某超高层综合体消防给水系统设计探讨

范永伟

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

超高层建筑数量越来越多，规模、功能也变得较为庞大、复杂，超高层建筑消防给水系统设计相比较于建筑高度百米以下的建筑有诸多难点和技术要点。结合某超高层综合体工程案例，对消防给水系统进行分析，对超高层建筑消防给水系统设计中常涉及的几个关键性设计要点进行探讨，旨在提高超高层建筑消防给水系统供水安全可靠性。

1 工程概况

该超高层综合体由A，B，C三栋建筑组成，其中A，B栋建筑地上36层，C栋建筑地上7层，地下1层为设备管线层，地下2层，3层为地下车库(地下车库为另外分项工程)，A，B栋建筑8层～36层功能为办公，1层～7层功能为商务配套和办公，C栋建筑功能为商务配套和会议室。

地下1层设备管线层层高为2.19 m，1层层高4.6 m，2层～5层层高5.2 m，6层，7层层高4.5 m， 11层，22层(避难层)层高4.5 m，36层层高5.55 m，其他层层高为4.15 m，室内外高差0.15 m，A，B栋建筑总高度158.60 m(至屋顶女儿墙)。该工程为一类超高层公共建筑，耐火等级为地下一级，地上一级。建筑合理使用年限为50年，抗震设防烈度为8度，框架—筒体结构体系。建筑面积：172 659.29 m2。

2 消防给水系统设计

2.1 消防水源及系统类型

由该项目附近市政路上接入一路DN200给水管，市政给水管网压力为0.30 MPa。该引入管分别接至项目用地内住宅给水干管、商业给水干管、景观绿化给水干管、消防水池补水管、换热站补水管。

结合该项目周围市政给水管网条件及本项目情况，消防给水系统采用临时高压消防给水系统，消防水池储存一起火灾全部消防用水量，各消防给水系统分别设消防泵组供火灾时消防用水量及水压。

2.2 消防给水系统用水量计算

该工程消防给水系统包括室外消火栓系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统及大空间智能灭火装置[1]。消防给水系统用水量统计见表1。

表1 消防给水系统用水量计算表

2.3 室外消火栓系统设计

室外消火栓系统采用临时高压制，室外覆土下设有效容积为1 080 m3的消防水池(共用、分两座)，地下车库消防水泵房内设室外消火栓系统消防泵组及稳压装置，室外消火栓系统稳压装置启泵压力为0.35 MPa，停泵压力为0.41 MPa，室外消火栓系统稳压装置保证系统最不利点消火栓栓口处在准工作状态时的静水压力大于0.17 MPa。室外消火栓给水系统所需水量、水压由设于室外覆土内的消防水池及地下车库消防水泵房内室外消火栓系统泵组保证。在项目用地红线内设室外临时高压消防给水环状管网，在该建筑周围的环管上设3套以上室外地下式消火栓，火灾时供城市消防车吸水，向着火点加压供水灭火。

2.4 室内消火栓系统设计

2.4.1临时高压消防给水系统

根据GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范(以下简称“消水规”)第6.2.2条“当系统的工作压力大于2.40 MPa时，应采取消防水泵串联或减压水箱分区供水形式”[2]。本工程建筑高度为158.250 m(室外地坪至建筑屋面完成面)，若采取泵组直供到顶的供水形式，消防水泵出口处系统工作压力大于2.40 MPa，故采取消防水泵串联分区供水形式。

室内消火栓系统采用临时高压消防给水系统，室外覆土下设有效容积为1 080 m3的消防水池(共用、分两座)，地下车库消防水泵房内设室内消火栓系统消防泵组，A栋建筑屋顶(最高处)设有效容积105 m3的屋顶消防水箱及稳压装置。A，B栋建筑22层避难层处分别设有效容积为61 m3的消防转输水箱及超高区室内消火栓系统专用泵组。

2.4.2分区情况

屋顶消防水箱最高水位：160.10 m，水箱间地面标高：156.850 m，消火栓系统稳压装置启泵压力为0.16 MPa，停泵压力为0.21 MPa。根据“消水规”第6.2.1条“消火栓栓口处静水压力大于1.0 MPa时，消防给水系统应分区供水”的原则[2]，结合建筑各楼层功能，分区情况如下：地下至地上7层为低区，地上8层～21层为高区，地上22层～36层为超高区。

2.4.3供水方案

高、低区室内消火栓系统所需水量、水压均由设于室外覆土内的消防水池及地下车库消防水泵房内高区消火栓系统泵组(低区经减压阀减压)供给；超高区消火栓系统所需水量、水压由地下车库消防水泵房内超高区专用转输水箱供水泵组、22层避难层处消防转输水箱及超高区室内消火栓系统专用泵组保证。消防水泵房内室内消火栓系统消防泵组以保证最不利点处消火栓栓口动压不小于0.35 MPa，消防水枪充实水柱长度不小于13 m。

屋顶消防水箱设消火栓系统出水管，分别与高、低区室内消火栓系统环网连接(低区经减压阀减压)以及与超高区室内消火栓系统环网连接。屋顶消防水箱间处消火栓系统稳压装置保证系统最不利点消火栓栓口处在准工作状态时的静水压力大于0.15 MPa。

高、低区消火栓系统分别设3套室外地下式消防水泵接合器；超高区消火栓系统设3套室外地下式消防水泵接合器，并在22层避难层设手抬泵及加压接口。

2.5 自动喷水灭火系统设计

2.5.1临时高压消防给水系统

自动喷水灭火系统采用临时高压消防给水系统，室外覆土下设有效容积为1 080 m3的消防水池(共用、分两座)，地下车库消防水泵房内设自动喷水灭火系统消防泵组，A栋建筑屋顶设有效容积105 m3的屋顶消防水箱。22层避难层 处设有效容积为61 m3的消防转输水箱及超高区自动喷水灭火系统专用泵组。

2.5.2分区情况

屋顶消防水箱间内自动喷水灭火系统稳压装置启泵压力为0.16 MPa，停泵压力为0.21 MPa。根据GB 50084—2017自动喷水灭火系统设计规范第8.0.1条“配水管道的工作压力不应大于1.20 MPa”[3]，结合建筑各楼层功能，分区情况如下：地下至地上7层为低区，地上8层～21层为高区，地上22层～36层为超高区。

2.5.3设计参数

自动喷水灭火系统设计参数见表2。

表2 自动喷水灭火系统设计参数

2.5.4供水方案

高、低区自动喷水灭火系统所需水量、水压均由设于室外覆土内的消防水池及消防水泵房内高区自动喷水灭火系统泵组(低区经减压阀减压)保证；超高区自动喷水系统所需水量、水压由地下车库消防水泵房内超高区专用转输水箱供水泵组、22层避难层处消防转输水箱及超高区自动喷水灭火系统专用泵组保证。消防水泵房内自动喷水灭火系统消防泵组以保证最不利点处喷头的工作压力大于设计要求。

高、低区自动喷水灭火系统分别设3套～4套室外地下式消防水泵接合器，超高区设两套室外地下式消防水泵接合器，并在22层避难层设手抬泵及加压接口。

屋顶消防水箱间处自动喷水灭火系统稳压装置保证最不利点喷头在准工作状态时的静水压力大于0.10 MPa。屋顶消防水箱设自动喷水灭火系统出水管，分别与高、低区自动喷水灭火系统(低区经减压阀减压)以及与超高区自动喷水灭火系统湿式报警阀组前环网连接。

控制1层～7层喷头的湿式报警阀组集中设在地下车库内，控制8层～21层喷头的湿式报警阀组集中设在11层(避难层)设备用房内，控制22层～36层喷头的湿式报警阀组集中设在22层(避难层)设备用房内。

2.6 大空间智能灭火装置设计

一层商业处净空高度大于20 m小于25 m的中庭部位设大空间智能灭火装置[1]。单个喷头流量为5 L/s，保护半径不大于6 m，顶部安装，一次火灾按同时开启8只喷头考虑，设计流量为40 L/s[1]，本系统与低区自动喷水灭火系统管网合用，系统所需水量、水压由低区自动喷水灭火统环状管网供给。

3 消防给水系统设计探讨

超高层建筑的外部消防救援比较困难，消防设计立足于自救，提高超高层建筑消防给水系统的供水安全可靠性尤为重要[4]，这也是不同于建筑高度百米以下建筑消防设计的难点，下面针对该工程设计中的一些关键技术要点、难点进行讨论。

3.1 设备、管材、阀门等选用

消防给水系统中采用的设备、器材、管材管件、阀门和配件等系统组件的产品工作压力等级，应大于消防给水系统的系统工作压力，且应保证系统在可能最大运行压力时安全可靠[2]。

3.2 转输水箱分别设置

若A，B两栋超高层建筑共用转输水箱及接力供水泵组，则转输水箱、超高区消防泵组及消防泵组控制柜等消防设施均设在一栋超高层建筑内，并通过专用消防管道接至另一栋建筑超高区消防管网，A，B栋建筑超高区避难层之间管道距离约300 m，且经过裙房商业区域，配水管道的长距离敷设且经过不同业态，会导致供水可靠性有所降低；另外不设转输水箱及消防泵组的建筑，超高区发生火灾，而此时另一栋建筑内设置的消防泵组未能正常自动启动，需要专人去往此泵房内就地机械应急启泵，会造成安全隐患。综合考虑，共用转输水箱及消防泵组会降低不设转输水箱及消防泵组建筑的供水安全性。为提高建筑整体的供水安全可靠，两栋超高层建筑分别设置转输水箱及超高区消防泵组。

3.3 转输水箱供水管

为提高转输水箱供水可靠性，供水管采用双管环状供水方式，每根转输水管设计流量均按室内消火栓系统与自动喷水灭火系统设计流量之和确定；两根转输水管分设在不同管井内，避免集中设在同一管井内，管井处一旦出现故障后，可能会导致供水系统的间断；转输管管材提高等级要求，采用内外壁热浸镀锌无缝钢管，管材和接口要求承压2.5 MPa，沟槽连接，管材管件、阀门和配件等系统组件的公称压力应大于2.5 MPa[5]。

3.4 转输水箱供水管电动阀及旁通管设置

同一组转输水箱供水泵同时供给多个楼座转输水箱时，存在如何联动同步供水的问题，当某一处发生火灾，转输水箱供水泵只供给此火灾楼座转输水箱，而不能向其余楼座转输水箱供水。在各楼座接至转输水箱的转输管上分别设置电动阀(转输水箱处)，电动阀与本楼座超高区消防泵组联动，任一台消防泵启动时，电动阀同步开启。为避免双管路上设置的电动阀同时失效极端特殊情况，在电动阀旁并联设置旁通管并设阀门，阀门平时关闭，在紧急情况下，可人工开启。

3.5 避难层手抬泵接口

“消水规”第5.4.6条“当建筑高度超过消防车供水高度时，消防给水应在设备层等方便操作的地点设置手抬泵或移动泵接力供水的吸水和加压接口”[2]。本工程超高区消防系统需要设置手抬泵加压接口。在避难层超高区水泵房内预留手抬泵位置，手抬泵吸水管引自转输管(水箱进水管阀门之前)，供水管分别接至超高区消防系统管网。手抬泵吸水管接自转输管而不是转输水箱[5]，可减少从水箱吸水等过多环节而导致的可靠性降低的问题。

3.6 转输水箱溢流管接至消防水池

因转输水箱供水泵及供水管的设计流量按火灾时室内消火栓系统及自动喷水灭火系统同时作用水量之和计，而火灾初期，转输水箱的供水量大于用水量，产生水箱的溢流，溢流量为供水量与用水量差值。按“消水规”第6.2.3条“串联转输水箱的溢流管宜连接至消防水池”[2]，若将此溢流水不接至消防水池而排至室外雨水管网，会造成消防水池的实际有效水量小于设计存水量，存在安全隐患。综合考虑，本工程将转输水箱溢流排水接至消防水池内。溢流排水量按火灾初期转输水箱供水量与用水量的最大差值计，近似为转输水量。在避难层转输水箱附近设集水坑或集水箱，坑或箱内设虹吸雨水斗，虹吸雨水系统的排水量按转输水量计算确定[5]。

3.7 报警阀组设置位置

报警阀组阀前供水侧压力对于报警阀组能否正常快速报警启动有很大关系，当报警阀组阀前供水侧压力较大时，报警阀阀瓣开启需要的压力差就越大，压力开关能启动时的报警流量也相应增大[6]，当系统管网水量过大，实现压差所需时间就会延长[7]，即报警延迟时间也相应加长，这对于超高层建筑尤为不利，超高层建筑应尽量缩短消防设施报警延迟时间，为人员逃生争取更多时间，同时自动喷水灭火系统应以最快的时间正常投入使用，才能最短时间内扑灭初期火灾，防止火灾蔓延后的不可控。因此，在合理分区的前提下，要通过技术措施控制报警阀组阀前供水侧压力，通过调整报警阀组设置位置可有效实现这一目标，尽量减小低位报警阀组至高处系统配水管道的高差，能有效减小供水侧压力。本工程湿式报警阀组分散设置在地下车库、中间多个避难层，可有效减小湿式报警阀组阀前供水侧压力，缩短报警及系统启动时间。

4 结语

对该超高层综合体消防给水系统供水方案、分区情况以及设计参数等内容进行分析，结合本工程，对超高层建筑消防给水系统设计中的几个关键技术要点进行了探讨，可通过转输管道环状双管供水、转输水箱分楼座分别设置、转输水箱进水管设置电动阀及旁通管、溢流水接至消防水池、报警阀组分散设置等技术措施提高供水的安全可靠性，进而提高超高层建筑整体消防安全性。