高层建筑给排水消防设计方法研究

李鹏飞 济南建设设备安装有限责任公司

1 前言

在城市规模化发展中，大量的高层建筑相继涌现。众所周知，高层建筑除了高，还具有结构复杂、用途广泛、功能繁多、设备密集等特点。其空间结构复杂，不仅平面形状多样，立面体形也是多变。此外，高层建筑往往体量庞大，通道复杂，人员过度集中或烟雾弥漫时，复杂的通道容易使人迷失方向。

在这样复杂的高层建筑里，生活用水的给与排、消防用水和雨水收集系统等都关系到人们的正常生活和生命财产安全，十分重要，因此给排水系统的科学设计备受重视。基于此，本文就高层建筑给排水设计要点进行论述。

2 高层建筑给排水与消防系统的设计要求

在进行高层建筑给排水与消防系统设计时，有一些基本的设计要点，其中包括水质、水量、水压和管道材料。

从水质上讲，给排水与消防系统需要具备较好的水质，特别是给水系统，由于日常生活中与人体密切接触，水质一旦恶化，对人们的健康安全会造成严重影响。并且，含有杂质的水质也会堵塞管道，从而导致供水系统不能正常运行，甚至瘫痪，对于消防系统来说，一旦发生火灾，其后果不堪设想，只有当水质得到保障时，才能为人们提供更好的服务。

从水量和水压上讲，无论在日常生活还是火灾发生时，都需要储备足够的水量和水压。水量或水压不足，不仅影响人们的日常需求，更严重地会导致消防时不能及时灭火，对人们的生命财产安全造成严重的伤害。

从管道材料上讲，首先必须符合国家标准，不得含有或析出对人体有害的物质，必须严格把控安全性；其次是承压性能，管材的应用必须匹配系统的工作压力，并能够承受试验压力的冲击，具有足够的强度。除此以外，管道的内表面应光滑平整，减少水头损失，以利于系统的正常运行。

为了能够解决城市人口高速增长和城市土地资源应用紧张的问题，高层建筑应运而生。高层建筑给排水与消防系统的设计，一方面为满足人们日常生活的需求，良好的水质，充足的水量和水压，优质的管材都是给排水系统中最基本的要求。另一方面，在高层建筑物内，由于潜在的火灾隐患较大，当建筑内发生消防事故时，火势蔓延快，不容易疏散人群，火灾救治难度大。因此，一旦发生火灾极易造成人员伤害。对此，高层建筑内消防系统的设计至关重要，它关乎着建筑内是否能够对火情进行及时警报和快速处理。合理的高层建筑消防设计，能够提高建筑物内消防系统的时效性，提高火灾事故发生时高层建筑的自我救治能力，在最大程度上降低火灾事故的危险性，为高层建筑物内居民的生命和财产提供一定的保障。

3 高层建筑消防系统在设计过程中经常出现的问题

3.1 自动系统不合理

高层建筑给排水消防系统设计中，自动喷水灭火系统十分重要，其在火灾发生时可以自动启动火灾感应，在消防人员到来前及时采取措施，尽可能扑灭火灾，控制火情，减少人身财产损失。其中湿式自动喷水灭火系统，该系统在设计上会影响整个给排水系统质量。当前，我国自动排水喷水灭火系统在设计上存在一些问题，有些高层建筑并未明确区分有吊顶和无吊顶建筑的自动喷水灭火系统，在火灾发生时，若火情地点与自动喷水灭火系统喷头相距较远，则无法及时感应，导致火灾救援不及时，出现火灾蔓延现象，扩大火灾损失。

3.2 消防设计中存在的问题

发生火灾时，消防系统是保障高层建筑物的重要一环，其时效性与灭火能力是关键。该系统主要是能够自主地根据火灾事故进行火势压制，通过自动化手段启动喷水系统，以达到及时浇灭火源的目的。对于高层建筑，特别是超高层建筑，消防系统需要串联、转输和供水，系统相对复杂，如何快速有效地输送进水水量非常关键。

常规高层建筑的消防系统都是通过低位消防水池经转输泵将水量提升至高位，再通过水泵供水，或采用重力供水，由于水量转输需要一定的时间，所以在火灾初期，消防用水由屋顶水箱供给。当建筑高度不超过100m 时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa，当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa。可见，高位水箱的设置不仅为了提高火灾初期的消防水量，同时也为水量输送争取时间。

4 高层建筑给排水消防设计方法

4.1 消防水泵房和水池设计技术

给排水消防系统中，消防水泵房和水池发挥着重要作用。为了能够有效控制高层建筑火情，设计人员需要做好消防水池和水泵房的选型和选址工作。消防水泵房是高层建筑给排水消防系统重要组成部分，在设置水泵房时，要保证消防功能，并提高给排水消防系统运行效率，保障系统安全运行。同时，水泵房还需确保消防水压，在保证水源充足情况下提高服务功能，保障高层用户安全。

在设计高档建筑消防水泵房时，首先要选择可靠设备，水泵房参数符合行业规定，选择性能好的水泵为高层建筑提供给排水需求，进而起到节能环保效率。最后，设计吸水槽时，需要优化设计导流墙，将其作用发挥出来，同时加强电气系统设计，选择性能可靠的电气设备。在规划电气设备时要根据设备形态适当选择，以满足水泵房电气需求，并应用信息化技术对水泵运行进行自动控制，降低水泵故障发生率，扩大水泵房应用范围。

高层建筑给排水消防系统设计过程中，需要综合管理消防水池，确保其能够根据消防水池和生活水池开展合建、分建管理，提高出水的基本容量。

首先，在合建或分建消防水池和生活水池时，实际施工对蓄水池容量要求较高，注水水速度慢，水质容易被破坏，因此检测人员需要定期处理水质或是延长换水周期，这在一定程度上会导致水资源浪费，因此高层建筑一般使用公共消防水池，在保证水资源的同时能够节约成本，及时实现消防灭火救援。

其次，设计消防水池时，需要根据蓄水池容量和不同建筑结构工程进行设计。设计要满足室外给水管网需求，合理维护消防用水，并科学计算评估消防用水，以保证用水合理，综合调控相关问题。

最后，在重点区域设计消防水池时，如果水池总储量大于500m3，设计人员要考虑单独设计两个消防水池，对于单独消防水池要配置相应的出水管，二者之间设置连通管，连通管要符合要求，满足最低有效水位，管径则根据消防给水设计流量确定。此外，如果水池总储量高于1000m3，则需要设计两座水池。

4.2 消防设计的关键技术

高层建筑特别是超高层建筑，系统复杂，对大于250m 的超高层建筑，要求高位水池的容积不小于一次灭火的设计水量，可见建筑高度越高，越会考虑到低位消防水量转输不上去或来不及转输的情况。所以对待高层建筑，尤其是超高层建筑，自救的关键在于水量的及时输出。

为了保证消防水量能够在火灾时及时输出，可以采用转输水箱与减压水箱连通或合并的措施，增加中间水箱的消防水量，为初期火灾提供保障的同时，也为消防转输提供了便利，为扑灭火灾争取时间。另外，也可以采取在转输泵的出水管上接驳消防管道至供水管网。对于中低区的消防系统来说，低位消防水量可以直接通过转输泵输送至供水管网，达到及时扑灭火灾的效果，同时也为消防系统提供了真正的双水源保障。

4.3 室外排水的设计

在室外排水设计中，主要应用雨水排水系统，由于该国际大厦位于季风性气候区，夏季降雨量较为集中，因此在屋面仍然采用传统雨水排水方法，构造较为简单，重力流雨水系统为87型雨水斗，系统工作时过水断面收缩，形成漩涡，使整个排水系统呈气液两相流状态，当雨水进入到排水系统时，空气大约占据1/3空间，斗内出现负压状态，泄水量增加。

同时，技术人员还应该根据当地夏季降雨情况，计算出暴雨强度，随着城市化建设的不断推进，大量的雨水径流未加以利用，就直接下渗到地下管道中，不透水面积日益增多，但也造成了水资源的大量浪费。因此，在本次排水设计中，在绿色循环可持续发展理念下，为了减轻该城市排水设施负担，节约水资源，设定天面雨水回收系统。流程为：天面雨水+地面雨水→检查井+雨水口→弃流池→沉淀地+雨水渗滤系统→储水池→消毒处理→回收利用。

在储水池内设置两台潜水泵，同时设置搅拌、冲洗装置，供绿化和道路洒水使用，为了保证储水池内水质不变，或者降低径流受到的污染，可以向水池内投加氯片。在必要时也可以设置雨水综合利用系统，以降低废水处理成本，简化处理工艺，分担市政雨水管排水压力，通过屋面雨水回收利用和地面雨水下渗，降低排水管道负荷。

4.4 自动喷水灭火设计技术

自动喷水灭火系统设计主要是为了自救，及时消除初期火灾，或在蔓延前对火情进行自动控制，进而达到灭火目的，因此需要优化设计的各个设备。首先，高层建筑过道需要设置喷头，并与配水管网联系起来，为了能够使高层建筑电力设备和暖气管道等设施运行安全使用便捷，设计人员一般需要在喷头使用方便基础上，将其设置在距离电力设备和烟气管道等设施较远的位置处，如有必要就需要设置挡水板。

在设置走廊喷头时，走廊空间有限，设计人员需要保证设计美观和消防系统实用性能。因此，设计时可以在大量可燃物加层与闷顶中布置喷头，进而降低闷顶和夹层中可燃物安全隐患，从根本上降低火灾发生率。与此同时，走道喷头一般不会直接在直喷配水干管中布置，多位于配水支管中，进而让喷淋系统均匀自动配水。另外，根据实际标准考虑喷头布置数量和选型，同时安装减压孔板或是系统分区时喷淋管道实际压力位于合理级别。

总之，喷淋系统位于疏散走道，其可以争取逃生时间。其次，配水管路口配置了减压设备，在轻中级危险场所配置的配水管入口压力不可超过0.4MPa。在此期间，需要注意高层建筑高度和水力计算损失，准确计算水泵扬程，在此基础上全面精准把控配水管口压力，精设计合适的减压方案。最后，在建筑值班和公共通道等区域设置报警阀和水力警铃，在火灾发生时能够及时启动水力警铃，警告内部人员采取自救和互救措施，在消防人员到达前尽可能降低火灾危险度，为居民提供逃生空间。

设计自动喷水灭火系统时将其与报警阀连接起来，发生火灾之后启动报警阀，消防系统即可自动喷水，在消防人员到达之前可以最大限度缓解火灾发生。报警阀安装部位需要设置排水沟等设置，安装报警阀部位通常位于楼道、墙壁等明显部位，确保系统自动喷水的同时立即启动报警阀。此外，在自动喷水灭火系统末端设置试水装置，设计人员需要按照试水出水口流量和装置要求设计相应的装置，进而得到排水方案，防止出现淹水现象。

4.5 消火栓系统

在高层建筑物内，消火栓系统的设置主要是为了消防人员在火灾发生时能够取用足够的水源，阻止火势的蔓延，为人们的生命财产安全带来保障。因此，在开展消火栓系统设计时，应根据建筑物的整体特点和人们的日常用水习惯加以设计。主要应做到以下几点。

（1）任意一点必须在两个消火栓的保护范围之内，确保假设一个消火栓无法使用的情况下，另一个消火栓能够正常使用。

（2）消火栓的位置必须便于取用，并设有明显标识，不应设置于隐蔽处或受到任何物体遮挡。消火栓是火灾发生时消防人员灭火的重要消防设施，一旦受到阻碍，火势不能得到及时控制，结果不堪设想。

（3）消火栓系统启用时必须及时，消防系统一般都会设有双重启泵控制元件，一个是流量开关，一个是压力开关，两者缺一不可，也是消防系统的双保险。消火栓启用后，流量开关与压力开关都会动作，联动消防水泵启动供水，从而确保消火栓有足够的水量与水压用以灭火，所有消火栓的联动至关重要。

（4）在确保消防要求的前提下，消火栓的设置也需要满足建筑的整体布置，使建筑整体看上去美观、和谐。

5 结束语

随着城市建设不断扩大，在进行高层建筑设计时，也会遇到越来越多的问题，因此需要越来越多的技术与方法提供支持应对。应结合建筑的实际情况，把可能存在的问题与难题加以罗列，并有针对性地一一解决。设计人员应该充分了解高层建筑的设计要求，在满足日常生活需求的同时，更应该保障高层建筑的消防自救能力。

高层建筑的给排水与消防设计，不仅关系着人们日常生活的便利性与舒适性，更重要的是能够在火灾事故发生时提供安全有效的保护，维护人们的生命财产安全，减少伤亡与经济损失。所以，设计人员应该加强对给排水与消防设计的重视，做好设计审核校对以及系统安装后的调试验收工作，为高层建筑提供强有力的安全保障。