陳方圻

(福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計院有限公司 福建福州 350012)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)及建筑行業(yè)的快速發(fā)展，超高層建筑(一般指建筑高度>100m建筑)越來越多出現(xiàn)在城市建設(shè)中。超高層建筑體量大、容積率高、功能復(fù)雜、人員密集、可燃物多，著火時火勢蔓延速度快，疏散組織困難，容易造成重大火災(zāi)事故。

發(fā)生火災(zāi)時，由于超高層建筑的高度往往超過城市消防車等消防設(shè)施滅火供水高度，消防救災(zāi)更傾向于依托建筑內(nèi)部消防系統(tǒng)進(jìn)行“自救”。因此，超高層建筑消防系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及工程特點(diǎn)等方面，經(jīng)技、術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，以確保系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用。

本文以南昌市某超高層辦公樓的消防給水方案為例，介紹該項目內(nèi)超高層辦公建筑消防給水系統(tǒng)的方案選型和系統(tǒng)設(shè)計。

1 工程概況

該項目位于江西省南昌市紅谷一路以西，紅谷二路以東，項目地塊由2層地下車庫(負(fù)二層標(biāo)高-8.9m)、1棟39層超高層辦公樓(建筑高度162.7m，其中十一層、二十層、三十層為避難層)、1棟高層辦公樓、5棟高層住宅(高層辦公、住宅建筑高度介于78.0m～99.95m)、4棟多層住宅，以及沿街商業(yè)、農(nóng)貿(mào)市場、配套設(shè)施等組成。項目總建筑面積17.7萬m2,建成后由同一物業(yè)進(jìn)行管理。項目自紅谷一路、紅谷二路分別引入一根DN250市政給水管網(wǎng)，市政供水壓力為0.28MPa。

2 消防給水方案選型分析

該項目的市政給水引入條件滿足室外消防用水要求，因此室外消防用水由市政管網(wǎng)直接供給。下文主要對超高層辦公樓的室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)展開討論。

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[1](GB 50974-2014)(下文簡稱《消水規(guī)》)第6.2.1條規(guī)定，下列情形的消防給水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行分區(qū)給水：①系統(tǒng)工作壓力大于2.4MPa；②消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa;③自動水滅火系統(tǒng)報警閥處的工作壓力大于1.6MPa或噴頭處的工作壓力大于1.2MPa。

該項目超高層建筑高度達(dá)162.7m，因此應(yīng)對消防給水進(jìn)行分區(qū)。結(jié)合業(yè)內(nèi)常見超高層建筑消防給水分區(qū)方式，擬從以下3種備選方案中選擇：并聯(lián)式消防給水系統(tǒng)、重力式消防給水系統(tǒng)、串聯(lián)式消防給水系統(tǒng)。

2.1 方案一：并聯(lián)式消防給水系統(tǒng)

該方案對項目各豎向分區(qū)分別設(shè)置獨(dú)立消防水泵向消防管網(wǎng)供水，或項目僅設(shè)置一套消防加壓泵，各分區(qū)消防給水經(jīng)減壓閥減壓供水。

采用并聯(lián)式消防給水系統(tǒng)時，各分區(qū)消防供水相互獨(dú)立，消防水泵集中布置于B2層消防泵房內(nèi)，節(jié)省占地面積，管理維護(hù)方便。此方案不需要在避難層內(nèi)設(shè)置消防水泵及轉(zhuǎn)輸水箱等設(shè)施，可擴(kuò)大設(shè)備層的有效使用面積，避免了水泵等機(jī)械噪音。

超高層辦公樓屋頂停機(jī)坪消火栓出水口標(biāo)高為163.1m，經(jīng)計算消防給水設(shè)計壓力約為2.29MPa。結(jié)合《消水規(guī)》中第5.1.6條的規(guī)定：消防水泵零流量時的壓力不應(yīng)大于設(shè)計工作壓力的140%，且宜大于設(shè)計工作壓力的120%。此方案選用的消防水泵零流量壓力將大于2.4MPa，不滿足規(guī)范要求。此外，并聯(lián)式消防給水系統(tǒng)隨著分區(qū)消防水泵揚(yáng)程的增大，勢必提高消防供水管網(wǎng)及閥門附件的承壓等級，對設(shè)備安裝要求高，系統(tǒng)將長期處于高壓狀態(tài)，一定程度上增大了安全風(fēng)險。因此，該項目不采用此方案。

2.2 方案二：重力式消防給水系統(tǒng)

該方案于超高層建筑的屋頂設(shè)置高位消防水池，水池的有效容積滿足項目火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)消防用水的總用水量，除超高層建筑的最高消防分區(qū)(樓層標(biāo)高99.7m以上分區(qū))由設(shè)置于屋頂?shù)南浪眉訅汗┙o，其它消防分區(qū)通過高位消防水池或設(shè)置于避難層的減壓水箱重力作用直接對建筑物內(nèi)部的消防設(shè)施進(jìn)行供水?；馂?zāi)時，高位消防水池的消防補(bǔ)水由地下車庫消防轉(zhuǎn)輸水泵供給。

采用重力式消防給水系統(tǒng)時，除最高消防分區(qū)的其它消防分區(qū)能始終保持滿足水滅火設(shè)施需要的工作壓力和流量[2]，發(fā)生火災(zāi)時，系統(tǒng)可迅速啟動并投入滅火，可避免機(jī)械故障和火場供電中斷對消防供水系統(tǒng)的影響，且此系統(tǒng)簡單穩(wěn)定，對消防管網(wǎng)及閥門附件承壓能力要求不高。

考慮到項目建筑多達(dá)13棟，超高層建筑設(shè)置于總平面的端部，高位消防水池將負(fù)擔(dān)消防的建筑數(shù)量過多，供水較遠(yuǎn)，不夠合理安全。而且，作為整個項目的消防水源，此方案需要超高層辦公樓于前期全部完成施工，消防系統(tǒng)方可投入運(yùn)行，而該項目超高層建筑計劃于二期建設(shè)。因此，該項目不采用此方案。

2.3 方案三：串聯(lián)式消防給水系統(tǒng)

該方案通過在避難層設(shè)置轉(zhuǎn)輸水箱和消防泵供給超高層建筑樓層標(biāo)高99.7m以上分區(qū)的消防用水。此標(biāo)高以下部分的消防給水由設(shè)置于B2層的消防水池及消防泵房供給。消防泵房內(nèi)設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸水泵，火災(zāi)時，避難層消防轉(zhuǎn)輸水箱的消防補(bǔ)水由消防轉(zhuǎn)輸水泵供給。

采用串聯(lián)式消防給水系統(tǒng)時，系統(tǒng)工作壓力較低，消防水泵功率較小，對系統(tǒng)管網(wǎng)及閥門附件承壓能力要求不高，整體消防給水系統(tǒng)可靠性強(qiáng)。同時，超高層辦公樓夜間人員較少，對環(huán)境噪音要求相對較低，為在避難層設(shè)置消防設(shè)備提供了條件。

從項目整體上考慮，地塊內(nèi)僅一棟超高層建筑，其它建筑的建筑標(biāo)高介于9.4m～99.95m之間。將超高層辦公樓99.7m以上單獨(dú)劃分為一個消防分區(qū)，有利于整個消防系統(tǒng)的控制及管理，更為合理可行。因此，該項目采用此方案。

3 消防給水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)計水量及消防水池

該工程消防設(shè)計水量按一類高層建筑計算，同一時間發(fā)生火災(zāi)次數(shù)為1，室內(nèi)外消火栓火災(zāi)延續(xù)時間為3h，自噴水滅火系統(tǒng)火災(zāi)延續(xù)時間為1h，柴油發(fā)電機(jī)房水噴霧滅火系統(tǒng)火災(zāi)延續(xù)時間為0.5h。消防設(shè)計水量如表1所示。

表1 消防水量計算表

于B2層設(shè)置有效水量為576m3的消防水池，消防水池分設(shè)兩格，設(shè)置連通管。消防水池設(shè)置溢流和排水設(shè)施，間接排水。消防泵房、消防控制中心內(nèi)設(shè)置顯示消防水池水位的裝置，設(shè)置最高和最低報警水位。

3.2 系統(tǒng)豎向分區(qū)

將超高層辦公樓的消火栓給水系統(tǒng)分為3個區(qū)：B2-11F為低I區(qū)；12F-24F為低II區(qū)；25F-39F為高區(qū)。低I區(qū)和低II區(qū)統(tǒng)稱為低區(qū)，由設(shè)置在B2層的消防水泵提供火災(zāi)時所需用水，其中低I區(qū)消火栓用水由減壓閥減壓后供水；高區(qū)系統(tǒng)由設(shè)置于30F的消防水泵提供火災(zāi)時的用水量。具體分區(qū)情況如表2所示。

表2 消火栓系統(tǒng)豎向分區(qū)表 m

注：①超高層屋頂設(shè)置了消火栓保護(hù)機(jī)房及直升機(jī)停機(jī)坪；

②消防水泵供水高度指消防水池(水箱)最低液面至最不利消火栓栓口的幾何高差。

分別于總平面適當(dāng)位置設(shè)置7處(每處2組)低I區(qū)水泵接合器、6處低II區(qū)水泵接合器。水泵接合器設(shè)置位置便于消防車使用，距室外消火栓的距離為15m～40m。

超高層辦公樓消火栓系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 超高層辦公樓消火栓系統(tǒng)簡圖

3.3 消防轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)

該工程于B2層消防泵房內(nèi)設(shè)置3臺消防轉(zhuǎn)輸水泵，2用1備，轉(zhuǎn)輸水泵流量均為40L/s。水泵出水管于泵房內(nèi)形成DN200的環(huán)狀管網(wǎng)，由環(huán)狀管網(wǎng)上引出2路DN200消防轉(zhuǎn)輸用管，供給30F消防轉(zhuǎn)輸水箱。于總圖適當(dāng)位置分別設(shè)置3組消火栓系統(tǒng)轉(zhuǎn)輸泵水泵接合器；在轉(zhuǎn)輸泵房內(nèi)設(shè)置2組高區(qū)室內(nèi)消火栓水泵接合器，轉(zhuǎn)輸干管上預(yù)留2處手抬泵接口，火災(zāi)時通過接力泵實現(xiàn)接力給水。

轉(zhuǎn)輸水箱有效容積為60m3，轉(zhuǎn)輸水泵僅在初次注水或發(fā)生火災(zāi)時啟用，平時由于系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)施、部件的滲漏及蒸發(fā)等引起的水位降低由生活給水管補(bǔ)給。

考慮到火災(zāi)初期轉(zhuǎn)輸水量一般大于輸出量，可能造成消防水量溢流損失，甚至影響到整個消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行[3〗；而最大口徑的普通地漏排水能力一般，難以解決此問題。因此，從系統(tǒng)安全角度出發(fā)，在消防水箱間內(nèi)設(shè)置一尺寸3m×1m×1m(長×寬×高)的不銹鋼溢流水箱，承接轉(zhuǎn)輸水箱的溢流排水，并在水箱底部設(shè)置3個虹吸雨水斗，達(dá)到快速排除全部事故溢流水量的目的。溢流排水管道接至B2層消防水池，虹吸雨水立管在進(jìn)入消防水池前采取消能措施。

3.4 消防高位水箱

該工程低區(qū)消防系統(tǒng)、高區(qū)消防系統(tǒng)的高位消防水箱合并設(shè)置于超高層辦公樓屋頂，消防水箱有效容積為100m3，最低有效水位標(biāo)高163.5m。

高位消防水箱最低有效水位與高區(qū)消火栓系統(tǒng)最不利點(diǎn)處靜水壓力小于0.15MPa，因此在設(shè)備平臺上設(shè)置1套室內(nèi)消火栓增壓穩(wěn)壓設(shè)備，以滿足最不利點(diǎn)處靜水壓力的要求。穩(wěn)壓泵設(shè)計流量取1L/s，并保持消防系統(tǒng)最不利點(diǎn)處滅火設(shè)施在準(zhǔn)工作狀態(tài)時的靜水壓力大于0.15MPa。

對于低區(qū)消火栓系統(tǒng)，自高位消防水箱內(nèi)引出DN100管道，接至24F頂部消火栓系統(tǒng)干管。引入管在接入干管前設(shè)置可調(diào)式減壓閥組，閥后靜壓保持低區(qū)消防系統(tǒng)最不利點(diǎn)處靜水壓力滿足規(guī)范的要求。

3.5 水泵選型及系統(tǒng)工作壓力校核

《消水規(guī)》中規(guī)定，消防水泵揚(yáng)程計算公式如下：

P=k2(ΣPf+ΣPp)+0.01H+P0

其中：P——消防水泵或消防給水系統(tǒng)所需要的設(shè)計揚(yáng)程或設(shè)計壓力(MPa)；

ΣPf+ΣPp——沿程水頭損失與局部水頭損失之和；

k2——安全系數(shù)，該項目取1.3；

P0——最不利點(diǎn)水滅火設(shè)施所需的設(shè)計壓力(MPa)，取0.35MPa；

經(jīng)計算，該工程消火栓系統(tǒng)參數(shù)如表3所示。

表3 消火栓系統(tǒng)水泵參數(shù)表

注：消防轉(zhuǎn)輸泵包含消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)用泵。

消火栓水泵滿足《消水規(guī)》對水泵零流量時壓力為設(shè)計壓力1.2～1.4倍的要求。同時，《消水規(guī)》規(guī)定：當(dāng)水泵出流量為設(shè)計壓力150%時，其出口壓力不應(yīng)低于設(shè)計工作壓力的65%。綜合以上，項目在比選市面上不同類型消防水泵樣本的性能曲線后，最終選用離心泵作為項目消防用泵。

該項目室內(nèi)消火栓系統(tǒng)為采用高位消防水箱穩(wěn)壓的臨時高壓消防給水系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作壓力為消防水泵零流量時的壓力與水泵吸水口最大靜水壓力之和。消火栓系統(tǒng)工作壓力的計算如表4所示。

表4 消火栓系統(tǒng)工作壓力計算表

注：①高區(qū)消火栓系統(tǒng)消防水泵不在系統(tǒng)最低位置；

②△H取轉(zhuǎn)輸水箱溢流水位至高區(qū)最底層消火栓栓口的幾何高差。

消火栓系統(tǒng)工作壓力滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

(1)超高層消防系統(tǒng)的豎向分區(qū)，應(yīng)結(jié)合工程具體情況，從項目整體出發(fā)，綜合考慮項目內(nèi)各樓棟情況，從技術(shù)安全可靠性以及經(jīng)濟(jì)合理性等方面綜合比選。

(2)為提高轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，對于轉(zhuǎn)輸水箱的溢流排水，建議采用設(shè)置集水槽或集水坑形式排放，并將排水引至車庫消防水池，引入水池前設(shè)置消能措施。

(3)消防水泵零流量壓力值對整個系統(tǒng)的工作壓力影響大，項目應(yīng)綜合比對，選擇合適零流量壓力比值，以滿足規(guī)范要求。