高層建筑給排水消防設計方法研究

李鵬飛 濟南建設設備安裝有限責任公司

1 前言

在城市規(guī)模化發(fā)展中，大量的高層建筑相繼涌現(xiàn)。眾所周知，高層建筑除了高，還具有結(jié)構(gòu)復雜、用途廣泛、功能繁多、設備密集等特點。其空間結(jié)構(gòu)復雜，不僅平面形狀多樣，立面體形也是多變。此外，高層建筑往往體量龐大，通道復雜，人員過度集中或煙霧彌漫時，復雜的通道容易使人迷失方向。

在這樣復雜的高層建筑里，生活用水的給與排、消防用水和雨水收集系統(tǒng)等都關(guān)系到人們的正常生活和生命財產(chǎn)安全，十分重要，因此給排水系統(tǒng)的科學設計備受重視。基于此，本文就高層建筑給排水設計要點進行論述。

2 高層建筑給排水與消防系統(tǒng)的設計要求

在進行高層建筑給排水與消防系統(tǒng)設計時，有一些基本的設計要點，其中包括水質(zhì)、水量、水壓和管道材料。

從水質(zhì)上講，給排水與消防系統(tǒng)需要具備較好的水質(zhì)，特別是給水系統(tǒng)，由于日常生活中與人體密切接觸，水質(zhì)一旦惡化，對人們的健康安全會造成嚴重影響。并且，含有雜質(zhì)的水質(zhì)也會堵塞管道，從而導致供水系統(tǒng)不能正常運行，甚至癱瘓，對于消防系統(tǒng)來說，一旦發(fā)生火災，其后果不堪設想，只有當水質(zhì)得到保障時，才能為人們提供更好的服務。

從水量和水壓上講，無論在日常生活還是火災發(fā)生時，都需要儲備足夠的水量和水壓。水量或水壓不足，不僅影響人們的日常需求，更嚴重地會導致消防時不能及時滅火，對人們的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的傷害。

從管道材料上講，首先必須符合國家標準，不得含有或析出對人體有害的物質(zhì)，必須嚴格把控安全性；其次是承壓性能，管材的應用必須匹配系統(tǒng)的工作壓力，并能夠承受試驗壓力的沖擊，具有足夠的強度。除此以外，管道的內(nèi)表面應光滑平整，減少水頭損失，以利于系統(tǒng)的正常運行。

為了能夠解決城市人口高速增長和城市土地資源應用緊張的問題，高層建筑應運而生。高層建筑給排水與消防系統(tǒng)的設計，一方面為滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枨螅己玫乃|(zhì)，充足的水量和水壓，優(yōu)質(zhì)的管材都是給排水系統(tǒng)中最基本的要求。另一方面，在高層建筑物內(nèi)，由于潛在的火災隱患較大，當建筑內(nèi)發(fā)生消防事故時，火勢蔓延快，不容易疏散人群，火災救治難度大。因此，一旦發(fā)生火災極易造成人員傷害。對此，高層建筑內(nèi)消防系統(tǒng)的設計至關(guān)重要，它關(guān)乎著建筑內(nèi)是否能夠?qū)鹎檫M行及時警報和快速處理。合理的高層建筑消防設計，能夠提高建筑物內(nèi)消防系統(tǒng)的時效性，提高火災事故發(fā)生時高層建筑的自我救治能力，在最大程度上降低火災事故的危險性，為高層建筑物內(nèi)居民的生命和財產(chǎn)提供一定的保障。

3 高層建筑消防系統(tǒng)在設計過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題

3.1 自動系統(tǒng)不合理

高層建筑給排水消防系統(tǒng)設計中，自動噴水滅火系統(tǒng)十分重要，其在火災發(fā)生時可以自動啟動火災感應，在消防人員到來前及時采取措施，盡可能撲滅火災，控制火情，減少人身財產(chǎn)損失。其中濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設計上會影響整個給排水系統(tǒng)質(zhì)量。當前，我國自動排水噴水滅火系統(tǒng)在設計上存在一些問題，有些高層建筑并未明確區(qū)分有吊頂和無吊頂建筑的自動噴水滅火系統(tǒng)，在火災發(fā)生時，若火情地點與自動噴水滅火系統(tǒng)噴頭相距較遠，則無法及時感應，導致火災救援不及時，出現(xiàn)火災蔓延現(xiàn)象，擴大火災損失。

3.2 消防設計中存在的問題

發(fā)生火災時，消防系統(tǒng)是保障高層建筑物的重要一環(huán)，其時效性與滅火能力是關(guān)鍵。該系統(tǒng)主要是能夠自主地根據(jù)火災事故進行火勢壓制，通過自動化手段啟動噴水系統(tǒng)，以達到及時澆滅火源的目的。對于高層建筑，特別是超高層建筑，消防系統(tǒng)需要串聯(lián)、轉(zhuǎn)輸和供水，系統(tǒng)相對復雜，如何快速有效地輸送進水水量非常關(guān)鍵。

常規(guī)高層建筑的消防系統(tǒng)都是通過低位消防水池經(jīng)轉(zhuǎn)輸泵將水量提升至高位，再通過水泵供水，或采用重力供水，由于水量轉(zhuǎn)輸需要一定的時間，所以在火災初期，消防用水由屋頂水箱供給。當建筑高度不超過100m 時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07MPa，當建筑高度超過100m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.15MPa。可見，高位水箱的設置不僅為了提高火災初期的消防水量，同時也為水量輸送爭取時間。

4 高層建筑給排水消防設計方法

4.1 消防水泵房和水池設計技術(shù)

給排水消防系統(tǒng)中，消防水泵房和水池發(fā)揮著重要作用。為了能夠有效控制高層建筑火情，設計人員需要做好消防水池和水泵房的選型和選址工作。消防水泵房是高層建筑給排水消防系統(tǒng)重要組成部分，在設置水泵房時，要保證消防功能，并提高給排水消防系統(tǒng)運行效率，保障系統(tǒng)安全運行。同時，水泵房還需確保消防水壓，在保證水源充足情況下提高服務功能，保障高層用戶安全。

在設計高檔建筑消防水泵房時，首先要選擇可靠設備，水泵房參數(shù)符合行業(yè)規(guī)定，選擇性能好的水泵為高層建筑提供給排水需求，進而起到節(jié)能環(huán)保效率。最后，設計吸水槽時，需要優(yōu)化設計導流墻，將其作用發(fā)揮出來，同時加強電氣系統(tǒng)設計，選擇性能可靠的電氣設備。在規(guī)劃電氣設備時要根據(jù)設備形態(tài)適當選擇，以滿足水泵房電氣需求，并應用信息化技術(shù)對水泵運行進行自動控制，降低水泵故障發(fā)生率，擴大水泵房應用范圍。

高層建筑給排水消防系統(tǒng)設計過程中，需要綜合管理消防水池，確保其能夠根據(jù)消防水池和生活水池開展合建、分建管理，提高出水的基本容量。

首先，在合建或分建消防水池和生活水池時，實際施工對蓄水池容量要求較高，注水水速度慢，水質(zhì)容易被破壞，因此檢測人員需要定期處理水質(zhì)或是延長換水周期，這在一定程度上會導致水資源浪費，因此高層建筑一般使用公共消防水池，在保證水資源的同時能夠節(jié)約成本，及時實現(xiàn)消防滅火救援。

其次，設計消防水池時，需要根據(jù)蓄水池容量和不同建筑結(jié)構(gòu)工程進行設計。設計要滿足室外給水管網(wǎng)需求，合理維護消防用水，并科學計算評估消防用水，以保證用水合理，綜合調(diào)控相關(guān)問題。

最后，在重點區(qū)域設計消防水池時，如果水池總儲量大于500m3，設計人員要考慮單獨設計兩個消防水池，對于單獨消防水池要配置相應的出水管，二者之間設置連通管，連通管要符合要求，滿足最低有效水位，管徑則根據(jù)消防給水設計流量確定。此外，如果水池總儲量高于1000m3，則需要設計兩座水池。

4.2 消防設計的關(guān)鍵技術(shù)

高層建筑特別是超高層建筑，系統(tǒng)復雜，對大于250m 的超高層建筑，要求高位水池的容積不小于一次滅火的設計水量，可見建筑高度越高，越會考慮到低位消防水量轉(zhuǎn)輸不上去或來不及轉(zhuǎn)輸?shù)那闆r。所以對待高層建筑，尤其是超高層建筑，自救的關(guān)鍵在于水量的及時輸出。

為了保證消防水量能夠在火災時及時輸出，可以采用轉(zhuǎn)輸水箱與減壓水箱連通或合并的措施，增加中間水箱的消防水量，為初期火災提供保障的同時，也為消防轉(zhuǎn)輸提供了便利，為撲滅火災爭取時間。另外，也可以采取在轉(zhuǎn)輸泵的出水管上接駁消防管道至供水管網(wǎng)。對于中低區(qū)的消防系統(tǒng)來說，低位消防水量可以直接通過轉(zhuǎn)輸泵輸送至供水管網(wǎng)，達到及時撲滅火災的效果，同時也為消防系統(tǒng)提供了真正的雙水源保障。

4.3 室外排水的設計

在室外排水設計中，主要應用雨水排水系統(tǒng)，由于該國際大廈位于季風性氣候區(qū)，夏季降雨量較為集中，因此在屋面仍然采用傳統(tǒng)雨水排水方法，構(gòu)造較為簡單，重力流雨水系統(tǒng)為87型雨水斗，系統(tǒng)工作時過水斷面收縮，形成漩渦，使整個排水系統(tǒng)呈氣液兩相流狀態(tài)，當雨水進入到排水系統(tǒng)時，空氣大約占據(jù)1/3空間，斗內(nèi)出現(xiàn)負壓狀態(tài)，泄水量增加。

同時，技術(shù)人員還應該根據(jù)當?shù)叵募窘涤昵闆r，計算出暴雨強度，隨著城市化建設的不斷推進，大量的雨水徑流未加以利用，就直接下滲到地下管道中，不透水面積日益增多，但也造成了水資源的大量浪費。因此，在本次排水設計中，在綠色循環(huán)可持續(xù)發(fā)展理念下，為了減輕該城市排水設施負擔，節(jié)約水資源，設定天面雨水回收系統(tǒng)。流程為：天面雨水+地面雨水→檢查井+雨水口→棄流池→沉淀地+雨水滲濾系統(tǒng)→儲水池→消毒處理→回收利用。

在儲水池內(nèi)設置兩臺潛水泵，同時設置攪拌、沖洗裝置，供綠化和道路灑水使用，為了保證儲水池內(nèi)水質(zhì)不變，或者降低徑流受到的污染，可以向水池內(nèi)投加氯片。在必要時也可以設置雨水綜合利用系統(tǒng)，以降低廢水處理成本，簡化處理工藝，分擔市政雨水管排水壓力，通過屋面雨水回收利用和地面雨水下滲，降低排水管道負荷。

4.4 自動噴水滅火設計技術(shù)

自動噴水滅火系統(tǒng)設計主要是為了自救，及時消除初期火災，或在蔓延前對火情進行自動控制，進而達到滅火目的，因此需要優(yōu)化設計的各個設備。首先，高層建筑過道需要設置噴頭，并與配水管網(wǎng)聯(lián)系起來，為了能夠使高層建筑電力設備和暖氣管道等設施運行安全使用便捷，設計人員一般需要在噴頭使用方便基礎上，將其設置在距離電力設備和煙氣管道等設施較遠的位置處，如有必要就需要設置擋水板。

在設置走廊噴頭時，走廊空間有限，設計人員需要保證設計美觀和消防系統(tǒng)實用性能。因此，設計時可以在大量可燃物加層與悶頂中布置噴頭，進而降低悶頂和夾層中可燃物安全隱患，從根本上降低火災發(fā)生率。與此同時，走道噴頭一般不會直接在直噴配水干管中布置，多位于配水支管中，進而讓噴淋系統(tǒng)均勻自動配水。另外，根據(jù)實際標準考慮噴頭布置數(shù)量和選型，同時安裝減壓孔板或是系統(tǒng)分區(qū)時噴淋管道實際壓力位于合理級別。

總之，噴淋系統(tǒng)位于疏散走道，其可以爭取逃生時間。其次，配水管路口配置了減壓設備，在輕中級危險場所配置的配水管入口壓力不可超過0.4MPa。在此期間，需要注意高層建筑高度和水力計算損失，準確計算水泵揚程，在此基礎上全面精準把控配水管口壓力，精設計合適的減壓方案。最后，在建筑值班和公共通道等區(qū)域設置報警閥和水力警鈴，在火災發(fā)生時能夠及時啟動水力警鈴，警告內(nèi)部人員采取自救和互救措施，在消防人員到達前盡可能降低火災危險度，為居民提供逃生空間。

設計自動噴水滅火系統(tǒng)時將其與報警閥連接起來，發(fā)生火災之后啟動報警閥，消防系統(tǒng)即可自動噴水，在消防人員到達之前可以最大限度緩解火災發(fā)生。報警閥安裝部位需要設置排水溝等設置，安裝報警閥部位通常位于樓道、墻壁等明顯部位，確保系統(tǒng)自動噴水的同時立即啟動報警閥。此外，在自動噴水滅火系統(tǒng)末端設置試水裝置，設計人員需要按照試水出水口流量和裝置要求設計相應的裝置，進而得到排水方案，防止出現(xiàn)淹水現(xiàn)象。

4.5 消火栓系統(tǒng)

在高層建筑物內(nèi)，消火栓系統(tǒng)的設置主要是為了消防人員在火災發(fā)生時能夠取用足夠的水源，阻止火勢的蔓延，為人們的生命財產(chǎn)安全帶來保障。因此，在開展消火栓系統(tǒng)設計時，應根據(jù)建筑物的整體特點和人們的日常用水習慣加以設計。主要應做到以下幾點。

（1）任意一點必須在兩個消火栓的保護范圍之內(nèi)，確保假設一個消火栓無法使用的情況下，另一個消火栓能夠正常使用。

（2）消火栓的位置必須便于取用，并設有明顯標識，不應設置于隱蔽處或受到任何物體遮擋。消火栓是火災發(fā)生時消防人員滅火的重要消防設施，一旦受到阻礙，火勢不能得到及時控制，結(jié)果不堪設想。

（3）消火栓系統(tǒng)啟用時必須及時，消防系統(tǒng)一般都會設有雙重啟泵控制元件，一個是流量開關(guān)，一個是壓力開關(guān)，兩者缺一不可，也是消防系統(tǒng)的雙保險。消火栓啟用后，流量開關(guān)與壓力開關(guān)都會動作，聯(lián)動消防水泵啟動供水，從而確保消火栓有足夠的水量與水壓用以滅火，所有消火栓的聯(lián)動至關(guān)重要。

（4）在確保消防要求的前提下，消火栓的設置也需要滿足建筑的整體布置，使建筑整體看上去美觀、和諧。

5 結(jié)束語

隨著城市建設不斷擴大，在進行高層建筑設計時，也會遇到越來越多的問題，因此需要越來越多的技術(shù)與方法提供支持應對。應結(jié)合建筑的實際情況，把可能存在的問題與難題加以羅列，并有針對性地一一解決。設計人員應該充分了解高層建筑的設計要求，在滿足日常生活需求的同時，更應該保障高層建筑的消防自救能力。

高層建筑的給排水與消防設計，不僅關(guān)系著人們?nèi)粘Ｉ畹谋憷耘c舒適性，更重要的是能夠在火災事故發(fā)生時提供安全有效的保護，維護人們的生命財產(chǎn)安全，減少傷亡與經(jīng)濟損失。所以，設計人員應該加強對給排水與消防設計的重視，做好設計審核校對以及系統(tǒng)安裝后的調(diào)試驗收工作，為高層建筑提供強有力的安全保障。