超高层建筑消防给水系统设计探析

刘升赟

(太原市消防支队，山西 太原 030024)



超高层建筑消防给水系统设计探析

刘升赟

(太原市消防支队，山西 太原 030024)

超高层建筑已经成为城市建设发展的趋势，存在建筑体量庞大、功能设置复杂等特点，为消防给水系统设计增大了难度。通过对几种超高层建筑消防给水方式的介绍和分析，总结目前部分超高层建筑消防给水系统设计的情况和特点，探讨此类建筑消防给水系统设计的思路和方法。

超高层建筑；消防给水系统；消防水箱；并联给水方式；串联给水方式

超高层建筑是指建筑高度大于等于100 m的民用建筑，随着社会经济的快速发展和建筑技术的不断提高，各地的超高层建筑不断涌现。由于目前我国专业消防队伍配备的灭火设备和登高救援设备无法直接到达超高层建筑的各层，超高层建筑必须依靠自身的消防灭火系统扑灭火灾，如果建筑内设置的灭火系统出现问题，发生火灾时将产生灾难性后果。为此，做好超高层建筑消防给水系统设计极其重要。

1 设计要点

《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014)第6.2.1条规定“系统工作压力大于2.40 MPa或消火栓栓口处静压大于1.00 MPa，自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.60 MPa或喷头处的工作压力大于1.20 MPa时，消防给水系统应分区供水”，第7.4.12条规定“消火栓栓口动压力不应大于0.50 MPa，当大于0.70 MPa时必须设置减压装置”[1]。建筑物的高度大于一定值时，如果消防给水系统设计不合理，极易导致系统工作压力大于2.40 MPa或消火栓栓口静压大于1.00 MPa，从而使系统的管道和阀门等受到损坏，同时为灭火人员利用室内消火栓系统操作水枪灭火带来不便[2]。因此，合理设计超高层建筑消防给水系统，是建筑物内部消防设施在火灾时能否正常使用的关键。

2 超高层建筑消防给水系统设计

超高层建筑消防给水系统设计中，一般均在设备层、避难层或屋顶水箱间内设置高位消防水箱，以满足系统的不同需求，如采用并联给水方式的各竖向分区减压水箱及串联给水系统分区时的转输水箱等，高位消防水箱的设置位置、水箱压力、有效储水容积、材质等应符合相关规范的要求。同时，应结合使用功能、结构特点、工程预算等因素合理确定超高层建筑适用的消防给水系统形式，准确核算消防给水系统的设计压力，选用合适的系统管材及配件等。下面介绍并联消防给水方式、串联消防给水方式、常高压给水方式等几种常见的超高层建筑消防给水系统设计，通过实例分析，探讨超高层建筑消防给水系统设计思路和方法。

2.1 并联消防给水方式

在与专业设计人员及消防产品生产厂家进行咨询和探讨后，并参照已有超高层建筑的消防给水设计实例，超高层建筑的高度在150 m左右时，地下层消防水池(地下按二至三层考虑)至最高层的几何高度约为160～170 m间，地下层消防泵房内选择的消防加压泵扬程为200 m左右，基本上达到了国内较为可靠、成熟的消防专用泵扬程的上限。超高层建筑的建筑高度不超过150 m时，消防给水系统一般采用并联消防给水方式，高区和低区分别设一组高位消防水箱和消防水泵，两个区各自独立给水，互不干扰，安全性能好，消防水泵集中设置于地下层，管理相对方便，能源消耗较少。

建筑高度为136 m的太原某综合大厦即采用了并联消防给水方式，该项目地上37层，地下2层，裙楼6层，功能为商业、电影院、餐厅、KTV及办公等。消防给水分为高区和低区，各区独立供水，地下一层设有效容积为1 000 m3的生活/消防合建水池，屋顶设有效容积为50 m3的高位消防水箱，地下一层消防水泵房设有消防泵和喷淋泵，消火栓泵高区4台(3用1备)，低区3台(2用1备)，喷淋泵高、低区各3台(2用1备)。实地测试该大厦的灭火设施，选取37层的消火栓和自动喷水灭火系统末端试水装置，进行水枪充实水柱以及自动灭火系统最不利点工作压力试验，测试结果均符合规范要求。

2.2 串联消防给水方式

超高层建筑的建筑高度超过150 m时，若采用并联消防给水方式，势必提高消防水泵的扬程，系统的各类管道阀门承受的压力过大，加大了消防给水系统的安全风险[3]。超高层建筑消防给水系统选择管材时，应充分考虑管道承压及水头损失，合理选择给水管道材质，科学计算系统的工作压力，同时给水管道应能满足水压强度试验的压力。

建筑高度大于150 m的超高层建筑一般采用串联消防给水方式，为防止系统设置的减压阀和水泵出水止回阀失效产生的串压情况，建议上一级消防加压泵不直接抽吸下一级消防给水环网的水，优先选用转输水箱(有效储水容积不应小于60 m3)串联供水设计，高区的消防加压泵从中间转输消防水箱吸水，系统局部压力过大的区域通过减压阀减压，确保消防给水系统处于压力安全状态。转输水箱及高区加压泵一般设于避难层内，转输水箱平时由生活给水管网补水，火灾时由地下消防泵房内设置的转输消防泵或室外设置的水泵接合器补水。

建筑高度为246.8 m的太原国际金融中心的消防供水方式即采用了临时高压制串联供水方式，该项目地下4层，地上54层，第14层、28层、42层为避难层和设备层。以室内消火栓系统为例，竖向分为高、中、低区，三个区各设消火栓系统专用泵，分别设于地下层、14层及42层的消防水泵房内，分区情况见表1。中区、高区设置的转输消防水箱及增压稳压装置兼作低区、中区的高位消防水箱，保证消防初期的水压和水量，地下水泵房、14层水泵房设置的转输消火栓泵为中区、高区转输水箱补水，设计原理见图1。该系统对超高层建筑而言，减少了竖向立管，使消防水泵压力和管配件压力减少，增加了系统使用的可靠性和经济性。但也存在设备布置分散、系统较为复杂、后期维护管理不便、上区供水受下层的影响和限制、转输水箱容积较大增加结构荷载等缺点。

表1 太原国际金融中心消防给水系统分区情况

2.3 以常高压给水为主的多种组合形式

当超高层建筑的建筑高度超过250 m时，结合实际情况采用的更加严格的防火措施需提交国家消防主管部门组织专题研究和论证。在设计此类超高层建筑的消防给水系统时，应综合评估建筑物供水的可靠性、工程投资大小、设备的布置合理性、各类消防水箱占用空间是否受限制、可能产生的噪声和二次污染、正常运行和日常维护管理是否方便以及室外管网供水能力等各种因素[4]。越来越多的高度超过250 m的建筑采用以常高压为主的消防给水形式，增大了超高层建筑消防给水的安全可靠性。

常高压给水方式是指将火灾延续时间内的全部消防用水量设置于建筑屋顶的高位消防水箱内，通过水自身重力的作用为建筑物供水。这种依靠重力供水的方式简单稳定，维修方便，缩减了消防给水系统加压设备的数量，节省了空间，同时有效解决了消防车供水能力的限制。与原有规范相比，《消防给水及消火栓系统技术规范》加大了对建筑物高位消防水箱有效容积的要求，也说明了规范更加重视火灾初期依靠重力供水提供消防用水。

图1 太原国际金融中心消防给水系统设计示意图

建筑高度为432 m的广州珠江新城西塔采用了常高压和稳高压相组合的消防给水方式，见图2所示。广州珠江新城西塔建筑面积约为45万m2，由地下4层、地上103层的主塔楼和28层的裙楼组成，为集办公、酒店、休闲娱乐等为一体的综合商务中心。该工程室内消防给水系统主要包括室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、地下汽车库自动喷水-泡沫联用灭火系统、大堂及中庭大空间智能型主动喷水灭火系统、屋顶停机坪固定泡沫消防炮系统等，以常高压给水方式为主，主塔楼102层设置有效容积为600 m3的高位消防水池，贮存室内各水灭火系统火灾延续时间内的全部消防用水量，重力流不能满足压力的上部楼层(82～103层)采用稳高压给水系统。在30层和66层均设置消防转输水箱和分区减压水箱，高位消防水池和各分区减压消防水箱分别设置两条DN200的出水管与各区消防给水管网连接，保证了81层及以下楼层均为常高压给水系统。地下层设置有效容积为150 m3的消防水池，用于转输消防水泵抽水及紧急情况下水泵接合器向地下消防水池供水。该工程选择了常高压与稳高压相结合、串联式重力供水的新型混合消防给水系统，大大缩减了消防加压设备数量，降低了工程投入，提高了消防给水系统的可靠性。

图2 广州珠江新城西塔消防给水系统设计示意图

3 结论

超高层建筑的建筑高度是决定该建筑物选择哪种消防给水方式的主要因素，设计时应充分考虑超压对供水系统的影响，选择合理的消防加压泵组，优化竖向供水分区。

常高压重力消防供水方式将会越来越多地运用于超高层建筑的消防给水设计中。其特别之处在于即使建筑内发生火灾断电、设备故障等任何情况，该消防给水系统仍能正常运行。设计时需合理解决水箱容量大、结构荷载承重等问题。

超高层建筑采用消防水泵串联分区供水时，应优先选用转输水箱串联方式。转输水箱能起到缓冲作用，对系统配水管道要求较低，消防水泵扬程基本稳定，操作控制系统较为简单，整体消防给水系统可靠性强[5]。

总之，在选择超高层建筑消防给水方式时，应结合工程的具体情况综合评估，选择适合建筑特点的消防给水方式，优化制定出切实可行的消防给水系统设计方案，为超高层建筑的安全提供保障。

[1] 中国中元国际工程公司.消防给水及消火栓系统技术规范:GB 50974—2014[S].北京:中国计划出版社,2014.

[2] 陈烨.超高层建筑消防给水系统分区设计探讨[J].山西建筑,2016,42(7):140-141.

[3] 李家.超高层建筑的消防给水系统设计[J].工程技术(全文版),2016(9):211.

[4] 张磊.超高层建筑消防给水系统设计分析[J].建筑 建材 装饰,2016(17):119-120.

[5] 赵锂,陈怀德,姜文源.《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974—2014实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社,2016.

(责任编辑 李 蕾)

Fire Water Supply System Design of Super High-rise Buildings

LIU Shengyun

(TaiyuanMunicipalFireBrigade,ShanxiProvince030024,China)

Constructing super high-rise buildings has become a trend of urbanization. The huge building volume and complex function settings of high-rise buildings make it much more difficult to design the building’s fire water supply system. This paper analyzes several fire water supply methods of super high-rise buildings, and discusses the ideas and methods of fire water supply system design on the basis of the characteristics of the design.

super high-rise building; fire water supply system; fire tank; parallel water supply mode; series water supply mode

2017-04-18

刘升赟(1980— )，男，山西平遥人，工程师。

D631.6

A

1008-2077(2017)06-0062-04