錢子俊，吳文堅

浙江綠城建筑設計有限公司，浙江杭州 310007

0 引言

常用的超高層建筑消防供水方式主要有三種：并聯(lián)供水方式、串聯(lián)供水方式和屋頂消防水池重力供水方式。李昂等［1］從系統(tǒng)安全、建筑功能和設備選型等方面分析了上述三種方案，得出串聯(lián)供水系統(tǒng)適用于建筑高度在150～200 m 之間的超高層建筑，還有同行從其他角度探討了串聯(lián)供水的系統(tǒng)選擇，其分析過程和結果為設計提供了很好的借鑒。筆者結合杭州智慧電力科創(chuàng)中心超高層建筑項目，探討消防串聯(lián)供水系統(tǒng)的相關設計要點。

1 工程概況

杭州智慧電力科創(chuàng)中心（圖1）位于蕭山經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)市北西單元，項目用地為一類工業(yè)用地（M1，創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)用地），用地面積為9 910 m2，總建筑面積77 306 m2。地上共2座建筑，其中1#樓為研發(fā)用房，地下共3層（非機動車庫、機動車庫、設備用房），地上32層（1F大堂門廳、展廳、消控室，2～4 層為服務配套，5～22 層為檢驗用房，23～32層為智能電表、無線計量等產(chǎn)品的檢驗研發(fā)用房，9層/18層/27層為設備兼避難層），建筑高度為174.95 m。

圖1 杭州智慧電力科創(chuàng)中心效果圖

2 設計要點

2.1 消防給水系統(tǒng)介紹

本項目供水水源為城市自來水，從北側和東側市政供水管上各引入一路DN200 管道，分別經(jīng)兩塊消防水表計量后形成環(huán)狀供水管網(wǎng)。本項目消防用水量：室外消火栓為40 L/s，室內(nèi)消火栓為40 L/s，火災延續(xù)時間3 h。自動噴水滅火系統(tǒng)用水量為50 L/s，火災延續(xù)時間1 h。本項目一次火災總用水量（含室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)）為612 m3。消防泵房及消防水池設置在地下2層，水池分成兩格。

室內(nèi)消火栓和噴淋系統(tǒng)采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，在地下2層消防泵房內(nèi)設有低區(qū)消火栓泵、低區(qū)噴淋泵、消火栓轉輸泵和噴淋轉輸泵各2臺（1用1備），在18層避難層設消防轉輸泵房，內(nèi)設高區(qū)消火栓泵和高區(qū)噴淋泵各2臺（1用1備），屋頂設置一座高位消防水箱、消火栓和噴淋穩(wěn)壓裝置各1套。

2.2 消防轉輸系統(tǒng)的選擇和分區(qū)的劃分

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范（GB 50974—2014）》（以下簡稱《消水規(guī)》）第6.2.1.1條，系統(tǒng)工作壓力大于2.40 MPa時消防給水系統(tǒng)應分區(qū)供水［2］。由于1#樓消防水池最低有效水位至最不利水滅火設施的幾何高差約185 m，若采用一泵到頂?shù)男问?，則消防水泵零流量時的壓力大于2.40 MPa，因此需選用消防串聯(lián)供水系統(tǒng)，它有兩種形式：設轉輸水箱和不設轉輸水箱，系統(tǒng)示意圖見圖2（以下均以消火栓系統(tǒng)為例）。

圖2 消防系統(tǒng)示意

從圖2可以看出，與設轉輸水箱系統(tǒng)相比，直接串聯(lián)系統(tǒng)省去了轉輸水箱及溢流管，增加了高位消防水箱的穩(wěn)壓管、減壓閥和高區(qū)水泵出水口的減壓型倒流防止器，其主要優(yōu)點是設備占地面積小，初期投資??；缺點是對水泵聯(lián)動的可靠性要求高，倒流防止器后期維護頻率高（每月進行壓差檢測）。此外，雖然倒流防止器能解決直接串聯(lián)系統(tǒng)因止回閥密封不嚴導致的下區(qū)管道超壓，但仍不能解決兩級消防水泵在小流量高揚程時出現(xiàn)的最大揚程疊加。考慮到設轉輸水箱系統(tǒng)已有大量工程實例［3］，安全可靠性較好，避難層設備房面積尚有余量，轉輸水箱增加的投資有限。因此，本項目采用設轉輸水箱的串聯(lián)系統(tǒng)。

由于各消防分區(qū)應采用環(huán)狀給水管網(wǎng)，水平環(huán)管線路長、管徑大、閥門多，為減小水平環(huán)管檢修維護時對標準層的影響，可優(yōu)先考慮將水平環(huán)管設在避難層，同時1#樓兩個避難層之間的高度均在45 m 左右，初步分區(qū)如下：消火栓一區(qū)（B3～9層），消火栓二區(qū)（10～18 層）、消火栓三區(qū)（19～27層）、消火栓四區(qū)（28層至屋頂層）。此分區(qū)方案消火栓二區(qū)可分兩種穩(wěn)壓方式：一是從高位消防水箱引一根穩(wěn)壓管經(jīng)減壓后與二區(qū)環(huán)網(wǎng)相連；二是從轉輸水箱吸水經(jīng)增壓穩(wěn)壓裝置與二區(qū)環(huán)網(wǎng)相連。設計過程中，由于建筑平面在29F及以上樓層進行了收縮，導致核心筒水管井面積不足，同時業(yè)主方希望能減少一次設備投資。因此在不影響標準層使用功能的前提下，將分區(qū)方案稍作調(diào)整，消火栓二區(qū)改為10～14層，由轉輸水箱的出水管直接穩(wěn)壓，消火栓三區(qū)改為15～27層，由高區(qū)消防泵經(jīng)減壓后供水。

2.3 高位消防水箱和轉輸消防水箱的容積

本項目用地性質(zhì)雖然為一類工業(yè)用地（M1，創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)用地），但從其建筑功能上看，主要為研發(fā)及檢驗，其人員數(shù)量、工作性質(zhì)、火災危險性和公共建筑更為接近。因此，若僅按照工業(yè)建筑的高位消防水箱容積要求取18 m3，與實際消防需求有較大差距，筆者認為還應參考公共建筑，兩者比較取大值。根據(jù)《消水規(guī)》第2.2.1條，在屋頂設置容積為100 m3的高位消防水箱。

《消水規(guī)》第6.2.3 條：“當采用消防水泵轉輸水箱串聯(lián)時，轉輸水箱的有效容積不應小于60 m3。”本項目轉輸水箱尺寸為13.5 m×3.5 m×2 m（高），最低有效水位87.96 m，按有效容積60 m3計，則常水位可取89.23 m。當火災發(fā)生在消防分區(qū)臨界層并蔓延至相鄰分區(qū)時，轉輸水箱的作用既要為低區(qū)供水又要供高區(qū)消防泵吸水。為滿足最不利情形下消防水泵的吸水要求，低區(qū)高位消防水箱容積（按<100 m 公建）取36 m3，由于消防水泵從接到啟泵信號到水泵正常運轉的自動啟動時間不應大于2 min，機械應急啟動時，消防水泵應在報警后5 min內(nèi)正常工作，轉輸水泵按報警后5 min啟動計算，則轉輸水箱調(diào)節(jié)容積為90 L/s×5 min×60 s=27 m3，即轉輸水箱總有效容積至少取63 m3。因此將轉輸水箱進水管上的浮球閥關閉水位設定為常水位+0.10 m（89.33 m），實際有效容積為64.7 m3。

2.4 轉輸水箱溢流管的設計

《消水規(guī)》對于轉輸水箱溢流量和溢流管徑的計算方法沒有明確規(guī)定?！断澜o水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范（GB 50974—2014實施指南）》（以下簡稱《實施指南》）指出串聯(lián)轉輸水箱溢流管的排水能力應按轉輸流量計，水平懸吊管應按h/D=0.8的設計充滿度復核其排水能力，當在水位控制閥前設置一個與轉輸水箱溢流水位聯(lián)動的緊急關閉閥（緊急關閉閥可在消控室控制啟閉）時可按平時生活補水管徑確定溢流管管徑［4］。在不設置緊急關閉閥的情況下，本項目轉輸流量為90 L/s，假定懸吊管采用鍍鋅鋼管，坡度取1%，粗糙系數(shù)取0.012，計算得到不同管徑下立管和懸吊管的流量，見表1。

表1 立管和懸吊管的流量

由表1 可知，要滿足90 L/s 的溢流量，立管需采用DN250，懸吊管需采用DN300。若設置電動閥作為緊急關閉閥，在溢流水位時需能聯(lián)動關閉電動閥，當液位下降后需能再次打開，考慮到大流量進水時的水位頻繁波動，對電動閥的質(zhì)量和控制要求較高，且轉輸泵由于不能自動停泵，當電動閥關閉后，轉輸泵仍持續(xù)運轉，存在一定的安全隱患［5］。為避免以上情況，可對上述方案進行優(yōu)化：1）取消電動閥與溢流水位的聯(lián)動控制，只由消控室值班人員根據(jù)溢流報警信號經(jīng)確認后遠程手動關閉，并在電動閥后增加液壓水位控制閥；2）在電動閥前加設小管徑旁通管，當電動閥關閉后，可通過旁通管繼續(xù)出水，再通過溢流管再回到消防水池，避免轉輸泵空轉，此時可根據(jù)旁通管出流量來確定溢流量，見圖3。

圖3 旁通管示意

本項目消防水池設在地下2層，溢流管設在主樓核心筒水管井內(nèi)，若溢流管從地下2層水管井經(jīng)梁底進入消防水池內(nèi)，經(jīng)計算標高，會存在如下兩個問題：1）平時消防水池的水會返流至溢流管內(nèi)，溢流管和水池套管間存在漏水隱患；2）溢流時管口末端形成淹沒出流，導致溢流管排水量減少，甚至消防轉輸泵房被淹。因此，本項目將溢流管在地下一層頂部轉換至消防水池上方區(qū)域，再穿過其頂板回流至消防水池，為避免消防水池內(nèi)水位波動影響管口末端的自由出流，可將管口標高設在消防水池溢流水位以上150 mm［6］。

3 結論

1）建筑條件允許時宜優(yōu)先選擇設轉輸水箱的消防串聯(lián)供水系統(tǒng)，并結合消防分區(qū)選擇合適的穩(wěn)壓方式。

2）對創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)用地的工業(yè)項目，高位消防水箱容積還應參考公共建筑的要求按大值取。

3）轉輸水箱的轉輸管上增設水位控制閥和旁通管，則轉輸水箱溢流量可根據(jù)旁通管流量經(jīng)計算確定，溢流管回至消防水池宜自由出流。