某超高層辦公樓消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

辛承凱

（北京華巨建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司福州分公司，福建 福州 350001）

0 引言

對于建筑高度在120～250m的兩棟及以上的超高層建筑，多采用臨時高壓集中消防給水系統(tǒng)。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時不同的分區(qū)方式對于系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定及造價都有不同的影響，如何選擇一種既合理可靠又節(jié)省造價的分區(qū)方式是工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常要面對的問題。合理的消防給水設(shè)計(jì)不僅能提高系統(tǒng)的可靠性，也能方便用戶的使用。其結(jié)果是能最大限度地保障人民的生命安全和建筑物的安全[1]。可通過轉(zhuǎn)輸管道環(huán)狀雙管供水、轉(zhuǎn)輸水箱分樓座分別設(shè)置、轉(zhuǎn)輸水箱進(jìn)水管設(shè)置電動閥及旁通管、溢流水接至消防水池、報(bào)警閥組分散設(shè)置等技術(shù)措施提高供水的安全可靠性[2]。加大消防轉(zhuǎn)輸水箱容積在發(fā)生火災(zāi)后時可以盡可能多地提供水量，保證了充足的供水量，為管網(wǎng)充水爭取時間，從而保障了管網(wǎng)供水的安全性[3]。值得注意的是應(yīng)在各個轉(zhuǎn)輸水箱的進(jìn)水管上設(shè)置電動閥并與高區(qū)消防泵聯(lián)動當(dāng)高區(qū)消防泵啟動時、打開相應(yīng)轉(zhuǎn)輸水箱的電動閥進(jìn)行輸水。否則發(fā)生火災(zāi)時轉(zhuǎn)輸水量將同時給多個水箱補(bǔ)水使得轉(zhuǎn)輸水量不能滿足滅火要求[4]。本文結(jié)合工程實(shí)際，簡要介紹某地超高層辦公樓的消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用低位消防水池一轉(zhuǎn)輸水箱一高區(qū)消防泵（單棟臨時高壓串聯(lián)）方式來確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目由T1#、T2#、T3#、T5#四棟高層辦公建筑及T3#、T5#樓的商業(yè)裙房S1#樓組成，其中T1#樓33層，建筑高度120m；T2#樓41層，建筑高度150m；T3#樓39層，建筑高度178.5m；T5#樓15層，建筑高度64m；S1#樓4層，建筑高度22m；地下室3層。本文主要以T3#樓展開介紹。T3#樓主要功能如下：地下室1～3層為設(shè)備用房和停車庫，1～4層（S1#群房）為集中商業(yè)，5～39層為SOHO辦公，其中10、20、30層為避難層，給排水設(shè)施與構(gòu)筑物的主要分部為（1）地下室2層設(shè)辦公消防泵房、商業(yè)消防泵房（管理單元不同）；（2）地下室1層設(shè)商業(yè)生活泵房、辦公生活泵房、消防水池1 188m3（辦公與商業(yè)合用消防水池）；（3）20層設(shè)消防轉(zhuǎn)輸泵房、消防轉(zhuǎn)輸水箱100m3；（4）30層設(shè)生活轉(zhuǎn)輸泵房；（5）屋面層設(shè)生活泵房。（6）構(gòu)架層設(shè)消防高位消防水箱100m3。

2 消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)

T3#樓共39 層，主體建筑高度 178.5m，屬于一類高層建筑。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）（2018年版）（以下簡稱“建規(guī)”）及《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50974-2014）（以下簡稱“消水規(guī)”）設(shè)置相應(yīng)消防設(shè)施，各部分消火栓用水量如下：室內(nèi)消火栓系統(tǒng)用水量40L/s，室外40L/s，火災(zāi)供水時間3h，水槍充實(shí)水柱＞13m，消火栓栓口靜水壓不大于1.0MPa。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用臨時高壓供水方式，為確保系統(tǒng)工作壓力不大于2.40MPa，本工程采用消防水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水方式。值得注意的是本項(xiàng)目多棟塔樓高度均不相同，T1#樓（120m）及T5#樓（64m）均由地下室辦公消防泵直接供水保護(hù)。T2#樓建筑高度150m，若由地下室消防泵直接供水的話，消防泵揚(yáng)程將超過200m，從而導(dǎo)致系統(tǒng)工作壓力超過2.4MPa，因此T2#樓也需采用串聯(lián)分區(qū)。此時則有兩種方式設(shè)置高區(qū)消防泵房，（1）合用系統(tǒng)即利用T3#樓高區(qū)消防轉(zhuǎn)輸水箱及加壓泵為T2#樓高區(qū)供水，高區(qū)管道通過地下室連接至T2#樓塔樓的高區(qū)室內(nèi)消火栓環(huán)網(wǎng)；（2）分設(shè)系統(tǒng)即T2#樓也設(shè)置獨(dú)立的高區(qū)消防泵房、消防轉(zhuǎn)輸水箱及高區(qū)消防泵。轉(zhuǎn)輸水箱均由地下室消防泵房的轉(zhuǎn)輸水泵供水，通過電動閥及液位信號控制水泵開啟。第一種方式的優(yōu)點(diǎn)是可減少消防水箱、水泵、泵房，降低工程造價，缺點(diǎn)是豎向管線數(shù)量較多，整個系統(tǒng)供水管線長度較長。且由于管線較長，高區(qū)加壓泵所需揚(yáng)程較大，在地下室系統(tǒng)底部U型區(qū)域系統(tǒng)工作壓力接近2.40MPa，管道及閥門承壓較大，可靠性較低。第二種方式則系統(tǒng)相應(yīng)獨(dú)立，控制較為簡單，本項(xiàng)目采取第二種即分設(shè)系統(tǒng)方式。系統(tǒng)原理圖詳圖1，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)共分為五個區(qū)：

圖1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)原理圖

1至4層集中商業(yè)單獨(dú)設(shè)置室內(nèi)消火栓分區(qū)，由地下室商業(yè)消火栓泵XQ供水，初期滅火由20層轉(zhuǎn)輸水箱供給并穩(wěn)壓；

地下室3層至地上10層（不包含1～4層商業(yè)部分）為低區(qū)，由地下室辦公消；防泵聯(lián)動開啟。消火栓系統(tǒng)商業(yè)區(qū)、辦公低區(qū)、中區(qū)和高A區(qū)由各自穩(wěn)壓水箱出水管上的流量開關(guān)來自動啟動各自對應(yīng)的消防泵，流量開關(guān)需設(shè)置在穩(wěn)壓管路減壓閥的前端。高B區(qū)設(shè)有穩(wěn)壓泵，穩(wěn)壓泵后的流量開關(guān)僅作為報(bào)警信號，不直接啟泵，火災(zāi)時由20層消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開關(guān)來自動啟動消防泵。各個分區(qū)的控制方式需與電氣專業(yè)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)動控制。20層避難層于消防轉(zhuǎn)輸供水管上設(shè)置三套室內(nèi)消火栓手抬泵接口，高區(qū)供水管網(wǎng)上設(shè)置三組水泵接合器供消防人員連接手抬泵供水。20層及以下發(fā)生火災(zāi)時由地下室消火栓泵供水滅火。辦公低區(qū)、中區(qū)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、商業(yè)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及消防轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)于室外分別設(shè)置水泵接合器。水泵接合器處設(shè)置永久性標(biāo)志銘牌，并按各系統(tǒng)、分區(qū)標(biāo)明供水系統(tǒng)、供水范圍和額定壓力。

火栓泵X減壓后供水，初期滅火由20層轉(zhuǎn)輸水箱供給并穩(wěn)壓；

11層至20層為中區(qū)，由地下室辦公消火栓泵X供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩(wěn)壓；

21層至30層為高A區(qū)，由20層轉(zhuǎn)輸泵房消火栓泵XG減壓后供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩(wěn)壓；

31層至39層為高B區(qū)，由20層轉(zhuǎn)輸泵房消火栓泵XG供水，初期滅火由屋面高位消防水箱與消防氣壓給水設(shè)備XW供給并穩(wěn)壓；

以上分區(qū)充分利用了避難層來設(shè)置各分區(qū)的頂部或底部的消防環(huán)網(wǎng)，在滿足分區(qū)靜壓不超1.0MPa、系統(tǒng)工作壓力不超2.4MPa的前提下，又增加了消防管道維護(hù)與檢修的便利性。消火栓栓口動壓不小于0.35MPa，不大于0.5MPa。當(dāng)樓層栓口動壓大于0.5MPa且小于0.7MPa時采用栓后加減壓孔板的消火栓；當(dāng)栓口動壓大于0.7MPa的樓層采用減壓穩(wěn)壓消火栓。

地下室辦公消防泵房內(nèi)分別設(shè)置兩臺消火栓轉(zhuǎn)輸泵，兩臺噴淋轉(zhuǎn)輸泵。消火栓與噴淋共用一套DN200轉(zhuǎn)輸管路。位于20層的消防轉(zhuǎn)輸水箱需單獨(dú)設(shè)置自動補(bǔ)水管，不可用轉(zhuǎn)輸管道兼做補(bǔ)水管。20層以上發(fā)生火災(zāi)時啟泵次序?yàn)?0層的消火栓泵XG先啟動，位于地下室的消火栓轉(zhuǎn)輸泵XF后啟動。T2#、T3#樓轉(zhuǎn)輸管上分別設(shè)置蝶閥與電動閥，電動閥由轉(zhuǎn)輸泵房消

2.2 自動噴水滅火系統(tǒng)

自動噴水滅火系統(tǒng)是目前各個國家運(yùn)用最廣泛且最有效的自動滅火系統(tǒng)。經(jīng)歷了上百年的發(fā)展，世界上發(fā)達(dá)國家自動噴淋系統(tǒng)滅火成功率在95%以上，根據(jù)“建規(guī)”8.3.3條，本工程屬于一類高層公共建筑，設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50084-2017）各部位噴淋用水量如表1所示。

表1 自動噴水滅火系統(tǒng)用水量

超過18m的中庭部位設(shè)置大空間智能滅火裝置，設(shè)計(jì)流量10L/s，火災(zāi)延續(xù)時間1h，消防用水量36m3，該裝置與商業(yè)噴淋泵共用消防泵，水量不疊加。與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)一樣，噴淋系統(tǒng)采用臨時高壓供水方式，為確保系統(tǒng)工作壓力不大于2.40MPa，本工程采用消防水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水方式。且自動噴水滅火系統(tǒng)報(bào)警閥處的工作壓力不大于1.60MPa，配水管道跟噴頭處的工作壓力不大于1.20MPa。串聯(lián)高區(qū)噴淋泵設(shè)置要求同室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，采用T2#、T3#樓分別設(shè)置。塔樓三個避難層均設(shè)置報(bào)警閥組，商業(yè)裙房及地下室單層面積較大，報(bào)警閥間各層分別設(shè)置以減少報(bào)警閥后管道長度。系統(tǒng)原理圖詳圖2，自動噴水滅火系統(tǒng)共分為五個區(qū)：

圖2 自動噴水滅火系統(tǒng)原理圖

1至4層集中商業(yè)單獨(dú)設(shè)置噴淋分區(qū)，由地下室商業(yè)噴淋泵ZQ供水，初期滅火由20層轉(zhuǎn)輸水箱供給并穩(wěn)壓；

地下室3層至地上9層（不包含1～ 4層商業(yè)部分）為低區(qū)，由地下室辦公噴淋泵Z減壓后供水，初期滅火由20層轉(zhuǎn)輸水箱供給并穩(wěn)壓；

10層至18層為中區(qū)，由地下室辦公噴淋泵Z供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩(wěn)壓；

19層至27層為高A區(qū)，由20層轉(zhuǎn)輸泵房噴淋泵ZG減壓后供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩(wěn)壓；

28層至39層為高B區(qū)，由20層轉(zhuǎn)輸泵房噴淋泵ZG供水，初期滅火由屋面高位消防水箱與消防氣壓給水設(shè)備ZW供給并穩(wěn)壓；

各報(bào)警閥根據(jù)所供樓層、高度計(jì)算并設(shè)置減壓閥，閥前壓力小于1.6MPa，配水管道工作壓力不大于1.2MPa。在滿足系統(tǒng)末端噴頭工作壓力的情況下水流指示器處按壓力設(shè)置減壓孔板，控制入口壓力不大于0.4MPa[5]。

18層以上發(fā)生火災(zāi)時啟泵次序?yàn)?0層的高區(qū)噴淋泵ZG先啟動，位于地下室的噴淋轉(zhuǎn)輸泵ZF后啟動。20層避難層于消防轉(zhuǎn)輸供水管上設(shè)置三套噴淋手抬泵接口，高區(qū)供水管網(wǎng)上設(shè)置三組水泵接合器供消防人員連接手抬泵供水。18層及以下發(fā)生火災(zāi)時由地下室噴淋泵供水滅火。噴淋系統(tǒng)消防泵聯(lián)動控制方式與室內(nèi)消火栓系統(tǒng)類似但是增加了報(bào)警閥處的壓力開關(guān)也作為啟泵信號，且報(bào)警閥處的壓力開關(guān)應(yīng)優(yōu)先作為消防聯(lián)動啟泵的觸發(fā)信號，該處壓力開關(guān)只在水壓力變化的作用下開啟，誤動作的概率小。辦公低區(qū)、中區(qū)噴淋系統(tǒng)、商業(yè)噴淋系統(tǒng)及消防轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)（與室內(nèi)消火栓合用）于室外分別設(shè)置水泵接合器。水泵接合器處設(shè)置永久性標(biāo)志銘牌，并按各系統(tǒng)、分區(qū)標(biāo)明供水系統(tǒng)、供水范圍和額定壓力。

2.3 轉(zhuǎn)輸泵房設(shè)置

本工程生活及消防轉(zhuǎn)輸泵房均設(shè)置在避難層。對于平時均在運(yùn)行的生活給水加壓系統(tǒng)，優(yōu)先考慮將生活轉(zhuǎn)輸泵房設(shè)置在核心筒區(qū)域，泵房投影避開辦公區(qū)，并采取減震基礎(chǔ)、支架等以確保對塔樓的噪聲影響最小。消防轉(zhuǎn)輸水箱容積不小于60m3，且由于避難層層高關(guān)系消防水泵選用臥式泵，消防轉(zhuǎn)輸泵房所需面積較大，消防轉(zhuǎn)輸泵房無法避開辦公區(qū)的投影上、下方。考慮到消防泵平時的測試與維護(hù)運(yùn)行時會產(chǎn)生震動與噪聲，且現(xiàn)在人們對生活、辦公環(huán)境噪聲要求越來越高，消防泵基礎(chǔ)采用設(shè)置浮筑地臺形式。消防泵基礎(chǔ)設(shè)置在浮動地板上并設(shè)置彈簧減震器，浮動地板與轉(zhuǎn)輸泵房樓板之間設(shè)置橡膠隔震膠墊且每間隔1.5m設(shè)置排水設(shè)施。較大限度地減小水泵運(yùn)行造成的震動與噪聲的影響?？紤]到塔樓距地下室消防水池有一定距離，消防轉(zhuǎn)輸水箱溢流管若接至消防水池距離過長且對地下室層高影響較大，本項(xiàng)目轉(zhuǎn)輸水箱溢流管直接下至一層接室外雨水消能井。轉(zhuǎn)輸泵房另設(shè)地面水溝排水管，確?；馂?zāi)初期消防用水量較小時水箱溢流泄水不會淹沒消防泵房，避免產(chǎn)生二次損失。

2.4 其他消防給水系統(tǒng)

本項(xiàng)目由室外引入一根DN200的給水管進(jìn)地塊后分設(shè)生活、消防總水表。經(jīng)水表計(jì)量后在地塊內(nèi)布置市政直供的DN150環(huán)狀室外消防給水環(huán)網(wǎng)并于環(huán)網(wǎng)上設(shè)置若干地上式室外消火栓。室外消火栓保護(hù)半徑不大于150m，間距不大于120m。地下室消防水池于負(fù)一層設(shè)置，并分成兩座獨(dú)立的水池，總儲水量1 188m3。于消防車道旁設(shè)置兩個一米乘一米的消防車取水口分別與兩座地下室消防水池聯(lián)通，取水口與消防車道邊距離一米。由于本項(xiàng)目地形狹長，消防取水口保護(hù)范圍無法覆蓋項(xiàng)目全部樓棟，在地下室辦公消防泵房內(nèi)設(shè)置兩臺室外消火栓加壓泵并設(shè)置一套穩(wěn)壓設(shè)備穩(wěn)壓。室外消防用水由室外消火栓加壓泵提升至室外加壓消火栓管網(wǎng)，管網(wǎng)上設(shè)置室外加壓消火栓，保護(hù)消防取水口無法覆蓋保護(hù)的區(qū)域。室外加壓消火栓布置要求同市政直供的室外消火栓。

高低壓變配電房設(shè)置柜式（無管網(wǎng)）預(yù)制七氟丙烷氣體自動滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)滅火濃度9%，系統(tǒng)噴射時間10s，滅火浸漬時間10min。設(shè)有氣體滅火系統(tǒng)的場所，每個防護(hù)區(qū)設(shè)泄壓口，并且設(shè)在外墻或走廊上，其高度應(yīng)大于防護(hù)區(qū)凈高的2/3。各樓層根據(jù)使用功能配置磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器的選用與火災(zāi)類別相適應(yīng)。滅火器箱不應(yīng)被遮擋、上鎖和拴系[6]。

3 結(jié)論

消防給水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建筑的用途功能、體積、高度、耐火等級、火災(zāi)危險(xiǎn)性、重要性、次生災(zāi)害、商務(wù)連續(xù)性、水源條件等因素綜合確定其可靠性和供水方式，并應(yīng)滿足水滅火系統(tǒng)所需流量和壓力的要求。超高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)在基于滿足規(guī)范的前提下更應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，從整個項(xiàng)目綜合考慮，既要確保整個系統(tǒng)的技術(shù)安全可靠性，又要兼顧工程經(jīng)濟(jì)合理性。合理地設(shè)置分區(qū)，減小管網(wǎng)的系統(tǒng)工作壓力，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，最大程度地保障人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)項(xiàng)目各棟建筑高差較大且超出一次供水壓力范圍時可采取以下方法：（1）多棟建筑共用低位消防水池采用臨時高壓系統(tǒng)統(tǒng)一為低區(qū)供水，高區(qū)根據(jù)系統(tǒng)工作壓力按棟設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸泵房接力供水。（2）適當(dāng)加大消防轉(zhuǎn)輸水箱容積有利于保障轉(zhuǎn)輸管網(wǎng)的供水安全性。（3）在不增加設(shè)備數(shù)量與管道長度的前提下根據(jù)相應(yīng)樓棟的避難層位置設(shè)置分區(qū)及管網(wǎng)，避免了管理上的混亂，提高了系統(tǒng)的可控性。