關于超高層住宅群消火栓給水系統的設計與總結

文/王鵬舉 鄭州市建筑設計院 河南鄭州 450002

引言：

隨著我國經濟持續快速的發展，城市化進程的腳步也逐漸加快，特別是房地產行業的快速發展，給住宅建設帶來前所未有的建設規模。一些城市的建設用地越來越緊張，于是，超高層住宅群風靡各地，最初高層住宅群只是幾萬平方米，現在十幾、幾十萬平方米高層建筑群也是司空見慣。所謂超高層住宅，一層架空用于綠化、管道轉換或設零星的商業網點。檔次稍低的，也有架空用做車庫，絕大多數則另設地下車庫。

1、工程概況

鄭州華潤悅府住宅一期項目（以下簡稱“悅府”），總占地面積36454.37m2，總建筑面積327340.66m2。其中：1#樓地下三層，地上五十四層，地上建筑面積54721m2，主體高度165.30m；2#樓地下三層，地上五十四層，地上建筑面積60311m2，主體高度165.30m；3#樓地下三層，地上六十層，地上建筑面積285291m，主體高度189.30m；4#樓地下三層，地上六十層，地上建筑面積24062m2，主體高度189.30m。地下三層為小汽車庫和設備用房，地下車庫總建筑面積104933m2。其中地下三層為人防工程，平戰結合。消防水池和消防泵房位于地下三層。消防水池的有效蓄水量為330m3。消防水箱位于3#樓屋頂，消防水箱的有效儲水量為18m3。

2、高層住宅群的傳統設計方法

高層住宅群消火栓給水系統設計套用現行《高層民用建筑設計規范》（GB50045-95），往往按如下設計方式：

（1）消火栓系統單獨設置，設臨時加壓泵房，每個消防栓箱啟動泵按鈕信號均要接至消火栓泵房，由著火信號自動啟動消火栓泵。

（2）必須設不小于6m3（有的地方消防部門要求為12m3）的消防水箱。當建筑不利點消火栓靜水壓力低于0.07Mpa 時，要設消火栓穩壓泵。

（3）為保證消防水不被動用，單獨設消防水池或合用水池并采取措施控制消防水量不被動用。按上述設計，消火栓與生活給水系統各自獨立，會造成室外管位緊張，特別是北方地區的住宅，室外有采暖管道，管道總線布置設計困難；更造成投資大，影響房地產開發商的開發利潤；屋頂設消防水箱，給結構設計帶來麻煩，更嚴重影響建筑立面。因為消防系統的特點，它是一個常備系統，只有發生火災時才會發揮作用，平時由于麻痹思想而疏于管理，最終使用效果適得其反。綜上所述，傳統的設計方法有待討論。

3、室外市政條件和室外消火栓系統

華潤悅府住宅一期項目位于太康路以南、五彩路以北、銘功路以東，民主二街以西。該住宅小區地處鄭州市區繁華地帶，周邊市政設施配套較為完善。小區西側銘功路現有DN800市政主供水管道，小區南側五彩路現有DN300市政供水管道。市政管道常年壓力0.25Mpa，小區從銘功路和五彩路各接入一條DN300的市政供水管道（引入管上設置低阻力倒流防止器），在小區內成環。

在院區內環狀供水管道引出4個地上式室外消火栓，每個室外消火栓設有一個DN150和2個DN65的栓口，相鄰兩個室外消火栓間距不大于120m。

4、室內消火栓設計

4.1 室內消防水量

依據《高層民用建筑設計防火規范（GB50045-95）》（2005年版）7.2.2條，“高層建筑室內外消火栓給水系統的用水量，不應小于表7.2.2條規定”，本項目室內消防用水量見表1。

表1 消防用水量的確認

4.2 室內消火栓系統

在該系統設計前期，由于建筑方案未考慮設置設備轉換層，對于水專業來說是個很大的挑戰。對于室內消火栓系統的豎向分區，最低消火栓和最高消火栓高差196米。通過對國內消火栓泵廠家和消防管道及管件承壓能力的考察，經過技術、經濟等方面的分析，最終采用“一泵到頂，減壓閥分區”的給水系統，即采用一套消火栓泵，該泵能滿足系統最高點消火栓壓力及流量的要求。為達到高規第7.4.6.5條，“消火栓栓口的靜水壓力不應大于1.0Mpa，當大于1.00Mpa時，采取減壓閥分區的給水系統。消火栓栓口的出水壓力大于0.5Mpa時，應采取減壓措施。”豎向分為三個區，-3～20層為低區，21～42層為中區，44～60層為高區。每個分區上面五層采用普通消火栓，其余均采用減壓穩壓型消火栓。該方案優點：系統設置簡單，水泵機組少，占地面積省，造價低，維護費用低。缺點：由于該系統的低區或中區的供水壓力均通過加壓閥減壓來實現，因此減壓閥成為整個系統是否安全的關鍵，對消火栓泵、消防管道的管件和減壓閥的承壓能力要求高。整個系統的設計見圖1。

4.3 管材的選用及消能措施

消火栓系統供水管道采用熱鍍鋅鋼管，接消防泵出口至各個分區減壓閥前的管道采用壓力等級為3.0Mpa的無縫鋼管，焊接，接口做加強防腐處理。高區以及中、低區減壓閥后的管道采用壓力等級為1.6Mpa的管道，溝槽連接。

消火栓泵的壓力比較高，為防止停泵水錘，在消火栓泵的出口處設置緩閉止回閥，為增加系統的可靠性，后期又增設了水錘消除器，將停泵水錘危害降至最低。

4.4 水泵接合器

根據高規第7.4.5條，“室內消火栓給水系統應設置水泵接合器，每個水泵接合器的流量按10～15L計算”。該項目設置兩套DN150的水泵接合器。消防水泵接合器壓力等級要求2.0Mpa。由于消火栓系統最高消火栓距地面187m，再加上管道水頭損失和13m充實水柱的要求，消火栓水泵接合器的入口壓力應為225m，而目前國產消防車的供水壓力普遍在140m左右。為滿足供水需求，采用在水泵接合器后的管道上增設管道泵，該泵流量30L/S，揚程140m，泵殼承壓3.0Mpa。該泵直接從水泵接合器后管道吸水，經管道泵串聯接力后送至消火栓給水系統。為保持系統的統一和可操作性，消火栓管道接力泵的啟停，消火栓接力泵房、水泵接合器附近、消防泵房均設置啟停按鈕。為保證管道泵不被銹蝕和平時的消防巡檢問題，管道泵前設置閥門和水箱，消防巡檢時，管道泵從水箱吸水經管道泵、放水閥后回到水箱。確保消防時管道泵能正常工作。管道泵平時和消防時工作原理見下圖2。

圖1 消火栓系統展開圖

圖2 管道泵平時和消防時工作原理

5、總結和思考

悅府項目于2014年竣工驗收，目前運行良好。由于消火栓給水系統壓力過高，消火栓泵、高壓管道、水泵接合器、接力消防泵及相關管道附件等均需定制，在一定程度上增加了工程造價，并對后期的施工管理和安裝水平也提出很高的要求。

隨著各個城市消防車不斷改進，消防車供水壓力不斷提高。對于高度不超過150m的住宅群采用減壓閥減壓方案可省去設備轉換層。隨著新版《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014實施，要求消火栓系統工作壓力不應大于2.40Mpa，對于高度超過150m的建筑推薦必須設置避難層和設備轉換層采用并聯分區的形式。本文所采用的一系列無設備轉換層的設計方法和針對技術難題的解決方案，可為高度不超過150m的無設備轉換層的超高層建筑消火栓給水系統設計提供參考。

結語：

綜上所述,改變傳統的設計方法,要從設計理念和技術經濟合理的角度出發,但也需要從規范的高度加以確定和調整,屆于此,消防有關規范對高層住宅群消火栓系統設計應研究針對性的規定。另外,消防規范對水消防常高壓系統的定義應根據科技的發展及工程實踐允許采用現代科學措施保持給水常高壓的方式。從而使高層住宅消火栓給水系統設計有新突破。

[1]《高層民用建筑設計防火規范》GB50045-95(2005年版)[S].

[2]《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014[S].

[3]《全國民用建筑工程設計技術措施 給水排水》（2009年版），中國建筑標準設計研究院.