高层建筑给排水消防系统的设计

袁秀珍

（福建省闽武建筑设计院有限公司，福建 福州 350007）

0 引言

目前，为解决城市化加速发展占用大量土地与城市土地资源供应不足的矛盾，新建建筑越来越大高。高层建筑本身层数多，体积大，人流量大，其功能也是非常繁杂，若是发生火灾，施救和疏散人群都很困难，而且会造成非常大的经济损失。高层建筑中消防安全隐患逐渐成为危害建筑安全的重要问题，通过恰当的给排水消防系统的设计，能够有效降低高层建筑的消防安全隐患。然而，高层建筑层数较多、管线交错、内部结构复杂，往往还要追求空间的有效利用和设计的美观等，消防系统设计难度非常大，设计过程中问题较多。基于此，本文以福建省南平市某高层建筑为例，根据该建筑特点和消防系统设计要点，从消防水源与水泵扬程设计、室内外消火栓设计、自动喷淋系统设计和消防稳压泵设计阐述给排水消防系统的设计，以期为类似工程提供参考。

1 工程概况与消防系统设计要点

1.1 工程概况

某高层建筑位于福建省南平市，是高层住宅加商业楼的组合建筑类型，为一类高层住宅组合建筑。该高层建筑工程总建筑面积约为171294.58m2，共有6栋高层住宅组合建筑。每栋建筑总共27层，建筑总高度76.70m，建筑总面积为12848.41m2，建筑总体积为52861.8m3。建筑一二层区域为商业空间，三层及三层以上为单元式住宅建筑，并设有地下一层，为平战结合的地下室，平时为I类地下停车库，战时为物质库。

1.2 消防系统设计要点

对高层建筑工程的设计要求以及工程现状进行全面分析，针对给排水消防系统设计内容，总结出以下几个设计要点。

（1）该工程项目整体建造面积大，且所有住宅类建筑均为高层建筑。根据工程项目的实际可知，仅依靠市政给水水源作为消防供水水源，是不能够满足实际使用需要的，必须针对工程项目的实际情况对给水途径进行相应的优化设计。

（2）作为高层建筑，其建筑高度及体量均不同于多层建筑，其水压要求以及供水的安全性要求均与生活给水系统有本质的区别。高层建筑消防供水系统与一般生活给水系统等应采用分别供给的设计方式，也是工程项目在设计过程中需要考虑的问题。从用水量的需求来看，在进行消防灭火的情况下，所需要的用水量十分巨大，针对这种特殊的供水要求，消防系统水泵房和消防水池的设计在高层建筑中尤其重要。

（3）为了保障建筑内消防灭火功能得以实现，应采取室内消火栓和自动喷淋消防器具相结合的形式，以满足工程项目的消防需要。而在这些特殊的需求下，如何保证火灾发生时，消防系统能够准确无误的开启或者自动投入使用中，也是设计过程中需要考虑的。

2 给排水消防系统设计

2.1 消防水源与水泵扬程的设计

高层建筑消防给水设计必须要充分考虑不同消防系统、不同建筑类型的消防用水量，并且应将整个小区统一考虑。

2.1.1 消防水源的设计

这种高层建筑中下部一二层为商业、超市及活动中心，上部为住宅的多种功能组合的建筑，上部住宅部分和下部非住宅部分的室内消火栓设计流量需要分情况考虑，选取两者中的较大者。根据相关规定可知：上部高层住宅按一类高层住宅选择室内消火栓设计流量，取20L/s；下部商业部分设计流量按体积大于25000m3的档位选择室内消火栓设计流量，为40L/s；室外消火栓设计流量按照建筑的总体积及公共建筑选择，取40L/s；消火栓火灾延续时间按2h设计。同时下部一二层商业部分设置自动喷淋系统，用水量为40L/s，火灾延续时间按1h设计；整个消防系统的消防用水量按下部商业部分用水量设计。

消防给水水源依靠市政供水管网供给，市政供水水源仅一路供给到建筑室内作为消防用水，显然是不满足使用要求的。因此该工程项目采取如下措施：在地下设置一个有效容积720m3的储水池，在屋顶设置高位消防水箱，以供高层建筑的室内外消防用水需求，保证多路消防供水的需求。另外，在储水池内设置水位报警装置，保证消防水池、高位消防水箱的水位处于时刻监控状态，水量超出一定水位或低于最低消防水位时，均自动报警，确保消防用水过程中，给水系统正常工作以保证消防安全[1]。

2.1.2 消防水泵扬程的设计

对于消防水泵的扬程经水力计算后可知，上部建筑要求消防水泵额定扬程Hb为140m，下部商业部分要求的消防水泵额定扬程Hb为50m。对于这类组合建筑在选择消防水泵型号时，无论是流量或者是扬程都应该综合考虑后决定，这样更有利于运行稳定、节能及后期的维护管理。

针对案例工程建筑，消防水泵型号的选择可以分为以下两种情况：（1）消防水泵的流量和扬程都选择组合中的最大值，即流量Qb=40L/s,扬程Hb=140m；（2）综合考虑上部住宅和下部商业发生火灾后所需求的消防水泵流量及扬程参数值，选取中间值。此情况需保证的前提条件是：无论是住宅部分还是底层商业部分发生火灾，消防水泵都能处于高效运行状态。

2.2 室内外消火栓的设计

2.2.1 室外消火栓的设计

室外消火栓围绕高层建筑均匀设置，管网呈环状，保障消防车灭火取水时能够方便快捷。为了保障消防系统整体安全性的要求，通过整体规划的方式，将消防栓确定到适当的位置，室外消火栓之间间距控制在120米以内。同时确保小区各个角落均处在室外消火栓150m保护半径范围内。消火栓距离路面的距离在2m以内，为消防车进行管道连接提供便利。在日常运行过程中，水压应不低于0.14MPa，最小流量应在15L/s。同时室外消防系统另一路供水由消防水池提供，消防水池内储存了满足室外消防需求的用水量，消防水池设有消防车取水口，消防车取水口吸水深度控制在5m以下，以保证消防车取水顺利。

2.2.2 室内消火栓的设计

该建筑工程室内消火栓系统采用临时高压系统，室内消火栓管网呈环状设置。环状给水管网能够确保多个点位同时用水时的水压稳定性，也可大大增加应用过程中的安全性。在管道的布置设计上，遵守以下几个设计要点：（1）需要保证管网进水管至少有2条以上；（2）布置消防竖管时，需要保证在同一楼层中的两个相邻消火栓中的水枪能够同时到达该楼层中的任何一个需要消防保护的区域；（3）应当利用阀门将管道分化成多个具有相对独立性的管道，要求在进行管道维护时，停止工作的管道数量有且仅有1根；（4）当室内的消防竖管有4根或以上时，可按照隔断间距关闭不相邻的管道；（5）任何一个消防阀门都应当保持长期的开启状态，并带有明显开启和关闭的标识，以便于工作人员能够及时监测消防阀门的启闭状态[2]；（6）室内消火栓保护半径需要慎重考虑，消火栓保护半径计算方法见《消水规》10.2.1条-公式10.2.1：

R0=K3Ld+LS

式中，R0——消火栓保护半径，m；

K3——消防水带弯曲折减系数，宜根据消防水带转弯数量取0.8～0.9；

Ld——消防水带长度，m；

Ls——水枪充实水柱长度在平面上的投影长度，按水枪倾角45°时计算，取0.71Sk，m。

Sk为水枪充实水柱长度，按《消水规》第7.4.12条第2款和第7.4.16第2款的规定取值，m。

从消火栓保护半径计算公式可以看出，消火栓的保护半径由3个因素共同决定，即：（1）折减系数K3，火灾发生时从消火栓到起火地点，建筑物可能有很多转弯，造成水龙带无法按直线敷设，转弯越多，造成的敷设距离越短，因此宜根据转弯数量来确定折减系数，规定可取0.8～0.9，转弯次数多时取小值，转弯次数少时取大值；（2）水带长度Ld，《消水规》7.4.2-2规定室内消火栓配置的消防水带长度不宜超过25m；（3）水枪充实水柱长度Sk，按《消水规》第7.4.12条第2款取值，高层建筑、厂房、仓库、室内净高大于8m的民用建筑充实水柱长度为13m，其他场所按10m取值。

考虑以上因素后，还应特别注意：水枪喷射的水柱不能拐弯。所以在考虑消火栓是否能保护相应区域时，应考虑水带是否能够拉到该房间内，特别是一些边角区域的卫生间、储藏间等。对于这些区域可以与建筑设计方协商，修改门洞位置或增加房间门数量，以减少绕行距离。对于一些特殊的建筑，不适合将消火栓直接布置在建筑内部，如冷库项目中，规范要求消火栓应设置在常温穿堂或楼梯间内，这种场所需要延长单根水带长度来实现保护半径的增加，可以考虑采用水带串联的方式，设置甲型双栓带灭火器组合式消防柜，设置2根消防带，但仅设一个消火栓栓口。

2.3 自动喷淋系统的设计

自动喷淋系统采用湿式自动喷淋灭火的方式，在该建筑工程中主要在地下室、设备用房以及底层商业等位置设置了自动喷淋系统。分析该建筑工程的消防给水需要，采用地下消防水池、屋顶高位消防水箱以及自动喷淋泵联合供水的方式进行自动喷淋消防给水。当喷淋系统的喷头开始运作后，将由消防水泵压力开关、消防水箱流量开关以及管道压力报警阀开关联动工作，自行启动消防给水系统中的供水泵，保证水量充足、持续且稳定。同时，消防控制室应当具备水流速率显示、开关启闭、水泵运行、消防水池及水箱水位等是否处于正常状态的反馈信号，并能够对水泵、电磁阀、电动阀等多个设备进行统一控制的功能，以保证消防人员能够实时查看自动喷淋灭火系统的运行状态，继而采取有效的灭火措施以进一步提升灭火效果[3-4]。需要注意的是，地下区域和地上区域的喷淋系统喷水强度也应当具有一定的差异。通常情况下，地下区域的喷水强度比地上区域的喷水强度更高。该建筑工程地下区域的喷水强度采用8L/（min·m2），而其他区域采用6L/（min·m2）。此外，为了保证各层配水管入口压力的平衡，低危险场所、中危险场所各配水管入口的压力均不应大于0.4MPa。布置大区域地下室喷淋配水管时，尽量将水流指示器布置在每个防火区域中心地带，以免长距离的配水后，末端喷头供水压力不足。

2.4 消防稳压泵的设计

消防给水系统中，室内消火栓系统或自动喷淋系统都是利用消防管网的静水压力变化来实现自动控制的。要保证消防管道的静水压力，可以利用高位消防水箱与最不利配水点的高差来实现。该高层建筑设计中，高位消防水箱设置的高度无法满足最不利配水点的静水压力时，就需要设置消防稳压设施。消防稳压泵可以对整个消防给水管网进行压力调节，保证管道充满水，并具有一定的静水压力。

稳压泵通过几个压力控制点与压力继电器相连接，实现自动控制。实际运行中，由于各种因素的影响，稳压泵如果经常频繁启动，不但泵容易损坏，而且对整个管网系统不利，因此，稳压泵经常与小型气压罐配合使用。

在气压罐内通常有P1、P2、PS1、PS2四个压力控制点，P1为气压罐的最小工作压力，P2为水泵启动压力，PS1为稳压泵启动压力。当罐内压力为PS2时，消防给水管网处于较高工作压力状态，稳压泵和消防水泵处于停止状态；如果管网渗漏或者其他原因引起泄压，当罐内压力从PS2降至PS1时，便自动启动稳压泵，向气压罐补水，直到罐内压力增加至PS2时，稳压泵停止工作。若建筑发生火灾，随着灭火设备出水，气压罐内储水量减少，压力下降，当压力从PS2降至PS1时，稳压泵启动，但是稳压泵流量较小，气压罐内的水持续减少，当罐内压力下降至P2时，消防水泵启动并向管网供水，稳压泵停止工作，消防稳压泵的增压稳压工作完成。由此可知，稳压泵主要作用是维持消防管网的静水压力，当火灾发生后，管网内的压力迅速下降，消防稳压泵通过管网内压力开关或者流量开关自行启动[5]。

3 结束语

综上所述，根据福建省南平市某高层建筑的实际工程情况和消防系统设计要点，从消防水源及水泵扬程、室内外消火栓的、自动喷淋系统和消防稳压泵等四个方面的设计，阐述了给排水消防系统设计的内容。高层建筑的给排水消防系统设计复杂，只有清楚地认识各个系统设计的关键点，才能保证给排水消防系统设计的合理性，保证火灾发生时消防用水的充足、持续与稳定。