超高层办公楼消防方案选型分析

吴 明

(厦门佰地建筑设计有限公司,福建 厦门 361009)

随着现今中国社会的经济大发展,作为设计人员需要面对的各种超高层建筑是越来越多,对建筑给排水专业来说超高层建筑不是简单的1+1,它比普通高层建筑,不仅强调各个系统的技术方案的可靠性、可操作性,还需要根据具体的工程实际情况选定不同的系统,接下来本人用设计过的一个超高程办公楼来说明下消防系统的选择。

1 工程概况

项目位于厦门,总用地34105.708m2,总建筑面积237222.17m2；总共设计7栋办公楼；1#楼为一类高层办公楼,建筑高度85.35米；2#、3#楼为二类高层办公楼,建筑高度31.05米；5#、6#为二类高层办公楼,建筑高度30.50米；7#楼为49层的超高层办公楼,建筑高度247.85米；4#为多层办公楼,层数3层,为7#楼裙房。7#楼12、22、34、45层为避难层,屋顶设有停机坪。

图1

此项目各栋楼的施工周期是不同的,其中7#楼的施工周期最长,业主要求如下：1、1、2、3、5、6#楼及地下室为项目一期先行施工、验收并投入使用,验收时消防设施应满足前期验收的要求；2、在4、7#楼为项目二期施工时,不能对已经投入使用的地下室产生较大的影响。业主的第一点要求很容易实现,给一期项目做独立的消防系统,设置独立的消防水泵、独立的消防屋面水箱及稳压设施,完全可以满足的业主的第一条要求；难点在于第二条,如何在一期项目已经竣工验收,投入使用的情况下2、3年后,7#楼后期进行消防机电安装时,不会影响到已经使用的楼栋,并且满足消防的可靠性、经济性？对此情况笔者对7#楼的水消防系统(本文仅以室内消火栓系统为例)方案进行了比选。

2 消防系统方案选型分析

2.1 消防水源

本工程消防用水由市政管网供给,两路DN200的室外给水管分别从不同的市政路引入,沿建筑周边形成环状。市政给水水压及水量均能满足室外消防用水要求。火灾危险等级最高的是建筑高度大于100米小于250米的一类超高层公共建筑;为满足业主的要求,设置一处一期、二期项目合用的室内消防水池,一期、二期项目设置自己独立的消防系统(一期楼栋为普通项目在此处不做赘述)．

2.2 消防用水量(见表1)

表1 各消防给水系统用水量

地下室消防水池蓄水648m3

2.3 二期项目方案比选

对于250米以下的超高层建筑现有的水消防系统供水方式主要有以下几种：

(1)水泵转输水箱串联供水：是指超高层建筑各分区设有消防主泵向本区域消防管网供水,同时下区设有独立消防转输泵向上一级中间水箱转输供水。优点是其安全度高,各区系统供水很清晰；缺点是泵房内消防泵数量偏多,消防转输水箱体积偏大,在避难层占用较大的面积设置泵房。

(2)水泵直接串联供水：是指超高层建筑各分区中,下区设有消防主泵,同时兼作上一区的转输泵；而上一区的消防泵直接从下一区消防管网上吸水。优点减少了泵房内消防泵的数量,简化了系统,节约投资。缺点是,由于整栋建筑靠各区消防泵逐级串联,若下部某区消防泵故障(含备用泵),则建筑上部区域消火栓或自动喷水灭火系统均无法工作,供水安全性不高。

(3)一泵到顶+减压阀供水方式：指整栋建筑消火栓系统采用一组主泵(1用1备),高区直供,低区设减压阀减压后供给。此方式受建筑高度影响较大,应用不多。

(4)重力水箱供水方式：在建筑的最高处及合适的避难层设置满足消防水量和压力的重力水箱,并由水箱向各个分区直接供水或减压供水。

以上4种供水方式对本项目来说只有水泵转输水箱串联供水及重力水箱供水两种方式适合,其余两种均不适合。

3 以消火栓系统为例比选

图2

供水方式水箱布置用量消火栓水泵用量系统控制水泵转输水箱串联供水地下2层648T;22层避难层96T;45层避难层96T;屋面层100T合计:940T转输泵:两用一备,消火栓加压泵:一用一备,自喷加压泵:一用一备(地下2层);转输泵:两用一备,消火栓加压泵:一用一备,自喷加压泵:一用一备(22层);转输泵:两用一备,消火栓加压泵:一用一备,自喷加压泵:一用一备(45层);消防稳压设施两套(屋面层)合计:21台泵1#流量计动作启动低区消火栓泵,同时启动1#转输泵;2#流量计动作启动中区消火栓泵,同时启动2#转输泵,并联动启动1#转输泵;3#流量计动作,启动高区消火栓泵,同时启动3#转输泵,并联动启动2#和1#转输泵重力水箱供水地下2层648T;34层避难层324T;屋面层324T合计:1296T转输泵:两用一备(地下2层);转输泵:两用一备(34层);消火栓加压泵:一用一备,自喷加压泵:一用一备(屋面层),消防稳压设施一套(屋面层)合计:10台泵34层消防水箱出水管上的任意一个流量开关动作启动1#转输泵;屋面消防水箱的出水管上的任意一个流量开关动作启动2#转输泵并联锁启动1#转输泵;屋面消防泵房的高区室内消火栓泵出水管上的压力开关动作直接自动启动高区室内消防泵,并联锁启动2#、1#转输泵

由上边的两种系统的简易图可看出：①重力水箱供水,可以完美的把各个分区的环网设置在避难层,有利于施工、后期管理维护；水泵转输水箱串联供水,为满足各区高位水箱的高差,环网都设置在建筑工作层,消防系统的后期管理维护都会对环管所在层的日常工作造成影响,很不便；②重力水箱供水,除顶部区域采用临时高压供水外,其余区域均为重力供水,常高压,安全性高,控制简单；水泵转输水箱串联供水,各区均为临时高压,控制相对复杂；③重力水箱供水系统所占用的设备房总面积比水泵转输水箱串联供水的设备房总面积会小很多；④水泵转输水箱串联供水,采用的消防水泵及水箱偏多,特别是地下室要设置过多的消防泵,而重力水箱供水3台转输泵在一期地下室泵房内,其余消防设施均与一期项目脱离,在后期机电安装时对一期项目的使用影响很小。

既要满足本项目业主的要求,又要考虑消防系统的安全可靠、施工的简单及后期系统维护的便捷,本项目选用重力水箱供水系统。

4 室内消火栓系统设计

4.1 二期室内消防给水系统采用由高位水箱重力供水的临时高压供水系统

低区：1F～22F由34F消防水箱供水；23F～45F由屋面消防水箱供水；46F～屋面F由屋面消防泵房加压泵供水；34层消防水箱由地下消防泵房的一级转输泵供水；屋面消防水箱由34层消防泵房的二级转输泵供水;其中34及屋面层消防水箱为消防系统的高位水箱兼转输水箱。系统静压超过1.00MPa时,采用减压阀分区减压供水。消火栓栓口动压不小于0.35MPa,当消火栓栓口压力大于0.5MPa时,采用减压稳压消火栓。水泵结合器的供水管与一级转输给水管网相连。

4.2 停机坪处设1台移动式泡沫灭火装置(包括泡沫储罐、空气泡沫产生器、泡沫枪)

保证泡沫在任何天气条件下能喷射到停机坪的任何位置。主要灭火剂是满足最低性能水平B的氟蛋白泡沫,辅助剂为磷酸铵盐干粉。用水量2500L,泡沫喷射率250l/min,辅助剂磷酸铵盐干粉用量45Kg,移动式泡沫灭火装置所需压力水源由顶层高位消防水箱和专消防水泵((Q=5L/S,H=80m,18.5KW,一用一备)提供,顶层高位消防水箱内除火灾初期的18m3水量外,另储存2.5m3移动式泡沫灭火装置用水量,并采取保证其不作他用的措施。(停机坪消防设计根据专业设计单位提供相关配置要求进行设置)

4.3 中间消防转输水箱容积:324m34.4 消火栓水泵选型计算:流量40L/s

扬程:H=H1+H2+H3

式中:H—所需水压(mH2O)；H1—地下水池或中间消防转输水箱最低水位至系统最不利点消火栓高差(mH2O)；H2—消防栓口所需压力(mH2O)；H3—水泵至最不利点消火栓管路的水头损失(mH2O)。

一级消火栓转输泵：水泵参数：Q=50L/s,H=175m,N=132kw,两用一备。

二级消火栓转输泵：水泵参数：Q=50L/s,H=120m,N=110kw,两用一备。

屋顶消火栓泵：水泵参数：Q=40L/s,H=50m,N=45kw,一用一备。

4.5 控制要求

7#楼,34层消防水箱出水管上的消火栓系统上的任意一个流量开关动作启动地下消防泵房的1#转输泵；屋面消防水箱的出水管上的消火栓系统上的任意一个流量开关动作启动34层消防泵房的2#转输泵并联锁启动1#转输泵；屋面消防泵房的高区室内消火栓泵出水管上的压力开关动作直接自动启动高区室内消防泵,并联锁启动2#、1#转输泵；联锁启动的时间间隔不应大于20S.消火栓按钮作为报警信号送至消控中心联动控制器由其联动控制启泵。室内消火栓泵还可在消防控制中心遥控启动及在消防泵房人工启停。消火栓箱内的按钮在火灾时传递火灾信号至消控中心。

5 小结

国内超高层建筑设计中,250米以下的超高层是最常见的。此类超高层建筑设计中,有关消防系统安全性的考量、消防系统的选择、消防系统的合理分区、消防系统环网对建筑的影响、业主对项目的具体要求等,是每个给排水设计师经常要面对的问题。笔者将自己在设计中遇到的问题和一些体会稍作整理,提出来和同行交流,共同探讨,有不妥之处敬请批评指正。