高层建筑消防给水系统工程设计

摘要: 消防给水系统作为高层建筑中重要的组成部分，其设计合理与否直接关系着高层建筑整体的运作和安全。本文结合笔者多年的设计经验，对消防给水系统的选型、消防水池、中间水箱及高位水箱容积取值进行深入的探讨，希望给相关的设计人员提供参考的价值。

关键词:高层建筑；消防给水系统；竖向分区方式；消防水池；设计

随着我国社会经济的快速发展，高层建筑的数量日益增加。由于高层建筑高度高、结构比较复杂，其火宅的蔓延途径多，人员疏散较为困难，当发生火宅时，主要是依靠建筑本身消防系统自救，消防给水系统的设计及运作就成为了高层建筑灭火成败的关键因素。但目前关于高层建筑消防给水系统设计的问题研究较少，消防规范的制定相对滞后，消防给水系统存在安全性不足的现象。因此，通过消防给水系统中选型、消防水池、中间水箱及高位水箱容积取值等方面的探讨，设计出合理的消防系统，从而有效保证高层建筑的整体安全。

1 室内消火栓供水系统竖向分区原则

1.1 消防供水系统竖向分区原则

《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95，2005年版)第7．4．6．5条规定:“消火栓栓口的静水压力不应大于1．00MPa，当大于1．00MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0．50MPa时，应采取减压措施。”高层建筑消火栓给水系统竖向分区应照此规定执行。

1.2 三种常见竖向分区方式

高层建筑室内消火栓供水系统竖向分区方式较多，但结合大量工程实例和工作经验，笔者认为并联供水、串联供水和重力供水这三种分区方式最为常见。

2 竖向分区方式的优缺点及适用条件

2.1 并联供水方式

并联供水典型方式为:系统只设一套消防加压泵向整个消防给水管网供水，通过减压阀组方式进行竖向分区。当然也有每个竖向分区消防给水系统，设有各自独立的消防水泵向对应消防给水分区管网供水，采用此供水方式时，当两个消防分区之间发生火灾时，对消防水泵启动的要求不同，存在一定的安全隐患，这种方式已不常见，相关的文章和手册也有讨论和叙述，在此不再赘述。笔者主要对以减压阀组方式进行竖向分区的并联供水进行探讨。并联供水方式系统如图1所示。

图1 并联消防泵给水系统

并联供水方式优点:①系统管网简单明了，节约初期投资、施工方便，消防控制系统相对简单可靠，日后的管理和维护更为方便；②避免了在高层建筑中设置水泵等机械设备而产生噪音和振动，造成对上下邻层的影响，为业主提供了安静舒适的环境。

其缺点为对竖向分区的减压设备性能要求较高，主要考虑下列几个方面:①作为竖向分区使用的减压阀应具有既减动压又减静压的功能。如果没有减静压功能或减压功能失效，则可造成减压阀后供水系统长期处于超压状态，从而带来系统安全隐患，系统安全得不到保证，是不能允许的。②对供水系统只需要减动压的场合，建议采用只减动压的减压设备(如减压阀、减压管等)，以简化系统，节约投资。③对局部只需要减动压的部位，建议采用减压孔板、减压稳压消火栓等简单的设施，起到减压的作用。合理使用减压设备，在保证供水系统安全可靠的前提下，能有效降低消防管网的投资，这点在系统设计中应给予高度重视。

此外分区方式的选择还应从加压设备选型和建筑功能等方面分析，主要考虑以下因素:①要满足150m建筑高度的消防水压要求，设计系统工作压力接近2．0MPa，在此压力范围内，消防加压泵的选型比较容易、多样，便于设备的购买和安装；②超高层住宅建筑高度大多在150m以下，此类建筑根据现行国家要求可不设避难层，只设避难间，而避难间面积有限，不能安装过多的消防设备(如中间转输水箱、消防水泵、喷淋水泵和消防稳压设施)。采用并联供水方式，节约了超高层避难层(间)中设备和管件等的安装面积，在能更多提供人员掩蔽空间的同时，也为业主争取到更多的经济利益。

综上所述，笔者认为减压阀组结合局部采用减压设施的并联分区供水方式，较适用于建筑高度在150m以下的高层建筑。

2.2 串联供水方式

在消防给水竖向分区中，各分区设置独立消防泵组向管网供水，并设置转输水箱和转输水泵，通过转输水泵向上级转输水箱供水，转输水箱、转输水泵、上部分区消防水泵一般设置在避难层(间)内，如图2所示。

1.低压消防加压泵组 2.消防转输泵 3.高区消防加压泵组

4.低区消防稳压装置 5.高区消防稳压装置 6.中间转输水箱

图2 串联消防泵给水系统

串联供水方式的优点:①系统管网工作压力不高且可控；②消防水泵功率较

小，无需降压启动，启动设备投资较省，启动可靠。

其缺点为:①系统管网相对复杂；②中间水箱及消防设备占用较多建筑空间；③上下多级消防水泵的电气控制相对繁琐。

此外，分区方式的选择还应在加压设备选型和建筑功能等方面考虑以下因素:①150m以上的高层建筑，若继续采用并联分区供水方式，势必提高供水水泵扬程和管网、设备承压等级，造成前期投资过大，设备管材安装要求更高，系统长期处于高压状态，安全风险增大；采用设置中间转输水箱和消防给水水泵的串联分区供水方式，可降低供水系统的工作压力，提高系统供水安全性。②150m以上高层建筑主要是以公共建筑为主，该类建筑按现行规范要求应设置避难层，在满足避难人员所需避难功能外可兼作设备层，为其他消防设备安装提供了空间，从而为串联分区供水方式提供了条件。③公共建筑(如办公、商业等)内夜间人员较少，对环境噪音的要求相对较低，允许在中间层设置消防设备。

综上所述，笔者认为串联分区供水方式，适用于建筑高度在150～200m之间的高层建筑。

2.3 重力供水方式

重力消防给水系统示意图见图3。在建筑物最高处的适当位置设置高位消防水池，且水池有效容积应满足该建筑在火灾延续时间内室内消防总用水量，消防水池的水以重力方式向以下各消防给水分区供水。消防水池应分为能独立工作的两格，补水管不应少于两条，其补水水泵的设计秒流量宜按该建筑室内消防设计流量选配。

图3 重力消防给水系统

重力供水方式的优点:①屋顶消防水池储存了整栋建筑在火灾延续时间内所需的总消防水量，通过重力方式向下供水，从而避免了机械故障和火场供电中断对消防供水系统的影响，最为安全可靠；②系统构成简单可靠，在发生火灾时，供水系统可迅速启动，投入灭火，可有效地保证人员生命和财产安全。

其缺点:①增加了结构荷载；②消防水池需占用较大屋面有效空间，一定程度上影响了业主屋面的使用；③消防水池储存的消防用水需要定期更换，从而造成较多的水资源浪费。

此外还应从建筑功能和重要性等方面分析，根据国内现有资料分析，建筑高度在200～250m之间的高层建筑，绝大多数为大型的重要公共建筑，多为区域性标志建筑，社会影响较大，其人员密集、装修标准高，且大部分设置有中央空调系统，火灾危险性大，当发生火灾时，人员不易疏散，外部救援困难，主要依靠建筑本身消防系统自救，而且根据笔者掌握的资料。

综上所述，笔者认为建设高度在150～200m之间的高层建筑消防供水系统，应采用重力供水的方式，该方式最为安全可靠。

3 消防水池、中间水箱及高位水箱容积取值

3.1 消防水池容积

消防水池的最小有效容积应满足规范的要求，但对火灾危险性大、装修标准高的高层建筑考虑火灾延续时间可能会超出规范设定的时间。另外消防水池的容积往往包含1h的自动喷淋系统用水量，而自动喷淋管网庞大复杂、影响因素较多，水力计算结果可能超出规范假定的模型，造成实际喷水强度大于设计喷水强度，从而造成喷淋系统工作时间不能满足规范1h的要求，故建议这类建筑增加20%的消防贮水量，即可以提高消防安全性，投资增加也不大，一般可以为业主接受。

3.2 中转水箱容积

中转水箱容积在现行规范中未注明，参考工程建设规范《民用建筑水灭火系统设计规程》第6．1．8—1规定:“各级应设中间水箱(高位消防水箱)；采用消防泵直接串联的各级水箱的有效容积不应小于18m3，采用中间水箱转输的水箱有效容积不应小于60m3，”这里的中间转输水箱有效容积为60m3，相当于一类高层公共建筑的自动喷水和室内消火栓10min用水量与中间转输水箱兼作下区消防管网的高位消防水箱容积(18m3)之和，对于这个贮水量标准，笔者认为是合理的，但转输水泵应采用水位自控方式，工作较为简单可靠，当采用这种启动控制方式时，因启泵水位和停泵水位有水位差值，中转水箱有效容积应增加5m3的高低水位调节容积，故中间转输水箱的有效容积宜取为65m3。

3.3 高位消防水箱容积

在现行规范第7．4．7．1条规定:“高位消防水箱的消防储水量，一类公共建筑不应小于18m3；二类公共建筑和一类居住建筑不应小于12m3；二类居住建筑不应小于6．00m3，”但对高层建筑而言，为了提高其消防供水系统的安全可靠性，在投资增加不多的情况下，高层建筑的高位消防水箱消防储水量，也应参照中间转输水箱的容积计算方式，将有效容积提高到60m3，相当于自动喷水和室内消火栓的10min用水量和高位消防水箱容积(18m3)之和，但不再考虑补水容积差值，这点在消防业内也得到共识。

4 结语

综上所述，高层建筑是一个城市发展水平的体现，也是城市的重要名片。因此，在实际的系统设计过程中，应结合相关规范性制度，在满足功能的需要情况下，选择合理的消防供水系统，保证系统能够正常安全运行，从而进一步整体提高我国高层建筑消防给水系统的安全性。

参考文献

[1] 袁文蔚，高层住宅给排水及消防系统的设计[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2004.04

[2] 魏碧云, 高层建筑消防给水系统工程设计浅析[J].中国建设信息,2006.02