浅析山地建筑的给水和消防设计特点

2021-10-30尹爱琼

浙江建筑 2021年5期

尹爱琼

（杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江杭州310008）

1 项目概况

某职业教育学校位于浙江省杭州市临安区，地形主要为山林地。建设用地面积182 978 m2，总建筑面积120 910 m2，其中地上建筑面积112 317 m2，地下建筑面积6 462 m2。规划使用人数5 573人。

用地以公共活动组团和运动场（A区）为核心，西面为1＃公共教学组团（B区），东临2＃公共教学组团（D区），北侧为生活组团（C区）。其中公共活动组团包括图书馆、体艺馆和报告厅；1＃公共教学组团包括普通教学楼与艺卫、商贸实训楼，并设有平战结合地下汽车库；2＃公共教学组团包括普通教学楼与汽修、机械和电子实训楼；生活组团包括5幢6层的学生宿舍；宿舍与公共活动组团之间为食堂和烹饪实训楼。所有建筑均为1～6层。校区总平面鸟瞰图见图1。

图1 校区鸟瞰图

2 生活给水系统

2.1 生活给水系统简介

生活给水水源取自市政给水管网，从地块东侧市政给水管引入一条DN150进水管至生活水箱，经变频供水装置加压后供水。市网接入点处的供水压力为0.12 MPa。

地下室利用市政压力直接供水，地上部分生活给水系统采用分区供水，室内地面标高70.00 m以下的建筑为低区，机组供水压力为0.50 MPa；室内地面标高70.00 m以上的建筑为高区，机组供水压力为0.65 MPa。水压超过0.20 MPa的楼层给水支管设置支管减压阀，阀后压力取0.18 MPa。高、低区生活给水系统均采用生活水箱＋变频加压设备，加压供水。

校区设有1座生活泵房，位于校区中心位置的食堂一层，生活泵房设有2只有效容积为100 m3的不锈钢生活水箱和高、低区变频供水装置各1套。不锈钢生活水箱均设有消毒机。

2.2 生活给水分区分析

校区位于山区，各单体室内地坪标高相差较大，最低标高为60.80 m，最高标高为82.30 m。而市政供水压力在标高54.00 m处的压力为0.12 MPa，除地下室可以利用市政压力直供外，市政管网压力不能满足地上部分的用水要求，故校区各单体生活用水均须设置加压设备供应。

校园主干道由南面大门入口开始，从南往北上坡，绕山顶操场后向南至东部2＃教学楼西侧后，道路下行至东大门入口，与市政道路衔接，东大门地面标高为57.00 m。A区位于山坡顶，各单体室内地面标高为82.30 m，与食堂的屋顶（标高81.50 m）相差不大；西侧B区地势较低，地面标高为61.30～62.30 m；C区5幢宿舍从C1＃～C5＃楼室内地坪标高从64.30～72.30 m依次抬高；D区3幢教学楼地坪标高为80.00～76.10 m，从北向南，地势下降，各错一层布置，而东侧大门口的D1＃实训楼室内地面标高为60.80 m，为校区室内地坪最低的建筑单体。

《建筑给水排水设计标准（GB 50015—2019）》第3.4.3条规定：“当生活给水系统分区供水时，各分区的静水压力不宜大于0.45 MPa；当设有集中热水系统时，分区静水压力不宜大于0.55 MPa。”［1］同时浙江省《绿色建筑设计标准（DB 33／1062—2016）》第7.2.2条规定：“供水系统应节水、节能，并应采取以下措施：……多层、高层建筑的给水、中水、热水系统应合理确定竖向分区，每区供水静压力不大于0.45 MPa；采取减压限流的节水措施，生活给水系统用水点处供水压力不大于0.20 MPa，且不应小于用水器具要求的最低压力。”本项目要求按绿色建筑二星级设计，根据上述设计标准，生活给水系统按每区静水压力不大于0.45 MPa进行分区。校区建筑供水高度范围从－1.50～37.20 m，高度差为38.70 m，同时最不利点卫生器具压力不小于0.01 MPa，另考虑管路损失，则项目生活给水系统至少需分成2个区。给水分区方案有2种。

方案一，综合所有建筑单体的室内地坪标高和建筑层数、高度，按用水点的绝对标高统一考虑，如按高、低区供水高度均匀，则低区供水高度范围为－1.50～18.00 m，高区供水高度范围为18.00～37.20 m，按生活水箱低水位绝对标高62.30 m计，则以绝对标高80.30 m为界，低于80.30 m的用水楼层为给水低区，高于80.30 m的用水楼层为给水高区，结合各建筑单体一层室内地坪，A4＃、B1＃、B3＃、B4＃楼全部为给水低区，A1＃～A3＃楼、A5＃楼、D2＃楼全部为给水高区，其余建筑B2＃、B5＃、C1＃～C5＃楼、D1＃楼生活给水均分为高、低2区。

方案二，按建筑物室内地坪绝对标高分区，每个建筑单体仅设一个给水分区，即全部由高区供水或全部由低区供水，建筑物室内地坪标高为60.80～82.30 m，均为多层建筑，结合总图位置，以1层室内地坪绝对标高70.00 m为界，室内地坪绝对标高低于70.00 m的建筑由低区供水，高于70.00 m的建筑由高区供水。具体为：A1＃～A3＃楼、A5＃楼、C4＃～C5＃楼和D2＃楼由高区供水，其余为低区。

方案一、二的冷热水原理图以C1＃～C5＃楼为例，见图2、图3。比较方案一与方案二，两者的优缺点为：

图2 方案一宿舍楼冷热水原理

图3 方案二宿舍楼冷热水原理

从系统设计的角度看，方案一根据各用水点的绝对高度，选择加压设备，对于分区内超过0.20 MPa的底部楼层用水点，采用支管减压阀减压，保证用水点用水压力满足节水要求，而分区内上部2层无须设置支管减压阀，减压阀的数量较方案二少。但对于设置热水系统且用水量较大的C1＃～C5＃宿舍而言，根据《建筑给水排水设计标准（GB 50015—2019》第6.3.7条，集中热水供应系统的分区及供水压力的稳定、平衡，应遵循下列原则：应与给水系统的分区一致。因冷水系统分为高、低2区，则热水系统也应分为高、低2区。宿舍共6层，采用的加热设备为空气源热泵热水机组＋承压储热水罐，并设于每幢宿舍的屋顶，热水供水方式采用上行下给式的布置方式。冷热水横干管设于每个给水分区的顶层，热水回水横干管设于每个给水分区的最底层或其下一层。如每幢宿舍热水采用分区的方式，冷热水横干管水平布置则受建筑层高的限制，标准层（2～6层）走道难以布置冷热水横管，故冷热水横干管均需设于屋面。此时对于低区而言，分至每个卫生间的冷热水立管将穿越高区管道井，使得每个卫生间的管井面积增大，同时加热设备、热水循环泵与方案二相比，增加1套，也将增加屋顶的占地面积。另外对于单幢宿舍，分为2区供水后，不均匀系数增加，与方案二比较，热水设备的调节能力下降。

从经济性考虑，校区绝大多数建筑内均设有高、低区给水管，整个校区沿主要道路须布置2根生活给水管，高、低区管道（DN150）长度增加约600 m，造价相应增加；同时校区为山坡地，道路边挡墙多，室外管道基本沿道路布置，还须兼顾消防管道和排水管道，平面位置有限，增加管道，施工难度也将增大。

从后期管理和维护的角度看，方案一室外管道的长度较方案二将显著增加，也增加了管网漏水的概率；而室内尤其是宿舍的冷热水管道增多，相应的加热设备、阀门等配件增加较多，维护管理难度加大。

通过上述分析，校园的给水分区采用方案二，按建筑物室内地坪标高，每幢建筑单体给水为一个分区，室内给水系统简单，室外给水管道大大减少。对于个别单体如A4＃楼，为生活水泵房所在建筑，整栋单体水压偏高，可在给水引入管处设置干管减压阀组，减压后供给整个单体；宿舍等有热水供应的单体，冷热水均为一个分区，设备数量减少，节约占地面积及造价，系统管理及维护保养也较为方便。

3 消防给水系统

3.1 消防给水系统简介

《消防给水及消火栓系统技术规范（GB 50974—2014）》（以下简称《消水规》）第3.1.2条规定：“一起火灾灭火所需消防用水的设计流量应由建筑的室外消火栓系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统等需要同时作用的各种水灭火系统的设计流量组成，两座及以上建筑合用消防给水系统时，应按其中一座设计流量最大者确定。”［2］

根据上述规定，校区室外消防用水量最大的建筑物为A2＃楼，室内消火栓用水量最大的建筑物是A1＃楼，消防用水量比较见表1。

表1 消防用水量

由表1可知，室外消防用水量为40 L／s，根据《消水规》规定，室外消防用水量应采用2路消防供水，而校区处于山区，市政仅能提供一路DN150进水管，且市网接入点处的供水压力为0.12 MPa，市政给水管网不能满足校区消防给水的水量和水压要求，故校区的室内外消防给水均须设置消防水池，并采用加压泵加压供水。根据表1，设计消防水池的有效容积为576 m3，消防水池和消防水泵房均设于A4＃楼一层，消防泵房内设置1套室内外消火栓合用加压泵和1套自动喷淋给水泵，同时消火栓和喷淋系统各设1套稳压装置，与屋顶水箱一起满足火灾初期消防用水。

3.2 消火栓给水方式分析

当室内外消火栓系统均需加压时，系统可以合用，也可以分开独立设置。设置方式的选择需考虑消防供水的安全可靠性、经济合理和施工维护管理等因素。

3.2.1 室内外消火栓分设系统

当室内外消火栓系统压力相差较大时，宜采用分开独立设置的方式。如建筑群内设有高层建筑时，室内消火栓系统工作压力较大，而室外消火栓系统可采用低压制，当场地平整时，一般不超过0.60 MPa，此时要满足室内消火栓系统的供水压力，则合用水泵的扬程需按最大考虑；同时，合用时流量为室内外消火栓给水量之和，将造成合用管网大流量、高压力，较系统分开时更容易漏水，消防供水的安全可靠性降低，因此不宜采用合用系统。

3.2.2 室内外消火栓合用系统

当室内外消火栓系统压力相近时，如建筑群内均为多层建筑，室内外消火栓系统宜合用。合用的方式有以下两种：

1）水泵和管网均合用，即设1套消防泵和1套管网。当室内外消火栓流量之和不大时，合用管网的管径和压力均不高，系统既简单可靠，也便于维护管理、经济合理。

2）合用水泵，消防管网分开。室内外消火栓系统流量出现在同一个建筑单体或者流量之和较大时，如合用管网，则合用管管径偏大。此时采用分设管网，室内外消火栓系统互不干扰，每套管网的管径较合用时流量减小，在场地安装条件富裕时宜选择。但分设的管网数量增加，后期维护管理相对复杂。

本项目为山地多层建筑群，室内外消火栓所需压力相近，宜采用室内外消火栓合用系统，管网流量及管径取值见表2（管材为球墨给水铸铁管）。

表2 消火栓流量及管径

由表2可知，室内外消火栓采用合用管网时，因室内外消火栓流量出现在不同的建筑单体，其流量之和较室外消火栓用水量增加不大，在流速满足规范要求的前提下，合用管径可不增大，水头损失的增加使得合用泵的扬程略有增加，但减少1套DN150消防管网，不仅可降低工程造价，同时减少了管网漏水的几率，更便于供水安全和施工维护管理。因此本项目最终采用室内外消火栓系统合用管网的形式，管网和水泵数量最少，施工维护管理方便，同时水泵控制简洁，提高了消防供水的安全，也减少工程造价［3］。

3.3 室内外消火栓合用系统应注意的问题

3.3.1 建筑单体引入管

采用消防合用系统时，每个建筑单体的消防引入管上须设置止回阀，如建筑单体根据规范需要设置水泵接合器时，则水泵接合器应设在引入管的止回阀下游，以保证火灾时，室内消防用水不至于回流至室外消防管网，影响火灾的扑救［4］。

3.3.2 屋顶水箱

校区采用合用消防系统，绝对标高最高的建筑单体即2＃公共教学C楼楼梯间屋面设置1座有效容积为18 m3的消防水箱，供火灾初期消防用水。因单体消防引入管上设有止回阀，故屋顶消防水箱的出水管应设专用管道单独接至室外合用管网。如与设置消防水箱的建筑物单体室内消防管网直接相连，则由于止回阀的作用，屋顶水箱所提供的初期消防用水不能供至其他单体。

3.3.3 室外埋地管的敷设

校区占地面积较大，消火栓合用管网比分设管网流量大，在管径不变的情况下，水头损失必然增加，造成合用管网的压力有所增加，室外埋地管漏水时不易发觉，因此在后期运行时，应加强检查、试验和维护管理。