超高層住宅消防給水系統形式的探討

宮鶴群 ，劉燕萍

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650000；2.云南俊發集團有限公司，云南 昆明 650000)

0 引 言

隨著我國綜合國力的增強及城市土地資源緊張，建設超高層住宅已經成為一種趨勢。這類建筑有一些特點：人員密集、可燃物多，發生火災后容易導致蔓延迅速，極易形成立體式火災；再則，人員疏散較為困難、城市消防車供水能力受限，容易造成重大火災事故。故此類建筑的消防設計應結合其自身特點，選擇更為安全可靠的消防給水系統。

1 工程概況

項目規劃凈用地面積15 049.63 m2(折合22.58 畝)，總建筑面積154 918.31 m2。主要建設內容包括：1棟號為43層的帶底部商業網點的一類超高層住宅，建筑高度131.2 m(室外地坪至女兒墻)；2棟號為42層的帶底部商業網點的一類超高層住宅，建筑高度128.3 m(室外地坪至女兒墻)；2棟配套設施裙房，建筑高度8.8 m(室外地坪至女兒墻)；一個局部4層的地下Ⅰ類汽車庫，戰時局部為常6級乙類二等人員掩蔽所，住宅區內綠化、道路、供電、消防、給排水等基礎和配套設施。

該文以本項目1棟室內消火栓系統為例，探討超高層住宅消防給水系統。

2 高壓消防給水系統與臨高壓消防給水系統

GB50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》(以下簡稱“水消規”)中明確給出了高壓消防給水系統及臨高壓消防給水系統的概念。

第2.1.2條，高壓消防給水系統，能始終保持滿足水滅火設施所需的工作壓力和流量，火災時無須消防水泵直接加壓的供水系統；第2.1.3條，臨高壓消防給水系統，平時不能滿足滅火設施所需的工作壓力和流量，火災時能自動啟動消防水泵以滿足滅火設施所需的工作壓力和流量的供水系統。

2種消防給水系統的主要區別如下：

1)消防水池

高壓消防給水系統為了滿足平時水滅火設施的工作壓力和流量要求，一般采用高位消防水池的形式，高位消防水池的有效容積需滿足“水消規”第4.3.11條第4款的規定，即有效容積不應小于室內消防用水量的50%；且“水消規”第4.3.11條第5款規定，當高位消防水池有效容積>200 m3且建筑高度>100 m時，應設置獨立的兩座。很顯然，對于建筑高度≤140 m的超高層住宅，此要求有點苛刻，并不符合經濟性。

臨高壓消防給水系統對消防水池及消防泵房的位置要求相對寬松，需滿足GB50974—2014，2018年版，《建筑設計防火規范》(以下簡稱“建規”)中第8.1.6條第2款規定，即附設在建筑內的消防水泵房，不應設置在地下3層及以下或室內地面與室外出入口地坪高差>10 m的地下樓層。

2)高位消防水箱

高壓消防給水系統無須設高位消防水箱。

“水消規”第6.1.9條第1款規定，臨高壓消防給水系統中高層民用建筑必須設置高位消防水箱。高位消防水箱的作用是提供火災初期消防用水量。“水消規”第5.2.1條明確了高位消防水箱的有效容積。與舊規范明確了高位消防水箱上限值不同的是，“水消規”第5.2.1條僅明確了高位消防水箱有效容積的最低要求，即明確了有效容積的下限值，理論上提高了消防水箱的有效容積，增加了系統安全性。但筆者認為，“水消規”并未提供火災初期消防用水量的計算方法，即未提供火災初期時間，造成了設計差異。(舊規范GB50016—2006《建筑設計防火規范》第8.4.4條第2款規定，消防水箱應出差10 min的消防用水量，此處10 min即火災初期時間。)

3)最不利點水壓

高壓消防給水系統因能始終保持滿足水滅火設施所需的工作壓力和流量，故最不利點水壓應按“水消規”第7.4.12條第2款取值，即不應<0.35 MPa。

臨高壓消防給水系統的火災初期最不利點水壓按“水消規”第5.2.2條第2款取值，即不應低于0.15 MPa。

4)綜上所述，該項目室內消火栓系統選用臨高壓消防給水系統，消防泵房及消防水池設置在-2層；1棟機房頂設高位消防水箱，其有效容積滿足初期火災用水量且≥42 m3；高位消防水箱旁設置消防增壓穩壓設備，并滿足最不利點靜壓不應低于0.15 MPa的要求。

3 消防給水系統分區

“水消規”第6.2.1條中要求：消火栓栓口處靜壓>1.0 MPa，應分區供水。第6.2.2條中要求，分區供水形式應根據系統壓力、建筑特征，經技術經濟和安全可靠性等綜合因素確定，可采用消防水泵并行或串聯、減壓水箱和減壓閥減壓的形式。以該項目1棟為例，室內消火栓系統的方案采用分區給水形式。豎向上共分2個分區。現就分區問題，做以下探討：

分區供水需同時滿足水滅火設施最不利點的靜壓及動壓要求。該建筑避難層設在14層及28層，根據實際條件，擬定方案為：第一個分區為-4～20層，為室內消火栓低區；第二個分區為21層及21層以上，為室內消火栓高區。對比減壓措施(詳本文第4章)，選擇在28層避難層設置減壓水箱的方式調整高位消防水箱對低區消火栓系統靜壓過大的問題，消防系統原理圖見圖1。

經計算，室內消火栓系統高區最不利點處靜水壓力H43F 靜為：

H43F 靜=(130.8 m+0.5 m-122.5 m-1.1 m)+0.22 MPa=0.297 MPa；

室內消火栓系統高區靜水壓力最高點處壓力H21F 靜為：

H21F 靜=(130.8 m+0.5 m-58.7 m-1.1 m)+0.22 MPa=0.935 MPa；

室內消火栓系統低區最不利點處靜水壓力H20F 靜為：

H20F 靜=(79.0 m+0.2 m-55.8 m-1.1 m)+0 MPa=0.223 MPa；

室內消火栓系統低區靜水壓力最高點處壓力H-4F為：

H-4F 靜=[79.0 m+0.2 m-(-15.68 m)-1.1 m]+0 MPa=0.937 8 MPa。

圖1 消防系統原理圖

結論：所有位置的室內消火栓靜壓，均滿足0.15 MPa≤H≤1.0 MPa的要求，系統合理。

室內消火栓栓口動壓不應<0.35 MPa的要求，可通過消防泵的選型調節，這里不做復述。

4 減壓閥與減壓水箱

該項目室內消防給水系統共用高位消防水箱，高位消防水箱設置在標高130.8 m的機房頂，對低區消火栓系統會造成靜壓過大的問題。工程設計中，減壓方法一般采用減壓閥或減壓水箱。

1)減壓閥

減壓閥是通過調節，將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質本身的能量，使出口壓力自動保持穩定的閥門。“水消規”第6.2.4條第3款規定，每一供水分區應設不少于2組減壓閥組，每組減壓閥組宜設置備用減壓閥；第5款規定，減壓閥宜采用比例式減壓閥。比例式減壓閥減壓比例穩定，不但可減動壓，而且可減靜壓，開關平穩、無噪聲、重量輕、體積小。但GB50015—2003 2009年版《建筑給水排水設計規范》第3.4.9條第1款規定，比例式減壓閥的減壓比不宜大于3：1，目的是為了防止閥內產生氣蝕損壞減壓閥和減少震動及噪聲。

該項目中，假定在x層設置比例式減壓閥調節靜壓。則比例式減壓閥所在樓層絕對標高為：

h=3.6 m+(x-1)×2.9 m(假定不設置在1層)

則室內消火栓系統靜壓為：

需滿足0.15 MPa≤H(低 靜)≤1.0 MPa，解不等式得，x≤22，即比例式減壓閥設置在22層以下即可。

根據圖集《常用小型儀表及特種閥門選用安裝》01SS105-66示意，比例式減壓閥組垂直安裝所占空間約L×L1×L2=1 583 mm×963 mm×488 mm，若設置在非避難層，對住戶的使用空間及整體美觀會造成一定影響。減壓閥另有需平時保養維護，故障時會造成系統超壓癱瘓的缺點。一組比例式減壓閥的造價約6 600 元，總造價約26 400 元。

2)減壓水箱

減壓水箱是指設置在超高層建筑消防主配水系統中，通過水流釋放而減壓，并以重力流供水的水箱。其功能是降低消防管網某點處的靜水壓力以滿足系統的壓力分區要求，并同時保證水箱前后的流量不變，作用與減壓閥類似。“水消規”第6.2.5條第3款規定，減壓水箱的有效容積不應<18 m3。

該項目根據實際情況，將減壓水箱設置在28層避難層，則第y層(2≤y≤21)室內消火栓系統靜壓為：

H(低 靜)=79.0 m+0.2 m=-[3.6 m+(y-2)×2.9 m]-1.1 m=80.579 m-2.9y

需滿足0.15 MPa≤H低 靜≤1.0 MPa，解不等式得，y≤22，即低區室內消火栓系統最高樓層設置在22層及以下即可。

減壓水箱設置在避難層的空閑部位，對住戶的使用空間及整體美觀無任何影響。減壓水箱因靠水流釋放而減壓，并以重力流供水，故障率極低，平時基本無需維護。每公稱容積的減壓水箱造價約900 元，總造價約16 200 元。

通過以上對比，在保證系統安全穩定及不增加造價的前提下，該項目選擇通過減壓水箱方式來降低低區消火栓系統的靜壓。

5 結 語

通過以上對比，該項目室內消火栓系統選用臨高壓消防給水系統。此系統在豎向上分2個分區，第一個分區為-4～20層，為室內消火栓低區；第二個分區為21層及21層以上，為室內消火栓高區。在機房頂設置高位消防水箱2座，總有效容積≥42 m3。在室內消火栓高區，通過設置消防增壓穩壓設備來滿足最不利點水壓≥0.15 MPa的要求，同時復核本分區室內消火栓最大靜壓處≤1.0 MPa；在室內消火栓低區，通過在28層避難層設置減壓水箱(設置減壓水箱2座，總有效容積≥18 m3)的方式，來滿足本分區室內消火栓最大靜壓處≤1.0 MPa的要求，同時復核本分區最不利點水壓≥0.15 MPa。

該消防給水系統安全可靠、投資合理、故障率低、平時維護成本低，為住戶的安全提供了有力的保障。