高层建筑消防给水系统设计方法探讨

戴 力

广东省建筑设计研究院有限公司 广东 广州 510000

近年来，随着我国经济和城市化进程的高速发展，一座座的摩天大楼在很多城市“拔地而起”，作为现代建筑技术结晶的高层建筑，可以成为一个城市展示经济、社会发展成果的窗口。虽然高层建筑能在一定程度上提高城市的土地利用水平，丰富城市的景观和天际线，但是同时也会带来一定的隐患，消防安全隐患就是其中之一。随着高层建筑数量、体量巨大化，结构构造复杂化，再加上各种新材料、新工艺以及新技术的应用，其潜在的火灾危险性越来越大。一个安全有效的建筑消防设计特别是消防给水设计，不仅可以有效保障建筑的消防安全，还能进一步减少和阻止火灾的蔓延，从而降低火灾带来的危害。因此，在进行建筑消防给水设计时，需结合建筑本身的特点，充分考虑其实际需求，针对消防给水系统设计中的问题进行分析和总结，严格按照相关规范开展设计工作，以此来确保消防给水系统的合理性和实用性，为建筑内人群的人身安全提供充分保障。

1 高层建筑消防给水设计的重要性探讨

一个设计合理实用的消防给水系统，可以保障高层建筑使用人员的财产及人身安全。但是往往在实际应用过程中，消防给水系统或多或少都会存在一定的问题，比如说部分消防系统不能正常启用，局部消防建设指标不合理等。对于单层、多层建筑来讲，一旦建筑物发生火灾，人员可以快速逃离，消防员可以通过消防车或者是高架水管来实现灭火。但是对于高层建筑而言，如果高楼层出现火灾时，受到楼体结构、楼层位置的影响，人们无法快速逃离建筑物，传统的消防措施也无法发挥出最大的扑救效果，进而加大实际救援难度。此时，需要高层建筑内部的消防给水系统发挥出正确作用，从建筑内部来实现灭火。因此，对于高层民用建筑来说，一个合理、科学的消防给水系统设计，可以为建筑物提供一个安全稳定的防火体系，一个可以正常运行的消防给水系统，可以降低和减少因火灾事故带来的人身安全和财产损失问题。

2 高层建筑给排水消防系统设计准则

2.1 合理安全的消防给水系统

合理性和安全性是消防给水系统设计的重点和难点，一个合理和安全的消防给水系统，不仅可以节省项目的投资，降低日后运营的维护成本，还可以实时、有效地保护建筑的消防安全。首先，在设计环节中，应根据建筑的类型、布局等设置相应的消防防火措施，优化消防给水系统设计；其次，在后期的运营和管理上，要实行严格的消防安全管理，建立相应的消防安全管理制度，保证供水和灭火设施的正常运转，保证发生火灾时，消防系统可以马上运行，从而保证使用人员的生命健康和财产安全。

2.2 稳定、可靠的消防水压

消防水压直接影响的是消防用水的流量和射程，从而影响消防灭火的可靠性。消防给水的设计压力应能满足所服务的各种消防水灭火系统最不点处水灭火设施的压力要求。因此，在高层建筑消防给水系统的设计中，应严格按照相关国家标准及规范进行水力计算，尽量依据实际管道长度计算管道水损，管道长度的偏差以及局部水头损失的计算误差，往往会导致某些楼层消防用水超压，某些楼层消防水压又不满足规范要求，从而影响消防系统的可靠性。

2.3 合格的管材

合格的消防管材可为消防给水系统的正常使用提供可靠的保障。设计过程中，应严格计算消防系统的工作压力，通过工作压力来选择对应的消防管材，比如说当消防系统工作压力大于1.6MPa时，就应该按照规范采用无缝钢管。若管材压力等级不满足要求，很有可能导致管网漏水、泄压等，从而影响消防系统的正常运行。此外，若消防系统选择涂塑钢管，则应在施工图设计交底时向施工单位强调，需加强管道在进场、安装方面的要求，如严禁剧烈撞击和与尖锐物品碰撞，不得抛、摔、滚、拖，不得在现场进行切割、焊接、压槽等操作等[1]。

3 高层建筑给排水消防设计关键技术应用

3.1 消防水泵及消防泵房设计

在高层建筑给排水消防系统中，消防水泵房属于核心组成部位，其运行状态将会直接影响供水可靠性。如果供水稳定性较低，那么即使消防系统再好也无法发挥出其自身功能优势[2]。所以，消防设计人员一定要重视水泵房的设计，在实际设计过程中要从以下几点入手：1）如果整个项目地块由多栋建筑组合而成，则前期与建筑专业的配合中，尽量使消防泵房和消防水池位于消防系统较多的楼栋下方。2）确保消防水泵房的设置满足建筑工程的耐火等级，泵房室内地面与室外出入口高差不应大于10m。储存有室外消防用水的消防水池，其最低有效水位不应低于室外地面6m，且消防水池应靠地下室侧壁设置。3）要采用防水淹技术与排水措施，确保消防水泵房能够在紧急条件下稳定运行。4）要确保消防水泵选型满足消防给水系统的流量与压力需求。消防水泵应设置水锤消除器，水锤消除器应安装于消防水泵出水管的闸阀后面。5）合理布置消防泵组，满足消防水泵检修需求，消防水泵吸水管的布置和连接应避免形成气囊。此外消防泵房应按规范要求设置起重设施，一般高层民用建筑消防水泵的重量在0.5～3t之间，建议在梁下设置导轨，并采用手动葫芦。6）合理确定消防水池最低有效水位，保证其水位应高于消防水泵出水管中心线。如果最低有效水位过高，无形中增加了消防水池的无效容积，造成了不必要的浪费。

3.2 消火栓系统设计

室内消火栓系统的合理设置直接关系着高层建筑消防给水系统的火灾扑灭效果。所以在消火栓系统设计过程中，要重视以下几方面细节：1）人流密集、功能复杂特殊的大体量建筑，一般很难对应现行规范条文确定消火栓用水量，此时应根据消防防火的具体特点，从人数、建筑面积和体积、使用功能等方面进行分析，参照火灾危险性和人员密度较近的建筑类型，来确定室内外消火栓的用水量及相应的消防措施，不能简单套用面积或体积来取值。2）消火栓应优先布置在前室、走道等明显易取用的位置，方便消防员快速接近。放在休息平台或楼梯位置的消火栓要注意不能影响疏散宽度，嵌墙消火栓要提醒建筑专业消火栓背后需增设背墙，并应能够满足建筑耐火极限的要求。针对设置在楼梯间和前室的消火栓，设计可以采取一定的保障措施防止前室或楼梯间的防烟功能因为消火栓的使用被破坏，比如说在通向走道的墙体下部，设置消防水带穿越孔，孔口采用专用的防火材料进行封堵并方便开启，并在前室或楼梯间一侧设置明显标志，方便消防员使用。3）规范对室内消火栓布置有最大间距的要求，没有最小间距的要求，建议参考现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016中对两个楼梯间出入口最小间距的规定，按不小于5m考虑。4）合理划分系统分区，防止系统超压。栓口动压超过05MPa，应采用减压稳压消火栓。5）消火栓尽量从消防竖管接出，不宜大面积的用横向管道代替立管。各层平面复杂的建筑，如只考虑水平成环，则消火栓支管均从水平环上接出，为了保证不关闭同时使用的消火栓，需在环网上接出的支管两侧增设阀门，此种情况，阀门较多，既增加了投资成本，又加大了管网漏损的风险。当各层消火栓不能相互对应时，可以考虑立管转位的方式，仍然通过消防竖管连接单个消火栓。

3.3 自动喷水灭火系统设计

自动喷水灭火系统主要具备了防火、控火与灭火的功能。该系统在火灾事故发生初期是最有效的灭火设施[3]。所以在高层建筑消防给水系统设计过程中，自动喷水灭火系统具有不可取代的重要地位。1）同消火栓系统一样，自动喷水灭火系统也应合理划分系统分区以避免系统超压，一般情况下，同一栋高层建筑，自动喷水灭火系统的分区与消火栓系统大致一样。2）合理布置报警阀间。低区自动喷水灭火系统由设置在地下室报警阀间的报警阀组供水，高区自动喷水灭火系统的报警阀组一般考虑设置在高层建筑的中部或屋顶。报警阀间设置在建筑中部可以节省一定的管网投资，但是会占用高层建筑标准层的使用空间，同时考虑到水力警铃的安装位置，也会影响到建筑整体的装修效果。而设置在屋面的报警阀间则可以避免上述问题，相应只是增加一段管段长度。3）应注意报警阀组水力警铃的设置位置，消防警铃报警时，值班人员应能第一时间发现[4]。4）对于有多种使用功能的高层民用建筑，在计算消防用水量时，应以较高火灾危险等级的要求确定。例如，高层建筑的塔楼部分一般为办公楼功能，按办公建筑考虑，火灾危险等级为中危险Ⅰ级；裙楼部分一般为商业功能，按商业建筑考虑，火灾危险等级为中危险Ⅱ级，那么自动喷水灭火系统的消防水量应按中危险Ⅱ级来计算。5）净空高度为8～12m的高大空间场所，应优先采用自动喷水灭火系统。此外，高大空间区域采用的喷头流量系数均较大（K=115或K=161），而自动喷水灭火系统的设计流量与头间距和喷头工作压力相关，喷头间距偏小，最不利作用面积内的喷头数量就越多，系统工作压力和设计流量相应也越大，所以在实际的设计过程中，建议喷头间距不宜过小，可按规范规定的3m×3m布置，最小间距建议大于2.5m。

3.4 消防水炮灭火系统

消防水炮水量具有流速快、水量集中等特点，水流可以直接接触燃烧物而作用到火焰，可以将火焰和燃烧物分隔从而使物体停止燃烧。消防水炮系统一般应用于净高大于12m的高大空间场所，或者净空高度大于8m且不大于12m，但是难以设置自动喷水灭火系统的场所。一般高层建筑中，消防水炮系统常用于保护办公大堂或中庭等区域。在设计消防系统水炮系统时，要注意以下几点：1）室内消防水炮布置的原则与室内消火栓系统类似，保护区域的任一部位都应有两门水炮的射流同时到达。2）消防水炮的安装高度需满足规范要求，安装高度过高或过低，都会导致消防水炮保护半径减小，可能使其保护范围不能覆盖所有保护区域。3）消防水炮在灭火过程中会有一定的冲击力和反作用力，在设计中应将其提给结构，以便其复核荷载，满足水炮安装和使用需求。4）消防水炮在安装时应考虑其安装和使用的安全性和稳定性，对水炮进行必要的保护防止其坠落。

3.5 气体灭火系统

电房区域采用气体灭火系统。现阶段，较常选用的气体灭火剂一般为七氟丙烷。此外，还有IG541、IG100等可供选择。防护区比较多、集中，通常采用组合分配式的气体灭火系统。防护区比较分散的区域则多采用预制式或悬挂式的气体灭火系统。在设计过程中，如果选择组合分配式的气体灭火系统，则在系统分配时，应将容积相近的防护区划分为一套系统，避免出现防护区容积相差特别悬殊的情况，从而导致系统不能满足规范要求。另外，各防护区均应设置泄压口，泄压口设置高度应满足规范要求，泄压口应设置在外墙或走道位置，如果设置气体灭火的防护区不靠外墙或不与走道相邻时，则应考虑增加导风筒将通过泄压口泄出来的气体排至室外或公共走道。

3.6 消防排水

消防排水同样是消防给水系统中重要的一环。对于消防排水，设计人员应把握以下原则，消防系统调试以及日常维护管理产生的排水应设置专用排水设施进行有组织排放，灭火时产生的消防排水量，则以避免产生次生灾害为前提，防范、防控为主，在该原则下尽快将水排至室外。对于高层民用建筑来说，消防排水主要涉及到消防水泵房、消防电梯以及地下室等。此外，消防给水系统试验和测试位置应采用专用的排水设施，且排水设施不应作它用。

3.7 其他防火措施

消防防火卷帘是防火分隔中常用的一种措施，设计中应与建筑专业确认防火卷帘类型，当防火卷帘的耐火完整性和耐火隔热性不满足现行国家标准《门和卷帘的耐火试验方法》GB/T 7633时，应设置自动喷水灭火系统进行保护。当采用防护冷却系统对防火卷帘进行保护时，该区域有自动喷水灭火系统，则防护冷却系统设计流量按不小于自动喷淋灭火系统最不利作用面积平方根的1.2倍计算即可，可不按防火卷帘实际长度计算，此种情况下，若防火卷帘较长，按实际长度计算，将会造成防护冷却系统用水量偏大。

高层民用建筑应设置灭火器，特别是对于屋面的梯屋和机房，例如电梯机房、排烟机房、空调机房、强弱电间等容易遗漏的地方，应严格按照规范要求设置。在选用灭火器时，应注意灭火器使用场所的环境温度，过高的环境温度将可能导致灭火器内压增大，有爆炸风险。而过低的环境温度又会降低灭火器的喷射性能。此外，同一建筑的不同场所，尽量使用同种规格同种类型的灭火器。

4 结束语

综上所述，我国高层建筑在给排水消防设计过程中，必须要从不同的角度来考虑系统设置的合理性与科学性。与单层、多层建筑相比，高层建筑存在明显的特点，高度普遍较高，建筑形式及结构复杂，人员疏散相对困难，因此在设计过程中，设计人员需要深入了解高层建筑给排水消防系统设计中的各种问题，合理和准确的设计消防系统，从而使建筑本身设置的消防系统充分发挥作用，在火灾初期就能达到很好的灭火效果。同时，加强运营维护管理，让高层建筑的消防系统一直处在正常运行状态，使其能充分发挥灭火的能力，避免因发生火灾导致人员伤亡和财产的损失，进而更好地推动现代化城市发展。