謝光喆，吳成龍

(1.武警學院 研究生隊，河北 廊坊 065000； 2.北京石景山區(qū)消防支隊，北京 100000)

●火災預防

某超高層建筑消防水系統(tǒng)設計探討

謝光喆1，吳成龍2

(1.武警學院 研究生隊，河北 廊坊 065000； 2.北京石景山區(qū)消防支隊，北京 100000)

結合對某超高層項目消防水系統(tǒng)的分析，探討了超高層建筑消防系統(tǒng)的給水補水形式、系統(tǒng)減壓、滅火設施的選擇及濕式報警閥的設置等問題。建議超高層建筑消防給水設計優(yōu)先考慮設置高位水池的常高壓給水系統(tǒng)；以重力形式供水的濕式自噴系統(tǒng)可通過加強水流指示器和信號閥的報警功能，取消濕式報警閥的設置。

超高層建筑；高位消防水池；濕式報警閥組；設計要點

據世界超高層建筑學會新標準，300 m以上為超高層建筑,消防安全作為超高層建筑安全的重要方面，對保障人民群眾的生命財產安全具有重要意義。由于超高層建筑高度遠大于現(xiàn)有消防車輛的作戰(zhàn)高度，一旦其發(fā)生火災，主要立足于自救，使用建筑內部消防設施進行控火與滅火[1]。因此，超高層建筑自身的消防系統(tǒng)，特別是對主動滅火起核心作用的消防水系統(tǒng)對保障建筑消防安全至關重要。

1 工程概況

某超高層項目工程是一個集商場、酒店、辦公、娛樂、居住于一體的大型大廈群體，總建筑面積約56萬平方米，由1座地標塔樓和1座住宅塔樓組成。地標塔樓建筑高度330 m，共70層；超高層住宅塔樓建筑高度為152 m，共40層。地標塔樓頂層設有直升機停機坪。建筑各層功能見表1。

2 消防給水設計

消防給水系統(tǒng)是建筑消防水系統(tǒng)的基礎，由水池、水箱和管網組成，按加壓形式可分為常高壓和臨時高壓，按分區(qū)方式可分為并聯(lián)和串聯(lián)。對于超高層建筑，可靠性是衡量消防給水系統(tǒng)的最關鍵因素，即消防給水設施及管網應能保證在火災情況下及時供水，并滿足流量、壓力及用水量的要求。

表1 建筑各層功能

2.1 建筑消防給水方式

該項目消防給水系統(tǒng)采用上行下給的常高壓給水方式，在地標塔樓頂層設置容積為1 160 m3的消防水池，在22層和49層設置容積為100 m3的減壓水箱和容積為24 m3的接力補水水箱。由高位水池向減壓水箱供水，各分區(qū)消防用水由高位水池和減壓水箱分別供給。

采用設置高位消防水池的常高壓重力供水是目前最為可靠的消防給水方式，這種依靠重力的供水方式對于超高層建筑具有顯著優(yōu)點：(1)供水系統(tǒng)結構簡單，安全可靠，維護使用方便；(2)通過重力作用向下供水，能有效避免消防設備因火場停電而無法啟動；(3)消防管網能夠保持高壓，響應迅速，能在第一時間出水滅火，且各系統(tǒng)的壓力不因流量的增加而降低，從而保證在多設備啟動時消防系統(tǒng)的可靠性。此外，一般需在超高層建筑頂層設置防震阻尼以保證建筑結構的穩(wěn)定性，屋頂消防水池可以通過恰當?shù)脑O計，兼具建筑防震阻尼的功能，從而節(jié)省建筑成本。因此，對于超高層建筑，在建筑結構強度允許的情況下，應盡量采用設置高位水池的常高壓給水方式。

2.2 系統(tǒng)減壓設計

在超高層建筑中，由于底層消防用水與高位水池或水箱高程差較大，往往會產生超壓問題。因此，消防系統(tǒng)的減壓是該類建筑在設計與施工過程中不可忽視的重要因素。目前，消防系統(tǒng)的減壓主要有減壓水箱和減壓閥組兩種方式[2]。

該項目在消防管網的減壓設計中采用減壓水箱與減壓閥組相結合的方式。具體做法是：在22層和49層分別設置容積為100 m3的減壓水箱，通過消防水池和減壓水箱對不同的豎向分區(qū)進行供水，在保證最不利層滅火設施壓力足夠的基礎上，盡量降低建筑底層消防管網的運行壓力；同時，在地標塔樓與住宅塔樓相連接的供水干管和其他可能超壓處，組合設置可調式減壓閥組，通過減壓閥組的分級設置，將系統(tǒng)靜水壓調節(jié)至安全范圍內。此外，在建筑不同樓層采用不同口徑的減壓孔板進行減壓，確保進入各樓層的消防用水動水壓符合規(guī)范要求。建筑消防給水及減壓系統(tǒng)設計方式如圖1所示。

2.3 消防給水分區(qū)設計

建筑內消防給水分區(qū)串聯(lián)設置，串聯(lián)分區(qū)供水方式是超高層建筑消防供水中最為常見的一種形式，這種形式能夠配合高位水池和水箱的分區(qū)供水，使各豎向分區(qū)都能保持足夠且適宜的水壓。

圖1 建筑消防給水及減壓方式圖

該項目地標塔樓63層及以上部分消防水系統(tǒng)壓力由建筑頂層穩(wěn)壓泵和消防泵供給；地標塔樓63層以下及住宅塔樓均采用常高壓串聯(lián)方式給水，各分區(qū)消防用水由位于地標塔樓頂層的消防水池(1 160 m3)及位于22層、49層的減壓水箱(100 m3)分別供給。地標塔樓與住宅塔樓各分區(qū)給水方式見表2和表3。

表2 地標塔樓各分區(qū)給水方式

表3 住宅塔樓各分區(qū)給水方式

2.4 建筑補水設計

超高層建筑應當設置可靠的消防補水，宜按照底層消防水池儲水，中間水箱接力補水的形式進行設計。根據這種思路，該項目消防補水系統(tǒng)在地下設置容積為576 m3的消防水池，分別在22層和49層設置24 m3轉輸水箱以及與水箱配套的一用一備接力補水泵進行接力供水。接力補水泵通過上一層轉輸水箱或屋頂水池的水位變化啟動。具體補水流程為：市政自來水→地下四層水池(消防部分有效容積576 m3)→補水泵(Q=40L·s-1，H=158m，一用一備)→供水管網→22F轉輸水箱(有效容積24m3)→一級接力補水泵(Q=40L·s-1，H=155m，一用一備)→管網→49F轉輸水箱(有效容積24m3)→二級接力補水泵(Q=40L·s-1，H=130m，一用一備)→管網→屋頂消防水池(有效容積1 160m3)。

3 建筑內滅火設施的設置

超高層建筑因其結構的復雜性和功能的多樣性，在滅火設施的設置方面不僅要符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，同時應結合建筑自身特點進行消防設計。該項目針對不同功能分區(qū)，設置了消火栓系統(tǒng)、濕式及預作用自噴系統(tǒng)、細水霧系統(tǒng)和自動消防水炮系統(tǒng)等滅火設施。

3.1 室內消火栓系統(tǒng)

建筑室內所有場所均設置了室內消火栓保護，系統(tǒng)設計流量40L·s-1，火災持續(xù)時間3h。消火栓系統(tǒng)豎向分區(qū)與建筑給水分區(qū)一致，各分區(qū)管路成環(huán)布置。當消火栓出口壓力大于0.5MPa時采用減壓穩(wěn)壓消火栓，同層相鄰兩個消火栓的水槍充實水柱能同時達到室內任何部位。住宅塔樓消火栓系統(tǒng)見圖2。

圖2 住宅塔樓消火栓系統(tǒng)圖

3.2 自動噴水滅火系統(tǒng)

自動噴水滅火系統(tǒng)對超高層建筑火災早期的抑制和撲滅具有良好的效果，對保障建筑消防安全有著重要作用。因此，超高層建筑應根據各功能區(qū)特點及火災危險性，正確選型并合理設計自噴系統(tǒng)。

該項目避難層兼做設備用房，為避免自噴系統(tǒng)誤動作造成設備損失，在地標塔樓避難層(23層、36層、49層和63層)設預作用系統(tǒng)，各設一組預作用閥，共四組；預作用系統(tǒng)與濕式系統(tǒng)共用供水管路。建筑其余部分自噴均為濕式系統(tǒng)，采用快速響應噴頭，與消火栓系統(tǒng)合用供水干管，管路在報警閥前分開，自噴系統(tǒng)分區(qū)與給水形式同消火栓系統(tǒng)。建筑各功能區(qū)自噴系統(tǒng)設置參數(shù)見表4。

表4 建筑各區(qū)域自噴系統(tǒng)設計參數(shù)

3.2.1 自噴系統(tǒng)電動閥的設置

在常高壓供水系統(tǒng)中，如果自噴系統(tǒng)在動作1h后未能有效控火、滅火，則有必要通過設置電動閥使系統(tǒng)自動關閉。該項目在自噴系統(tǒng)報警閥前均設置了電動閥，當自噴系統(tǒng)動作1h后能夠自動關閉閥門(也可以手動關閉)，避免因自噴系統(tǒng)長時間動作而造成系統(tǒng)供水不足。

3.2.2 試驗排水

超高層建筑層數(shù)多、體量大，需設置自噴裝置的場所多，為方便系統(tǒng)日常的檢測維修，需要設置可靠的試驗排水系統(tǒng)。該項目在每個設有自噴系統(tǒng)的樓層，均在配水支管與配水立管相連的配水支管處和噴淋管路的末端設計了試水及排水管路。各層排水管豎向相連，測試用水排入地下室集水井內。

3.3 自動消防水炮系統(tǒng)

超大體量建筑中庭空間的防火安全設計是建筑消防設計的難點，為兼顧建筑功能的同時保證中庭的消防安全，近年來，越來越多的超高層建筑在設計中選用了自動消防水炮系統(tǒng)。研究表明，自動消防水炮能夠通過圖像、紅外等方式對中庭等大空間場所進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)火情并通過精確的定位有效撲滅早期火災。

該項目在最大凈空高度超過12m的裙房中庭空間，共設置了16門自動消防水炮，保證2門水炮的水流同時到達被保護區(qū)域的任一部位，系統(tǒng)設計流量40L·s-1，火災持續(xù)時間1h，由裙房消火栓、噴淋合用管網供水；中庭區(qū)域自動消防水炮設置見圖3。

圖3 中庭自動消防水炮局部系統(tǒng)圖

3.4 高壓細水霧滅火系統(tǒng)

超高層建筑因功能需要，往往需在建筑內部設置變電站、高低壓配電房、柴油發(fā)電機房、鍋爐房等配套設施，根據規(guī)范要求，這些場所不適宜設置水噴淋系統(tǒng)，為保證此類場所的消防安全，可選用高壓細水霧滅火系統(tǒng)。本工程即在此類場所設置了高壓細水霧滅火系統(tǒng)，噴霧濃度2.2L·min-1·m-2，持續(xù)時間0.5h。建筑高壓細水霧系統(tǒng)結構圖見圖4。

圖4 酒店區(qū)高壓細水霧系統(tǒng)圖

此外，停機坪是超高層建筑的重要疏散通道，為保證火災時停機坪為相對安全的區(qū)域，建筑在停機坪設有兩套貯罐壓力式泡沫比例混合裝置，采用水成膜泡沫，連續(xù)供給泡沫液時間不少于10min，裝置結構如圖5所示。

4 建筑消防用水量

圖5 停機坪泡沫比例混合裝置

超高層建筑在火災中主要依靠自身儲存的消防用水進行滅火，因此在設計消防用水量時，宜在滿足規(guī)范相應要求的基礎上進行冗余設計。該工程地標塔樓和住宅塔樓合用消防給水系統(tǒng)，設計時按同一時間兩次火災、同時開啟消火栓系統(tǒng)和自噴系統(tǒng)考慮消防用水量，兩次滅火最大消防用水量為200L·s-1，建筑內各滅火設施系統(tǒng)設置參數(shù)見表5。

表5 建筑內各滅火設施設計參數(shù)

根據建筑各系統(tǒng)消防流量及火災持續(xù)時間，計算同時發(fā)生兩次火災用水量為1 296m3。建筑高位消防水池有效容積1 160m3，位于22層和49層的減壓水箱容積各為100m3，該建筑消防總設計儲水量為1 360m3，大于1 296m3的計算所需水量，因此建筑設計水量滿足各系統(tǒng)滅火需求。

5 建筑消防水系統(tǒng)問題探討

5.1 濕式報警閥在重力供水系統(tǒng)中的設置

該項目不僅在63層及以上的臨時高壓部分設計了濕式報警閥組，在常高壓部分也設計了濕式報警閥。濕式報警閥組的作用是根據火災的發(fā)生，自動控制水流入系統(tǒng)，發(fā)出報警信號、指示報警區(qū)域并啟動消防水泵[3]。

對于臨時高壓系統(tǒng)，設置濕式報警閥組是必要的，但對于高位消防水池供水下的常高壓系統(tǒng)，筆者認為其自噴系統(tǒng)可不安裝濕式報警閥組。在重力供水中，一方面不涉及消防泵的啟動；另一方面，濕式報警閥組的報警功能，可由安裝在噴淋配水支管上的水流指示器和信號閥進行更加精確的指示。如果不安裝報警閥組，既可以節(jié)省建筑成本，又方便了維護管理，能夠提高整個系統(tǒng)的可靠性。因此，筆者建議，對于常高壓供水的濕式自噴系統(tǒng)，當其儲存了足夠的消防用水時，可通過技術手段強化水流指示器和信號閥的報警功能，從而在系統(tǒng)中省去濕式報警閥組的安裝。

5.2 消防水池容積超標

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》(GB50974—2014)第4.3.11條規(guī)定，高層民用建筑高壓消防給水系統(tǒng)的高位消防水池總有效容積大于200m3時，宜設置蓄水有效容積相等且可獨立使用的兩格；當建筑高度大于100m時應設置獨立的兩座。每格或座應有一條獨立的出水管向消防給水系統(tǒng)供水。文中所分析超高層建筑屋頂消防水池總有效容積為1 160m3，建議在其他條件允許的情況下，將消防水池設置成獨立使用的兩座消防水池。

5.3 消防水池設置位置

該工程地標塔樓和住宅塔樓合用消防水池，即住宅塔樓消防用水也由位于地標塔樓的高位消防水池供給。這種設計能夠使住宅塔樓保持足夠消防水壓，降低了消防建設成本。但如果高位消防水池出現(xiàn)故障或兩塔樓間消防管網出現(xiàn)問題，有可能導致住宅塔樓消防系統(tǒng)處于無水可用的情況。為保證住宅塔樓消防供水安全，建議在住宅塔樓上方設置應急水池或水箱，儲存一定時間的消防用水，增強其消防系統(tǒng)的供水可靠性。

6 結論

本文參照相關規(guī)范，對某超高層建筑的消防水系統(tǒng)設計進行了分析，通過對建筑給水補水方式、系統(tǒng)減壓以及濕式報警閥等問題的探討，為超高層建筑的消防設計提出了相關建議。通過探討分析，得到以下結論：(1)超高層建筑應設計可靠的給水方式，在其結構承重允許的情況下，應優(yōu)先采用設置高位水池的常高壓供水方式；(2)系統(tǒng)減壓應采取減壓水箱、減壓閥組和減壓孔板相結合的方式；(3)對于通過高位水池給水的濕式自噴系統(tǒng)，可以考慮在加強水流指示器和信號閥報警功能的基礎上取消報警閥組的設置。

[1] 王學良,李洋.超限高層建筑消防給水系統(tǒng)設計特點探討[J].給水排水,2007,33(10):97-100.

[2] 黎承.超高層建筑消防供水系統(tǒng)設計探析[J].給水排水,2014,40(6):58-61.

[3] 李念慈,李悅,余威.自動噴水滅火系統(tǒng)——設備 設計 運行[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

(責任編輯 李 蕾)

The Probe into the Fire Water System Design in a Super High-rising Building

XIE Guangzhe1, WU Chenglong2

(1.TeamofGraduateStudent，TheArmedPoliceAcademy，Langfang，HebeiProvince065000，China; 2.ShijingshanDistrictMunicipalFireBrigade，Beijing100000，China)

Based on the analysis of a fire water system design in a super high-rising building, this paper probes into the ways of supplying fire water and replenishing systems, pressure reducer systems, the setting of wet alarm valves and choices of a fire extinguishing system, etc. It is recommended that the high gravity pool partition supply system for its fire prevention system design should be used in a super high-rising building instead of a sprinkler system by enhancing the alarm function of water flow indicator and signal valve.

super high-rising building; high fire pool; wet alarm valve; key of design

2015-04-30

謝光喆(1991— )，男，天津人，武警學院防火工程專業(yè)在讀碩士研究生； 吳成龍(1982— )，男，江蘇徐州人，助理工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)10-0049-05