高层建筑工程给排水消防设计探析

黄巍

摘    要：随着城市经济的快速发展，城市土地资源日益严重，严重制约了城市发展，推动了高层建筑的发展。近年来，高层建筑火灾频发，高层建筑消防安全已成为人们生命安全的重中之重。在进行高层建筑的给排水消防设计时，不仅要充分考虑消防灭火，同时还要考虑投资的合理性，降低不必要的生命和财产损失已成为工程建设当中考虑的重点，只有在建筑给排水消防设计的实际应用过程中，才能不断总结和完善存在的问题，才能在消防灭火工作中取得理想的效果。

关键词：高层建筑;给排水;消防设计

1  高层建筑消防给排水工程特点

1.1  安全可靠性要求高

在高层建筑给排水系统的设计中，要考虑的关键因素是高层建筑消防系统对安全可靠性的高要求。高层建筑中存在很多隐患，一旦发生火灾，火势迅速蔓延，导致扑救火灾更加困难，因此，保证消防系统的安全性和可靠性是给排水消防设计的关键。考虑到目前我国的现状，高层建筑给排水消防系统的设计首先应考虑自救。

1.2  静水压力大

在高层建筑给排水设计中，另一个重要因素是高层建筑的静水压力。与一般的单、多层建筑不同，高层建筑的静水压力非常大，如果使用常规的单一供水，可能无法满足供水的使用要求，而且管道及其配件很容易损坏。

1.3 管道机械强度高

与一般的单、多层建筑相比，高层建筑的给排水消防管道较长，使用要求较高，同时在使用过程中管道内部压力变化较大。在高层建筑给排水消防设计中，要保证消防系统的供水能力，同时也要保证管道内的压力稳定。基于以上几点，高层建筑给排水消防管材应具有较高的机械强度。

2  高层建筑给排水消防系统的设计要求

2.1  消防给水设计要求

首先，消防设施的设置应以建筑物的高度、类型以及面积大小等为依据，设计相应的消防设施。另外，水作为主要的灭火工具，其他灭火材料作为辅助工具。最后，由于高层建筑灭火难度大，故消防系统的设计应基于自救的原则为主进行设计。

2.2  消防排水设计要求

高层建筑设有消防给水系统时，另需设置消防排水。排水措施应满足财产和消防设施安全，以及系统调试和日常维护管理等安全和功能的需要。首先，我们应该充分利用雨水排水管道，并考虑设计防止回流的措施。其次，还可以在关键的消防区域设置消防专用排水管。另外，消防排水设计要考虑从上层到下层的渗水情况，避免地下室以上楼层渗水至地下室。最后，为了保证排水泵的安全运行，其供电应满足排水泵正常运行的要求。

3  高层建筑给排水消防设计方法

3.1  消防水池

因为GB 50974—2014《消防给水及消火栓系統技术规范》中对不设消防水池的条件规定得非常严格，以某市为例，所有高层建筑基本上都设有消防水池，导致全市设有很多大小不同的消防水池，这样做不仅使投资增加了，占用了很多的建筑面积（每座水池平均占用100多平方米的面积），而且因为长期不使用，造成水污染。

针对高层建筑火灾不易蔓延与防火措施较完备，和建筑一同发生火灾的概率较低等特征，采取下列几种处理方法：一是提高整体规划意识，附近需要建设消防水池的建筑，一同建造一个共用的消防水池，剩余几家一起出资，由水池所在的建筑进行管理;二是在明确不能修建水池的情况下，可论证考虑在建筑物的合理位置均匀设置室外消火栓和水泵接合器，适宜的增加屋顶消防水箱的贮水量，大功率消防车在发生火灾时从消火栓取水，采用水泵接合器加压供水;三是设计综合利用商用建筑设计的喷泉等室外蓄水池，经过一定的过滤措施，在发生火灾时可以用作消防用水，然而一定要考虑冬季室外水池冻结因素的影响。四是在建筑中心位置设置消防加压泵房，从市政管网直接取水（适用于市政管网允许消防水泵直接从管网抽水）。

3.2  自动喷水灭火系统

当前，自动喷水灭火系统主要面对以下几方面的问题：

（1）要科学的设置走道的喷头位置。按照规定要求，喷头的数量在8个或者8个以下，为了处理走道内自喷配水管管径偏大的问题，喷头要在配水支管接出，同时需结合电气、暖通等专业综合考虑管道布置。

（2）自动喷水灭火系统配水管入口的减压设计：一方面要对管网的水头损失与建筑的高度进行考虑，另一方面需要在平面布置自动喷水灭火系统后，进行水泵扬程的计算，来确保入口处的压力，从而进行减压设计。

（3）末端试水装置：每个报警阀组的最不利点处都应设置末端试水装置，其他防火分区、楼层均应设置直径为25mm的试水阀。试水接头出水口的流量系数，应等同于同楼层或防火分区内的最小流量系数洒水喷头。末端试水装置的出水，应采取孔口出流的方式排入排水管道，排水立管宜设伸顶通气管，且管径不应小于75mm。

（4）设置消防稳压泵：通常情况下屋顶消防水箱的设置高度无法满足最不利点处喷头的静水压力要求，故需设置稳压泵。稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄漏量和系统自动启动流量 ，稳压泵的设计压力应满足系统自动启动和管网充满水的要求

3.3   消火栓的设计

建筑物室内消火栓通常包含：消火栓箱、消火栓、消防水带、消防水枪、水带接扣等。设置室内消火栓的建筑，包括设备层在内的各层均应设置消火栓。室内消火栓的布置应满足同一平面有 2 支消防水枪的 2 股充实水柱同时达到任何部位的要求。室内消火栓应设置在楼梯间及其休息平台和前室、走道等明显易于取用，以及便于火灾扑救的位置。室内消火栓宜按直线距离计算其布置间距， 消火栓按 2支消防水枪的2股充实水柱布置的建筑物，消火栓的布置间距不应大于30.0m;消火栓栓口动压力不应大于0.50MPa;当大于0.70MPa 时必须设置减压装置，一般设置减压稳压消火栓。

3.4  消防水泵房

独立建造的消防水泵房耐火等级不应低于二级;附设在建筑物内的消防水泵房，不应设置在地下三层及以下，或室内地面与室外出入口地坪高差大于10m的地下楼层;附设在建筑物内的消防水泵房，应采用耐火极限不低于2.0h的隔墙和1.50h的楼板与其他部位隔开，其疏散门应直通安全出口，且开向疏散走道的门应采用甲级防火门。

消防水泵房的设计应根据具体情况设计相应的采暖、通风和排水设施。严寒、寒冷等冬季结冰地区采暖温度不应低于10℃，但当无人值守时不应低于5℃;消防水泵房的通风宜按6次/h设计;消防水泵房还需设置排水设施。

4  某高层建筑给排水工程应用概述

4.1  工程案例

某综合楼是集商场、餐饮、办公、住宅为一体的大楼。项目地下1层为车库及设备房;首层为部分架空、部分小商铺及商场;2层为餐饮、商场及配套办公室;3层～28层由6栋住宅塔楼组成。建筑高度为94.5m，总建筑面积约125000m2。

4.2  给水系统

（1）本工程生活给水水源采用市政给水水源。从项目周边市政给水管网上各引入一根给水引入管，并在基地内形成环网，供生活和消防用水。

（2）市政供水压力为0.32MPa，为了充分利用市政水压，地下1层～地上6层采用市政压力直接供水;7层以上采用两套变频设备供水。系统分区，7层～18层采用低区变频设备供水;其中7层～12层经可调式减压阀减压后供水。19层～28层采用高区变频设备供水;其中19层～24层同样经可调式减压阀减压后供水。控制各用水点水压不超过0.35MPa，超压部分由减压阀调压。

（3）住宅总户数为624户，最高日用水量为655m3/d，设150m3的生活水池，并分为容积基本相等并能独立使用的两格。

4.3  排水系统

本工程室内采用污、废水合流的方式，室外采用雨、污分流的方式。生活污水经化粪池处理后，就近排入市政污水管网。2层餐厅的油污废水先经油水分离器处理后，再排入室外污水管网。地下室污水经潜污泵提升排至室外污水管网。

4.3.1  优化消防电梯集水井的设计

通常情况下，在消防电梯底部或周边附近需设置一个集水井，该集水井的有效容量不应小于2.00m3，且排水泵的排水量不应小于10L/s。在本工程设计中，笔者将该集水井移到车库内与车库内的集水井共用，集水井的有效容量为3m3，排水泵的排水量为10L/s。虽然电梯前室与周围的车库同属一个大防火分区，但由于电梯前室与车库连通的门为甲级防火门，为了不因为管道的连通而破坏两区域的防火安全性，也就是当车库发生火灾时经排水管道传入电梯筒，故此笔者将消防电梯底坑至集水井的排水管伸到集水井的潜水泵吸水高度以下，也就是水面以下，并在短立管的頂端设管堵以便清扫。

4.3.2  卫生间与厨房分设排水立管的问题

《住宅建筑规范》（以下简称《住规》）中第8.2.7条规定，住宅厨房和卫生间的排水立管应分别设置。但笔者发现普遍的做法是立管一到转换层后，两种管道就合并了。笔者认为，在没有中水回用的项目中，大可不必受此限制。因为分设立管的目的是为了防止卫生间大流量的坐便器冲水时破坏厨房间洗菜池水封，而使卫生间排水管道内的污浊有害气体串至厨房内。那么，当卫生间内设有专用通气管时，再就近把厨房间排水管接入卫生间内的排水立管，就不可能发生因水封破坏而相互串气现象。尤其对与高层住宅顶部的空中别墅，一般厨房间与下部标准层厨房间不再同一个位置，大可不必为该厨房间而专设一根立管从28层一直立到一层再接出室外，可就近把该层厨房间排水管接入卫生间内的排水立管。

4.3.3  底部横支管与立管连接的问题通常的做法

（1）在二层底部增加单独的排水立管，并伸顶通气，或者增大管径而不伸顶通气。这种方法的缺点是增加立管会影响美观，增加成本以及占用更多的室内空间。（2）在厨房底部的排水支管上增加排水止回阀，安装在厨柜中，便于维护。而底部阳台洗衣机排水地漏选用不带塑料水封的箕斗式地漏。上述两种新型排水配件具有防反冲洗和防臭味的功能。同样，在不设洗衣机的阳台也全部采用塑料无水封磁性翻斗式地漏，可避免因为普通地漏水封干涸而造成臭气溢出，因此，设洗衣机的阳台排水都要接入室外污水管网。（3）《住规》第8.2.7条的条文说明规定，靠近与卧室相邻的内墙时，应采用消声措施的管材。据笔者所知，目前用得较多的室内塑料排水管材有4种：硬聚氯乙烯直壁排水管、硬聚氯乙烯内螺旋管、中空壁消声硬聚氯乙烯管、中空壁消声硬聚氯乙烯螺旋管。第1种用得最多，不用多介绍;第2种的优点是流量比直壁管大，并有一定的降噪效果。比如，可用作十几层建筑的污水立管时，不设专用通气管;第3种是用作只要求降低管道噪声的排水管，效果较第2种好;第4种是用在既要降低噪声，又要增大流量的场所。根据以上各管材的特点，本工程室内靠近卧室的污废水立管采用中空壁消声硬聚氯乙烯管。

4.4  消防系统

本工程设有消火栓系统、自动喷水灭火系统、干粉灭火系统及灭火器配置。用水量标准：室内消火栓为40L/s，火灾延续时间3h;室外消防用水量为30L/s，火灾延续时间3h;喷淋系统为30L/s，火灾延续时间为1h。

4.4.1  消火栓系统

（1）室外消火栓系统由基地内的环状给水管网供水。

（2）室内消火栓系统分为两个区。低区为地下1层～16层，由小区低区消火栓加压给水管网供水;高区为17层～28层，由小区高区消火栓加压给水管网供水。为了保证初起火灾时消防用水量和消防水压的要求，设置屋顶消防水箱，消防水箱有效容积36m?。屋顶消防水箱的设置高度无法满足最不利点处消火栓静水压力不低于0.10MPa的要求，故设置消火栓稳压泵及气压罐。

4.4.2  自动喷水灭火系统

系统分为两个区。低区为地下1层～16层，由园区室外低区喷淋加压给水管网供水;高区为17层～28层，由园区室外高区喷淋加压给水管网供水。屋顶消防水箱的设置高度无法满足最不利点处喷头的最低工作压力要求，故设置喷淋稳压泵及气压罐。首先，喷淋系统分区管道水压的问题，按《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称《喷规》） 第8.0.1条规定，配水管道的工作压力不应大于1.20MPa。所谓配水管道，就是報警阀后的管道。如果按此规定，高区的报警阀就必须搬到住宅楼上，这样就要增大某一楼层的管道井尺寸，那样对于住宅楼来说是相当困难的。笔者认为只要选择工作压力较高的报警阀就可忽略这个问题，本工程选用工作压力为1.6MPa的报警阀，并把高区的报警阀和低区的一起放在地下室便于管理。很多地方的审查专家也默认此做法，也希望即将要修订《喷规》时也能考虑修订此条文;其次，系统的放空阀的设置问题。笔者认为喷头不多时，像电梯厅的喷淋，泄水阀可与试水阀或末端试水装置合用，而且也符合《喷规》条文说明第4.2.9条第3 点对泄水管管径的规定;大面积的喷淋，应在水流指示器后的干管上增设放空阀，检修时可只关闭该防火分区;当一个报警阀只负担一个防火分区时，可考虑共用报警阀处的放空阀;最后，关于十字梁喷头布置的问题。地下层车库顶板及裙楼的顶板结构上有局部采用了十字梁。《喷规》第7.1.3条第4款规定，净空高度不超过8m的场所中，间距不超过（4×4）m布置的十字梁，可在梁间布置1只喷头，但喷水强度仍应符合表5.0.1的规定。后面的喷水强度的规定是很容易被忽略的。经过计算，此时应采用流量特性K为115的喷头。

4.4.3  干粉灭火系统

采用无管网悬挂式储压超细干粉灭火系统。

高层民用建筑中火灾危险性大、发生火灾后对生产和生活产生严重影响的配电室等属于“特殊重要设备室”，应设气体灭火系统。本工程由于配电室较为分散，而且各房间的面积和容积都不符合《气体灭火系统设计规范》内的面积和容积的规定，经技术经济比较采用无管网悬挂式储压超细干粉灭火系统，该装置为无管道系统，相对简单，也不用另外设气体瓶罐间，仅象一只只吊灯悬挂于顶部，技术先进，经济合理，并便于施工和维修。该系统可由感温元件温控启动、热引发启动、电引发启动，是高层建筑内变配电间气体灭火系统较好的替代系统。

4.4.4  灭火器配置

（1）负一层车库为B类火灾，属于中危险级。每具灭火器最小配置灭火级别为55B，最大保护面积为1m2/B。设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC4，最大保护距离为12m。

（2）负一层设备房、配电室、强弱电间、首层消防控制室、电梯机房、为E 类火灾;首层商铺、二层餐饮、商场、办公室为A 类火灾，以上都属于中危险级。每具灭火器最小配置灭火级别为2A，最大保护面积为75m2/A。设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC4，最大保护距离为20m。二层厨房为B类火灾，属于严重危险级。每具灭火器最小配置灭火级别为89B，最大保护面积为0.5m2/B。设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC5，最大保护距离为9m。

（3）三层及以上普通住宅为A 类火灾，属于轻危险级。每具灭火器最小配置灭火级别为1A;最大保护面积为100m2/ A。设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器MF/ ABC2，最大保护距离为25m。

5  结语

特别是近年来，随着城市用水量的不断增加，水质越来越差，这无疑给供水和污水处理带来了沉重的负担，同时，城市建筑的给水排水系统，尤其是高层建筑的给水排水系统存在的问题，已成为工程师必须面对的问题。拥有先进的高层建筑给排水系统，不仅在一定程度上缓解了城市用水量的供需矛盾，解决了缺水的问题，还可以有效地减少污水排放，保护环境，提高社会效益和环境效益，进一步推进节水型社会建设。

参考文献：

[1] 林德生.关于高层商用建筑消防给排水设计的探讨[J].科技传播，2016（13）.

[2] 陈琳.高层建筑给排水施工研究[J].中国房地产业，2017（3）.