徐建平

深圳市建筑设计研究总院有限公司 广东 深圳 518000

引言

随着人口的不断增加和城市化的快速发展，超高层建筑在现代城市中越来越常见。超高层建筑的高度和规模给消防安全带来了巨大的挑战，超高层消防立足于自救。为了确保人员的生命安全和财产安全，超高层建筑的消防给水系统的设计显得尤为重要。超高层建筑消防给水系统的设计需要考虑多种因素，如建筑结构、消防水源、系统布置和管网设计等。合理的设计原则和要求能够提高系统的安全性和可靠性，有效应对火灾等紧急情况。

1 超高层建筑消防给水系统设计原则

1.1 可靠性原则

系统应具备高度可靠性，确保在火灾等紧急情况下能够稳定供水。应采用“多重备用”、“冗余”、分段控制设计，确保系统的故障不会导致全面失效。首先，系统中的关键设备和部件应进行多重备份，确保在一台设备故障时能够自动切换到备用设备（消防水泵、减压阀组等）。例如：①消防给水泵配置设置备用水泵，减压阀组设置备用阀组，当出现故障或进行检修时，可以切换至备用水泵或备用减压阀组，保证系统消防能力不至于瘫痪；②消防水池有效容积《根据消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014 消防水池的总蓄水有效容积大于500m3时，宜设两格能独立使用的消防水池；当大于1000m3时，应设置能独立使用的两座消防水池，为保障系统供水水源的可靠及安全性，本论文建议不论消防水池容积是否超过500m3，超高层建筑的消防水池应分格或分座设计。其次，还应采用“冗余”设计，即在系统中增加冗余的设备或管路，以应对设备故障或维护期间的供水需求。例如：①室内消火栓系统管网应布置成环状，并宜采用竖向成环，喷淋系统报警阀组前喷淋管道应成环状布置；②向消防系统环状给水管网供水的干管不应少于两条，当其中一条发生故障时，其余输水干管仍能满足消防所需的设计流量；这一系列看似冗余的管网设计，实际均是为了提供消防供水系统的可靠性及安全性。最后，消防供水系统采用阀门将管道分成若干独立段，每一独立段室外消火栓数量不宜超过5个，室内消火栓环状管设置阀门控制，保证竖管正检修时，关闭停用的消防竖管不超过1根，当消防竖管数量较多超过4根时，在管道检修时，应关闭2根不相邻的消防竖管。喷淋系统连接报警阀组进出口控制阀，报警阀组之间每三个可设置一个控制阀，不至于主管检修时，整个喷淋系统处于停用状态[1]。

1.2 适用性原则

系统设计应根据建筑结构、用途和规模等因素进行定制化，确保系统能够满足实际需求。应综合考虑建筑的高度、楼层数量、人员密度和消防需求等因素，合理确定水源设备、水管布置和消防泵的配置。超高层建筑与普通建筑相比，其消防给水系统设计需要考虑更高的水压要求和更大的供水量。根据建筑的高度和楼层数量，确定水源设备的类型和配置，选择适当的水泵和消防系统及系统分区，以确保系统能够提供安全可靠的水压和流量。根据建筑定性、高度、体量等，确定系统的供水能力、系统类型及分区和流量要求，合理设计消防水池、水箱、消防水泵和水管布置，确保系统能够提供满足消防供水压力及流量的要求。不同类型的超高层建筑具有不同的消防需求。例如，办公楼、商业综合体和住宅楼的消防需求有所不同。根据建筑的用途和规模，确定系统的设计参数，包括消防水池、水箱的容量、水泵的配置、消防系统分区形式和管道的布置。同时，还应考虑到建筑未来可能的扩建或改建需求，预留相应的系统扩展空间或提前预留未来扩建或改建所需的用水量及设备。

1.3 可操作性原则

系统设计应简化操作流程，提高操作人员的应急反应能力。应采用清晰明确的标识和指示，确保操作人员能够快速准确地使用系统，并进行维护和检修。在系统设计中应采用清晰明确的标识和指示，以指导操作人员正确使用系统。例如，在水泵、阀门、消防接口等关键设备上标注清晰的功能说明和操作步骤，使操作人员能够迅速理解和掌握操作方法。系统设计应尽量简化操作流程，减少操作的复杂性和烦琐性。可以通过合理的设备布局和控制系统设计，将操作步骤简化为少数几个简单明了的操作，以提高操作人员的工作效率和准确性。此外，应提供操作手册或培训，向操作人员传授正确的操作方法和应急响应策略。

2 系统组成和布置

超高层建筑消防给水系统由水源设备、消防泵房、高位消防水箱和消防供水管网等组成。合理的系统组成和布置是确保系统正常运行的关键。

2.1 水源设备

超高层建筑消防给水系统的消防水池、消防水箱是确保供水可靠性的关键。主要水源通常选择可靠的市政供水系统，保证水质和供水稳定。此外，市政水源满足两路消防供水的流量计压力时，室外消防供水采用市政给水直接供水的低压消防给水系统。消防水泵房内配置备用消防水泵，以保证在主泵故障或维护时，备用水泵能够提供持续的供水能力。消防水池、消防水箱储存规范要求的消防用水量，即消防水池有效储水量应满足在火灾延续时间内室内及室外消防用水量的要求，室外采用市政压力直接供水时，可仅储存室内消防所需的用水量。

2.2 消防泵房

消防泵房是超高层建筑消防给水系统的重要组成泵房，是整个消防系统的心脏。消防泵房内含：消防水泵、泵房控制室，消防水泵是超高层建筑消防给水系统中的关键设备，负责提供消防系统的水压和流量。泵房的主要通道宽度不应小于1.2m，以便集中管理和维护，并应采取防水淹的技术措施，如设置300高门槛、泵房内排水沟、集水坑及污水提升设备等，消防泵房不应设置在地下三层及以下的楼层。

2.3 高位消防水箱

高位消防水箱是超高层建筑消防给水系统中的重要组成部分。水箱的容积和数量应根据建筑的高度和类型来确定。水箱通常位于建筑的最高处或避难层，以利用高处水压和重力供水。水箱的容量应满足初期火灾消防用水量的要求，并维持系统准工作状态时管网压力。水箱应配备液位控制装置，能够实时监测和调节水位，保持系统的稳定供水。高位水箱的设计和布置，设置高度应高出其服务的水灭火设施，最低有效水位也应保证灭火设施静水压力不小于0.07mpa的要求。

2.4 消防供水管网

2.4.1 管道布置。在超高层建筑消防给水系统设计中，合理的管道布置是确保系统供水能力和效果的重要因素。根据建筑的布局和消防需求，应考虑以下几点：首先，消防供水管网的路径应尽可能短、直，以减少压力损失和水流阻力，并节约成本。采用直线段和最短路径的布置方式能够提高供水效率，并减少水泵的能耗。其次，管道布置应避免与其他建筑设施和设备冲突。在设计过程中，需要考虑与电力线路、通风管道、电梯井等设施的交叉和干扰，确保消防水管的通畅和安全[2]。

2.4.2 管道管径选择。消防给水管的管径应能够满足消防系统所需水压和流量要求，保证供水能力。较大的管径能够降低水流速度和压力损失，提高系统的效率和稳定性，但又不能盲目放大，给管道安装带来不便并造成不必要的资源浪费。此外，不同材质的管道具有不同的阻力系数，需要综合考虑管道的材质选择和管径确定，以获得最佳的供水效果。

2.4.3 系统分区。在超高层建筑消防给水系统的管网设计中，合理划分消防给水分区是确保消防供水安全的重要措施，避免系统压力不足、超压、流量不足等问题。消防系统分区原则：消火栓系统工作压力大于2.40MPa，或者消火栓栓口静压超过1.0MPa应进行分区供水，自动喷水系统报警阀处工作压力超过1.60MPa，或喷淋位置工作压力超过1.20MPa，应对喷淋系统进行分区设计，可采取减压阀组进行分区。但当系统设计选取的消防水泵扬程超过2.0MPa时，可采取串联接力的分区供水形式，并宜采用在避难层设置消防转输水箱串联供水形式，超过地下室消防泵扬程供水分区范围的楼层，可通过低位消防转输水泵+避难层转输水箱+避难层消防泵联合供水的形式进行消防供水。分区范围内用水压力较高的楼层，可采用减压阀组进行减压供水，消火栓系统也可采用设置减压稳压型消火栓。随着人们对超高层建筑消防问题越来越重视，近年来，超高层建筑采取低位转输水泵+屋顶高位消防水池的常高压消防供水系统越来越普遍，大大提高超高层建筑消防自救能力，通过转输水泵把消防供水提升至屋顶高位消防水池，消防水池内储存一次消防所需的消防用水量。火灾时，顶部消防分区通过高位消防水池+消防泵临时高压供水，其余楼层通过高位消防水池重力供水或重力减压供水，高位消防水池同时作为高位消防水箱，常高压重力供水形式，火灾时无须启动消防水泵即可满足消防供水水压及流量要求，大大提高超高层建筑火灾扑救能力及自救能力。

2.4.4 消防管材及配件。消防给水管应能够满足消防系统所需的水压和流量要求，在管道的材质选择上，应考虑其抗腐蚀性能和耐压能力。常用的消防水管包括内外壁热浸镀锌钢管（系统工作压力PN≤1.20MPa）、加厚内外壁热浸镀锌（系统工作压力1.20MPa＜PN≤1.60MPa）、内外壁热浸镀锌无缝钢管（系统工作压力PN＞1.60MPa），室外埋地敷设时还可选用球墨铸铁管、钢丝网骨架复核管等。根据系统工作压力，选择与系统工作压力相匹配的消防管材，以确保管道的耐久性和可靠性。此外，消防水管的阀门阀件和消防接口等配件，以便于系统的控制、检修和使用。阀门的设置可以实现对不同区域、不同立管或分区的供水控制，而消防接口可以方便消防人员连接消防设备进行灭火作业。

3 水泵选择

3.1 水泵选择

在超高层建筑消防给水系统设计中，选择水泵时，应根据建筑的高度和消防系统的要求，选择的消防水泵的性能应能满足系统所需的水压和流量要求，所配驱动器功率应能满足所选水泵流量扬程性能曲线上任何一点运行所需功率的要求，流量扬程性能曲线应为无驼峰、无拐点的光滑曲；离心泵是一种常用的消防水泵，具有高效、可靠的特点。

3.2 水泵配置

同一泵组的消防水泵型号宜相同，工作泵不宜超过3台，并配置备用泵，以确保系统的可靠性，水泵应配置在水泵房内。一组消防水泵，吸水管不应少于两条，当其中一条损坏或检修时，其余吸水管应仍能通过全部消防给水设计流量，消防水泵应采取自灌式吸水。

3.3 自动控制

超高层建筑消防给水系统的水泵应具备自动启动（不应设置自动停泵的控制功能）、手动启停和监控功能，能够快速响应火灾报警信号，并进行自动控制。水泵的自动启动功能可通过出水干管上压力开关、消防水箱出水管流量开关或报警阀压力开关等信号直接自动启动，自动启动系统将激活水泵，确保消防系统能够立即供水。监控功能可以通过传感器和监测装置实现。水泵应配备压力传感器、温度传感器和液位监测装置等，以监测系统的运行状态和水源情况，并及时传输相关数据。为了确保水泵能够快速响应和运行，应采用可靠的自动控制系统。这包括可编程控制器（PLC）、自动控制面板和远程监控系统等[3]。

4 结束语

总之，超高层建筑消防给水系统的设计是一项复杂而重要的任务。本论文的研究内容提供了有关设计原则、系统组成和布置、水泵选择、管网设计等方面的深入分析和建议。通过合理的设计和实施，超高层建筑的消防给水系统能够有效应对火灾风险，保障人员的生命安全和建筑的安全稳定运行。