高层建筑给排水消防设计的关键技术

马 龙 兰州新现代建筑设计有限公司

消防问题是整个高层建筑设计的关键问题，如果发生火灾，不仅会危及他人的生命安全，同时也会为整个社会造成巨大的经济损失。因此，在设计高层建筑时必须充分重视给排水消防系统设计。但是在开展相关设计工作时，由于设计人员无法及时转变自身的思维，以及其他有关因素影响，导致现在仍然有很多问题存在于高层建筑给排水消防设计中，对建筑功能的发挥产生了严重影响，在一定程度上威胁了人们的生命财产安全。为了保障高层建筑设计中的给排水消防系统可及时预警内部的火灾情况，需要结合先进的技术设备和设计理念，研究出具体的设计方法和措施，从而结合当地对于消防的实际需求，建设安全、实用的建筑，也为当地社会发展提供更多的地产基础。基于此，本文将以某市重点商业建筑工程为例，结合笔者多年的工作经验，深入分析高层建筑给排水消防设计关键技术，希望能够为同行业人员开展工作提供一定的借鉴意义。

1 高层建筑给排水消防设计存在的问题

1.1 地下排水传统方式的应用

目前，部分高层建筑在设计给排水消防系统时，仍旧采取传统的地下排水方式，且消防与生活排水管道公用的问题十分突出[1]。日常生活中，高层建筑住户的生活用水中的油性物质会粘附在管道的内管壁上，一些杂物也会滞留在管道内部，在长期使用的过程中，容易造成管道堵塞或是排水不畅等严重问题，从而影响排水消防系统整体运行的稳定性，也会产生一定的消防隐患。

1.2 消防栓与水管网设计缺乏科学性

在消防栓的设计期间，不当设计内容主要包含两个方面。第一，在设计高层建筑中的给排水系统时，为了对系统布置进行简化处理，降低实际的安全隐患，一般会使用加压型消防栓，但实际上，受建设成本和专业人员的差异性影响，经常会出现消防栓选择不当的问题，难以发挥其在整个系统的重要作用，导致经常出现漏水和渗水等问题。第二，在高层建筑内部消防栓的设计过程中，没有设置分段检修阀门。如果二路的进水阀关闭，则很容易导致消防栓缺水情况的发生，存在严重的安全隐患[2]。

水管网设计的不当之处主要是当管网设计完毕后，未能实施管网的严密性和强度试验，不能明确所存在的试验压力，导致后续出现给水管网压力不足或渗漏等种种问题[3]。

2 工程概况

2.1 工程概况

某市重点商业建筑工程设计的占地总面积约为11 000 m2，项目采取商业用地的性质，实施五星级酒店的建设。本工程主楼为Ⅰ段，附楼为Ⅱ段，其中主楼有设计总高度161.30 m、地上49 层的楼层设计；Ⅱ段附楼设计为地下2 层、地上31 层，其中消火栓与给排水系统是本次设计的重点。

在给水系统的设计过程中，需要明确的是，主楼在竖向上分为5 个区，附楼在竖向上分为4 个区。其中供热水采取全日制的循环机械方式服务，主要给予20 层以上的客房卫生间进行供热水服务。而20 ～33层为3 区，35 ～43 层为4 区，二者均使用冷水水源方式进行供水，分别由相对应的给水分区进行供给；5 区为45 ～49 层，其采取集中式的电热水器供水方式进行供水服务。

根据工程的实际设计需求，无论是主楼还是附楼，均选择采取污废分流制进行排水系统的设计。本工程项目的消防栓利用串联加压供水的方式设计，按照竖向结构，其主楼与附楼分别设置3 个区设计消火栓管网。其中1 区为地下2 ～16 层，2 区为17 ～34 层，3 区为35 ～49 层，而避难层位于34 层，内部设置传输用的水箱与水泵，自动喷水系统设计为沿着主楼竖向方向分为两个区。

2.2 给排水消防设计相关要求

2.2.1 设计给水系统的要求

在设计高层建筑给水系统的过程中，为了更好地与消防设计要求相符合，需要相关人员高度重视以下问题：一是扑救火灾的难度会随着建筑高度的增加而提升，基于本次工程的实际情况，扑救火灾具有非常高的难度，在给排水消防设计的过程中必须充分重视自救方式的设计，从而保证人们脱困的自主性得到充分发挥；二是在选择灭火工具时应该坚持以水为主的思想，从而合理地设计和规划管道的铺设，在设计的过程中也可以适当融入其他灭火方式，从而保证有效处理各种规模和类型的火灾；三是应该与本次工程的实际高度相结合，选择能够满足消防要求的消防设施。

2.2.2 设计排水系统的要求

排水系统的要求主要分为以下几点：第一，当有火灾发生时，必须保证排水系统能够在最短的时间内精准、高效地排水灭火，从而有效控制火灾导致的不良后果，因此在设计的过程中应该兼顾迅速、精准以及安全的要求；第二，在设计排水管道的过程中，应该充分重视雨水管道的设计工作，合理设计溢流设施，从而有效控制建筑屋面积水深度；第三，为了更加稳定安全地运行消防排水泵，必须结合工程实际情况合理设计其线路和位置，尤其是应该严格把控排水泵线路，避免其对电气线路产生影响。

3 高层建筑给排水消防设计的基本技术

3.1 室外给排水系统设计

本工程由市政支持，引入两条管道DN200，环向设置在室外区域，在地下2层的蓄水池中接入管道，也为后续消防用水和生活用水提供水源。本次基于工程项目的实际需求，设置供水压力为0.2 MPa，在室外污水管网收集污水之后，再在市政污水处理厂中进行二次处理。对于雨水的处理，需要在市政外管网收集之后，再将其排放到雨水管网中。其中，室外给水管网的压力不可小于0.1 MPa。

3.2 给水系统设计

基于上述对给水系统的分析，本建筑最高的日用水量为1 000 m3/d，最大时用水量为83 m3/h[4]。

3.2.1 Ⅰ段主楼设计

主楼给水系统设计根据其竖向要求共分为以下5 个区。

（1）5 层及以下为1 区，该区域直接由市政管网供水，其为了保障供水的安全性，需要在1区内设置一套给水的增压设备，以便于在市政管网压力不足时进行使用。

（2）6 ～18 层为2 区，采取“水箱+水泵”的联合供水办法，其中水箱被设置在21 层，有效容积为20 m3。该区给水的加压泵是由21 层的水箱高低水位所实施的自动控制，给水管道以“上行下给”的方式进行敷设。随后，19层避难层内需设置横管，如果该层给水的压力超出0.35 MPa，那么可采取支管减压的方式降低压力，随后将其设定在0.1 MPa 的压力值上。

（3）20 ～33 层为3 区，该层次的供水方式、控制方式以及管道敷设方式与2区相同，但是其内部的压力标准却有所提升，此时对于给水压力超出0.4 MPa 的楼层采取支管减压的方式进行减压操作，在设定减压阀之后，设定压力为0.10 MPa[5]。

（4）35 ～43 层为4 区，4 区供水方式与2 区和3 区相同，但是水箱需要设置在49 层，有效容积为26 m3，由其自动控制4 区的给水加压泵，敷设以“上行下给”的方式进行管道的设计，横管安装在43 层的吊顶内，如区域压力超0.35 MPa，则可采取支管减压的方式减少该区域给水压力，随后设定压力为0.10 MPa。在此期间需要注意的是，4 区水泵的出口位置有给水压力，因此从出口位置一直到19 层以下的管道位置，其所采取的接头均以柔性接头为主，工作压力均为0.1 MPa。

（5）44 ～49 层为5 区，5 区供水主要通过变频调速恒压供水设备实现，该设备被装置在49 层的水箱间内，其从屋面的水箱进行吸水和加压之后为5 区供水。管道敷设与前4 个一样，横管则是设置在44层的吊顶内。在地下2 层的生活水池供水作用下，其有效的容积为260 m3。

3.2.2 Ⅱ段附楼的给水系统设计

在整个附楼竖向上分为4 个区，具体各个区的内容如下。一是负2 层～5 层为1 区，该区域供水需要由Ⅰ段的地下室1 区内的给水加压设备进行供水。二是6 ～13层为2 区，其供给由4 区的供水箱进行供水，并经过减压阀减压后进行供给。三是14 ～22 层为3 区，其与2 区供水方式相同。四是23 ～31 层为4 区，该区域采取水泵水箱联合供水的方式，其中该供水区是由Ⅰ段地下的住宅区给水加压泵进行抽水，从地下生活水池中获取水资源，利用高低水位进行控制。

3.3 排水系统设计

3.3.1 Ⅰ段主楼的排水系统设计

该段主楼采取污废分流制进行排水系统的设计，其中地上的部分污废水根据其重力的作用自动排入到室外的污水管中，地下室的废水则采取潜污泵进行抽升后排除。其中，主楼的部分废水管道已经设置专用的通气立管，每相隔两层则将通气管和污废水管道进行相互连接[6]。

3.3.2 Ⅱ段附楼的排水系统设计

附楼也是采取污废分流制实施的排水系统设计，地下部分污水与废水根据自身重力作用自动排入室外的污水管道中，随后利用潜污泵抽升地下室的废水并将其排出，其中部分附楼的污废水管道需要根据特殊单立管的排水系统进行设计。

3.3.3 管道材料的要求

除了地下室中部分潜污泵压力排水水箱的溢流管使用RKC 柔性抗震承插式排水铸铁管，以柔性接口连接外，其余所有水箱的溢流管均采取焊接钢管或法兰连接[7]。目前，应用的还有减噪型铸铁排水管，能减少噪音美化环境。

3.4 消火栓给水系统的设计

本项目根据实际设计要求，在初期所采取的消火栓设计给水方案为加减压的方式，而为了保障消火栓满足相关设计要求，决定将其改为串联加压的给水方式，具有以下优点。第一，如果附楼的局部或者是主楼的低层位置出现火灾，那么出现火势的楼层就会和就近楼层中的消火栓发生反应动作，此时消火栓动作初期所使用的水量是由屋面水箱间内消防高位水箱所提供，室内消火栓箱中的启泵按钮处于启动状态，会联结到地下2 层中的消防主泵上，二者同时进行作业[8]。第二，如果主楼高区出现火灾，其中的消火栓也会与就近楼层的消火栓进行联动，初期供水量由消防高位水箱进行供给，同时联动地下2层的消防主泵，实现消防的快速作业。

基于本次消防栓的设计内容，为了能够保持消火栓的水枪充实水柱同时达到，需设计好消防栓的具体间距。如高层建筑水枪充实水柱的长度为13 m，消火栓栓口动压不小于0.35 Mpa，且高层建筑室内的消防栓之间的间距应当被设计为≤30 m。根据上述分析，需要将本次项目中的主楼与附楼一同进行考虑，其中在主楼的地下2层设置消防加压泵，按照一类的高层综合楼进行设计，消防水量的设计值为室内40 L/s，室外40 L/s（体积大于50 000 m3），火灾延续时间为3 h。且本工程设计为两路进水，室外管网直接供给室外的消防水量，而室内的消防水量则是在地下2 层的蓄水池内进行存储，其中消火栓系统为432 m3，自喷系统为108 m3，分别在49 层和附楼的屋面设置消防水箱，室内设置专用的消火栓给水管网，具体消防栓启动方式如图1所示。

图1 本工程消防栓启动方式

3.5 自动喷淋系统设计

本工程需要在全楼中都设置自动喷水灭火系统，按照Ⅰ级危险级进行设防，地下车库则按照Ⅱ级危险级进行设防，灭火的用水量为30 L/s，火灾的延续时间1 h[9]。

3.5.1 Ⅰ段主楼

主楼设置的自动喷淋系统，根据其竖向可分为两个区。1 区设计内容包含地下2层～地上2 层，由主楼中的屋面水箱供给初期的自动喷淋用水量，该水量是经过减压阀减压后所供给的[10]。而在消防期间，其所采取的用水是主楼地下2 层中的自动加压水泵所供给的。2 区设计为23 ～49 层，由49 层水箱间的自喷稳压设备提供初期自喷淋用水量。而在消防作业期间，则会利用接力给水的方式进行水量供给，在地下2层的位置设置自动喷淋加压泵，随后将转输水泵与水箱自动喷淋装置设置在34 层的避难层中[11]。

3.5.2 Ⅱ段附楼的自动喷淋系统设计

在附楼进行自动喷淋系统的设计期间，根据该楼体的建设需求，在部分公共活动空间设置湿式自动喷水灭火系统，如地下1层与2 层，或者是地上5 层。本次设计除去地下车库需要按照Ⅱ级危险级进行设计外，其余区域均需要按照Ⅰ级危险级进行设防。本楼体设计的自动喷淋系统的流量为30 L/s，在火灾发生后，可延续1 h 的喷淋，并由主楼的水泵房供给其初期的消防用水量[12]。

4 结语

高层建筑的给排水设计是一项十分复杂且技术繁多的工程，并且极具重要性。合理设计高层建筑给排水消防系统能够充分保证人们的财产以及生命安全。现阶段，由于部分设计人员受到思维束缚和一些突发因素的影响，导致设计工作中仍然有一些漏洞和隐患存在。因此，在实际工程设计中，设计单位必须对高层建筑给排水消防系统设计的相关技术进行充分掌握，严格根据国家标准和相关技术要求来实施科学设计，并通过当地政府的实际规划，做好建筑的消防安全设计，进而有效保障人们的生命财产安全。