某超高層辦公樓消防給水系統設計

辛承凱

（北京華巨建筑規劃設計院有限公司福州分公司，福建 福州 350001）

0 引言

對于建筑高度在120～250m的兩棟及以上的超高層建筑，多采用臨時高壓集中消防給水系統。但在實際工程設計時不同的分區方式對于系統的安全、穩定及造價都有不同的影響，如何選擇一種既合理可靠又節省造價的分區方式是工程設計中經常要面對的問題。合理的消防給水設計不僅能提高系統的可靠性，也能方便用戶的使用。其結果是能最大限度地保障人民的生命安全和建筑物的安全[1]。可通過轉輸管道環狀雙管供水、轉輸水箱分樓座分別設置、轉輸水箱進水管設置電動閥及旁通管、溢流水接至消防水池、報警閥組分散設置等技術措施提高供水的安全可靠性[2]。加大消防轉輸水箱容積在發生火災后時可以盡可能多地提供水量，保證了充足的供水量，為管網充水爭取時間，從而保障了管網供水的安全性[3]。值得注意的是應在各個轉輸水箱的進水管上設置電動閥并與高區消防泵聯動當高區消防泵啟動時、打開相應轉輸水箱的電動閥進行輸水。否則發生火災時轉輸水量將同時給多個水箱補水使得轉輸水量不能滿足滅火要求[4]。本文結合工程實際，簡要介紹某地超高層辦公樓的消防給水系統設計，采用低位消防水池一轉輸水箱一高區消防泵（單棟臨時高壓串聯）方式來確保系統安全穩定的運行。

1 項目概況

該項目由T1#、T2#、T3#、T5#四棟高層辦公建筑及T3#、T5#樓的商業裙房S1#樓組成，其中T1#樓33層，建筑高度120m；T2#樓41層，建筑高度150m；T3#樓39層，建筑高度178.5m；T5#樓15層，建筑高度64m；S1#樓4層，建筑高度22m；地下室3層。本文主要以T3#樓展開介紹。T3#樓主要功能如下：地下室1～3層為設備用房和停車庫，1～4層（S1#群房）為集中商業，5～39層為SOHO辦公，其中10、20、30層為避難層，給排水設施與構筑物的主要分部為（1）地下室2層設辦公消防泵房、商業消防泵房（管理單元不同）；（2）地下室1層設商業生活泵房、辦公生活泵房、消防水池1 188m3（辦公與商業合用消防水池）；（3）20層設消防轉輸泵房、消防轉輸水箱100m3；（4）30層設生活轉輸泵房；（5）屋面層設生活泵房。（6）構架層設消防高位消防水箱100m3。

2 消防給水系統設計

2.1 室內消火栓系統

T3#樓共39 層，主體建筑高度 178.5m，屬于一類高層建筑。根據《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）（2018年版）（以下簡稱“建規”）及《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014）（以下簡稱“消水規”）設置相應消防設施，各部分消火栓用水量如下：室內消火栓系統用水量40L/s，室外40L/s，火災供水時間3h，水槍充實水柱＞13m，消火栓栓口靜水壓不大于1.0MPa。室內消火栓系統采用臨時高壓供水方式，為確保系統工作壓力不大于2.40MPa，本工程采用消防水泵轉輸水箱串聯供水方式。值得注意的是本項目多棟塔樓高度均不相同，T1#樓（120m）及T5#樓（64m）均由地下室辦公消防泵直接供水保護。T2#樓建筑高度150m，若由地下室消防泵直接供水的話，消防泵揚程將超過200m，從而導致系統工作壓力超過2.4MPa，因此T2#樓也需采用串聯分區。此時則有兩種方式設置高區消防泵房，（1）合用系統即利用T3#樓高區消防轉輸水箱及加壓泵為T2#樓高區供水，高區管道通過地下室連接至T2#樓塔樓的高區室內消火栓環網；（2）分設系統即T2#樓也設置獨立的高區消防泵房、消防轉輸水箱及高區消防泵。轉輸水箱均由地下室消防泵房的轉輸水泵供水，通過電動閥及液位信號控制水泵開啟。第一種方式的優點是可減少消防水箱、水泵、泵房，降低工程造價，缺點是豎向管線數量較多，整個系統供水管線長度較長。且由于管線較長，高區加壓泵所需揚程較大，在地下室系統底部U型區域系統工作壓力接近2.40MPa，管道及閥門承壓較大，可靠性較低。第二種方式則系統相應獨立，控制較為簡單，本項目采取第二種即分設系統方式。系統原理圖詳圖1，室內消火栓系統共分為五個區：

圖1 室內消火栓系統原理圖

1至4層集中商業單獨設置室內消火栓分區，由地下室商業消火栓泵XQ供水，初期滅火由20層轉輸水箱供給并穩壓；

地下室3層至地上10層（不包含1～4層商業部分）為低區，由地下室辦公消；防泵聯動開啟。消火栓系統商業區、辦公低區、中區和高A區由各自穩壓水箱出水管上的流量開關來自動啟動各自對應的消防泵，流量開關需設置在穩壓管路減壓閥的前端。高B區設有穩壓泵，穩壓泵后的流量開關僅作為報警信號，不直接啟泵，火災時由20層消防水泵出水干管上設置的壓力開關來自動啟動消防泵。各個分區的控制方式需與電氣專業協調配合，實現系統的聯動控制。20層避難層于消防轉輸供水管上設置三套室內消火栓手抬泵接口，高區供水管網上設置三組水泵接合器供消防人員連接手抬泵供水。20層及以下發生火災時由地下室消火栓泵供水滅火。辦公低區、中區室內消火栓系統、商業室內消火栓系統及消防轉輸系統于室外分別設置水泵接合器。水泵接合器處設置永久性標志銘牌，并按各系統、分區標明供水系統、供水范圍和額定壓力。

火栓泵X減壓后供水，初期滅火由20層轉輸水箱供給并穩壓；

11層至20層為中區，由地下室辦公消火栓泵X供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩壓；

21層至30層為高A區，由20層轉輸泵房消火栓泵XG減壓后供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩壓；

31層至39層為高B區，由20層轉輸泵房消火栓泵XG供水，初期滅火由屋面高位消防水箱與消防氣壓給水設備XW供給并穩壓；

以上分區充分利用了避難層來設置各分區的頂部或底部的消防環網，在滿足分區靜壓不超1.0MPa、系統工作壓力不超2.4MPa的前提下，又增加了消防管道維護與檢修的便利性。消火栓栓口動壓不小于0.35MPa，不大于0.5MPa。當樓層栓口動壓大于0.5MPa且小于0.7MPa時采用栓后加減壓孔板的消火栓；當栓口動壓大于0.7MPa的樓層采用減壓穩壓消火栓。

地下室辦公消防泵房內分別設置兩臺消火栓轉輸泵，兩臺噴淋轉輸泵。消火栓與噴淋共用一套DN200轉輸管路。位于20層的消防轉輸水箱需單獨設置自動補水管，不可用轉輸管道兼做補水管。20層以上發生火災時啟泵次序為20層的消火栓泵XG先啟動，位于地下室的消火栓轉輸泵XF后啟動。T2#、T3#樓轉輸管上分別設置蝶閥與電動閥，電動閥由轉輸泵房消

2.2 自動噴水滅火系統

自動噴水滅火系統是目前各個國家運用最廣泛且最有效的自動滅火系統。經歷了上百年的發展，世界上發達國家自動噴淋系統滅火成功率在95%以上，根據“建規”8.3.3條，本工程屬于一類高層公共建筑，設置自動噴水滅火系統。根據《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2017）各部位噴淋用水量如表1所示。

表1 自動噴水滅火系統用水量

超過18m的中庭部位設置大空間智能滅火裝置，設計流量10L/s，火災延續時間1h，消防用水量36m3，該裝置與商業噴淋泵共用消防泵，水量不疊加。與室內消火栓系統一樣，噴淋系統采用臨時高壓供水方式，為確保系統工作壓力不大于2.40MPa，本工程采用消防水泵轉輸水箱串聯供水方式。且自動噴水滅火系統報警閥處的工作壓力不大于1.60MPa，配水管道跟噴頭處的工作壓力不大于1.20MPa。串聯高區噴淋泵設置要求同室內消火栓系統，采用T2#、T3#樓分別設置。塔樓三個避難層均設置報警閥組，商業裙房及地下室單層面積較大，報警閥間各層分別設置以減少報警閥后管道長度。系統原理圖詳圖2，自動噴水滅火系統共分為五個區：

圖2 自動噴水滅火系統原理圖

1至4層集中商業單獨設置噴淋分區，由地下室商業噴淋泵ZQ供水，初期滅火由20層轉輸水箱供給并穩壓；

地下室3層至地上9層（不包含1～ 4層商業部分）為低區，由地下室辦公噴淋泵Z減壓后供水，初期滅火由20層轉輸水箱供給并穩壓；

10層至18層為中區，由地下室辦公噴淋泵Z供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩壓；

19層至27層為高A區，由20層轉輸泵房噴淋泵ZG減壓后供水，初期滅火由屋面高位消防水箱供給并穩壓；

28層至39層為高B區，由20層轉輸泵房噴淋泵ZG供水，初期滅火由屋面高位消防水箱與消防氣壓給水設備ZW供給并穩壓；

各報警閥根據所供樓層、高度計算并設置減壓閥，閥前壓力小于1.6MPa，配水管道工作壓力不大于1.2MPa。在滿足系統末端噴頭工作壓力的情況下水流指示器處按壓力設置減壓孔板，控制入口壓力不大于0.4MPa[5]。

18層以上發生火災時啟泵次序為20層的高區噴淋泵ZG先啟動，位于地下室的噴淋轉輸泵ZF后啟動。20層避難層于消防轉輸供水管上設置三套噴淋手抬泵接口，高區供水管網上設置三組水泵接合器供消防人員連接手抬泵供水。18層及以下發生火災時由地下室噴淋泵供水滅火。噴淋系統消防泵聯動控制方式與室內消火栓系統類似但是增加了報警閥處的壓力開關也作為啟泵信號，且報警閥處的壓力開關應優先作為消防聯動啟泵的觸發信號，該處壓力開關只在水壓力變化的作用下開啟，誤動作的概率小。辦公低區、中區噴淋系統、商業噴淋系統及消防轉輸系統（與室內消火栓合用）于室外分別設置水泵接合器。水泵接合器處設置永久性標志銘牌，并按各系統、分區標明供水系統、供水范圍和額定壓力。

2.3 轉輸泵房設置

本工程生活及消防轉輸泵房均設置在避難層。對于平時均在運行的生活給水加壓系統，優先考慮將生活轉輸泵房設置在核心筒區域，泵房投影避開辦公區，并采取減震基礎、支架等以確保對塔樓的噪聲影響最小。消防轉輸水箱容積不小于60m3，且由于避難層層高關系消防水泵選用臥式泵，消防轉輸泵房所需面積較大，消防轉輸泵房無法避開辦公區的投影上、下方。考慮到消防泵平時的測試與維護運行時會產生震動與噪聲，且現在人們對生活、辦公環境噪聲要求越來越高，消防泵基礎采用設置浮筑地臺形式。消防泵基礎設置在浮動地板上并設置彈簧減震器，浮動地板與轉輸泵房樓板之間設置橡膠隔震膠墊且每間隔1.5m設置排水設施。較大限度地減小水泵運行造成的震動與噪聲的影響。考慮到塔樓距地下室消防水池有一定距離，消防轉輸水箱溢流管若接至消防水池距離過長且對地下室層高影響較大，本項目轉輸水箱溢流管直接下至一層接室外雨水消能井。轉輸泵房另設地面水溝排水管，確保火災初期消防用水量較小時水箱溢流泄水不會淹沒消防泵房，避免產生二次損失。

2.4 其他消防給水系統

本項目由室外引入一根DN200的給水管進地塊后分設生活、消防總水表。經水表計量后在地塊內布置市政直供的DN150環狀室外消防給水環網并于環網上設置若干地上式室外消火栓。室外消火栓保護半徑不大于150m，間距不大于120m。地下室消防水池于負一層設置，并分成兩座獨立的水池，總儲水量1 188m3。于消防車道旁設置兩個一米乘一米的消防車取水口分別與兩座地下室消防水池聯通，取水口與消防車道邊距離一米。由于本項目地形狹長，消防取水口保護范圍無法覆蓋項目全部樓棟，在地下室辦公消防泵房內設置兩臺室外消火栓加壓泵并設置一套穩壓設備穩壓。室外消防用水由室外消火栓加壓泵提升至室外加壓消火栓管網，管網上設置室外加壓消火栓，保護消防取水口無法覆蓋保護的區域。室外加壓消火栓布置要求同市政直供的室外消火栓。

高低壓變配電房設置柜式（無管網）預制七氟丙烷氣體自動滅火系統，系統設計滅火濃度9%，系統噴射時間10s，滅火浸漬時間10min。設有氣體滅火系統的場所，每個防護區設泄壓口，并且設在外墻或走廊上，其高度應大于防護區凈高的2/3。各樓層根據使用功能配置磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器的選用與火災類別相適應。滅火器箱不應被遮擋、上鎖和拴系[6]。

3 結論

消防給水系統應根據建筑的用途功能、體積、高度、耐火等級、火災危險性、重要性、次生災害、商務連續性、水源條件等因素綜合確定其可靠性和供水方式，并應滿足水滅火系統所需流量和壓力的要求。超高層建筑消防給水系統設計在基于滿足規范的前提下更應結合工程實際情況，從整個項目綜合考慮，既要確保整個系統的技術安全可靠性，又要兼顧工程經濟合理性。合理地設置分區，減小管網的系統工作壓力，有利于提高系統的可靠性，最大程度地保障人民群眾的生命和財產安全。當項目各棟建筑高差較大且超出一次供水壓力范圍時可采取以下方法：（1）多棟建筑共用低位消防水池采用臨時高壓系統統一為低區供水，高區根據系統工作壓力按棟設置消防轉輸泵房接力供水。（2）適當加大消防轉輸水箱容積有利于保障轉輸管網的供水安全性。（3）在不增加設備數量與管道長度的前提下根據相應樓棟的避難層位置設置分區及管網，避免了管理上的混亂，提高了系統的可控性。