超高层住宅消防给水系统形式的探讨

宫鹤群 ，刘燕萍

(1.昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650000；2.云南俊发集团有限公司，云南 昆明 650000)

0 引 言

随着我国综合国力的增强及城市土地资源紧张，建设超高层住宅已经成为一种趋势。这类建筑有一些特点：人员密集、可燃物多，发生火灾后容易导致蔓延迅速，极易形成立体式火灾；再则，人员疏散较为困难、城市消防车供水能力受限，容易造成重大火灾事故。故此类建筑的消防设计应结合其自身特点，选择更为安全可靠的消防给水系统。

1 工程概况

项目规划净用地面积15 049.63 m2(折合22.58 亩)，总建筑面积154 918.31 m2。主要建设内容包括：1栋号为43层的带底部商业网点的一类超高层住宅，建筑高度131.2 m(室外地坪至女儿墙)；2栋号为42层的带底部商业网点的一类超高层住宅，建筑高度128.3 m(室外地坪至女儿墙)；2栋配套设施裙房，建筑高度8.8 m(室外地坪至女儿墙)；一个局部4层的地下Ⅰ类汽车库，战时局部为常6级乙类二等人员掩蔽所，住宅区内绿化、道路、供电、消防、给排水等基础和配套设施。

该文以本项目1栋室内消火栓系统为例，探讨超高层住宅消防给水系统。

2 高压消防给水系统与临高压消防给水系统

GB50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》(以下简称“水消规”)中明确给出了高压消防给水系统及临高压消防给水系统的概念。

第2.1.2条，高压消防给水系统，能始终保持满足水灭火设施所需的工作压力和流量，火灾时无须消防水泵直接加压的供水系统；第2.1.3条，临高压消防给水系统，平时不能满足灭火设施所需的工作压力和流量，火灾时能自动启动消防水泵以满足灭火设施所需的工作压力和流量的供水系统。

2种消防给水系统的主要区别如下：

1)消防水池

高压消防给水系统为了满足平时水灭火设施的工作压力和流量要求，一般采用高位消防水池的形式，高位消防水池的有效容积需满足“水消规”第4.3.11条第4款的规定，即有效容积不应小于室内消防用水量的50%；且“水消规”第4.3.11条第5款规定，当高位消防水池有效容积>200 m3且建筑高度>100 m时，应设置独立的两座。很显然，对于建筑高度≤140 m的超高层住宅，此要求有点苛刻，并不符合经济性。

临高压消防给水系统对消防水池及消防泵房的位置要求相对宽松，需满足GB50974—2014，2018年版，《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)中第8.1.6条第2款规定，即附设在建筑内的消防水泵房，不应设置在地下3层及以下或室内地面与室外出入口地坪高差>10 m的地下楼层。

2)高位消防水箱

高压消防给水系统无须设高位消防水箱。

“水消规”第6.1.9条第1款规定，临高压消防给水系统中高层民用建筑必须设置高位消防水箱。高位消防水箱的作用是提供火灾初期消防用水量。“水消规”第5.2.1条明确了高位消防水箱的有效容积。与旧规范明确了高位消防水箱上限值不同的是，“水消规”第5.2.1条仅明确了高位消防水箱有效容积的最低要求，即明确了有效容积的下限值，理论上提高了消防水箱的有效容积，增加了系统安全性。但笔者认为，“水消规”并未提供火灾初期消防用水量的计算方法，即未提供火灾初期时间，造成了设计差异。(旧规范GB50016—2006《建筑设计防火规范》第8.4.4条第2款规定，消防水箱应出差10 min的消防用水量，此处10 min即火灾初期时间。)

3)最不利点水压

高压消防给水系统因能始终保持满足水灭火设施所需的工作压力和流量，故最不利点水压应按“水消规”第7.4.12条第2款取值，即不应<0.35 MPa。

临高压消防给水系统的火灾初期最不利点水压按“水消规”第5.2.2条第2款取值，即不应低于0.15 MPa。

4)综上所述，该项目室内消火栓系统选用临高压消防给水系统，消防泵房及消防水池设置在-2层；1栋机房顶设高位消防水箱，其有效容积满足初期火灾用水量且≥42 m3；高位消防水箱旁设置消防增压稳压设备，并满足最不利点静压不应低于0.15 MPa的要求。

3 消防给水系统分区

“水消规”第6.2.1条中要求：消火栓栓口处静压>1.0 MPa，应分区供水。第6.2.2条中要求，分区供水形式应根据系统压力、建筑特征，经技术经济和安全可靠性等综合因素确定，可采用消防水泵并行或串联、减压水箱和减压阀减压的形式。以该项目1栋为例，室内消火栓系统的方案采用分区给水形式。竖向上共分2个分区。现就分区问题，做以下探讨：

分区供水需同时满足水灭火设施最不利点的静压及动压要求。该建筑避难层设在14层及28层，根据实际条件，拟定方案为：第一个分区为-4～20层，为室内消火栓低区；第二个分区为21层及21层以上，为室内消火栓高区。对比减压措施(详本文第4章)，选择在28层避难层设置减压水箱的方式调整高位消防水箱对低区消火栓系统静压过大的问题，消防系统原理图见图1。

经计算，室内消火栓系统高区最不利点处静水压力H43F 静为：

H43F 静=(130.8 m+0.5 m-122.5 m-1.1 m)+0.22 MPa=0.297 MPa；

室内消火栓系统高区静水压力最高点处压力H21F 静为：

H21F 静=(130.8 m+0.5 m-58.7 m-1.1 m)+0.22 MPa=0.935 MPa；

室内消火栓系统低区最不利点处静水压力H20F 静为：

H20F 静=(79.0 m+0.2 m-55.8 m-1.1 m)+0 MPa=0.223 MPa；

室内消火栓系统低区静水压力最高点处压力H-4F为：

H-4F 静=[79.0 m+0.2 m-(-15.68 m)-1.1 m]+0 MPa=0.937 8 MPa。

图1 消防系统原理图

结论：所有位置的室内消火栓静压，均满足0.15 MPa≤H≤1.0 MPa的要求，系统合理。

室内消火栓栓口动压不应<0.35 MPa的要求，可通过消防泵的选型调节，这里不做复述。

4 减压阀与减压水箱

该项目室内消防给水系统共用高位消防水箱，高位消防水箱设置在标高130.8 m的机房顶，对低区消火栓系统会造成静压过大的问题。工程设计中，减压方法一般采用减压阀或减压水箱。

1)减压阀

减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。“水消规”第6.2.4条第3款规定，每一供水分区应设不少于2组减压阀组，每组减压阀组宜设置备用减压阀；第5款规定，减压阀宜采用比例式减压阀。比例式减压阀减压比例稳定，不但可减动压，而且可减静压，开关平稳、无噪声、重量轻、体积小。但GB50015—2003 2009年版《建筑给水排水设计规范》第3.4.9条第1款规定，比例式减压阀的减压比不宜大于3：1，目的是为了防止阀内产生气蚀损坏减压阀和减少震动及噪声。

该项目中，假定在x层设置比例式减压阀调节静压。则比例式减压阀所在楼层绝对标高为：

h=3.6 m+(x-1)×2.9 m(假定不设置在1层)

则室内消火栓系统静压为：

需满足0.15 MPa≤H(低 静)≤1.0 MPa，解不等式得，x≤22，即比例式减压阀设置在22层以下即可。

根据图集《常用小型仪表及特种阀门选用安装》01SS105-66示意，比例式减压阀组垂直安装所占空间约L×L1×L2=1 583 mm×963 mm×488 mm，若设置在非避难层，对住户的使用空间及整体美观会造成一定影响。减压阀另有需平时保养维护，故障时会造成系统超压瘫痪的缺点。一组比例式减压阀的造价约6 600 元，总造价约26 400 元。

2)减压水箱

减压水箱是指设置在超高层建筑消防主配水系统中，通过水流释放而减压，并以重力流供水的水箱。其功能是降低消防管网某点处的静水压力以满足系统的压力分区要求，并同时保证水箱前后的流量不变，作用与减压阀类似。“水消规”第6.2.5条第3款规定，减压水箱的有效容积不应<18 m3。

该项目根据实际情况，将减压水箱设置在28层避难层，则第y层(2≤y≤21)室内消火栓系统静压为：

H(低 静)=79.0 m+0.2 m=-[3.6 m+(y-2)×2.9 m]-1.1 m=80.579 m-2.9y

需满足0.15 MPa≤H低 静≤1.0 MPa，解不等式得，y≤22，即低区室内消火栓系统最高楼层设置在22层及以下即可。

减压水箱设置在避难层的空闲部位，对住户的使用空间及整体美观无任何影响。减压水箱因靠水流释放而减压，并以重力流供水，故障率极低，平时基本无需维护。每公称容积的减压水箱造价约900 元，总造价约16 200 元。

通过以上对比，在保证系统安全稳定及不增加造价的前提下，该项目选择通过减压水箱方式来降低低区消火栓系统的静压。

5 结 语

通过以上对比，该项目室内消火栓系统选用临高压消防给水系统。此系统在竖向上分2个分区，第一个分区为-4～20层，为室内消火栓低区；第二个分区为21层及21层以上，为室内消火栓高区。在机房顶设置高位消防水箱2座，总有效容积≥42 m3。在室内消火栓高区，通过设置消防增压稳压设备来满足最不利点水压≥0.15 MPa的要求，同时复核本分区室内消火栓最大静压处≤1.0 MPa；在室内消火栓低区，通过在28层避难层设置减压水箱(设置减压水箱2座，总有效容积≥18 m3)的方式，来满足本分区室内消火栓最大静压处≤1.0 MPa的要求，同时复核本分区最不利点水压≥0.15 MPa。

该消防给水系统安全可靠、投资合理、故障率低、平时维护成本低，为住户的安全提供了有力的保障。