鄒寶珍

中國核電工程有限公司上海分公司 上海 200135

當(dāng)今，建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平越來越高。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中，土地資源逐漸形成稀缺形式的背景下，建筑業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，即從一般的高層建筑過渡到超高層建筑，我們希望能夠最大限度地利用現(xiàn)有的土地和空間資源。然而，超高層建筑在設(shè)計(jì)期間，消防供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)用性，施工階段的建設(shè)難度與使用階段的管理難度都可能成為巨大的難題[1]。我們有必要了解我國各種消防設(shè)備的供水特性，單一的加壓供水系統(tǒng)可能無法達(dá)到超高層建筑消防給水的標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在超高層建筑的消防給水設(shè)計(jì)階段，必須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求，靈活使用各消防聯(lián)合供水系統(tǒng)，確保消防加壓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足火災(zāi)期間的滅火需求，最大限度的減少火災(zāi)帶來的損失，一旦發(fā)生室內(nèi)嚴(yán)重火災(zāi)，超高層民用建筑盡可能依靠室內(nèi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)及火災(zāi)初期應(yīng)急滅火設(shè)施完成應(yīng)急滅火，保障災(zāi)害用戶生命財(cái)產(chǎn)和人身安全。

1 超高層建筑消防給水國家標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)參數(shù)

超高層建筑物一般指的是建筑物的層高超過一百米的建筑物。而現(xiàn)在建筑工程的安全消防工作措施根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014(2018年版)(下列又稱'建規(guī)')的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以設(shè)計(jì)[2]。在“建規(guī)”5.1.1民用建筑的分類表中規(guī)定可見，建筑高度大于50m的公共建筑即視為一類高層民用建筑，'建規(guī)'第1.0.6條明文規(guī)定'建筑物層高超過二百五十米的建筑物,除應(yīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)的條件外,尚應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采用更為嚴(yán)密的安全防火保護(hù)措施,其安全防火工程設(shè)計(jì)應(yīng)提請國家政府消防技術(shù)主管機(jī)構(gòu)專項(xiàng)調(diào)查、專家論證'。是以，本文擬討論的100m~250m建筑可參照一類高層民用建筑相關(guān)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，民用建筑在同一時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)起數(shù)應(yīng)按1起確定，一起火災(zāi)所需消防用水的設(shè)計(jì)流量應(yīng)由建筑的室外消火栓系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，固定消防炮系統(tǒng)等需要同時(shí)作用的各種水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量之和確定；兩座及以上建筑合用消防給水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按其中一座設(shè)計(jì)流量最大者確定。建筑高度為100m~150m超高層民用建筑建筑體積大于5萬m3的室外消防用水設(shè)計(jì)流量值為40L/s，室內(nèi)消火栓給水設(shè)計(jì)流量為40L/s，自動(dòng)噴水滅火的火災(zāi)危險(xiǎn)等級為中危險(xiǎn)級，最大凈空高度≤8m時(shí)，設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度8L/(min·m2)，作用面積160m2，高大空間場所當(dāng)最大凈空高度在8至18m之間時(shí)，設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度范圍為12 L/(min·m2)~20 L/(min·m2);當(dāng)凈空高度超過自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)保護(hù)范圍時(shí)，一般采取消防炮滅火系統(tǒng)，本篇暫不做相關(guān)討論。

2 消防供水系統(tǒng)選擇

當(dāng)建筑高度超過100m時(shí)，高樓層部位著火，消防人員到達(dá)起火點(diǎn)所需的時(shí)間較長，因此，在這一類的高層建筑中，靠消防車撲救火災(zāi)困難極大，設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮起火時(shí)的自救措施，而自救主要依賴于室內(nèi)的消防給水系統(tǒng)，因此消防給水系統(tǒng)“水”的穩(wěn)定性應(yīng)該作為核心因素考慮。

目前，室內(nèi)供水系統(tǒng)一般采取消防水池加給水加壓泵加壓供水的形式，消防水池儲(chǔ)存單次火災(zāi)滅火所需的全部用水量，針對室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力大于2.40MPa或消火栓栓口處靜壓大于100m時(shí)，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)須采取分區(qū)供水的形式；而當(dāng)自動(dòng)水滅火系統(tǒng)報(bào)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時(shí)，自動(dòng)水滅火系統(tǒng)須采取分區(qū)供水的形式。減壓分區(qū)主要分為減壓閥減壓分區(qū)、消防水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)分區(qū)供水，減壓水箱減壓分區(qū)供水等形式。減壓閥減壓分區(qū)優(yōu)點(diǎn)是不占用建筑的使用面積，但減壓閥后的供水分區(qū)壓力損耗較大；減壓水箱減壓分區(qū)供水須在每個(gè)分區(qū)設(shè)置減壓水箱，消防給水由高位消防水池供給，雖供水方式可靠，但所有消防用水都需要輸送至高位消防水池再向下層減壓供水，能源損耗大，占據(jù)建筑面積也較大[3]。

綜合上部所述，針對100~250m超過高層公共建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對于150m以下超高層建筑，選擇消防加壓水泵直供的方式，并使用減壓閥減壓分區(qū)；而對于150m~200m超高層建筑，則需要設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸水箱，進(jìn)行分區(qū)串聯(lián)供水。

3 消火栓系統(tǒng)

針對超高層的工程建筑物,如果消防給水系統(tǒng)壓力分區(qū)設(shè)計(jì)劃分不恰當(dāng),通常會(huì)導(dǎo)致消火栓的栓口動(dòng)壓過大,室內(nèi)消火栓一般情況下配置均為直流水槍，這種直流水槍的反作用力如果超過200牛，在滅火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的反作用力，一名消防人員難以獨(dú)自操作其進(jìn)行火災(zāi)撲救[4]。同時(shí)，如果消防系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計(jì)壓力過大,極易導(dǎo)致管路閥門或者管道破裂，所以，如果想要防止出現(xiàn)上文提及的狀況,就需要在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行好消防供水壓力確定，并做好消防給水系統(tǒng)的壓力分區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，消火栓栓口動(dòng)壓不應(yīng)大于0.50MPa，當(dāng)栓口動(dòng)壓大于0.70MPa時(shí)，必須設(shè)計(jì)減壓裝置，一般設(shè)計(jì)選用加壓閥組分區(qū)供水及設(shè)置減壓穩(wěn)壓型消火栓等方式控制消火栓栓口壓力。

超高層建筑物中的消火栓,包括室內(nèi)外消火栓。為了使二者在火災(zāi)事故中發(fā)揮作用,設(shè)計(jì)者有必要明確相關(guān)規(guī)范文件和消防要求,合理設(shè)置消火栓。其中,室外消火栓應(yīng)沿超高層建筑均勻布設(shè),并預(yù)留滅火作業(yè)場所開展作業(yè)。室外消火栓設(shè)計(jì)用水量按照超高層建筑的數(shù)量和容積合理計(jì)量 ,工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)按照超高層建筑的數(shù)量和容積合理選用室內(nèi)外消火栓設(shè)計(jì)參數(shù)。超高層建筑的室內(nèi)外消防栓在工程設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地根據(jù)國加消防標(biāo)準(zhǔn)的要求加以設(shè)計(jì)與施工。

4 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是當(dāng)今世界上公認(rèn)的最為有效的自動(dòng)滅火設(shè)施之一，是應(yīng)用最廣泛，用量最大的自動(dòng)滅火系統(tǒng)，國內(nèi)外的應(yīng)用實(shí)踐也證明，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、滅火成功率高。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)由報(bào)警閥組，灑水噴頭，水流報(bào)警裝置及末端試水裝置組成，布置灑水噴頭是應(yīng)注意灑水噴頭須均勻分布，不應(yīng)受建筑物或管道等障礙物阻擋，導(dǎo)致影響滅火效果。報(bào)警閥組應(yīng)盡量設(shè)置于安全且便于操作的場所，設(shè)計(jì)中常將報(bào)警閥組設(shè)置于消防水泵房內(nèi)，或單獨(dú)設(shè)置報(bào)警閥間。每個(gè)報(bào)警閥控制的噴頭數(shù)量不大于800個(gè)，供水范圍的高程差不應(yīng)大于50m[5]。在超高層建筑中，噴頭設(shè)置保護(hù)范圍的有效性極為重要，規(guī)范規(guī)定，除不宜用水撲救的場所外，均須設(shè)置噴頭保護(hù)，在超高層公共建筑中，常見的高壓配電間，IT機(jī)房，變電所等不采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，但仍須考慮設(shè)計(jì)氣體滅火系統(tǒng)。在布置噴頭時(shí)，設(shè)計(jì)尤其要注意的是自動(dòng)扶梯的底部，樓梯間前室，衛(wèi)生間清潔間等部位，此類部位在設(shè)計(jì)過程中極易被忽略，均需按要求設(shè)置噴頭。在設(shè)置噴頭保護(hù)時(shí)，每個(gè)防火分區(qū)及每個(gè)樓層均應(yīng)設(shè)置水流指示器及信號閥，水流指示器處即視作每個(gè)防火分區(qū)或樓層的配水管道入口，配水管入口壓力應(yīng)控制在0.4MPa以下，故須設(shè)置減壓閥組或減壓孔板來均衡配水管入口的壓力。每個(gè)報(bào)警閥組的最不利點(diǎn)處均應(yīng)設(shè)置末端試水裝置，其他防火分區(qū)及樓層設(shè)置直徑25mm的末端試水閥門，末端試水裝置由試水閥、壓力表以及試水接頭組成，末端試水裝置的出水應(yīng)采取孔口出流的方式排入排水管道，排水立管伸出建筑屋面進(jìn)行伸頂通氣。超高層建筑的噴淋末端試水承接管排水壓力大，設(shè)計(jì)中須考慮使用耐壓性高的靜音管材及管件。

5 消防水泵接合器

建筑消防水泵接合器是建筑室外消防給水系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于連接消防車，向室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等設(shè)施供水。設(shè)置消防水泵接合器后，再消防員滅火時(shí)能更加有效的利用建筑內(nèi)的消防滅火設(shè)施，大大的節(jié)省消防員需要進(jìn)行登高作業(yè)以及鋪設(shè)水帶等滅火設(shè)施的時(shí)間。消防水泵接合器應(yīng)設(shè)置在室外便于消防車使用和接近的地點(diǎn)，且應(yīng)分散布置，距室外消火栓或消防水池的距離約15m至40m范圍內(nèi)。當(dāng)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等的水泵接合器集中設(shè)置在同一區(qū)域時(shí)，應(yīng)有明顯的標(biāo)志進(jìn)行區(qū)分。

水泵接合器的設(shè)置方式可選用以下兩種：低區(qū)水泵接合器和高區(qū)水泵接合器，這類設(shè)置方式一般在高度200m左右,豎向分區(qū)不大于4個(gè)，消防水泵“一泵到頂”建筑中多見，低區(qū)和中區(qū)系統(tǒng)按串聯(lián)方式設(shè)1套水泵接合器,超過100m的”高區(qū)系統(tǒng)由消防車通過高區(qū)消防水泵接合器將市政水升壓進(jìn)入預(yù)設(shè)的接力系統(tǒng)，再由電力或柴油接力泵(設(shè)在地下消防泵房內(nèi))直接串聯(lián)加壓進(jìn)入高區(qū)管網(wǎng)；低區(qū)水泵接合器和高區(qū)水泵接合器(中間消防水箱轉(zhuǎn)輸)這類設(shè)置方式在建筑高度200m左右，豎向分區(qū)不大于4個(gè)，在避難層/設(shè)備層設(shè)置中間消防水泵房的公共建筑多見，在此類系統(tǒng)中消防車通過水泵接合器進(jìn)入接力水箱或高位重力消防水箱間接供水。

6 消防水池及高位消防水箱

在室內(nèi)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，消防水池及高位消防水箱的設(shè)計(jì)占據(jù)重要地位。消防水池用于儲(chǔ)存室內(nèi)消防用水的全部用水量，一般設(shè)置于建筑的一層或地下層。消防水池與消防水泵房聯(lián)合設(shè)計(jì)，消防水泵由消防水池吸水加壓后供給至各消防用水點(diǎn)[6]。設(shè)計(jì)中，消防水池的最低有效水位須能保證消防水泵的自灌式吸水，即消防水池的最低有效水位須不低于立式多級消防泵的出水管中心線，不低于臥式消防泵的水泵放氣孔；消防水池須設(shè)有溢流水位，高報(bào)警水位，高（常）水位，低報(bào)警水位，最低有效水位。水位信號須就地顯示并傳送至消控中心。消防水池應(yīng)在給水管附近設(shè)置檢修人孔，便于管線及閥門等相關(guān)附件的檢修。

設(shè)置臨時(shí)高壓消防系統(tǒng)的建筑應(yīng)設(shè)置高位消防水箱，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定，一類高層公共建筑，高位消防水箱有效容積不應(yīng)小于36m3，當(dāng)建筑高度大于100m時(shí)，高位消防水箱有效容積不應(yīng)小于50m3，當(dāng)建筑高度大于150m時(shí)，高位消防水箱有效容積不應(yīng)小于100m3。高位水箱的設(shè)置位置應(yīng)高于其所服務(wù)的水滅火設(shè)施，一般情況我們將高位消防水箱設(shè)置于建筑群中最高一座建筑的屋頂。

7 消防供水系統(tǒng)中的其他問題

7.1 管道井

超高層建筑設(shè)計(jì)中，建筑往往具有使用功能多樣性，空間布置復(fù)雜交錯(cuò)等特點(diǎn)，加之避難層以及建筑防火疏散要求，各專業(yè)的管井等多有無法上下貫通，需要錯(cuò)位設(shè)置的情況。因此在消防給水主立管設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮管道在平面布置上的合理性，避免主干管經(jīng)過管線密集空間狹窄的通道等位置，從而影響建筑凈高要求，必要時(shí)，須連同建筑、電氣、暖通等各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，以確保管線設(shè)置不影響建筑使用功能。

7.2 隔震降噪

超高層建筑避難層常設(shè)置設(shè)備機(jī)房，引起噪聲與振動(dòng)問題。尤其當(dāng)避難層的上下樓層為酒店客房、高檔辦公等有較高安靜要求的使用功能時(shí)，水泵等機(jī)械設(shè)備、管路水流等的噪聲與振動(dòng)對工程品質(zhì)影響極大。除按要求采取減震隔聲措施外，適當(dāng)以減壓閥替代串聯(lián)水泵進(jìn)行分區(qū)、設(shè)置減壓孔板等，均可在保障系統(tǒng)壓力安全的同時(shí)，有效控制噪聲影響。

7.3 避難層

根據(jù)建筑內(nèi)部具體的劃分標(biāo)準(zhǔn),在耐火級別、安全性疏散、防火安全距離、滅火設(shè)備、消防分區(qū)等幾個(gè)方面,建筑面臨著必然的差異,這就必須針對這種差異提供不同的建筑設(shè)計(jì)條件。這么做的優(yōu)點(diǎn)是既可以讓超高層建筑的消防安全大大地提高,又同時(shí)減少了投入的資金。按照建筑物的使用特性、失火的風(fēng)險(xiǎn)、避難時(shí)間和防火的難度來加以分類的話,超高層建筑物應(yīng)當(dāng)歸于第一類高層建筑,地下室的防火級別與建筑物的主體部分同為第一類,而裙房的防火級別則不得少于二類。針對一些超高層的公共建筑來說,例如酒店、辦公室或是綜合樓,避難樓層的建筑設(shè)計(jì)也是必要的。這些避難樓層的設(shè)計(jì)剛好可以用作消防供水轉(zhuǎn)輸水箱的設(shè)計(jì)位置，這樣既不影響建筑功能，又能夠保證消防供水的穩(wěn)定性。

7.4 滅火救援

目前世界最高的消防云梯最大有效高度已達(dá)一百零一米,不過這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有趕上超高層建筑物發(fā)展的高度,加之臺(tái)風(fēng)的影響,使得高空作業(yè)者具有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)超高層建筑物達(dá)到了消防云梯的極限高度時(shí),高噴車和長射程的移動(dòng)水炮車等都很難從室外垂直打到高一百多米以上的起火部位。因此，滅火救援不能只依賴于專業(yè)消防救援人員趕到現(xiàn)場之后再實(shí)施救助，設(shè)計(jì)之初就應(yīng)立足于自救，依靠自動(dòng)滅火系統(tǒng)以及滅火器、消火栓箱內(nèi)及分散設(shè)置的輕便消防水龍等撲滅初期起火點(diǎn)。

8 小結(jié)

綜上所述，在我國新經(jīng)濟(jì)時(shí)期城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下，超高層建筑已發(fā)展成為現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域的標(biāo)桿類項(xiàng)目。但是超高層建筑消防救援難度大，人員疏散困難，發(fā)生火災(zāi)后將造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失，因此，超高層建筑的消防設(shè)計(jì)尤為重要，而在超高層建筑的消防設(shè)計(jì)當(dāng)中，消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)占據(jù)著重要的地位。本文從超高層建筑消防給水國家標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)參數(shù)、消防供水系統(tǒng)選擇、消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、消防水泵接合器、消防水池及高位消防水箱以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)及難點(diǎn)分析這幾方面進(jìn)行分析，找到超高層建筑的消防設(shè)計(jì)思路，希望能為相關(guān)企業(yè)提供更多的有效信息。