超高層辦公樓消防方案選型分析

吳 明

(廈門佰地建筑設計有限公司,福建 廈門 361009)

隨著現今中國社會的經濟大發展,作為設計人員需要面對的各種超高層建筑是越來越多,對建筑給排水專業來說超高層建筑不是簡單的1+1,它比普通高層建筑,不僅強調各個系統的技術方案的可靠性、可操作性,還需要根據具體的工程實際情況選定不同的系統,接下來本人用設計過的一個超高程辦公樓來說明下消防系統的選擇。

1 工程概況

項目位于廈門,總用地34105.708m2,總建筑面積237222.17m2；總共設計7棟辦公樓；1#樓為一類高層辦公樓,建筑高度85.35米；2#、3#樓為二類高層辦公樓,建筑高度31.05米；5#、6#為二類高層辦公樓,建筑高度30.50米；7#樓為49層的超高層辦公樓,建筑高度247.85米；4#為多層辦公樓,層數3層,為7#樓裙房。7#樓12、22、34、45層為避難層,屋頂設有停機坪。

圖1

此項目各棟樓的施工周期是不同的,其中7#樓的施工周期最長,業主要求如下：1、1、2、3、5、6#樓及地下室為項目一期先行施工、驗收并投入使用,驗收時消防設施應滿足前期驗收的要求；2、在4、7#樓為項目二期施工時,不能對已經投入使用的地下室產生較大的影響。業主的第一點要求很容易實現,給一期項目做獨立的消防系統,設置獨立的消防水泵、獨立的消防屋面水箱及穩壓設施,完全可以滿足的業主的第一條要求；難點在于第二條,如何在一期項目已經竣工驗收,投入使用的情況下2、3年后,7#樓后期進行消防機電安裝時,不會影響到已經使用的樓棟,并且滿足消防的可靠性、經濟性？對此情況筆者對7#樓的水消防系統(本文僅以室內消火栓系統為例)方案進行了比選。

2 消防系統方案選型分析

2.1 消防水源

本工程消防用水由市政管網供給,兩路DN200的室外給水管分別從不同的市政路引入,沿建筑周邊形成環狀。市政給水水壓及水量均能滿足室外消防用水要求。火災危險等級最高的是建筑高度大于100米小于250米的一類超高層公共建筑;為滿足業主的要求,設置一處一期、二期項目合用的室內消防水池,一期、二期項目設置自己獨立的消防系統(一期樓棟為普通項目在此處不做贅述)．

2.2 消防用水量(見表1)

表1 各消防給水系統用水量

地下室消防水池蓄水648m3

2.3 二期項目方案比選

對于250米以下的超高層建筑現有的水消防系統供水方式主要有以下幾種：

(1)水泵轉輸水箱串聯供水：是指超高層建筑各分區設有消防主泵向本區域消防管網供水,同時下區設有獨立消防轉輸泵向上一級中間水箱轉輸供水。優點是其安全度高,各區系統供水很清晰；缺點是泵房內消防泵數量偏多,消防轉輸水箱體積偏大,在避難層占用較大的面積設置泵房。

(2)水泵直接串聯供水：是指超高層建筑各分區中,下區設有消防主泵,同時兼作上一區的轉輸泵；而上一區的消防泵直接從下一區消防管網上吸水。優點減少了泵房內消防泵的數量,簡化了系統,節約投資。缺點是,由于整棟建筑靠各區消防泵逐級串聯,若下部某區消防泵故障(含備用泵),則建筑上部區域消火栓或自動噴水滅火系統均無法工作,供水安全性不高。

(3)一泵到頂+減壓閥供水方式：指整棟建筑消火栓系統采用一組主泵(1用1備),高區直供,低區設減壓閥減壓后供給。此方式受建筑高度影響較大,應用不多。

(4)重力水箱供水方式：在建筑的最高處及合適的避難層設置滿足消防水量和壓力的重力水箱,并由水箱向各個分區直接供水或減壓供水。

以上4種供水方式對本項目來說只有水泵轉輸水箱串聯供水及重力水箱供水兩種方式適合,其余兩種均不適合。

3 以消火栓系統為例比選

圖2

供水方式水箱布置用量消火栓水泵用量系統控制水泵轉輸水箱串聯供水地下2層648T;22層避難層96T;45層避難層96T;屋面層100T合計:940T轉輸泵:兩用一備,消火栓加壓泵:一用一備,自噴加壓泵:一用一備(地下2層);轉輸泵:兩用一備,消火栓加壓泵:一用一備,自噴加壓泵:一用一備(22層);轉輸泵:兩用一備,消火栓加壓泵:一用一備,自噴加壓泵:一用一備(45層);消防穩壓設施兩套(屋面層)合計:21臺泵1#流量計動作啟動低區消火栓泵,同時啟動1#轉輸泵;2#流量計動作啟動中區消火栓泵,同時啟動2#轉輸泵,并聯動啟動1#轉輸泵;3#流量計動作,啟動高區消火栓泵,同時啟動3#轉輸泵,并聯動啟動2#和1#轉輸泵重力水箱供水地下2層648T;34層避難層324T;屋面層324T合計:1296T轉輸泵:兩用一備(地下2層);轉輸泵:兩用一備(34層);消火栓加壓泵:一用一備,自噴加壓泵:一用一備(屋面層),消防穩壓設施一套(屋面層)合計:10臺泵34層消防水箱出水管上的任意一個流量開關動作啟動1#轉輸泵;屋面消防水箱的出水管上的任意一個流量開關動作啟動2#轉輸泵并聯鎖啟動1#轉輸泵;屋面消防泵房的高區室內消火栓泵出水管上的壓力開關動作直接自動啟動高區室內消防泵,并聯鎖啟動2#、1#轉輸泵

由上邊的兩種系統的簡易圖可看出：①重力水箱供水,可以完美的把各個分區的環網設置在避難層,有利于施工、后期管理維護；水泵轉輸水箱串聯供水,為滿足各區高位水箱的高差,環網都設置在建筑工作層,消防系統的后期管理維護都會對環管所在層的日常工作造成影響,很不便；②重力水箱供水,除頂部區域采用臨時高壓供水外,其余區域均為重力供水,常高壓,安全性高,控制簡單；水泵轉輸水箱串聯供水,各區均為臨時高壓,控制相對復雜；③重力水箱供水系統所占用的設備房總面積比水泵轉輸水箱串聯供水的設備房總面積會小很多；④水泵轉輸水箱串聯供水,采用的消防水泵及水箱偏多,特別是地下室要設置過多的消防泵,而重力水箱供水3臺轉輸泵在一期地下室泵房內,其余消防設施均與一期項目脫離,在后期機電安裝時對一期項目的使用影響很小。

既要滿足本項目業主的要求,又要考慮消防系統的安全可靠、施工的簡單及后期系統維護的便捷,本項目選用重力水箱供水系統。

4 室內消火栓系統設計

4.1 二期室內消防給水系統采用由高位水箱重力供水的臨時高壓供水系統

低區：1F～22F由34F消防水箱供水；23F～45F由屋面消防水箱供水；46F～屋面F由屋面消防泵房加壓泵供水；34層消防水箱由地下消防泵房的一級轉輸泵供水；屋面消防水箱由34層消防泵房的二級轉輸泵供水;其中34及屋面層消防水箱為消防系統的高位水箱兼轉輸水箱。系統靜壓超過1.00MPa時,采用減壓閥分區減壓供水。消火栓栓口動壓不小于0.35MPa,當消火栓栓口壓力大于0.5MPa時,采用減壓穩壓消火栓。水泵結合器的供水管與一級轉輸給水管網相連。

4.2 停機坪處設1臺移動式泡沫滅火裝置(包括泡沫儲罐、空氣泡沫產生器、泡沫槍)

保證泡沫在任何天氣條件下能噴射到停機坪的任何位置。主要滅火劑是滿足最低性能水平B的氟蛋白泡沫,輔助劑為磷酸銨鹽干粉。用水量2500L,泡沫噴射率250l/min,輔助劑磷酸銨鹽干粉用量45Kg,移動式泡沫滅火裝置所需壓力水源由頂層高位消防水箱和專消防水泵((Q=5L/S,H=80m,18.5KW,一用一備)提供,頂層高位消防水箱內除火災初期的18m3水量外,另儲存2.5m3移動式泡沫滅火裝置用水量,并采取保證其不作他用的措施。(停機坪消防設計根據專業設計單位提供相關配置要求進行設置)

4.3 中間消防轉輸水箱容積:324m34.4 消火栓水泵選型計算:流量40L/s

揚程:H=H1+H2+H3

式中:H—所需水壓(mH2O)；H1—地下水池或中間消防轉輸水箱最低水位至系統最不利點消火栓高差(mH2O)；H2—消防栓口所需壓力(mH2O)；H3—水泵至最不利點消火栓管路的水頭損失(mH2O)。

一級消火栓轉輸泵：水泵參數：Q=50L/s,H=175m,N=132kw,兩用一備。

二級消火栓轉輸泵：水泵參數：Q=50L/s,H=120m,N=110kw,兩用一備。

屋頂消火栓泵：水泵參數：Q=40L/s,H=50m,N=45kw,一用一備。

4.5 控制要求

7#樓,34層消防水箱出水管上的消火栓系統上的任意一個流量開關動作啟動地下消防泵房的1#轉輸泵；屋面消防水箱的出水管上的消火栓系統上的任意一個流量開關動作啟動34層消防泵房的2#轉輸泵并聯鎖啟動1#轉輸泵；屋面消防泵房的高區室內消火栓泵出水管上的壓力開關動作直接自動啟動高區室內消防泵,并聯鎖啟動2#、1#轉輸泵；聯鎖啟動的時間間隔不應大于20S.消火栓按鈕作為報警信號送至消控中心聯動控制器由其聯動控制啟泵。室內消火栓泵還可在消防控制中心遙控啟動及在消防泵房人工啟停。消火栓箱內的按鈕在火災時傳遞火災信號至消控中心。

5 小結

國內超高層建筑設計中,250米以下的超高層是最常見的。此類超高層建筑設計中,有關消防系統安全性的考量、消防系統的選擇、消防系統的合理分區、消防系統環網對建筑的影響、業主對項目的具體要求等,是每個給排水設計師經常要面對的問題。筆者將自己在設計中遇到的問題和一些體會稍作整理,提出來和同行交流,共同探討,有不妥之處敬請批評指正。