高層建筑給排水消防設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用探究

楊 婕

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司鄭州分院，河南 鄭州 450000)

在高層建筑設(shè)計中，給排水消防設(shè)計是非常重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計方案的科學(xué)性不僅關(guān)系著建筑功能的發(fā)揮，更與建筑用戶的生命財產(chǎn)安全密切相關(guān)。就目前來看，部分建筑人員在實施對高層建筑給排水消防設(shè)計的過程中，因為自身思維的局限性或者專業(yè)能力不足，導(dǎo)致設(shè)計方案中存在很多缺陷，影響了建筑功能的有效發(fā)揮，也在很大程度上威脅到用戶的生命財產(chǎn)安全。新的發(fā)展環(huán)境下，社會各界越發(fā)關(guān)注高層建筑消防安全，設(shè)計人員需要及時對自身設(shè)計理念進(jìn)行轉(zhuǎn)變，對高層建筑給排水消防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行明確，解決設(shè)計中存在的各種問題，切實提高設(shè)計方案的科學(xué)性和有效性。

1 高層建筑火災(zāi)的特點

高層建筑高度大，疏散通道狹窄且單一，一旦爆發(fā)火災(zāi)事故，將會帶來非常嚴(yán)重的后果，高層建筑火災(zāi)的特點主要體現(xiàn)在幾個方面：(1)蔓延迅速。高層建筑相比較普通建筑有著更加復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各種管徑的存在直接影響了建筑的消防安全，在爆發(fā)火災(zāi)的情況下，垂直設(shè)置的電梯井、排風(fēng)管等會引發(fā)“煙筒效應(yīng)”，加劇火勢蔓延；(2)疏散困難。高層建筑體量巨大，距離地面高度大，人員密集，同時疏散通道單一，在發(fā)生火災(zāi)的情況下，高層居民的逃生難度大，尤其是如果中間層著火，切斷逃生通道，高層居民的疏散只能借助消防云梯乃至直升機(jī)完成，難度巨大[1]。另外，較大的人員密度使得高層建筑居民在疏散時容易出現(xiàn)人員擁擠情況，很可能導(dǎo)致踩踏事故，錯失最佳逃生時機(jī)；(3)撲救困難。高層建筑中設(shè)置有大量配套設(shè)施，在爆發(fā)火災(zāi)的情況下，火情蔓延迅速，救援人員難以接近火災(zāi)的源頭，影響了撲救工作的順利實施。同時，很多城市并沒有能夠配備足夠高度的消防云梯，在進(jìn)行火災(zāi)救援過程中，難以達(dá)到需要救援的高度，從而導(dǎo)致火災(zāi)撲救效率的下降；(4)隱患眾多。高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能繁多，其中存在大量可燃物和機(jī)械設(shè)備，這些都可能成為潛在的火災(zāi)隱患。一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，會導(dǎo)致火情迅速蔓延，帶來難以估量的損失。

2 高層建筑給排水消防設(shè)計存在的問題

2.1 排水方式不當(dāng)

當(dāng)前，不少高層建筑在實施給排水消防設(shè)計過程中，采用的依然是常規(guī)的地下排水方式，消防排水和生活排水使用的是同一條排水管道[2]。而高層建筑人員密集，居民生活污水中的黏性物質(zhì)和油性物質(zhì)會在排水管道管壁上附著，長此以往，會引發(fā)排水不暢甚至排水管道堵塞的問題，影響給排水消防系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從而給消防安全埋下隱患。

2.2 消防栓設(shè)計缺陷

高層建筑給排水消防設(shè)計中，為了保障系統(tǒng)運行安全， 對系統(tǒng)布置形式進(jìn)行簡化，一般都會選擇減壓型消防栓。但是從實踐角度分析，受設(shè)計人員專業(yè)素質(zhì)、成本消耗等因素的影響，存在著消防栓選擇不合理現(xiàn)象， 無法將消防系統(tǒng)作用充分發(fā)揮出來，同時也容易引發(fā)滲漏水問題。另外，在室內(nèi)消防栓設(shè)計中，沒有依照固定設(shè)置分段檢修閥門，一旦二路進(jìn)水閥關(guān)閉，就可能出現(xiàn)消防栓無水現(xiàn)象，帶來嚴(yán)重安全隱患。

2.3 滅火系統(tǒng)問題

高層建筑給排水消防系統(tǒng)設(shè)計中，自動噴水滅火系統(tǒng)非常關(guān)鍵，能夠自動發(fā)現(xiàn)并撲救初期火災(zāi)[3]。但是就目前而言，很多設(shè)計人員在針對自動噴淋滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，沒有將建筑吊頂情況考慮在內(nèi)，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生時著火區(qū)域和噴淋頭的距離過大，傳感器無法及時感應(yīng)火災(zāi)，使得初期火災(zāi)迅速蔓延，而當(dāng)火災(zāi)能夠被傳感器感知時，單純依靠自動噴淋滅火系統(tǒng)已經(jīng)無法控制。在設(shè)計中，也存在著規(guī)范性欠缺的情況，例如，如果系統(tǒng)通信設(shè)計欠缺規(guī)范性，可能出現(xiàn)系統(tǒng)雖然發(fā)出了警報信息，消防人員卻沒有及時收到的問題，錯失最佳火災(zāi)撲救時機(jī)。

2.4 管網(wǎng)試壓不規(guī)范

高層建筑管網(wǎng)試壓環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實施，切實做好管網(wǎng)的強(qiáng)度試驗以及嚴(yán)密性試驗。而不少設(shè)計人員并沒有重視管網(wǎng)試壓的規(guī)范性，存在著試壓時間短、試壓壓力不明確等問題，這樣很容易造成火災(zāi)發(fā)生時管網(wǎng)壓力不足或者壓力過大引發(fā)滲漏情況，影響其功能的充分發(fā)揮[4]。

3 高層建筑給排水消防設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 消防供水

高層建筑給排水消防設(shè)計中，需要首先考慮用水量設(shè)計，結(jié)合建筑設(shè)計情況做好準(zhǔn)確計算，在計算中需要選擇科學(xué)的火災(zāi)延續(xù)時間及室內(nèi)外消防用水量。在選擇消防水源時，應(yīng)該掌握好建筑周邊天然水源及市政水管網(wǎng)分布情況，在保證水量充足、水質(zhì)安全的前提下，關(guān)注消防水源選擇的經(jīng)濟(jì)性。高層建筑給排水消防系統(tǒng)通常需要設(shè)置屋頂水箱和水泵接收器，確保管網(wǎng)可以隨時滿足建筑消防供水需求。

3.1.2 消防水池

消防水池可以保證消防用水的充足性，其體積設(shè)計非常關(guān)鍵，如果消防水池容積過大，不僅會導(dǎo)致成本增大，占用大量空間，如果水池中的水長時間不用，還可能引發(fā)水污染問題。在消防水池設(shè)計中，一是需要全面衡量市政供水管網(wǎng)的供水能力，確保在發(fā)生火情時能夠保障消防水池的不間斷供水[5]，然后以此為前提，適當(dāng)縮減水池容積，促進(jìn)綜合效益提高；二是應(yīng)該對火災(zāi)發(fā)生時的需水量和補(bǔ)水量差值計算出來，以此來保證消防水池容積設(shè)計的合理性；三是對于一些體量相對較小，位置接近的小區(qū)，可以從實際情況出發(fā)，考慮使用同一套消防水池及室外消火栓泵房。政府部門需要加強(qiáng)管理，對照相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，做好消防水池設(shè)計的監(jiān)管工作。

3.1.3 消火栓設(shè)計

高層建筑消火栓的設(shè)計需要先對分區(qū)方式進(jìn)行明確，常用的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，是將消火栓口的靜水壓力控制在1.0MPa以上，如果超過這個數(shù)值，就需要實施分區(qū)供水。分區(qū)供水可以采用的方式有兩種，一種是串聯(lián)分區(qū)，這種分區(qū)方式的使用功率小，揚程相對較低，對于管材的強(qiáng)度和耐壓性并沒有很高要求；另一種并聯(lián)分區(qū)，這種分區(qū)方式下，各個分區(qū)相互獨立，不會出現(xiàn)互相干擾問題，安全性更好。另外，在并聯(lián)分區(qū)的情況下，兩個分區(qū)可以使用同一套消火栓加壓泵，占地面積更小，能耗和資金消耗同樣較小。在實踐中，設(shè)計人員需要對照具體設(shè)計要求，確定是否需要分區(qū)以及具體的分區(qū)方式[6]。

3.1.4 消防水管網(wǎng)

高層建筑給排水消防設(shè)計中，需要對消防水管網(wǎng)進(jìn)行合理設(shè)計，確保在火災(zāi)發(fā)生時能夠保證消防用水的正常供應(yīng)。在消防水管網(wǎng)設(shè)計中，考慮高層建筑的特點，可以采用環(huán)狀設(shè)置的方式，如果高層建筑面積較大，而且在每個方向都已經(jīng)布設(shè)了消防立管及消火栓，則需要將頂層和底層的消防干管連接成水平環(huán)路，立管則連接成豎直環(huán)路，以此來提升消防供水的整體效果。另外，消防水管網(wǎng)設(shè)計中，需要關(guān)注分段閥門的設(shè)置，借助閥門來將消防水管網(wǎng)劃分為多個獨立段。在閥門設(shè)置環(huán)節(jié)，要求管道檢修最多只能關(guān)閉一根豎管，如果豎管的儲量超過4根，可以將兩根不相鄰豎管關(guān)閉。

3.1.5 自動噴水滅火

一是需要依照消防相關(guān)規(guī)定，在恰當(dāng)位置安裝符合要求的噴淋頭，明確噴淋頭的數(shù)量，在安裝完成后需要做好測試，確保其能夠正常運轉(zhuǎn)；二是應(yīng)該做好噴淋頭類型的選擇，常用的噴淋頭有兩種，一種是易熔合金噴淋頭[7]，當(dāng)外部溫度超過一定數(shù)值后，噴頭會自動噴水，另一種是玻璃球閉式噴頭，在溫度達(dá)到特定數(shù)值后，會發(fā)生爆裂，噴水口閥門脫落，然后進(jìn)行噴水。設(shè)計人員需要結(jié)合高層建筑的實際情況，做好噴淋頭類型的合理選擇；三是確定泄水閥及泄水連接管。設(shè)計人員需要確定好泄水閥的安裝位置，將其設(shè)置在水流指示器最低位置，依照相關(guān)規(guī)范確定泄水連接管管徑，消防泄水管的直徑必須小于連接的泄水立管直徑。

3.1.6 消防排水

通過對排水量的合理評估，選擇恰當(dāng)?shù)呐潘艿酪?guī)格，如果排水管道和其他管道存在交叉，需要依照有壓管避讓無壓管的基本原則，給水管和風(fēng)管排列在排水管下方，從電氣管道下方繞行。地下水是消防排水設(shè)計的核心位置，需要采用獨立設(shè)計，確保積水能夠有效排出。可以將低于基坑的排水集水池設(shè)置在消防電梯井基坑附近，做好基坑和集水池間排水管道的預(yù)埋工作。應(yīng)該在消防排水系統(tǒng)中，設(shè)置備用泵，于電梯口設(shè)置擋水裝置，加強(qiáng)消防水源保護(hù)，同時也需要做好消防排水泵安全保護(hù)設(shè)計，避免電機(jī)短路引發(fā)消防排水系統(tǒng)癱瘓的問題。在地上消防排水設(shè)計中，應(yīng)該在重點區(qū)域設(shè)計專門的排水管道，保證管道能夠獨立運行。可以依照消防分區(qū)設(shè)計獨立排水系統(tǒng)，以此來避免排水互流引發(fā)的樓層滲水問題，另外也不能忽視地下室和地上樓層的排水預(yù)防措施，保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不受破壞。通過在陽臺區(qū)域設(shè)置雨水管的方式，能夠幫助消防排水管道實現(xiàn)防溢設(shè)計。

3.2 具體應(yīng)用

某高層住宅建筑包含地上35層和地下2層，建筑高度125.2m，總建筑面積15.2萬m2。在對其進(jìn)行給排水消防設(shè)計時，要求設(shè)計單位能夠從建筑的實際情況出發(fā)，合理應(yīng)用一些消防設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，提升建筑整體消防的安全性。

3.2.1 明確設(shè)計要求

一是采用了一對一連接的方式，將室內(nèi)消防栓和室外消防栓的水泵接合器實現(xiàn)對接；二是消防水栓系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，需要將水頭壓力和總用水量考慮在內(nèi)，管網(wǎng)規(guī)劃必須考慮水管承壓能力及強(qiáng)度；三是消防水系統(tǒng)如果采用不分區(qū)設(shè)計，需要將外網(wǎng)進(jìn)水壓力的最小值作為主要設(shè)計參數(shù)，做好系統(tǒng)校準(zhǔn)工作，如果采用分區(qū)設(shè)計，在外網(wǎng)供水壓力可以滿足大部分建筑消防需求的情況下，低層室內(nèi)消防栓可以采用外網(wǎng)直接供水，高層則可以設(shè)置水泵輔助抽水，再配合加壓管網(wǎng)設(shè)計，保障消防供水的效果；四是消防栓系統(tǒng)需要設(shè)置相應(yīng)的水泵接合器，優(yōu)先選擇地上式水泵接合器，根據(jù)室內(nèi)消防總用水量來確定接合器的數(shù)量。如果消防栓采用的是豎向分區(qū)供水，需要在消防車供水壓力范圍內(nèi)，做好水泵接合器設(shè)置，確保水泵接合器和最近消防水池又或者室外消防栓的距離在15m～40m之間[8]。

3.2.2 消防栓設(shè)計

一是需要在每個樓層設(shè)置室內(nèi)消防栓，位置在樓梯或者走廊，方便取用；二是消防栓設(shè)計間距應(yīng)該滿足同層任意位置能夠有兩個消防栓水槍充實水柱同時到達(dá)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，見表1。高層建筑室內(nèi)消防栓的設(shè)計不能超過30m。

表1 水槍充實水柱長度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

三是消防栓栓口到地面的垂直高度應(yīng)該為1.1m，出水方向可以垂直于墻面，或者朝下；四是消防栓口靜水壓力不能超過1.0MPa，如果出水壓力大于0.5MPa， 需要設(shè)置減壓裝置；五是在同一棟建筑中，需要保證消防栓的型號一致，水槍噴嘴的口徑不能小于19mm，水帶長度在25m以內(nèi)，消防栓栓口直徑為65mm；六是高層建筑屋頂需要設(shè)置壓力顯示裝置，對建筑消防栓系統(tǒng)的實際水壓進(jìn)行檢測，在北方地區(qū)，冬季氣溫較低，為了避免消防栓上凍的情況，可以將其設(shè)置在頂層出入口或者水箱間。

3.2.3 自動噴淋系統(tǒng)設(shè)計

在該工程中，需要在所有建筑內(nèi)設(shè)置自動噴淋滅火系統(tǒng)，設(shè)防等級為Ⅰ級，地下車庫的設(shè)防等級為Ⅱ級，滅火用水量為30L/s。以主樓為例，將其豎向分為兩個區(qū)，1區(qū)為地下2層到地上2層，有屋面水箱提供初期用水，需要經(jīng)減壓閥減壓后供給，2區(qū)為地上3層到地上32層，由設(shè)置在35層水箱間的自噴穩(wěn)壓設(shè)備提供初期用水。消防作業(yè)期間，可以采用接力給水的方式提供水量供給[9]。

4 結(jié) 語

總而言之，高層建筑給排水消防設(shè)計具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性的特點，關(guān)系著建筑整體的使用安全，必須得到重視。設(shè)計單位需要了解給排水消防設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容和要求，結(jié)合常見問題，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，切實提升建筑給排水消防設(shè)計的高效性和安全性，在推動建筑功能發(fā)揮的同時，為人們的生命財產(chǎn)安全提供保障。