǎng)所按10m取值。

考慮以上因素后，還應(yīng)特別注意：水槍噴射的水柱不能拐彎。所以在考慮消火栓是否能保護(hù)相應(yīng)區(qū)域時(shí)，應(yīng)考慮水帶是否能夠拉到該房間內(nèi)，特別是一些邊角區(qū)域的衛(wèi)生間、儲(chǔ)藏間等。對(duì)于這些區(qū)域可以與建筑設(shè)計(jì)方協(xié)商，修改門洞位置或增加房間門數(shù)量，以減少繞行距離。對(duì)于一些特殊的建筑，不適合將消火栓直接布置在建筑內(nèi)部，如冷庫(kù)項(xiàng)目中，規(guī)范要求消火栓應(yīng)設(shè)置在常溫穿堂或樓梯間內(nèi)，這種場(chǎng)所需要延長(zhǎng)單根水帶長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)半徑的增加，可以考慮采用水帶串聯(lián)的方式，設(shè)置甲型雙栓帶滅火器組合式消防柜，設(shè)置2根消防帶，但僅設(shè)一個(gè)消火栓栓口。

2.3 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)采用濕式自動(dòng)噴淋滅火的方式，在該建筑工程中主要在地下室、設(shè)備用房以及底層商業(yè)等位置設(shè)置了自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。分析該建筑工程的消防給水需要，采用地下消防水池、屋頂高位消防水箱以及自動(dòng)噴淋泵聯(lián)合供水的方式進(jìn)行自動(dòng)噴淋消防給水。當(dāng)噴淋系統(tǒng)的噴頭開(kāi)始運(yùn)作后，將由消防水泵壓力開(kāi)關(guān)、消防水箱流量開(kāi)關(guān)以及管道壓力報(bào)警閥開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)工作，自行啟動(dòng)消防給水系統(tǒng)中的供水泵，保證水量充足、持續(xù)且穩(wěn)定。同時(shí)，消防控制室應(yīng)當(dāng)具備水流速率顯示、開(kāi)關(guān)啟閉、水泵運(yùn)行、消防水池及水箱水位等是否處于正常狀態(tài)的反饋信號(hào)，并能夠?qū)λ?、電磁閥、電動(dòng)閥等多個(gè)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一控制的功能，以保證消防人員能夠?qū)崟r(shí)查看自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，繼而采取有效的滅火措施以進(jìn)一步提升滅火效果[3-4]。需要注意的是，地下區(qū)域和地上區(qū)域的噴淋系統(tǒng)噴水強(qiáng)度也應(yīng)當(dāng)具有一定的差異。通常情況下，地下區(qū)域的噴水強(qiáng)度比地上區(qū)域的噴水強(qiáng)度更高。該建筑工程地下區(qū)域的噴水強(qiáng)度采用8L/（min·m2），而其他區(qū)域采用6L/（min·m2）。此外，為了保證各層配水管入口壓力的平衡，低危險(xiǎn)場(chǎng)所、中危險(xiǎn)場(chǎng)所各配水管入口的壓力均不應(yīng)大于0.4MPa。布置大區(qū)域地下室噴淋配水管時(shí)，盡量將水流指示器布置在每個(gè)防火區(qū)域中心地帶，以免長(zhǎng)距離的配水后，末端噴頭供水壓力不足。

2.4 消防穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)

消防給水系統(tǒng)中，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)或自動(dòng)噴淋系統(tǒng)都是利用消防管網(wǎng)的靜水壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。要保證消防管道的靜水壓力，可以利用高位消防水箱與最不利配水點(diǎn)的高差來(lái)實(shí)現(xiàn)。該高層建筑設(shè)計(jì)中，高位消防水箱設(shè)置的高度無(wú)法滿足最不利配水點(diǎn)的靜水壓力時(shí)，就需要設(shè)置消防穩(wěn)壓設(shè)施。消防穩(wěn)壓泵可以對(duì)整個(gè)消防給水管網(wǎng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，保證管道充滿水，并具有一定的靜水壓力。

穩(wěn)壓泵通過(guò)幾個(gè)壓力控制點(diǎn)與壓力繼電器相連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。實(shí)際運(yùn)行中，由于各種因素的影響，穩(wěn)壓泵如果經(jīng)常頻繁啟動(dòng)，不但泵容易損壞，而且對(duì)整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)不利，因此，穩(wěn)壓泵經(jīng)常與小型氣壓罐配合使用。

在氣壓罐內(nèi)通常有P1、P2、PS1、PS2四個(gè)壓力控制點(diǎn)，P1為氣壓罐的最小工作壓力，P2為水泵啟動(dòng)壓力，PS1為穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力。當(dāng)罐內(nèi)壓力為PS2時(shí)，消防給水管網(wǎng)處于較高工作壓力狀態(tài)，穩(wěn)壓泵和消防水泵處于停止?fàn)顟B(tài)；如果管網(wǎng)滲漏或者其他原因引起泄壓，當(dāng)罐內(nèi)壓力從PS2降至PS1時(shí)，便自動(dòng)啟動(dòng)穩(wěn)壓泵，向氣壓罐補(bǔ)水，直到罐內(nèi)壓力增加至PS2時(shí)，穩(wěn)壓泵停止工作。若建筑發(fā)生火災(zāi)，隨著滅火設(shè)備出水，氣壓罐內(nèi)儲(chǔ)水量減少，壓力下降，當(dāng)壓力從PS2降至PS1時(shí)，穩(wěn)壓泵啟動(dòng)，但是穩(wěn)壓泵流量較小，氣壓罐內(nèi)的水持續(xù)減少，當(dāng)罐內(nèi)壓力下降至P2時(shí)，消防水泵啟動(dòng)并向管網(wǎng)供水，穩(wěn)壓泵停止工作，消防穩(wěn)壓泵的增壓穩(wěn)壓工作完成。由此可知，穩(wěn)壓泵主要作用是維持消防管網(wǎng)的靜水壓力，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，管網(wǎng)內(nèi)的壓力迅速下降，消防穩(wěn)壓泵通過(guò)管網(wǎng)內(nèi)壓力開(kāi)關(guān)或者流量開(kāi)關(guān)自行啟動(dòng)[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)福建省南平市某高層建筑的實(shí)際工程情況和消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從消防水源及水泵揚(yáng)程、室內(nèi)外消火栓的、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)和消防穩(wěn)壓泵等四個(gè)方面的設(shè)計(jì)，闡述了給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。高層建筑的給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，只有清楚地認(rèn)識(shí)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，才能保證給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防用水的充足、持續(xù)與穩(wěn)定。