超高层办公楼消防水系统及系统分区探讨

2023-10-27韩冬高志敏冯凯刘雨昊

智能建筑与智慧城市 2023年10期

韩冬，高志敏，冯凯，刘雨昊

（中建八局第一建设有限公司）

1 项目概况

本项目为超高层办公楼，总建筑面积70365m2，其中，地上建筑面积56223m2，地下建筑面积14142m2。地上总共29层，总建筑高度为124.9m，其中1层～3层为敞开式公共停车楼，4层及以上为办公楼，13层及26层为避难层。地下部分共2层，地下一夹层为非机动车库，地下一层为车库及设备用房，地下二层为车库。地下考虑放置2层～4层机械停车位，地下一、二层层高均为7.0m。本项目为一类公共建筑，耐火等级为一级。

2 消防水系统设计

本项目消防设计包括：室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统和建筑灭火器配置。

2.1 消防水源

本项目生活、消防给水水源均由市政水源供给。由项目西侧市政路引入一根DN200进水管，后分两路，一路DN150给水管供室外消防供水，设水表（远传）及倒流防止器一只；一路DN150给水管供生活用水，设水表（远传）及低阻力倒流防止器一只。由项目北侧市政路引入一根DN150进水管，供室外消防供水，设水表（远传）及低阻力倒流防止器一只。室外消火栓系统由两路室外消防给水管组成环状管网供水。从生活给水管道上单独引出一路给水管供消防水池补水，消防泵房设消火栓泵和喷淋泵，消防用水量详表1。

表1 消防用水量

2.2 消火栓系统

2.2.1 室外消火栓系统

本项目室外消火栓系统由园区内的两路市政给水管线组成的室外消防环管供水，环管管径为DN200，采用低压消防系统，在地下车库出入口处及消防车道附近设置室外消火栓，室外消火栓设计间距不超过120m，采用地上式消火栓。

2.2.2 室内消火栓系统

黎承[1]在对超高层建筑消防供水系统的探讨中，分析了消火栓系统减压阀分区、串联分区和并联分区各自的优缺点。对比各种分区方式，本工程采用设减压阀分区的临时高压供水系统，在屋顶设置容积为50m3的消防水箱，消火栓稳压设备设置于消防水箱间内，为系统提供稳压及火灾初期的消防用水。高区由消防泵房的消火栓泵加压供给，低区由消火栓泵经两组减压阀组后形成的供水环管供给。保证消火栓栓口静水压不超过1.0MPa，当消火栓栓口压力超过0.5MPa时，采用减压稳压型消火栓。整个消火栓竖向和横向分别都成环。

本项目1层～3层为地上敞开式停车库，项目地点在济南，消火栓管线在冬季有结冻风险，翟加君[2]在对寒冷地区敞开式车库的分析中指出，采用电伴热不仅会增加日常的运行费用，其实际应用效果也难以保证。所以本工程采用干式消火栓系统，低区消火栓环管经两个雨淋阀后在车库形成干式消火栓环管，保障系统两路供水。在消火栓箱处应设置直接开启快速启闭装置的手动按钮，系统最高处设快速排气阀。

2.2.3 自动喷水灭火系统

本项目除了不宜用水扑救的部位（电气用房等）外均设置自动喷水灭火系统。地下和地上停车库采用预作用式系统，地上办公为采暖区域，采用湿式系统。地上部分自动喷水系统危险等级为中危I级，喷水强度为8L/(min.m2)，作用面积160m2。桑松表[3]在计算机械停车库时，依据《全国民用建筑工程设计技术措施》将机械停车库参照为货架内置喷头的仓库，2层及以上车架内置喷头时，计算车架内置喷头的数量为14只。本项目地下部分车库设有2层～4层的立体机械停车库，喷头参数按《喷规》[4]第5.0.5条确定，流量系数选用K=80，工作压力不应小于0.20MPa。每只内置喷头流量带入《喷规》[4]第9.1.1条计算：Q=K×(10P)0.5/60=80×(10×0.2)0.5/60=1.88L/s。则喷淋用水量Q=1.88×14+32=58.32L/s，取60L/s。本项目喷淋系统报警阀分别设置在消防泵房、车库报警阀室及13层避难层的报警阀室。

自动喷水灭火系统供水消防水源和消防水箱同消火栓系统，采用减压阀分区的临时高压供水系统。高区由消防泵房的喷淋泵加压供给，低区由喷淋泵经两组减压阀组后形成的供水环管供给。

2.2.4 气体灭火系统和手提灭火器

1）气体灭火系统

李厚强[5]在比较不同的气体灭火剂中认为，七氟丙烷气体灭火剂具有灭火效率高、对大气层破坏小、经济实惠和良好电气绝缘性的优点。结合业主方要求，本工程的变配电室采用无管网七氟丙烷气体灭火系统，设计灭火浓度为9%，各防护区采用全淹没灭火方式，在通讯机房和电子计算机房等防护区，设计喷放时间取8s，灭火浸渍时间采用5min。

2）手提灭火器

建筑物内设置磷酸铵盐干粉灭火器，主要设置在消火栓箱下部，根据建筑物各区域的危险等级和灭火器保护距离，在其他合适位置增设灭火器。

3 关键问题探讨

3.1 消火栓高低区分区探讨

王君[6]认为随着工业化水平的提升，已经有能够承受更高压力、更高质量的系统组件投入应用，按《消规》[7]第6.2.1条规定，消火栓栓口处静压大于1.0MPa分区是可行的。本项目建筑总高度为124.9m，消防泵房位于地下一层，按初设方案本项目以13层避难层（49.8m）为界划分高低分区，避难层设置转输水箱和高区消火栓泵，形成高区消火栓管网，保护13层～29层，水箱由泵房转输水泵提供两路供水。该方案投资造价高、系统复杂、控制繁琐，避难层设置消防设备对毗邻两层产生噪音污染，影响建筑品质。经与初设单位沟通，采用此方案的原因是本项目地下两层均设有2层～4层的立体停车位，地下两层总高为14.0m，远高于普通的两层停车库。如果不设传输水箱，以13层避难层为高区起点，则消火栓泵后低区减压阀组阀后压强约为[49.8（13层地面标高）+1.1+6.5（减压阀组高度）+35（消火栓动压）+1.2×5（估计水损）]×103Pa=98.4×104Pa，则低区地下车库最低点消火栓栓口静压为98.4+6.8-1.1=104.10m，栓口压力超过规范要求，因此采用设传输水箱的消火栓分区方案。

按初设原方案，栓口压力仅超出规范要求不到4.5m就采用了设传输水箱分区的系统，在工程造价和系统控制方面都提高了一个档次，这样是不经济的。另外，按业主要求，消防水池从地下一调整到一层，水池上移会增加最底层消火栓栓口静压，这样按初设方案选用传输水箱分区理由更为充分。但是，在满足消规、保证系统安全的前提下，为降低造价、简化系统，我们将每种系统方案进行分区和管线优化，经过系统对比，确定本项目可以采用减压阀分区的消防系统。为保证栓口静压不超规定限值，首先降低了低区供水高度，由13层（49.8m）调整到11层（41.8m），然后通过放大管径、优化管线路径、控制减压阀组安装高度等措施降低管网的水力损失，通过以上方法降低了低区供水压力，即消火栓泵后减压阀组阀后压力P减=[41.8（11层地面标高）+1.1-1.2（减压阀组高度）+35（消火栓动压）+1.2×5.36（计算水损）]×103Pa=8.313×104Pa。此时，低区地下车库最低点消火栓栓口静水压力P静为[83.13+1.2+14（地下二地面高差）-1.1]×103Pa=9.723×104Pa，栓口压力满足规范要求。调整系统后，消火栓在满足规范和安全要求的前提下，达到了降低造价、简化系统、减少绘图量、节省工期的效果，业主方、施工单位和设计单位三方均受益。

3.2 干式消火栓系统探讨

本项目1-3层为开敞式停车库，车库无采暖设施，为保证消防系统管网在冬季正常运行，喷淋采用预作用系统，消火栓系统可以采用设电伴热保温的湿式系统或者是干式消火栓系统。如采用电伴热保温方式，管道单位长度热损失量计算参照图集《管道和设备保温、防结露及电伴热》[8]，济南地区按管径DN100，绝热层厚度40mm，温差为15℃时取值，单位管道的散热量为8.85（W/m），考虑1.15的未预见系数，按实际管道980m估算耗电量为9.9kW。包括未统计在内的消火栓支管的耗电量，大面积车库消火栓系统的电伴热保温在冬季运行费用相当高昂，如果后期物业单位为削减开支关闭管道保温系统，消火栓系统会因冻结而无法使用，造成严重的安全隐患。综上考虑系统安全性和降低运维费用，本项目采用干式消火栓系统。