浅谈高层建筑给排水与消防设计技术

虞晓敏

（卓展工程顾问（北京）有限公司上海分公司，上海 200235）

0 引言

从外表上看，高层建筑具有建筑高度高、体积庞大、通风性能差的特点，一方面需要为这些高层建筑的日常运行提供给排水条件；另一方面，建筑物内存在多种机械设备的应用，使得这些高层建筑发生火灾的危险性大，自救困难。为了给人们的日常生活提供便利，也为了能够有效地减少高层建筑物内火灾事故的发生，就需要对这些高层建筑物进行给排水与消防系统的设计。然而正因为高层建筑的复杂性，给排水与消防设计存在很大的难度，需要我们根据高层建筑的施工要求和建筑物的实际情况进行科学合理的设计，提高高层建筑给排水与消防系统的性能和系统质量，确保高层建筑物的有效安全使用。本文针对高层建筑物内给排水与消防系统的特点、作用、设计要求以及相关的给排水和消防设计技术进行研究分析。

1 高层建筑给排水与消防系统的设计要求

在进行高层建筑给排水与消防系统设计时，有一些基本的设计要点，其中包括水质、水量、水压和管道材料。从水质上讲，给排水与消防系统需要具备较好的水质，特别是给水系统，由于日常生活中与人体密切接触，水质一旦恶化，对人们的健康安全会造成严重的影响。同时含有杂质的水质也会堵塞管道，从而导致供水系统不能正常运行，甚至瘫痪，对于消防系统来说，一旦发生火灾，其后果不堪设想，只有当水质得到保障时，才能为人们提供更好的服务。从水量和水压上讲，无论在日常生活还是火灾发生时，都需要储备足够的水量和水压。水量或水压不足，不仅影响人们的日常需求，更严重地会导致消防时不能及时扑灭火灾，对人们的生命财产安全造成严重的伤害。从管道材料上讲，首先必须符合国家标准，不得含有或析出对人体有害的物质，安全性上必须严格把控；其次是承压性能，管材的应用必须匹配系统的工作压力，并能够承受试验压力的冲击，具有足够的强度。除此以外，管道的内表面应光滑平整，减少水头损失，以利于系统的正常运行。

为了能够解决城市人口高速增长和城市土地资源应用紧张的问题，高层建筑应运而生，对于高层建筑给排水与消防系统的设计，一方面为满足人们日常生活的需求，良好的水质，充足的水量和水压，优质的管材都是给排水系统中最基本的要求。另一方面，在高层建筑物内，由于潜在的火灾隐患较大，当建筑内发生一定的消防事故时，火势蔓延快，不容易疏散人群，火灾救治难度大。因此，一旦发生火灾就极易造成人员伤害，对此，高层建筑内消防系统的设计至关重要，它关乎着建筑内是否能够对火情进行及时警报和快速处理。合理的高层建筑消防设计，能够提高建筑物内消防系统的时效性，提高火灾事故发生时高层建筑的自我救治能力，在最大程度上降低火灾事故的危险性，为高层建筑物内居民的生命和财产提供一定的保障。

2 高层建筑给排水设计内容

2.1 生活供水

在人们居住的高层楼房内，厨房、卫生间等都需要大量的生活用水。除此之外，一些电器如洗衣机、洗碗机等都需要提供水源。对于生活用水的水质，除了必须符合我国对水质标准的要求外，人们对生活用水的水质也有更高的要求，大致可以划分为饮用水和冷水。冷水主要是人们平常使用的水源，该水源主要来自城市自备水，对于一些要求较高的建筑来说，如五星级酒店，需要对城市自备水源进行过滤、吸附、软化的工艺，从而达到更高的水质标准，使人们使用起来更为舒适。饮用水主要是经过深度加工处理的水源，这些水可以供人们饮用，在我国一些高档建筑小区内，大部分都是应用独立的生活饮用水系统，当然设置小区饮用水系统的成本花费也较高。因此，在进行高层建筑设计时，我们应该根据建筑的实际情况进行合理规划。

2.2 污水处理

有用水就会有排水，日常生活中存在不同水质的污废水，如卫生间污水、含油废水、高温废水、实验废水等。不同的污废水具有不同的水质特点，需要有针对性地进行处理设计：医院病房的卫生间排水需要经过二级生化处理后排放，含油废水需要经过隔油设备处理后排放，高温废水需要降温后排放，实验废水需要加药排放。建筑物内污水排放系统的设计直接影响建筑的整体设计质量以及后续污废水处理的成本和效果，如今，很多高层建筑物内排水设施设计不够完善，在使用过程中存在很多问题，诸如堵塞、漏水、排水水质不达标等问题。因此，设计师应该按照建筑的实际情况进行合理设计，确保生活污水能够合理处治和排放。

2.3 雨水系统

对于裸露在外的建筑平面、立面，在遇到梅雨季节时，由于大量雨水的积累，使得建筑物外表裸露部分受到大量雨水的冲刷，尤其在建筑物顶部，大量雨水的堆积增加了建筑物顶部的压力，如不能及时排除，有坍塌的风险，甚至大量雨水从屋面溢流，对地面上的行人造成威胁。因此，在进行高层建筑设计时，我们应该对建筑物外表裸露部分进行雨水汇流和排除的系统设计，确保雨水能够快速收集并及时排除。特别注意的是，高层建筑的雨水系统承压较大，除选用具有较好承压性能的管材外，仍需设计合理的减压措施，以免过高的压力冲刷室外管道。

3 高层建筑消防设计内容

3.1 消火栓系统

在高层建筑物内，消火栓系统的设置主要是为了消防人员在火灾发生时能够取用足够的水源，阻止火势的蔓延，为人们的生命财产安全带来保障。因此，在进行消火栓系统设计时，我们应该根据建筑物的整体特点和人们的日常用水习惯进行设计。在设计中，主要做到以下几点：（1）任意一点必须在两个消火栓的保护范围之内，确保假设一个消火栓无法使用的情况下，另一个消火栓可以正常使用。（2）消火栓的位置必须便于取用，并应设有明显标识，不应设置于隐蔽处或受到任何物体遮挡。消火栓是火灾发生时消防人员灭火的重要消防设施，一旦受到阻碍，火势不能得到及时控制，结果不堪设想。（3）消火栓系统启用时必须及时，消防系统一般都会设有双重启泵控制元件，一个是流量开关，一个是压力开关，两者缺一不可，也是消防系统的双保险，消火栓启用后，流量开关与压力开关都会动作，联动消防水泵启动供水，从而确保消火栓有足够的水量与水压用以灭火，所有消火栓的联动至关重要。（4）在确保消防要求的前提下，消火栓的设置也需要满足建筑的整体布置，使建筑整体看上去美观、和谐。

3.2 自动喷水灭火系统

在高层建筑物内，自动喷水灭火系统的设置主要是为了建筑自救，高层建筑由于建筑高度过高，消防员救治的难度较大，且救援人员也不能够第一时间奔赴火灾现场，这就需要依靠建筑内自动喷水灭火系统进行自救并阻止火势的蔓延。因此，自动喷水灭火系统是火灾发生时的第一灭火措施，也是能否控制初期火灾的关键。自动喷水系统分类繁多，有湿式系统、干式系统、开式系统、闭式系统等，应根据保护的区域类型合理设计自动喷水系统和布置自动喷水点位。其次对于不同场所的喷头类型也需要进行针对性地选择，如无吊顶区域采用直立型上喷喷头，厨房区域采用高温度级喷头，人员密集区域采用快速响应喷头等。对于设计人员，需要做到“对症下药”，合理设计自动喷水灭火系统。

3.3 其他灭火系统

除上述常用的消防系统外，高层建筑还应根据不同的保护区域或设备设计其它消防灭火系统，如气体灭火系统、大空间智能灭火系统、高压细水雾灭火系统、灭火器等。

3.4 消防排水系统

对消防排水系统进行设计，主要是对在灭火过程中产生的水源进行合理排放，防止因为灭火而导致大量水阻碍逃生通道。在高层建筑物内，我们不能够仅仅依赖日常排水管进行排水，因为在进行灭火时，用水量大，日常排水管不能够达到相应的消防排水效果。因此，设计时应该设计专门的排水管道，用于消防灭火用水排放，以保证排水通畅。

4 高层建筑给排水与消防设计存在的问题

4.1 给排水设计存在的问题

给排水设计中，最主要的问题在于水质及水压。对于高层建筑来说，其用水量是比较大的，需要一定时间内储存一定的水量，包括管网内存在的水量，这些水量在长期不运行的情况下，会存在变质的可能，继而影响到人们的用水安全。所以对于高层建筑内存水量水质的保障措施需要引起设计人员的关注，在后疫情时代尤为重要。其次是水压，对于不同功能的建筑或器具，其水压要求是不同的，不能一概而论，一方面需要保证用水器具的正常使用，另一方面需要保证水压不会过高而影响人们的日常使用。设计时，需要结合最不利点水压需求和节能需求，通过合理的减压措施调整出水压力，以满足各类用水器具，并保证人们使用的舒适性。

4.2 消防设计中存在的问题

发生火灾时，消防系统是保障高层建筑物的重要一环，其时效性与灭火能力是关键。该系统主要是能够自主地根据火灾事故进行火势压制，通过自动化手段启动喷水系统，以达到及时浇灭火源的目的。对于高层建筑，特别是超高层建筑，消防系统需要串联、转输和供水，系统相对复杂，如何快速有效地进行进水水量输送非常关键。常规高层建筑的消防系统都是通过低位消防水池经转输泵将水量提升至高位，再通过水泵供水，或采用重力供水，由于水量转输需要一定的时间，所以在火灾初期，消防用水由屋顶水箱供给。对于不大于100m的高层建筑，高位水箱需要储存36m3的初期水量，对于100～150m的建筑，高位水箱需要储存50m3的初期水量，对于大于100m的建筑，高位水箱需要储存100m3的初期水量。可见，高位水箱的设置不仅为了提高火灾初期的消防水量，同时也为水量输送争取时间。

5 高层建筑给排水与消防设计的关键技术

5.1 给排水设计的关键技术

（1）高层建筑由于储存大量的生活用水，水质存在变质的风险，所以需要通过技术手段对生活水量进行循环处理。一是通过外部手段。采用水箱自洁器与紫外线消毒装置，对储存的水量进行水质处理，定期清洁，使长期不动的水量循环自洁，避免细菌滋生。同时通过紫外线消毒装置使供水水质得到保障。二是通过内部手段。水箱自洁器与紫外线消毒装置只能保障水源的安全，对于管网中的生活用水无法产生持续清洁的效果，因此，可以采取添加银离子或循环处理系统的方式对管网中的水质进行处理。银离子是一种可以在管网中存在，持续保障水质且对人体无害的物质，能够保障管网中的水质效果。循环处理系统可以通过对管网中水量强制循环的方式，以达到水量不断更新的目的。三是通过设计手段。如水箱进水与出水对角线布置，可最大限度地使水箱内的水量得到更新，保障水质。

（2）高层建筑的排水系统，无论生活排水还是消防排水，都存在出口端压力过大的问题，以往常常采用“S”弯来减少排水压力，但“S”弯的消能效果有限，所以可通过增加排水管道转换的长度和减少坡度来消除更多的排水压力，在避难层或者核心筒内绕行一段距离以达到消能的效果。另外，也可以增加出户管的长度或在室外设置消能井，同样可以达到消能的效果。具体措施应根据不同的建筑情况而定，设计师需要结合建筑情况综合考虑消能措施，既要消能，也要保障排水系统的通畅。

5.2 消防设计的关键技术

高层建筑特别是超高层建筑，系统复杂，对大于250m的超高层建筑，要求高位水池的容积不小于一次灭火的设计水量，可见建筑高度越高，越会考虑到低位消防水量转输不上去或来不及转输的情况，所以对待高层建筑，尤其是超高层建筑，自救的关键在于水量的及时输出。为了保证消防水量能够在火灾时及时输出，可以采用转输水箱与减压水箱连通或合并的措施，增加中间水箱的消防水量，为初期火灾提供保障的同时，也为消防转输提供了便利，为扑灭火灾争取时间。另外，也可以采取在转输泵的出水管上接驳消防管道至供水管网。对于中低区的消防系统来说，低位消防水量可以直接通过转输泵输送至供水管网，达到及时扑灭火灾的效果，同时也为消防系统提供了真正的双水源保障。

6 结束语

随着城市建筑不断扩张，在进行高层建筑设计时，我们会遇到越来越多的问题，需要越来越多的技术与方法来应对，我们应该结合建筑的实际情况，把可能存在的问题与难题进行罗列，并有针对性地一一解决。设计人员应该充分了解高层建筑的设计需求，在满足日常生活需求的同时，更应该保障高层建筑的消防自救能力。高层建筑的给排水与消防设计，不仅关系着人们日常生活的便利性与舒适性，更重要的是能够在火灾事故发生时提供安全有效的保护，维护人们的生命财产安全，减少伤亡与经济损失。所以，设计人员应该加强对给排水与消防设计的重视，做好设计审核校对，做好系统安装后的调试验收工作，为高层建筑提供强有力的安全保障。：