文／李澤光 中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 湖南長沙 410000

引言：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且建筑開發(fā)用地日漸緊張，高層建筑如雨后春筍般發(fā)展。高層建筑人口集中，內(nèi)部功能復(fù)雜、高能耗、高頻率下使用，火情隱患多，需要有完善的消防設(shè)施保障。對此，必須科學(xué)開展高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計工作，包括合理的消防系統(tǒng)選擇、準(zhǔn)確的系統(tǒng)計算、合理的管道及消防設(shè)施的布置等，切實保證整個建筑運(yùn)行更可靠、更安全。

1、高層建筑火災(zāi)特點

高層建筑數(shù)量持續(xù)增多，其造型、結(jié)構(gòu)、功能以及建筑材料類型也逐漸豐富。此種情況下，高層建筑的起火和救援方面難度越來越大，其火災(zāi)特點主要可歸納如下：

（1）蔓延快。高層建筑用戶上下樓借助電梯通行，出行便捷、高效。但在發(fā)生火災(zāi)時，電梯井會成為火勢失控的“幫兇”。起火后，高層建筑內(nèi)的各類管道井都會成為火災(zāi)蔓延通道，所以一旦發(fā)生火災(zāi)必會出現(xiàn)火勢大、蔓延快的情況。

（2）疏散慢。高層建筑火災(zāi)發(fā)生后嚴(yán)禁使用電梯，人員疏散只能通過樓梯。高層建筑中人員密集、全員撤離火場時間較長，而且高層建筑內(nèi)常常出現(xiàn)消防通道被堵、踩踏擁擠事件，都會嚴(yán)重降低疏散效率。

（3）撲救難。高層建筑火災(zāi)撲救難度高，其根本原因在于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑高、層數(shù)多，超出普通消防設(shè)備的可用范圍；而且高層建筑內(nèi)的可燃性物質(zhì)和水平通風(fēng)管道多，極容易讓防火分區(qū)功能受損，進(jìn)而干擾撲救進(jìn)程。

（4）傷亡重。由于人員密集、撤離難且撲救難度大，因此在高層建筑火場中常常發(fā)生意外，許多被困者因人為或火災(zāi)因素受傷無法支撐到消防員到來。與普通建筑相比，高層建筑火災(zāi)的傷亡相對較重，且傷亡成因也較為復(fù)雜。

2、高層建筑消防給水系統(tǒng)分析

在高層建筑中，消防系統(tǒng)主要分為兩種：其一是消防給水系統(tǒng)，其二是氣體滅火系統(tǒng)，相比較而言前者的實用性大于后者，普及度和成熟度也相對更高，下文著重圍繞高層建筑消防給水系統(tǒng)展開分析。

2.1 消火栓給水系統(tǒng)

高層建筑中室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)最為常見，主要由以下幾部分組成：（1）消防水池：高層建筑消防立足自救、一般情況下消防水源均需自備，儲存一次火災(zāi)消防滅火所需用水量，常采用自建消防水池為火場救援供水，用于保證供水穩(wěn)定性和持續(xù)性，在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)，“消防水池+生產(chǎn)貯水池”的組合應(yīng)用較為常見，并保證有消防水平時不被動用措施，二者能否組合的關(guān)鍵在于供水水質(zhì)要求；（2）消防泵：為消防系統(tǒng)提供水量及壓力的供水設(shè)備，高層建筑一般每個消防系統(tǒng)，分別獨立設(shè)置消防泵；（3）消防水箱：大部分高層建筑的消防水箱都位于屋頂，起火后水箱內(nèi)的存水可用于初期滅火，根據(jù)實踐經(jīng)驗，規(guī)范規(guī)定不同類型建筑中消防水箱的儲水量，應(yīng)滿足初期火災(zāi)消防救援消防水量；（4）消防管道：高層建筑消火栓管系統(tǒng)一般為獨立環(huán)狀供水管網(wǎng)，并有兩條及以上的消火栓泵供水管與環(huán)狀管網(wǎng)相連；（5）消火栓設(shè)備：以消火栓箱方式存在，箱內(nèi)設(shè)有水槍、水帶（特殊建筑還需加配消防卷盤）及消防報警信號按鈕；（6）水泵接合器：高層建筑火災(zāi)發(fā)生后，當(dāng)內(nèi)部消火栓系統(tǒng)無法滿足滅火所需水量水壓時，可從外部消防車內(nèi)或室外消火栓取水，此時需利用水泵接合器有效連接室內(nèi)外消防系統(tǒng)、實現(xiàn)加壓送水；（7）系統(tǒng)控制啟停組件，通常為高位水箱出水管上的流量開關(guān)、消火栓泵出水管上的壓力開關(guān)，其信號可直接控制啟動消火栓泵。

室內(nèi)消火栓位置應(yīng)合理、醒目，且便于取用。在實踐中，高層建筑的室內(nèi)消火栓都放置在樓道的醒目位置，且箱體表面涂刷紅色文字以達(dá)到提示作用。而且，消防電梯前室必須設(shè)置消火栓。需要注意的是，高層建筑內(nèi)部裝飾裝修工程中，必須杜絕偽裝消火栓的情況。為保證高層建筑中的室內(nèi)消火栓供水可靠，設(shè)計必須嚴(yán)格按照規(guī)范控制消火栓的保護(hù)間距，在開展單排布置的前提下，保證火場供水時實現(xiàn)“二沖一”，即保證任意位置都有兩股水柱同時到達(dá)。在設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)、體積、建筑高度，合理選擇室內(nèi)外消防水量，計算消防水池及消防水箱有效容積，計算系統(tǒng)最不利點消火栓出口所需流量、壓力，核實消防泵的供水揚(yáng)程、供水流量，仔細(xì)復(fù)核消火栓的布置是否滿足其服務(wù)半徑，保證消火栓供水方案先進(jìn)、管路及消火栓布置合理，不超規(guī)范要求，保證高層建筑室內(nèi)消防栓給水系統(tǒng)的實用性。

2.2 自動噴水系統(tǒng)

自動噴水系統(tǒng)在高層建筑中逐漸普及，為提高滅火質(zhì)效、保證火場供水穩(wěn)定奠定了堅實基礎(chǔ)。

為保證自動噴水系統(tǒng)的實用性，確保其充分發(fā)揮火場供水能力，相關(guān)工作人員需要事先做好設(shè)備選用和安裝。通常來說，高層建筑的自動噴水系統(tǒng)由如下裝置組成：（1）自動感應(yīng)噴頭：此類閉式噴頭的熱敏元件處于封閉，但當(dāng)室內(nèi)溫度異常上升后，該元件會在受熱后熔化脫落，則噴口打開自動噴水滅火。（2）報警閥組及系統(tǒng)控制啟動閥件：自動噴水系統(tǒng)的啟閉需要以報警閥開關(guān)為基準(zhǔn)，發(fā)生火災(zāi)時噴頭因溫度上升融化自動開啟噴水，濕式報警閥組的水力警鈴報警、其壓力開關(guān)動作，報警閥組可接通或關(guān)斷報警水流，噴頭動作后報警水流將驅(qū)動水力警鈴和壓力開關(guān)報警、自噴泵出水總管上的壓力開關(guān)與屋頂水箱消防出水管上的流量開關(guān)同時作用啟動自動噴水泵。實踐中報警閥類型十分豐富，設(shè)計人員可結(jié)合實際需求選型；（3）噴淋泵：該裝置是實現(xiàn)供水系統(tǒng)供水加壓的消防水泵，保證自動噴水滅火系統(tǒng)的流量及壓力要求，位于水泵房內(nèi)；（4）消防水池（水箱）：高層建筑中的自動噴水系統(tǒng)主要依靠消防水池供水，通常會與消防栓系統(tǒng)共用水池；（5）水流報警裝置：以“水力警鈴+水流指示器+壓力開關(guān)”組合形式存在，報警及顯示火災(zāi)區(qū)域為其主要功能；（6）末端試水裝置：該裝置為檢驗系統(tǒng)可靠性而存在，主要測試系統(tǒng)的可用性及正常運(yùn)行時的流量、壓力，開啟該裝置可測定系統(tǒng)最不利點流量、壓力是否滿足規(guī)范，消防設(shè)備以及報警設(shè)備是否可以正常使用。

3、案例分析高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計要點

3.1 工程概況

本項目是一座按五星級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的酒店綜合體項目。此建筑地下1層，地上19層，總建筑面積為40307.33m，其中地下建筑面積11518.74m，地上建筑面積為28788.59m。本工程為一類高層公共建筑，建筑高度（消防高度）81.15m，建筑主體高度101.00m。主要功能如下，地下室為酒店管理辦公室、健身娛樂中心、廚房加工間、員工食堂、設(shè)備機(jī)房、汽車庫等。1層為酒店大堂、自助餐廳、多功能廳、廚房等；2層為多功能廳、廚房等；3層為包廂、特色小館等；4～19層為客房，共有217間客房。

3.2 消防給水系統(tǒng)設(shè)計要點

3.2.1 消防水源

室外消火栓系統(tǒng)由市政給水管網(wǎng)直接供水，分別由兩條市政道路各引入一路DN200給水接口，市政供水水壓0.3MPa，區(qū)內(nèi)連成環(huán)狀管網(wǎng)，供室外消火栓用水。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)由消防水池、消防泵房及屋頂消防水箱聯(lián)合供水，消防水池補(bǔ)水來自市政給水管網(wǎng)。

3.2.2 消防水量

本工程消防用水量詳見表1。本工程消火栓系統(tǒng)火災(zāi)延續(xù)時間按高層公共建筑中的高級賓館：取3h。因此消防儲水量較大。消防水池儲水量按一起火災(zāi)滅火室內(nèi)用水量之和，按需要同時作用的室內(nèi)消火栓和自動噴淋用水量之和計算，用水量詳見表1，室內(nèi)消防用水量合計為594m。本次設(shè)計消防水池有效容積為600m，分成大致均等的兩格，以便水池檢修、清洗時仍能保證消防用水的供給。

表1 消防用量

本工程為一類高層公共建筑，建筑高度不大于100m，屋頂設(shè)置有效容積為36m高位消防水箱一座，供初期火災(zāi)滅火使用。消防泵房內(nèi)設(shè)置消火栓泵兩臺，自動噴淋泵兩臺，均一用一備設(shè)置。由于消防水箱設(shè)置高度不滿足最不利點消防壓力要求，因此消火栓系統(tǒng)和自動噴淋系統(tǒng)在屋頂消防水箱間各設(shè)置一套增壓穩(wěn)壓設(shè)備。消防泵選型見表2。

表2 消防設(shè)備表

3.2.3 消火栓系統(tǒng)

（1）方案比選。本項目南側(cè)及西側(cè)為同一建設(shè)方建設(shè)的住宅工程，酒店為建設(shè)方自持有工程。工程設(shè)計時酒店周圍僅有一路市政供水管網(wǎng)，因此，第一種方案如果室外消防管網(wǎng)如果獨立設(shè)計，僅有一路市政供水，不滿足市政管網(wǎng)直接供水的條件；第二種方案酒店項目與住宅項目室外消防管網(wǎng)統(tǒng)一設(shè)計。當(dāng)采用第一種方案時，室外消火栓系統(tǒng)將采用臨時高壓給水系統(tǒng)，因此消防水池需要額外存儲432m的消防水量，泵房內(nèi)也需要補(bǔ)充一套消防加壓設(shè)備，因此消防泵房及水池的占地面積將有所擴(kuò)大。對于原本使用面積就緊張的地下室來說，是不可接受的。當(dāng)采用第二種方案時，酒店項目與住宅項目室外消防統(tǒng)一考慮，由西側(cè)市政道路引入另一路市政供水，酒店項目與住宅項目同時滿足兩路市政供水，室外消火栓系統(tǒng)采用的是常高壓給水系統(tǒng)。消防泵房及消防水池的占地面積同時減小，節(jié)約地下室使用面積。最終經(jīng)過建設(shè)單位、酒店管理單位、住宅物業(yè)管理單位及設(shè)計院等多方共同協(xié)商，采用酒店項目與住宅項目室外消防管網(wǎng)統(tǒng)一設(shè)計的方案。

（2）室外消火栓系統(tǒng)。采用常高壓給水系統(tǒng)，由市政管網(wǎng)直接供水，室外消火栓管網(wǎng)布置成環(huán)狀管網(wǎng)，向室外環(huán)狀消防給水管網(wǎng)供水的市政引入管為2根，當(dāng)其中一條發(fā)生故障時，另一根引入管仍能滿足消防給水設(shè)計流量。室外消火栓選用地上式消火栓，接至室外消防環(huán)網(wǎng)。室外消火栓沿消防車道設(shè)置，且沿建筑周圍均勻布置，其間距不高過120m。

（3）室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。采用臨時高壓給水系統(tǒng)，火災(zāi)初期由屋頂消防水箱及消防穩(wěn)壓設(shè)備供水，待到消防泵啟動后，室內(nèi)消火栓由消防泵加壓供水。由于消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa，消火栓系統(tǒng)采用分區(qū)供水形式。系統(tǒng)設(shè)置兩個供水分區(qū)：-1～3層為低區(qū)，由消火栓泵組減壓后供水；4～19層為高區(qū)，由消火栓泵組直接供水。本建筑3層4層之間設(shè)置有管道夾層，因此消防分區(qū)選擇以夾層為界，3層一下為低區(qū)，4層及以上為高區(qū)，客房層消火栓環(huán)狀管網(wǎng)不占據(jù)客房走道的空間，有利于提高走道的凈高，增加舒適度。經(jīng)計算4～19層為高區(qū)時，該區(qū)最低處消火栓靜壓不超過1.0MPa，因此，按此層數(shù)分區(qū)滿足規(guī)范要求，見圖1。水泵接合器按分區(qū)設(shè)置，消防水泵接合器的給水流量按每套15L/s計算，每消防分區(qū)設(shè)置SS150水泵接合器3套。水泵接合器應(yīng)設(shè)在室外便于消防車使用的地點，且距室外消火栓距離控制在15～40m之間。

圖1 消火栓系統(tǒng)圖

3.2.4 自動噴淋滅火系統(tǒng)

本工程自動噴淋滅火系統(tǒng)火災(zāi)危險等級為中Ⅱ級，設(shè)計噴水強(qiáng)度除酒店大堂外均采用8L/min.m，作用面積為160m，設(shè)計流量為38L/s。酒店大堂為超過8m的中庭，設(shè)計噴水強(qiáng)度為12L/min.m，作用面積為160m，設(shè)計流量為45L/s。因此自動噴淋系統(tǒng)設(shè)計流量按45L/s計，火災(zāi)延續(xù)時間為1h。除不適宜采用水作為滅火劑的場所外，其余場所均設(shè)置了自動噴水滅火系統(tǒng)。自噴系統(tǒng)設(shè)置兩個供水分區(qū)：-1～11層為低區(qū)，由減壓后低區(qū)報警閥組供水；12～19層為高區(qū)，由高區(qū)報警閥供水，報警閥設(shè)消防泵房內(nèi)，消防報警閥組前供水管為環(huán)狀。水泵接合器按分區(qū)設(shè)置，每個消防分區(qū)設(shè)置SS150水泵接合器3套。

在滿足消防安全及規(guī)范要求的情況下，適當(dāng)考慮客房噴頭布置對裝飾的影響，因此設(shè)計時酒店客房選用邊墻型擴(kuò)大覆蓋面積灑水噴頭，其他部位可采用吊頂型噴頭。根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50084-2017，客房火災(zāi)危險等級為中危險Ⅰ級，可以采用邊墻型噴頭。當(dāng)采用邊墻型擴(kuò)大覆蓋面積灑水噴頭時，其保護(hù)尺寸為5900mm×4300mm。噴頭型號為ZSTB-20（壓力0.2MPa）,因其工作壓力加大、導(dǎo)致單個噴頭流量加大，作用面積內(nèi)噴頭總數(shù)流量之和為35L/S；地下車庫部分因不吊頂按直立型噴頭設(shè)計，噴頭型號為ZST-15，考慮結(jié)構(gòu)梁對噴頭布置影響、噴頭有適當(dāng)加密，作用面積內(nèi)噴頭數(shù)總設(shè)計流量38L/S。其它部分按有吊頂設(shè)計，選用吊頂型噴頭，噴頭采用感溫玻璃球噴頭，溫度等級為68℃，廚房部分噴頭的溫度等級為93℃。

3.2.5 設(shè)計中有待探討的問題

設(shè)計中，水箱的設(shè)置高度受建筑造型限制，其最低有效水位不能滿足滅火設(shè)施最不利點處的靜水壓力，在屋頂高位消防水箱出水管上，消火栓系統(tǒng)及自動噴水系統(tǒng)分別設(shè)置一套消防穩(wěn)壓供水設(shè)備。但消防標(biāo)準(zhǔn)圖集中有將穩(wěn)壓設(shè)備置于地下消防泵房內(nèi)，從消防水池吸水供水穩(wěn)壓。作者認(rèn)為這種穩(wěn)壓供水方式雖然與屋頂穩(wěn)定供水方式起到的效果基本一樣，但屋頂水箱前期水壓還是不能滿足規(guī)范要求，除非從屋頂水箱單獨引下一根出水管供地下泵房穩(wěn)壓設(shè)備吸水，這種方案只有在屋頂沒有消防穩(wěn)壓設(shè)備位置時。

結(jié)語：

綜上所述，高層建筑火災(zāi)極具破壞力，一旦發(fā)生必然會對人們的生命財產(chǎn)安全以及社會安定造成嚴(yán)重威脅。對此，高層建筑消防給水設(shè)計十分重要，必須根據(jù)建筑物的用途功能、火災(zāi)危險性，分析火災(zāi)特點，正確理解和使用設(shè)計規(guī)范，科學(xué)設(shè)置消防水池、消防增壓泵、高水位水箱等，優(yōu)化消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計工作，確保消防給水系統(tǒng)滿足規(guī)范且安全可靠。