某超高层办公楼消防给水系统选型及设计分析

2020-05-18陈方圻

福建建筑 2020年4期

陈方圻

(福建省环境保护设计院有限公司福建福州 350012)

0 引言

随着国民经济及建筑行业的快速发展，超高层建筑(一般指建筑高度>100m建筑)越来越多出现在城市建设中。超高层建筑体量大、容积率高、功能复杂、人员密集、可燃物多，着火时火势蔓延速度快，疏散组织困难，容易造成重大火灾事故。

发生火灾时，由于超高层建筑的高度往往超过城市消防车等消防设施灭火供水高度，消防救灾更倾向于依托建筑内部消防系统进行“自救”。因此，超高层建筑消防系统的设计应结合相关法律法规、标准规范以及工程特点等方面，经技、术经济比较后确定，以确保系统安全可靠、经济适用。

本文以南昌市某超高层办公楼的消防给水方案为例，介绍该项目内超高层办公建筑消防给水系统的方案选型和系统设计。

1 工程概况

该项目位于江西省南昌市红谷一路以西，红谷二路以东，项目地块由2层地下车库(负二层标高-8.9m)、1栋39层超高层办公楼(建筑高度162.7m，其中十一层、二十层、三十层为避难层)、1栋高层办公楼、5栋高层住宅(高层办公、住宅建筑高度介于78.0m～99.95m)、4栋多层住宅，以及沿街商业、农贸市场、配套设施等组成。项目总建筑面积17.7万m2,建成后由同一物业进行管理。项目自红谷一路、红谷二路分别引入一根DN250市政给水管网，市政供水压力为0.28MPa。

2 消防给水方案选型分析

该项目的市政给水引入条件满足室外消防用水要求，因此室外消防用水由市政管网直接供给。下文主要对超高层办公楼的室内消火栓给水系统展开讨论。

《消防给水及消火栓系统技术规范》[1](GB 50974-2014)(下文简称《消水规》)第6.2.1条规定，下列情形的消防给水系统应进行分区给水：①系统工作压力大于2.4MPa；②消火栓栓口处静压大于1.0MPa;③自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.6MPa或喷头处的工作压力大于1.2MPa。

该项目超高层建筑高度达162.7m，因此应对消防给水进行分区。结合业内常见超高层建筑消防给水分区方式，拟从以下3种备选方案中选择：并联式消防给水系统、重力式消防给水系统、串联式消防给水系统。

2.1 方案一：并联式消防给水系统

该方案对项目各竖向分区分别设置独立消防水泵向消防管网供水，或项目仅设置一套消防加压泵，各分区消防给水经减压阀减压供水。

采用并联式消防给水系统时，各分区消防供水相互独立，消防水泵集中布置于B2层消防泵房内，节省占地面积，管理维护方便。此方案不需要在避难层内设置消防水泵及转输水箱等设施，可扩大设备层的有效使用面积，避免了水泵等机械噪音。

超高层办公楼屋顶停机坪消火栓出水口标高为163.1m，经计算消防给水设计压力约为2.29MPa。结合《消水规》中第5.1.6条的规定：消防水泵零流量时的压力不应大于设计工作压力的140%，且宜大于设计工作压力的120%。此方案选用的消防水泵零流量压力将大于2.4MPa，不满足规范要求。此外，并联式消防给水系统随着分区消防水泵扬程的增大，势必提高消防供水管网及阀门附件的承压等级，对设备安装要求高，系统将长期处于高压状态，一定程度上增大了安全风险。因此，该项目不采用此方案。

2.2 方案二：重力式消防给水系统

该方案于超高层建筑的屋顶设置高位消防水池，水池的有效容积满足项目火灾延续时间内室内消防用水的总用水量，除超高层建筑的最高消防分区(楼层标高99.7m以上分区)由设置于屋顶的消防水泵加压供给，其它消防分区通过高位消防水池或设置于避难层的减压水箱重力作用直接对建筑物内部的消防设施进行供水。火灾时，高位消防水池的消防补水由地下车库消防转输水泵供给。

采用重力式消防给水系统时，除最高消防分区的其它消防分区能始终保持满足水灭火设施需要的工作压力和流量[2]，发生火灾时，系统可迅速启动并投入灭火，可避免机械故障和火场供电中断对消防供水系统的影响，且此系统简单稳定，对消防管网及阀门附件承压能力要求不高。

考虑到项目建筑多达13栋，超高层建筑设置于总平面的端部，高位消防水池将负担消防的建筑数量过多，供水较远，不够合理安全。而且，作为整个项目的消防水源，此方案需要超高层办公楼于前期全部完成施工，消防系统方可投入运行，而该项目超高层建筑计划于二期建设。因此，该项目不采用此方案。

2.3 方案三：串联式消防给水系统

该方案通过在避难层设置转输水箱和消防泵供给超高层建筑楼层标高99.7m以上分区的消防用水。此标高以下部分的消防给水由设置于B2层的消防水池及消防泵房供给。消防泵房内设置消防转输水泵，火灾时，避难层消防转输水箱的消防补水由消防转输水泵供给。

采用串联式消防给水系统时，系统工作压力较低，消防水泵功率较小，对系统管网及阀门附件承压能力要求不高，整体消防给水系统可靠性强。同时，超高层办公楼夜间人员较少，对环境噪音要求相对较低，为在避难层设置消防设备提供了条件。

从项目整体上考虑，地块内仅一栋超高层建筑，其它建筑的建筑标高介于9.4m～99.95m之间。将超高层办公楼99.7m以上单独划分为一个消防分区，有利于整个消防系统的控制及管理，更为合理可行。因此，该项目采用此方案。

3 消防给水系统设计

3.1 设计水量及消防水池

该工程消防设计水量按一类高层建筑计算，同一时间发生火灾次数为1，室内外消火栓火灾延续时间为3h，自喷水灭火系统火灾延续时间为1h，柴油发电机房水喷雾灭火系统火灾延续时间为0.5h。消防设计水量如表1所示。

表1 消防水量计算表

于B2层设置有效水量为576m3的消防水池，消防水池分设两格，设置连通管。消防水池设置溢流和排水设施，间接排水。消防泵房、消防控制中心内设置显示消防水池水位的装置，设置最高和最低报警水位。

3.2 系统竖向分区

将超高层办公楼的消火栓给水系统分为3个区：B2-11F为低I区；12F-24F为低II区；25F-39F为高区。低I区和低II区统称为低区，由设置在B2层的消防水泵提供火灾时所需用水，其中低I区消火栓用水由减压阀减压后供水；高区系统由设置于30F的消防水泵提供火灾时的用水量。具体分区情况如表2所示。

表2 消火栓系统竖向分区表 m

注：①超高层屋顶设置了消火栓保护机房及直升机停机坪；

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几何高差。

分别于总平面适当位置设置7处(每处2组)低I区水泵接合器、6处低II区水泵接合器。水泵接合器设置位置便于消防车使用，距室外消火栓的距离为15m～40m。

超高层办公楼消火栓系统简图如图1所示。

图1 超高层办公楼消火栓系统简图

3.3 消防转输系统

该工程于B2层消防泵房内设置3台消防转输水泵，2用1备，转输水泵流量均为40L/s。水泵出水管于泵房内形成DN200的环状管网，由环状管网上引出2路DN200消防转输用管，供给30F消防转输水箱。于总图适当位置分别设置3组消火栓系统转输泵水泵接合器；在转输泵房内设置2组高区室内消火栓水泵接合器，转输干管上预留2处手抬泵接口，火灾时通过接力泵实现接力给水。

转输水箱有效容积为60m3，转输水泵仅在初次注水或发生火灾时启用，平时由于系统内各设施、部件的渗漏及蒸发等引起的水位降低由生活给水管补给。

考虑到火灾初期转输水量一般大于输出量，可能造成消防水量溢流损失，甚至影响到整个消防系统的正常运行[3〗；而最大口径的普通地漏排水能力一般，难以解决此问题。因此，从系统安全角度出发，在消防水箱间内设置一尺寸3m×1m×1m(长×宽×高)的不锈钢溢流水箱，承接转输水箱的溢流排水，并在水箱底部设置3个虹吸雨水斗，达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层消防水池，虹吸雨水立管在进入消防水池前采取消能措施。