某超高层办公楼消防给水系统设计

辛承凯

（北京华巨建筑规划设计院有限公司福州分公司，福建 福州 350001）

0 引言

对于建筑高度在120～250m的两栋及以上的超高层建筑，多采用临时高压集中消防给水系统。但在实际工程设计时不同的分区方式对于系统的安全、稳定及造价都有不同的影响，如何选择一种既合理可靠又节省造价的分区方式是工程设计中经常要面对的问题。合理的消防给水设计不仅能提高系统的可靠性，也能方便用户的使用。其结果是能最大限度地保障人民的生命安全和建筑物的安全[1]。可通过转输管道环状双管供水、转输水箱分楼座分别设置、转输水箱进水管设置电动阀及旁通管、溢流水接至消防水池、报警阀组分散设置等技术措施提高供水的安全可靠性[2]。加大消防转输水箱容积在发生火灾后时可以尽可能多地提供水量，保证了充足的供水量，为管网充水争取时间，从而保障了管网供水的安全性[3]。值得注意的是应在各个转输水箱的进水管上设置电动阀并与高区消防泵联动当高区消防泵启动时、打开相应转输水箱的电动阀进行输水。否则发生火灾时转输水量将同时给多个水箱补水使得转输水量不能满足灭火要求[4]。本文结合工程实际，简要介绍某地超高层办公楼的消防给水系统设计，采用低位消防水池一转输水箱一高区消防泵（单栋临时高压串联）方式来确保系统安全稳定的运行。

1 项目概况

该项目由T1#、T2#、T3#、T5#四栋高层办公建筑及T3#、T5#楼的商业裙房S1#楼组成，其中T1#楼33层，建筑高度120m；T2#楼41层，建筑高度150m；T3#楼39层，建筑高度178.5m；T5#楼15层，建筑高度64m；S1#楼4层，建筑高度22m；地下室3层。本文主要以T3#楼展开介绍。T3#楼主要功能如下：地下室1～3层为设备用房和停车库，1～4层（S1#群房）为集中商业，5～39层为SOHO办公，其中10、20、30层为避难层，给排水设施与构筑物的主要分部为（1）地下室2层设办公消防泵房、商业消防泵房（管理单元不同）；（2）地下室1层设商业生活泵房、办公生活泵房、消防水池1 188m3（办公与商业合用消防水池）；（3）20层设消防转输泵房、消防转输水箱100m3；（4）30层设生活转输泵房；（5）屋面层设生活泵房。（6）构架层设消防高位消防水箱100m3。

2 消防给水系统设计

2.1 室内消火栓系统

T3#楼共39 层，主体建筑高度 178.5m，属于一类高层建筑。根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（2018年版）（以下简称“建规”）及《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）（以下简称“消水规”）设置相应消防设施，各部分消火栓用水量如下：室内消火栓系统用水量40L/s，室外40L/s，火灾供水时间3h，水枪充实水柱＞13m，消火栓栓口静水压不大于1.0MPa。室内消火栓系统采用临时高压供水方式，为确保系统工作压力不大于2.40MPa，本工程采用消防水泵转输水箱串联供水方式。值得注意的是本项目多栋塔楼高度均不相同，T1#楼（120m）及T5#楼（64m）均由地下室办公消防泵直接供水保护。T2#楼建筑高度150m，若由地下室消防泵直接供水的话，消防泵扬程将超过200m，从而导致系统工作压力超过2.4MPa，因此T2#楼也需采用串联分区。此时则有两种方式设置高区消防泵房，（1）合用系统即利用T3#楼高区消防转输水箱及加压泵为T2#楼高区供水，高区管道通过地下室连接至T2#楼塔楼的高区室内消火栓环网；（2）分设系统即T2#楼也设置独立的高区消防泵房、消防转输水箱及高区消防泵。转输水箱均由地下室消防泵房的转输水泵供水，通过电动阀及液位信号控制水泵开启。第一种方式的优点是可减少消防水箱、水泵、泵房，降低工程造价，缺点是竖向管线数量较多，整个系统供水管线长度较长。且由于管线较长，高区加压泵所需扬程较大，在地下室系统底部U型区域系统工作压力接近2.40MPa，管道及阀门承压较大，可靠性较低。第二种方式则系统相应独立，控制较为简单，本项目采取第二种即分设系统方式。系统原理图详图1，室内消火栓系统共分为五个区：

图1 室内消火栓系统原理图

1至4层集中商业单独设置室内消火栓分区，由地下室商业消火栓泵XQ供水，初期灭火由20层转输水箱供给并稳压；

地下室3层至地上10层（不包含1～4层商业部分）为低区，由地下室办公消；防泵联动开启。消火栓系统商业区、办公低区、中区和高A区由各自稳压水箱出水管上的流量开关来自动启动各自对应的消防泵，流量开关需设置在稳压管路减压阀的前端。高B区设有稳压泵，稳压泵后的流量开关仅作为报警信号，不直接启泵，火灾时由20层消防水泵出水干管上设置的压力开关来自动启动消防泵。各个分区的控制方式需与电气专业协调配合，实现系统的联动控制。20层避难层于消防转输供水管上设置三套室内消火栓手抬泵接口，高区供水管网上设置三组水泵接合器供消防人员连接手抬泵供水。20层及以下发生火灾时由地下室消火栓泵供水灭火。办公低区、中区室内消火栓系统、商业室内消火栓系统及消防转输系统于室外分别设置水泵接合器。水泵接合器处设置永久性标志铭牌，并按各系统、分区标明供水系统、供水范围和额定压力。

火栓泵X减压后供水，初期灭火由20层转输水箱供给并稳压；

11层至20层为中区，由地下室办公消火栓泵X供水，初期灭火由屋面高位消防水箱供给并稳压；

21层至30层为高A区，由20层转输泵房消火栓泵XG减压后供水，初期灭火由屋面高位消防水箱供给并稳压；

31层至39层为高B区，由20层转输泵房消火栓泵XG供水，初期灭火由屋面高位消防水箱与消防气压给水设备XW供给并稳压；

以上分区充分利用了避难层来设置各分区的顶部或底部的消防环网，在满足分区静压不超1.0MPa、系统工作压力不超2.4MPa的前提下，又增加了消防管道维护与检修的便利性。消火栓栓口动压不小于0.35MPa，不大于0.5MPa。当楼层栓口动压大于0.5MPa且小于0.7MPa时采用栓后加减压孔板的消火栓；当栓口动压大于0.7MPa的楼层采用减压稳压消火栓。

地下室办公消防泵房内分别设置两台消火栓转输泵，两台喷淋转输泵。消火栓与喷淋共用一套DN200转输管路。位于20层的消防转输水箱需单独设置自动补水管，不可用转输管道兼做补水管。20层以上发生火灾时启泵次序为20层的消火栓泵XG先启动，位于地下室的消火栓转输泵XF后启动。T2#、T3#楼转输管上分别设置蝶阀与电动阀，电动阀由转输泵房消

2.2 自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统是目前各个国家运用最广泛且最有效的自动灭火系统。经历了上百年的发展，世界上发达国家自动喷淋系统灭火成功率在95%以上，根据“建规”8.3.3条，本工程属于一类高层公共建筑，设置自动喷水灭火系统。根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017）各部位喷淋用水量如表1所示。

表1 自动喷水灭火系统用水量

超过18m的中庭部位设置大空间智能灭火装置，设计流量10L/s，火灾延续时间1h，消防用水量36m3，该装置与商业喷淋泵共用消防泵，水量不叠加。与室内消火栓系统一样，喷淋系统采用临时高压供水方式，为确保系统工作压力不大于2.40MPa，本工程采用消防水泵转输水箱串联供水方式。且自动喷水灭火系统报警阀处的工作压力不大于1.60MPa，配水管道跟喷头处的工作压力不大于1.20MPa。串联高区喷淋泵设置要求同室内消火栓系统，采用T2#、T3#楼分别设置。塔楼三个避难层均设置报警阀组，商业裙房及地下室单层面积较大，报警阀间各层分别设置以减少报警阀后管道长度。系统原理图详图2，自动喷水灭火系统共分为五个区：

图2 自动喷水灭火系统原理图

1至4层集中商业单独设置喷淋分区，由地下室商业喷淋泵ZQ供水，初期灭火由20层转输水箱供给并稳压；

地下室3层至地上9层（不包含1～ 4层商业部分）为低区，由地下室办公喷淋泵Z减压后供水，初期灭火由20层转输水箱供给并稳压；

10层至18层为中区，由地下室办公喷淋泵Z供水，初期灭火由屋面高位消防水箱供给并稳压；

19层至27层为高A区，由20层转输泵房喷淋泵ZG减压后供水，初期灭火由屋面高位消防水箱供给并稳压；

28层至39层为高B区，由20层转输泵房喷淋泵ZG供水，初期灭火由屋面高位消防水箱与消防气压给水设备ZW供给并稳压；

各报警阀根据所供楼层、高度计算并设置减压阀，阀前压力小于1.6MPa，配水管道工作压力不大于1.2MPa。在满足系统末端喷头工作压力的情况下水流指示器处按压力设置减压孔板，控制入口压力不大于0.4MPa[5]。

18层以上发生火灾时启泵次序为20层的高区喷淋泵ZG先启动，位于地下室的喷淋转输泵ZF后启动。20层避难层于消防转输供水管上设置三套喷淋手抬泵接口，高区供水管网上设置三组水泵接合器供消防人员连接手抬泵供水。18层及以下发生火灾时由地下室喷淋泵供水灭火。喷淋系统消防泵联动控制方式与室内消火栓系统类似但是增加了报警阀处的压力开关也作为启泵信号，且报警阀处的压力开关应优先作为消防联动启泵的触发信号，该处压力开关只在水压力变化的作用下开启，误动作的概率小。办公低区、中区喷淋系统、商业喷淋系统及消防转输系统（与室内消火栓合用）于室外分别设置水泵接合器。水泵接合器处设置永久性标志铭牌，并按各系统、分区标明供水系统、供水范围和额定压力。

2.3 转输泵房设置

本工程生活及消防转输泵房均设置在避难层。对于平时均在运行的生活给水加压系统，优先考虑将生活转输泵房设置在核心筒区域，泵房投影避开办公区，并采取减震基础、支架等以确保对塔楼的噪声影响最小。消防转输水箱容积不小于60m3，且由于避难层层高关系消防水泵选用卧式泵，消防转输泵房所需面积较大，消防转输泵房无法避开办公区的投影上、下方。考虑到消防泵平时的测试与维护运行时会产生震动与噪声，且现在人们对生活、办公环境噪声要求越来越高，消防泵基础采用设置浮筑地台形式。消防泵基础设置在浮动地板上并设置弹簧减震器，浮动地板与转输泵房楼板之间设置橡胶隔震胶垫且每间隔1.5m设置排水设施。较大限度地减小水泵运行造成的震动与噪声的影响。考虑到塔楼距地下室消防水池有一定距离，消防转输水箱溢流管若接至消防水池距离过长且对地下室层高影响较大，本项目转输水箱溢流管直接下至一层接室外雨水消能井。转输泵房另设地面水沟排水管，确保火灾初期消防用水量较小时水箱溢流泄水不会淹没消防泵房，避免产生二次损失。

2.4 其他消防给水系统

本项目由室外引入一根DN200的给水管进地块后分设生活、消防总水表。经水表计量后在地块内布置市政直供的DN150环状室外消防给水环网并于环网上设置若干地上式室外消火栓。室外消火栓保护半径不大于150m，间距不大于120m。地下室消防水池于负一层设置，并分成两座独立的水池，总储水量1 188m3。于消防车道旁设置两个一米乘一米的消防车取水口分别与两座地下室消防水池联通，取水口与消防车道边距离一米。由于本项目地形狭长，消防取水口保护范围无法覆盖项目全部楼栋，在地下室办公消防泵房内设置两台室外消火栓加压泵并设置一套稳压设备稳压。室外消防用水由室外消火栓加压泵提升至室外加压消火栓管网，管网上设置室外加压消火栓，保护消防取水口无法覆盖保护的区域。室外加压消火栓布置要求同市政直供的室外消火栓。

高低压变配电房设置柜式（无管网）预制七氟丙烷气体自动灭火系统，系统设计灭火浓度9%，系统喷射时间10s，灭火浸渍时间10min。设有气体灭火系统的场所，每个防护区设泄压口，并且设在外墙或走廊上，其高度应大于防护区净高的2/3。各楼层根据使用功能配置磷酸铵盐干粉灭火器，灭火器的选用与火灾类别相适应。灭火器箱不应被遮挡、上锁和拴系[6]。

3 结论

消防给水系统应根据建筑的用途功能、体积、高度、耐火等级、火灾危险性、重要性、次生灾害、商务连续性、水源条件等因素综合确定其可靠性和供水方式，并应满足水灭火系统所需流量和压力的要求。超高层建筑消防给水系统设计在基于满足规范的前提下更应结合工程实际情况，从整个项目综合考虑，既要确保整个系统的技术安全可靠性，又要兼顾工程经济合理性。合理地设置分区，减小管网的系统工作压力，有利于提高系统的可靠性，最大程度地保障人民群众的生命和财产安全。当项目各栋建筑高差较大且超出一次供水压力范围时可采取以下方法：（1）多栋建筑共用低位消防水池采用临时高压系统统一为低区供水，高区根据系统工作压力按栋设置消防转输泵房接力供水。（2）适当加大消防转输水箱容积有利于保障转输管网的供水安全性。（3）在不增加设备数量与管道长度的前提下根据相应楼栋的避难层位置设置分区及管网，避免了管理上的混乱，提高了系统的可控性。