消防給水系統(tǒng)在超高層建筑的應(yīng)用及優(yōu)化

羅美麗

摘要：為了探究消防給水系統(tǒng)在超高層建筑的應(yīng)用及優(yōu)化，以國內(nèi)某超高層建筑群項目為研究對象，對該超高層建筑用水規(guī)律進行分析，提出了屋頂消防水池重力供水結(jié)合地下連通的重力供水方式，并采用ZW消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備對該項目消防給水系統(tǒng)進行優(yōu)化。結(jié)果表明，優(yōu)化后的超高層建筑水流量基本穩(wěn)定在54～69 L/s之間，滿足消防給水需求。且優(yōu)化后的方案能顯著提高消防給水系統(tǒng)的可靠性，并增強系統(tǒng)在火災(zāi)應(yīng)急情況下的性能和安全性。本研究對超高層建筑群的消防給水系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化具有重要意義，可為類似項目提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；消防給水系統(tǒng)；系統(tǒng)優(yōu)化

超高層建筑的建設(shè)給城市消防工作帶來了巨大挑戰(zhàn)，其一旦發(fā)生火災(zāi)，往往具有極高的危險性。同時，高層建筑的消防給水系統(tǒng)也因為其所在的樓層較高，而隨時出現(xiàn)給水困難的問題。目前，已有眾多學(xué)者針對消防給水系統(tǒng)在超高層建筑中的應(yīng)用及其優(yōu)化問題進行了深入研究。劉焱[1]針對超高層建筑消防給水系統(tǒng)供水壓力大的問題提出了優(yōu)化設(shè)計方法，并指出為保證消防給水系統(tǒng)的供水安全可靠。劉志恒[2]以某商業(yè)小區(qū)高層建筑為研究對象，通過分析該小區(qū)高層建筑的用水規(guī)律后，使用增壓設(shè)備對該小區(qū)的高層建筑的消防給水系統(tǒng)進行了優(yōu)化。余紅霞[3]等人對消防供水傳輸系統(tǒng)進行關(guān)鍵組件識別，發(fā)現(xiàn)水泵對系統(tǒng)可靠性的影響最大，并確定了水泵的可靠度的計算方法，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計需求，得出了消防給水系統(tǒng)的可靠度。

1 工程項目概況

本研究依托于國內(nèi)某超高層建筑群項目，旨在探究消防給水系統(tǒng)在該超高層建筑中的應(yīng)用及優(yōu)化。該超高建筑群項目的基本信息見表1。

2 超高層建筑用水規(guī)律

分析超高層建筑用水規(guī)律，對于優(yōu)化消防給排水系統(tǒng)至關(guān)重要，可提高消防安全性并提升超高層建筑的綜合運行效果。為此，本研究選擇了用水量最高的夏季，并選用時差法超聲波流量計對該項目的最高建筑物（二號雙子塔樓）進行了持續(xù)30天的用水監(jiān)測，監(jiān)測起始時間為2022年6月3日，結(jié)束時間為2022年7月3日，監(jiān)測流量的計算公式如式（1）所示。

根據(jù)公式（1）計算出該高層建筑30天內(nèi)用水變化，結(jié)果見圖1。

根據(jù)圖1可知，在整個觀測期間內(nèi)，二號雙子塔樓日用水量均超過了120m3，且整體用水量呈現(xiàn)上升趨勢。此外，最大日用水量出現(xiàn)在2022年6月12日，為216.9m3，最小日用水量出現(xiàn)在2022年6月6日，為126.5m3。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是觀測期間正值炎熱的夏季，居民因為吹空調(diào)、洗澡、澆花等活動的增加，而導(dǎo)致日用水量上升。

為了保證該超高層建筑消防給水系統(tǒng)在火災(zāi)等緊急情況下能夠提供足夠的水源和壓力，本研究對最大日用水量日（2022年6月12日）進行了24h的用水監(jiān)測，結(jié)果見圖2。

根據(jù)圖2可知，二號雙子塔樓在2022年6月12日的不同時段其用水量表現(xiàn)出不同的變化趨勢，但整體上，該天用水量出現(xiàn)了4個峰值，分別在7點、12點、16點和21點。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是7點為常見的用水高峰時段，人們通常在這個時間段進行洗漱、烹飪等活動，因此用水量相對較高；而12點用水量較高是因為在炎熱的夏季；16點通常是室內(nèi)溫度最高的時候，為了提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，超高層建筑中的空調(diào)系統(tǒng)會在這個時間段增加制冷負(fù)荷，導(dǎo)致用水量的增加；此外，21點也是用水高峰，這則是由于居民通常會在這個時間段內(nèi)進行洗澡、刷牙、洗臉等個人衛(wèi)生活動，導(dǎo)致用水量增加。

3 消防給水系統(tǒng)優(yōu)化

本次超高層建筑群項目消防給水系統(tǒng)優(yōu)化擬采用三種優(yōu)化方案。

A方案為水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)加壓消防給水系統(tǒng)，即在地下室內(nèi)設(shè)置了集中地下消防水池、水泵房，并通過低區(qū)消防供水泵和高區(qū)消防轉(zhuǎn)輸泵向不同區(qū)域供水。該方案的優(yōu)點是適用性強，消防水泵和管道承壓等級較低；缺點是設(shè)備投資增加、維護困難、需要占用大量機房面積以及高層建筑供水壓力不足。

針對A方案的缺點提出了B方案，即在每棟超高層建筑的屋頂設(shè)置消防水池，供水采用重力供水。與A方案相比，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是設(shè)施較少、聯(lián)動控制簡單；缺點是每棟超高層建筑都需要設(shè)置大容量的高位消防水池，增加了結(jié)構(gòu)荷載和設(shè)施數(shù)量。

針對B方案的不足再進行優(yōu)化，提出了C方案，即每棟超高層建筑增加了屋頂消防水池的重力供水立管和地下連通的重力供水總管，同時采用了ZW消防增壓穩(wěn)壓設(shè)備，用以有效地應(yīng)對較高的建筑高度、長距離供水管道或其他水壓不足的情況。為了對比C方案對該超高層建筑消防給水系統(tǒng)的優(yōu)化效果，本文對優(yōu)化前后該高層建筑的水流量進行了監(jiān)測，結(jié)果見圖3。

根據(jù)圖3可知，未使用增壓穩(wěn)壓設(shè)備時，隨著樓層數(shù)的增高，各超高層建筑的水流量逐漸降低，其中1號和2號樓在32層時消防水流量為25L/s左右，并不能滿足超高層建筑的消防需求。使用增壓穩(wěn)壓設(shè)備后，該超高層建筑的水流量基本穩(wěn)定在54～69L/s，這說明通過增壓穩(wěn)壓設(shè)備的使用，可以解決樓層消防水流量不足的問題，確保消防系統(tǒng)能夠在不同樓層提供穩(wěn)定的水流量，滿足相應(yīng)的消防需求。

4 消防給水系統(tǒng)可靠性比較

消防給水系統(tǒng)的可靠性比較能為消防給水系統(tǒng)方案的選擇提供依據(jù)。據(jù)此，本文為了確定各方案的可靠性，通過薛學(xué)斌[4]提出的消防給水系統(tǒng)可靠性計算模型評估了各優(yōu)化方案的可靠性，模型中串聯(lián)系統(tǒng)評估公式如式（2）所示，并聯(lián)系統(tǒng)評估公式如式（3）所示。

式中：F——系統(tǒng)的總可靠度；

Fi——系統(tǒng)中i單元的可靠度。

根據(jù)式（2）和式（3）計算得到各方案的可靠度結(jié)果見圖4。

圖4? 各優(yōu)化方案的可靠度

根據(jù)圖4可知，最初擬定的方案A的可靠度為0.9，經(jīng)過后續(xù)不斷優(yōu)化，方案的可靠度有顯著的提升，方案C的可靠度更是達到0.96。這表明通過不斷改進和優(yōu)化設(shè)計，采用方案C可以顯著提高消防給水系統(tǒng)的可靠性，提高供水能力的穩(wěn)定性，并增強系統(tǒng)在火災(zāi)應(yīng)急情況下的性能和安全性。

5 結(jié)束語

本文以某超高層建筑群項目為研究對象，通過分析該超高層建筑用水規(guī)律，提出了針對該超高層建筑的消防給水系統(tǒng)優(yōu)化方案，并得出以下結(jié)論：

①通過時差法超聲波流量計對該項目的用水規(guī)律進行監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，在整個觀測期間內(nèi)，二號雙子塔樓的日用水量均超過了120m3，且整體用水量呈現(xiàn)上升趨勢，最大日用水量出現(xiàn)在2022年6月12日，為216.9m3，最小日用水量出現(xiàn)在2022年6月6日，為126.5m3。此外對該超高層建筑在2022年6月12日的用水量進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在不同時段其用水量表現(xiàn)出不同趨勢的變化，但整體上，該天用水量出現(xiàn)了4個峰值，分別在7點、12點、16點和21點。

②對優(yōu)化前后該超高層建筑的水流量進行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)使用增壓穩(wěn)壓設(shè)備后，該超高層建筑的水流量基本穩(wěn)定在54～69L/s，這說明通過優(yōu)化可以解決樓層消防水流量不足的問題，滿足相應(yīng)的消防需求。

③通過相關(guān)學(xué)者提出的消防給水系統(tǒng)可靠性計算模型評估了各優(yōu)化方案的可靠性，發(fā)現(xiàn)最初擬定的方案A的可靠度為0.9，經(jīng)過后續(xù)不斷優(yōu)化，方案的可靠度有顯著的提升，方案C的可靠度更是達到0.96。表明通過不斷改進和優(yōu)化設(shè)計，采用方案C可以顯著提高消防給水系統(tǒng)的可靠性。

④對超高層建筑的消防給水系統(tǒng)的最大供水高度和消防水源設(shè)計進行了討論，在設(shè)計消防給水系統(tǒng)時，需要考慮最大供水高度以及合適的消防水源，以確保系統(tǒng)能夠滿足消防需求，并提高火災(zāi)安全性。

參考文獻

[1]劉焱，賀墨梅.超高層建筑消防給水系統(tǒng)的優(yōu)化[J].給水排水，2008，44（S2）：95-98.

[2]劉志恒.高層建筑消防給水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2023（1）：143-145.

[3]余紅霞，張鐵輝，王漢良.超高層建筑消防供水系統(tǒng)可靠度比較[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2016，35（3）：356-358.

[4]薛學(xué)斌.300米以下超高層建筑消防問題討論[J].給水排水，2017（1）：107-115.