超高層建筑消防給水系統設計探析

徐建平

深圳市建筑設計研究總院有限公司 廣東 深圳 518000

引言

隨著人口的不斷增加和城市化的快速發展，超高層建筑在現代城市中越來越常見。超高層建筑的高度和規模給消防安全帶來了巨大的挑戰，超高層消防立足于自救。為了確保人員的生命安全和財產安全，超高層建筑的消防給水系統的設計顯得尤為重要。超高層建筑消防給水系統的設計需要考慮多種因素，如建筑結構、消防水源、系統布置和管網設計等。合理的設計原則和要求能夠提高系統的安全性和可靠性，有效應對火災等緊急情況。

1 超高層建筑消防給水系統設計原則

1.1 可靠性原則

系統應具備高度可靠性，確保在火災等緊急情況下能夠穩定供水。應采用“多重備用”、“冗余”、分段控制設計，確保系統的故障不會導致全面失效。首先，系統中的關鍵設備和部件應進行多重備份，確保在一臺設備故障時能夠自動切換到備用設備（消防水泵、減壓閥組等）。例如：①消防給水泵配置設置備用水泵，減壓閥組設置備用閥組，當出現故障或進行檢修時，可以切換至備用水泵或備用減壓閥組，保證系統消防能力不至于癱瘓；②消防水池有效容積《根據消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014 消防水池的總蓄水有效容積大于500m3時，宜設兩格能獨立使用的消防水池；當大于1000m3時，應設置能獨立使用的兩座消防水池，為保障系統供水水源的可靠及安全性，本論文建議不論消防水池容積是否超過500m3，超高層建筑的消防水池應分格或分座設計。其次，還應采用“冗余”設計，即在系統中增加冗余的設備或管路，以應對設備故障或維護期間的供水需求。例如：①室內消火栓系統管網應布置成環狀，并宜采用豎向成環，噴淋系統報警閥組前噴淋管道應成環狀布置；②向消防系統環狀給水管網供水的干管不應少于兩條，當其中一條發生故障時，其余輸水干管仍能滿足消防所需的設計流量；這一系列看似冗余的管網設計，實際均是為了提供消防供水系統的可靠性及安全性。最后，消防供水系統采用閥門將管道分成若干獨立段，每一獨立段室外消火栓數量不宜超過5個，室內消火栓環狀管設置閥門控制，保證豎管正檢修時，關閉停用的消防豎管不超過1根，當消防豎管數量較多超過4根時，在管道檢修時，應關閉2根不相鄰的消防豎管。噴淋系統連接報警閥組進出口控制閥，報警閥組之間每三個可設置一個控制閥，不至于主管檢修時，整個噴淋系統處于停用狀態[1]。

1.2 適用性原則

系統設計應根據建筑結構、用途和規模等因素進行定制化，確保系統能夠滿足實際需求。應綜合考慮建筑的高度、樓層數量、人員密度和消防需求等因素，合理確定水源設備、水管布置和消防泵的配置。超高層建筑與普通建筑相比，其消防給水系統設計需要考慮更高的水壓要求和更大的供水量。根據建筑的高度和樓層數量，確定水源設備的類型和配置，選擇適當的水泵和消防系統及系統分區，以確保系統能夠提供安全可靠的水壓和流量。根據建筑定性、高度、體量等，確定系統的供水能力、系統類型及分區和流量要求，合理設計消防水池、水箱、消防水泵和水管布置，確保系統能夠提供滿足消防供水壓力及流量的要求。不同類型的超高層建筑具有不同的消防需求。例如，辦公樓、商業綜合體和住宅樓的消防需求有所不同。根據建筑的用途和規模，確定系統的設計參數，包括消防水池、水箱的容量、水泵的配置、消防系統分區形式和管道的布置。同時，還應考慮到建筑未來可能的擴建或改建需求，預留相應的系統擴展空間或提前預留未來擴建或改建所需的用水量及設備。

1.3 可操作性原則

系統設計應簡化操作流程，提高操作人員的應急反應能力。應采用清晰明確的標識和指示，確保操作人員能夠快速準確地使用系統，并進行維護和檢修。在系統設計中應采用清晰明確的標識和指示，以指導操作人員正確使用系統。例如，在水泵、閥門、消防接口等關鍵設備上標注清晰的功能說明和操作步驟，使操作人員能夠迅速理解和掌握操作方法。系統設計應盡量簡化操作流程，減少操作的復雜性和煩瑣性。可以通過合理的設備布局和控制系統設計，將操作步驟簡化為少數幾個簡單明了的操作，以提高操作人員的工作效率和準確性。此外，應提供操作手冊或培訓，向操作人員傳授正確的操作方法和應急響應策略。

2 系統組成和布置

超高層建筑消防給水系統由水源設備、消防泵房、高位消防水箱和消防供水管網等組成。合理的系統組成和布置是確保系統正常運行的關鍵。

2.1 水源設備

超高層建筑消防給水系統的消防水池、消防水箱是確保供水可靠性的關鍵。主要水源通常選擇可靠的市政供水系統，保證水質和供水穩定。此外，市政水源滿足兩路消防供水的流量計壓力時，室外消防供水采用市政給水直接供水的低壓消防給水系統。消防水泵房內配置備用消防水泵，以保證在主泵故障或維護時，備用水泵能夠提供持續的供水能力。消防水池、消防水箱儲存規范要求的消防用水量，即消防水池有效儲水量應滿足在火災延續時間內室內及室外消防用水量的要求，室外采用市政壓力直接供水時，可僅儲存室內消防所需的用水量。

2.2 消防泵房

消防泵房是超高層建筑消防給水系統的重要組成泵房，是整個消防系統的心臟。消防泵房內含：消防水泵、泵房控制室，消防水泵是超高層建筑消防給水系統中的關鍵設備，負責提供消防系統的水壓和流量。泵房的主要通道寬度不應小于1.2m，以便集中管理和維護，并應采取防水淹的技術措施，如設置300高門檻、泵房內排水溝、集水坑及污水提升設備等，消防泵房不應設置在地下三層及以下的樓層。

2.3 高位消防水箱

高位消防水箱是超高層建筑消防給水系統中的重要組成部分。水箱的容積和數量應根據建筑的高度和類型來確定。水箱通常位于建筑的最高處或避難層，以利用高處水壓和重力供水。水箱的容量應滿足初期火災消防用水量的要求，并維持系統準工作狀態時管網壓力。水箱應配備液位控制裝置，能夠實時監測和調節水位，保持系統的穩定供水。高位水箱的設計和布置，設置高度應高出其服務的水滅火設施，最低有效水位也應保證滅火設施靜水壓力不小于0.07mpa的要求。

2.4 消防供水管網

2.4.1 管道布置。在超高層建筑消防給水系統設計中，合理的管道布置是確保系統供水能力和效果的重要因素。根據建筑的布局和消防需求，應考慮以下幾點：首先，消防供水管網的路徑應盡可能短、直，以減少壓力損失和水流阻力，并節約成本。采用直線段和最短路徑的布置方式能夠提高供水效率，并減少水泵的能耗。其次，管道布置應避免與其他建筑設施和設備沖突。在設計過程中，需要考慮與電力線路、通風管道、電梯井等設施的交叉和干擾，確保消防水管的通暢和安全[2]。

2.4.2 管道管徑選擇。消防給水管的管徑應能夠滿足消防系統所需水壓和流量要求，保證供水能力。較大的管徑能夠降低水流速度和壓力損失，提高系統的效率和穩定性，但又不能盲目放大，給管道安裝帶來不便并造成不必要的資源浪費。此外，不同材質的管道具有不同的阻力系數，需要綜合考慮管道的材質選擇和管徑確定，以獲得最佳的供水效果。

2.4.3 系統分區。在超高層建筑消防給水系統的管網設計中，合理劃分消防給水分區是確保消防供水安全的重要措施，避免系統壓力不足、超壓、流量不足等問題。消防系統分區原則：消火栓系統工作壓力大于2.40MPa，或者消火栓栓口靜壓超過1.0MPa應進行分區供水，自動噴水系統報警閥處工作壓力超過1.60MPa，或噴淋位置工作壓力超過1.20MPa，應對噴淋系統進行分區設計，可采取減壓閥組進行分區。但當系統設計選取的消防水泵揚程超過2.0MPa時，可采取串聯接力的分區供水形式，并宜采用在避難層設置消防轉輸水箱串聯供水形式，超過地下室消防泵揚程供水分區范圍的樓層，可通過低位消防轉輸水泵+避難層轉輸水箱+避難層消防泵聯合供水的形式進行消防供水。分區范圍內用水壓力較高的樓層，可采用減壓閥組進行減壓供水，消火栓系統也可采用設置減壓穩壓型消火栓。隨著人們對超高層建筑消防問題越來越重視，近年來，超高層建筑采取低位轉輸水泵+屋頂高位消防水池的常高壓消防供水系統越來越普遍，大大提高超高層建筑消防自救能力，通過轉輸水泵把消防供水提升至屋頂高位消防水池，消防水池內儲存一次消防所需的消防用水量。火災時，頂部消防分區通過高位消防水池+消防泵臨時高壓供水，其余樓層通過高位消防水池重力供水或重力減壓供水，高位消防水池同時作為高位消防水箱，常高壓重力供水形式，火災時無須啟動消防水泵即可滿足消防供水水壓及流量要求，大大提高超高層建筑火災撲救能力及自救能力。

2.4.4 消防管材及配件。消防給水管應能夠滿足消防系統所需的水壓和流量要求，在管道的材質選擇上，應考慮其抗腐蝕性能和耐壓能力。常用的消防水管包括內外壁熱浸鍍鋅鋼管（系統工作壓力PN≤1.20MPa）、加厚內外壁熱浸鍍鋅（系統工作壓力1.20MPa＜PN≤1.60MPa）、內外壁熱浸鍍鋅無縫鋼管（系統工作壓力PN＞1.60MPa），室外埋地敷設時還可選用球墨鑄鐵管、鋼絲網骨架復核管等。根據系統工作壓力，選擇與系統工作壓力相匹配的消防管材，以確保管道的耐久性和可靠性。此外，消防水管的閥門閥件和消防接口等配件，以便于系統的控制、檢修和使用。閥門的設置可以實現對不同區域、不同立管或分區的供水控制，而消防接口可以方便消防人員連接消防設備進行滅火作業。

3 水泵選擇

3.1 水泵選擇

在超高層建筑消防給水系統設計中，選擇水泵時，應根據建筑的高度和消防系統的要求，選擇的消防水泵的性能應能滿足系統所需的水壓和流量要求，所配驅動器功率應能滿足所選水泵流量揚程性能曲線上任何一點運行所需功率的要求，流量揚程性能曲線應為無駝峰、無拐點的光滑曲；離心泵是一種常用的消防水泵，具有高效、可靠的特點。

3.2 水泵配置

同一泵組的消防水泵型號宜相同，工作泵不宜超過3臺，并配置備用泵，以確保系統的可靠性，水泵應配置在水泵房內。一組消防水泵，吸水管不應少于兩條，當其中一條損壞或檢修時，其余吸水管應仍能通過全部消防給水設計流量，消防水泵應采取自灌式吸水。

3.3 自動控制

超高層建筑消防給水系統的水泵應具備自動啟動（不應設置自動停泵的控制功能）、手動啟停和監控功能，能夠快速響應火災報警信號，并進行自動控制。水泵的自動啟動功能可通過出水干管上壓力開關、消防水箱出水管流量開關或報警閥壓力開關等信號直接自動啟動，自動啟動系統將激活水泵，確保消防系統能夠立即供水。監控功能可以通過傳感器和監測裝置實現。水泵應配備壓力傳感器、溫度傳感器和液位監測裝置等，以監測系統的運行狀態和水源情況，并及時傳輸相關數據。為了確保水泵能夠快速響應和運行，應采用可靠的自動控制系統。這包括可編程控制器（PLC）、自動控制面板和遠程監控系統等[3]。

4 結束語

總之，超高層建筑消防給水系統的設計是一項復雜而重要的任務。本論文的研究內容提供了有關設計原則、系統組成和布置、水泵選擇、管網設計等方面的深入分析和建議。通過合理的設計和實施，超高層建筑的消防給水系統能夠有效應對火災風險，保障人員的生命安全和建筑的安全穩定運行。