多栋超高层建筑消防给水系统设计探讨
多栋超高层建筑消防给水系统设计探讨
李晓峰，师前进(中国建筑标准设计研究院有限公司，北京100048)
摘要：结合工程实践，对由多栋超高层建筑组成的城市综合体消防给水系统设计进行了探讨，包括室内消防系统分区形式的确定、减压阀的使用、高区消防泵房的设置、消防转输水箱容积确定、消防水泵接合器的设置等内容，对设计中应注意的问题提出了建议，可供设计人员参考。
年来，随着经济发展，国内的超高层城市综合体数量也在不断增加，这类综合体往往是包括两栋或两栋以上的超高层建筑，由裙房及地下室连接在一起。沈阳龙之梦亚太城就是由七栋200 m以上塔楼组成的。对于这类建设项目，设计人员目前能够借鉴的经验不是很多，再加上国内消防设计规范中相关的规定也不够明确，因此在消防系统的设计理念上往往有较大的不同，还未形成一个相对成熟的做法。笔者结合已完成设计的某超高层城市综合体对超高层建筑群的消防系统做一些探讨，希望能对同行有些许帮助。
1 工程概况
济南市某建筑为超高层办公、商业、酒店综合楼。总建筑总面积为25×104 m2。由3栋建筑高度分别为138.8（1#楼36层）、168（2#楼42层）、186.8 m（3#楼47层）的塔楼组成，通过地上2层至地下4层的裙房及地下室相连。
2 室内消防系统分区形式-串联还是并联
目前的《高层民用建筑设计防火规范》并未对超高层建筑做出明确的定义，其适用范围为10层及10 层以上的居住建筑及高度超过24 m的公共建筑，但增加了“当高层建筑高度超过250 m时，建筑设计采取的特殊防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证”的内容。目前，一般仍习惯于将100 m以上的高层建筑称为超高层建筑，《高层民用建筑设计防火规范》中关于室内消火栓充实水柱长度及自动喷水灭火系统设置等方面以100 m为界限作了不同的规定。但在100 m的高度，其实建筑物不论从结构还是设备及施工方面均无明显质的变化，根据理论及经验分析，一般150 m是超高层建筑设计概念的“敏感”高度。对于水消防系统来说，高度150 m以下的建筑从地下消防水池到最高层的几何高差在160~170 m之间，消火栓加压泵的扬程也在200 m左右，基本达到了国内较为成熟可靠的消防专用泵扬程的上限，也就是说，超过这个扬程，在消防泵的选择上就会受到较大的限制，并且管道、阀门及附件等也需要长期承受较大的压力，因此笔者认为，高度150 m以下的建筑采用并联式分区较为合理，超过150 m建筑则宜采用串联式分区。本项目的三栋塔楼高度在140~200 m之间，并且地下室及裙房相连，基于消防系统的整体性，考虑采用串联分区，即1#、2#、3#楼低区消防系统为一个整体，在1#楼地下设消防水池及低区消防水泵房；各栋楼的高区则根据建筑高度设置分区以保证系统静压不超过1.0 MPa，1#楼建筑高度较低，高区仅设一个分区即可，而2#、3#楼的高区还要分为两个区。超高层建筑每隔15层左右要设置避难层，消防转输水箱及高区消防水泵房可结合避难层设置。在本项目中，1#楼的避难层为14层及24层，高区消防泵房设于24层，转输水箱同时作为整个低区系统的高位水箱；2#楼的避难层为14层及28层，高区消防泵房设于14层；3#楼的避难层为16层及32层，高区消防泵房设于16层。
3 减压阀的使用
消防系统减压阀分区目前在普通高层建筑设计中使用较为普遍，但对于超高层建筑，由于外部扑救火灾的难度极大，火灾时主要依靠楼内消防系统，因此对楼宇自身消防系统可靠性的要求较普通高层建筑高，而减压阀作为一种较为精密的阀门，发生故障的几率较大，在超高层建筑中作为分区手段使用是否可靠还存在很大争议，目前很多省市的消防主管部门也对减压阀分区持否定态度。本项目在方案设计阶段即与当地消防主管部门进行了沟通，明确了减压阀不作为系统分区的手段，减压阀仅在高位消防水箱接至下区消防管网时为避免超压而设置。
4 高区消防泵房设置问题-合用还是分设
如果多栋超高层建筑均为串联分区，则高区消防泵房的设置问题是消防系统设计的关键部分，其设置方式主要有两种，一是合用系统，即在某栋楼的避难层设置高区消防泵房，内设消防转输水箱及高区加压泵，统一供给其他建筑高区的消防给水，供水干管通过相连的裙房部分接至其他塔楼的高区消防系统；二是分设系统，即每栋塔楼分别设置独立的高区消防泵房、转输水箱及高区加压泵，各转输水箱合用位于地下消防泵房的转输水泵，通过液位信号及电动阀控制水泵开启。这两种方式各有优缺点，第一种方式的优点是可以减少消防泵房的数量，同时减少转输水箱及加压泵,也可降低工程造价，缺点是会增加竖向管线的数量，且整个系统较大，供水干管的长度过长，高区加压泵扬程增加，在系统底部（裙房部位）管道及阀门承压较大，这些都会降低消防供水的可靠性。第二种方式的优点是系统独立，相互影响小，系统管路承压相对较低，供水可靠性高，缺点是高区泵房设置数量多，水泵、转输水箱等投资较大。
本项目三栋塔楼的高度不同，使用功能不同，产权管理单位不同，建设周期不同，如果采用合用系统，在系统合理分区、管道布置、日常维护等方面均存在一定的问题。在与当地消防部门协商后，决定采用分设系统，即3栋塔楼的高区分别设置消防转输水箱及加压泵。1#楼高区消防泵房设于24层（避难层）；2#楼高区消防泵房设于14层（避难层）；3#楼高区消防泵房设于16层（避难层），3栋塔楼的转输水箱同时作为低区系统的高位水箱。
5 消防转输水箱容积确定
对于串联供水系统中消防转输水箱的容积，《高层民用建筑设计防火规范》并未作出明确的规定，在《全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》中规定了“储水有效容积按15~30 min消防设计水量经计算确定，并不宜小于60 m3”。在以往工程中，按10、15、30 min消防水量设置转输水箱的案例均存在。在这个问题上，所在地消防主管部门的意见往往起决定性作用。本项目在与当地消防部门协商后，按30 min消防水量设计转输水箱，室内消火栓用水量为40 L/s，自动喷水灭火系统用水量为30 L/s，计算得出转输水箱容积为126 m3，考虑到水箱容积较大，为了不在水箱清洗时影响消防供水，设置两个水箱。
6 消防水泵接合器的设置
《高层民用建筑设计防火规范》规定：“消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器”。也就是说，超出消防车供水压力范围的分区可不设置水泵接合器，对于串联供水的超高层建筑，可仅在下区设水泵接合器，供全楼使用。而《自动喷水灭火系统设计规范》规定：“当水泵接合器的供水能力不能满足最不利点处作用面积的流量和压力要求时，应采取增压措施，即在消防车供水能力接近极限的部位，设置接力供水设施”。不同的规范对水泵接合器的设置提出了不同的要求。对此，笔者认为，超出消防车供水压力范围的分区也应考虑增压措施，在火灾时，消防队可以多一种方式向高区供水，在提高超高层建筑火灾扑救成功率的同时，工程造价也不会有较大的增加。根据向当地消防部门咨询，当地消防车最大供水能力为100 m，因此各塔楼高区均需设置水泵接合器增压措施，具体做法为在高区消防水泵房设置消防移动泵接口，连接水泵接合器与高区消防管网，火灾时，如果高区消防泵出现故障，消防队可自带消防移动泵接入系统供水。
7 结语
多栋超高层建筑的消防系统内容复杂，涉及的方面较多，并且设计规范并未对超高层建筑消防系统设计作出明确的要求，设计人员在确定方案时应充分征求当地消防主管部门的意见，设计时要根据技术的可靠性、实际的可操作性、经济的合理性综合考虑，只有技术可靠、实际操作方便，才能确保安全。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第6期“设计经验”栏目）
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