高層建筑給排水消防系統的設計及注意事項

徐佩佩

（時代建筑設計院（福建）有限公司，福建 福州 350013）

0 引言

在城市化進程日益加快的今天，為了滿足與日俱增的居住及辦公需求，建筑高度不斷增加，從而增加了建筑給排水消防設計的難度。如果在工程建設之初沒有做好給排水消防系統的設計工作，后期可能會因為設計缺陷導致建筑消防設施無法正常使用，最終會危及人身及財產安全。本文對福建斯泰克信息技術有限公司運營研發大樓給排水消防系統的設計進行介紹，并對相關注意事項進行總結。

1 工程概況

福建斯泰克信息技術有限公司運營研發大樓項目位于福州市高新區，總建筑面積約22918.95m2，其中地上部分面積為17685.20m2，地下室總建筑面積5232.55m2，共布置1棟15層高層丙類廠房、1棟3層配套辦公和1棟單層丙類廠房，高層建筑為工業樓。

2 項目給排水消防系統的設計

2.1 消防給水管網系統選擇及設施的設置

本項目市政道路管道水壓為0.2MPa，高層建筑消防用水所需的水壓較高，市政水壓無法滿足且只有一路供水。根據《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）中4.3.1條，當采用一路消防供水且室外消火栓設計流量>20L/s或建筑高度>50m，應設置消防水池。再根據4.3.2條，消防水池的有效容積應滿足火災延續時間內室內外消防用水量之和[1]。消防用水總量按照本項目在同一時間內火災次數為一次，一次滅火用水量最大的一棟建筑物計算（項目各建筑單體及地下室室內外消火栓用水量見表1）。本項目單層廠房層高>8m，按電子生產車間考慮，根據《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）中第5.0.2條，噴水強度取15L/（min·m2），作用面積160m2，火災延續時間1h，則自噴系統的設計流量為40L/s，實際上自噴系統流量比設計流量要大，本項目取45L/s。

表1 建筑室內外消火栓用水量

本項目采用由屋面消防水箱、地下室消防水池及消防水泵房等組成的臨時高壓消防系統，包括：室內外消火栓系統、自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、氣體滅火系統等。消防用水量見表2。

表2 消防用水量計算表

根據表2，本項目室外消防用水總量為432t，室內消防用水總量為594t。高層丙類廠房地下室設置一個有效容積613.94t的室內消防水池（水池分為295.11t和318.83t兩格），并在水池旁的泵房內設置室內及噴淋消防泵，提供室內及噴淋系統消防用水量；本樓地下室設置一個有效容積433.47t的室外消防水池，并在水池旁的泵房內設置室外消防泵，提供室外系統消防用水量。本樓屋面設置一個36t的消防水箱，供火災初期10min消防水量、水壓要求，并設增壓穩壓設備XW(L)-Ⅰ-1.0-20-ADL，保證消火栓及噴淋系統壓力。消防水泵應保證在火警后30s內啟動，在屋頂露天設置高位消防水箱。

2.2 室內外消火栓給水管網水力計算

按規范要求，室內外消火栓給水系統均采用環狀布置，消防水泵所需的設計揚程按下式計算：

式中：

P——消防水泵的設計揚程，m；

k2——安全系數；

Pf——沿程水頭損失，m；

Pp——局部水頭損失，m；

H——當消防水泵從消防水池吸水時，H為最低有效水位至最不利點水滅火設施的幾何高度，m；

P0——最不利點水滅火設施所需要的設計水頭，m。

室內外消火栓給水管網最不利管段水力計算見表3、表4。

表3 室內消火栓給水管網最不利管段水力計算表

表4 室外消火栓給水管網最不利管段水力計算表

2.3 室內噴淋給水管網水力計算

實際設計時，噴淋管道錯綜復雜，計算出水泵所需的揚程或者系統所需的壓力較費時間，可以采用估算的方法快速計算出系統所需的壓力。根據規范《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）中第8.0.7條配水管道的布置，應使配水管入口的壓力均衡。該工程為工業建筑，火災危險等級為中危險等級，采用最高層配水管入口處規范規定的最大值0.4MPa來估算整個噴淋系統水泵揚程。水泵揚程按下式計算：

式中：

H——水泵揚程，m；

Pf——沿程水頭損失，m；

∑Pp——局部水頭損失的累計值，m（濕式報警閥取值4m、水流指示器取值2m）；

P0——最不利配水管入口處水頭，m；

Z——最不利點處噴頭與消防水池最低水位的高程差，m；

hc——直接從消防水池吸水時，hc取0。

室內噴淋給水管網最不利管段水力計算見表5。

表5 室內噴淋給水管網最不利管段水力計算分析表

3 給排水消防系統設計中的注意事項

3.1 消防供水設計的注意事項

消防供水包括消防水源的選擇、消防給水形式及供水設施的確定。首先是水源的選擇，該工程市政壓力無法滿足消防系統所需的壓力且周邊無天然水源，因此該工程采用消防水池作為消防水源。在高層建筑消防給排水設計中，保證水源的充足可靠顯得尤為重要，需對建筑室內外消防水量進行精準計算。

其次，在確定消防給水形式及設施時，應滿足以下兩點：（1）對高層建筑的定性、高度及特點進行仔細地研究分析，選擇最恰當的給水方式；（2）合理布置消防設施，比如消防水池及加壓泵房設置在高層建筑群中心位置；消防水池必要時應設置導流裝置或者導流墻，防止進出水管產生水流短路現象；消火栓設置在顯眼的地方，能確保消防人員第一時間接觸到滅火設施[2]。

3.2 消防排水設計的注意事項

民用建設工程當設有消防給水系統時，為了保護財產和消防設備在火災時能正常運營等安全需要設置消防排水。高層建筑發生火災，在滅火過程中會產生大量的水，以一支水槍流量5L/s計算，10min就有3t水流出，隨著滅火時間的增加，水流量會不斷地增大，所產生的水能否順利、快速地排出是消防排水設計過程中需要考慮的問題。因此，設計人員在設計過程中，首先確定設置消防排水的場所，比如消防水泵房、消防電梯及設有消防給水系統的地下室等，以上幾個場所必須設置消防集水坑，且需在集水坑中設置備用泵；其次，需要對消防用水量進行詳細地分析計算，確保消防排水總量與消防用水量相匹配[3]，所設計的排水泵集水井及排水泵流量等滿足消防排水要求。同時，消防給水系統試驗裝置處應設置專門的排水管道，不能兼用雨水排水管。此外，在設計過程中需與建筑專業配合，確保火災所產生的大量水在不同樓層中的流動暢通，避免出現水體倒灌、阻塞現象，消防排水設施應采取防止倒灌的措施。

3.3 自動噴水滅火系統設計的注意事項

在高層建筑給排水設計過程中，自動噴水滅火系統因其高效的滅火作用而最為常見。但在實際設計中存在以下問題：（1）自動噴水滅火系統的水力警鈴位置設置不當，未設置在公共通道或值班室的外墻上，當發生火災時，雖然警鈴響了，但是工作人員不能在第一時間聽到報警聲音而做出應對措施，造成火災越來越嚴重，甚至人員傷亡[4]；（2）設計時沒有充分考慮施工實際要求，為了方便，設計時將沒有吊頂的情況視為吊頂，并按照吊頂的規范進行設計，沒有考慮梁、通風管道等障礙物對噴頭灑水分布的影響，從而導致建筑發生火災時，自動噴水滅火系統達不到最佳的滅火效果[5]。

在自噴系統設計過程中，要注意以下幾點：

（1）噴頭的布置間距是自動噴水滅火系統設計的重要參數。噴頭間距過大會影響噴頭開放時間及系統的控、滅火效果，間距過小會導致噴頭過多，設計用水量偏大。為了防止以上情況的發生，設計時必須嚴格按照規范要求進行設計，確保噴頭既能適時開放，又能使系統按設計選定的強度噴水[6]。

（2）對自動噴水滅火系統進行整體分析，對最不利點處系統平面、立管等進行計算與統計，精準確定水泵揚程，然后反算每層配水入管口壓力，在節能和安全的提前下進行減壓設計，避免噴頭水壓過大而損壞。

（3）自動噴水滅火系統末端試水裝置的設計應做到與建筑消防水量相匹配，首先需對接頭出水口進行試水試驗，其次確定末端試水裝置的型號，同時設計間接排水管。

（4）應合理設置自動噴水滅火系統信號閥或能夠鎖定閥板位置的鎖具，目的是為了防止誤操作造成供水中斷。濕式系統可設置以上兩種，但干式系統、雨淋系統及預作用系統在調試時不允許水進入系統，這種情況下在報警閥出口只能設置信號閥。

4 結束語

綜上所述，工程建設之初應做好給排水消防系統的設計工作，確保后期無設計缺陷導致的建筑消防設施無法正常使用，無危及人身及財產安全的消防事故發生。本文對福建某運營研發大樓項目消防給水管網系統的選擇及設施的設置、室內外消火栓給水管網水力的計算和室內噴淋給水管網水力的計算做了詳細的介紹，并對消防給水、排水能力以及自動噴水滅火系統功能的設計注意事項進行了分析，可供相關設計參考。