超高层建筑给排水与消防设计要点分析

蔡瑞环，郭莉芳

（1.宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江 宁波 315012；2.宁波市城市排水有限公司，浙江 宁波 315012）

1 工程概况

某建筑群占地面积共计5458.30 m2，总建筑面积约113621.5 m2。其中，地上建筑面积87871.5 m2，地下室建筑面积25750 m2。本项目设计定位为办公楼，其中，1幢T1超高层设计高度为149.96 m，1幢T2高层设计高度为99.98 m，底盘设有3层商业，底盘裙房与主楼之间设缝脱开。

工程地上建筑由2幢塔楼（办公）和1幢裙房组成，两者间设置抗震缝。地上裙房部分为3层，1幢超高层地上部分为35层，1幢高层地上部分为25层。其下设有2层地下室，功能为车库、设备用房，库房等，地下室地下1层层高为4.55 m，地下2层层高为3.85 m。该项目地处宁波市东部新城CBD金融区，属于某企业总部办公大楼，建成后将进一步提升整个中央商务区的城市功能品质，对后续超高层建筑的设计以及施工具有重要参考价值。

2 超高层建筑给排水系统设计要点

2.1 给水系统

1#主楼部分沿纵向分为6个区域，一区包括地下2层～地上2层，直接由市政管网供水，直供楼层需根据当地管网条件、市政压力（本项目0.25 MPa）及其他情况灵活调整；考虑到市政管网在特殊条件下可能出现压力不足情况，在一区可增设1套给水增压装置，以应对突发情况。超高层建筑供水方式有无水箱分区串联、有水箱分区串联、减压阀分区供水等方式[1]。减压阀分区必须有备用减压阀，同时应有报警措施，对管材接口要求也较高，一般不推荐采用。其他方式都需要利用避难层设置水泵房和水箱间，需考虑层高和建筑面积的占用情况，对自动化控制和维护管理有一定要求，但最为重要的是，要具备有效的防振措施。本工程甲方对星级办公环境有极高的要求，为尽量避免振动噪声并确保项目建筑高度合适，本工程以100 m避难层为界采用水泵分区。加压2J区：3～9层；加压3J区：10～16层。加压4J区：17～24层；加压5J区：25～32层；加压6J区：33～35层。2J、3J、4J、6J区由水箱+变频供水设备供水。5J区由屋顶水箱重力供水。先由地下层加压泵将水抽至屋面水箱，然后由屋面水箱向各楼层供水。在地下室设置生活变频水泵和水箱，同时在屋顶机房层设置高位生活水箱和变频供水泵。地下室供水机组应将停泵水锤问题和小流量供水工况相结合，设置合理的气压罐。高位水箱通过液位控制地下室生活工频泵的启停，既经济又节能，开式补水系统无须考虑水锤问题。

2#附楼高度未超100 m，分区原则同上，沿纵向分为4个区：直供区为地下2层～地上2层由市政管网压力直接供水，加压2J区：3～10层；加压3J区：11～17层；加压4J区：18～25层；由泵房水箱+变频供水设备供水。3#裙楼给水竖向分为2个区：直供区为地下2层～地上2层由市政管网压力直接供水，加压1区∶3层。

2.2 排水系统

本项目排水系统设计为污废分流模式，地上部分污水在重力作用下自流至室外排污管道，地下部分废水使用潜污泵排出。1#楼、2#楼卫生间设置专用通气立管。营业餐饮含油废水经地下室成品隔油器处理后，排入市政污水管。本项目排水系统除地下部分潜污泵压力排水管及水箱溢流管道选择焊接钢管外，其余管材均选用RKC铸铁管道。焊接钢管接口位置采用法兰连接或焊接，RKC铸铁管道接口位置采用柔性接口。

2.3 雨水系统

主楼部分屋面和避难层水泵房水箱溢流采用虹吸雨水系统。屋面雨水重现期取10 a，雨水排放设施总排水能力以100 a重现期校核，屋面径流系数取1.0。屋面雨水采用87型雨水斗和180°侧入式成品雨水斗。雨水调蓄和回用系统主要分为两部分，分别是屋面雨水回收系统和室外地表雨水渗透系统，采用这种分离式设计的主要原因是屋面雨水的清洁度相较于地表雨水要高，因此，回收屋面雨水的工艺更为简单，成本更低。屋面雨水经管道收集至地下雨水处理装置中，处理后水质应达到GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》的要求，可用于场地内绿化灌溉、道路浇洒、车库冲洗。采用雨水处理装置处理水量可达20 m3/h。

按照我国GB 50400—2016《建筑与小区雨水利用工程技术规范》的规定，雨水入渗可采用入渗井、绿地入渗、渗透管道、透水路面砖、浅沟、洼地入渗以及渗渠入渗等多种方式[2]。该项目绿地率仅10%，因此，根据宁波市住房和城乡建设委员会发布的《宁波市海绵城市规划设计导则》，采用透水铺装、雨水花园、植草沟、雨水回用系统等低影响开发设施，按70%年径流总量控制率，全面控制雨水、改善地块水环境。

3 超高层建筑消防系统设计要点

3.1 消防给水系统

消防系统可采用减压阀减压、水泵串联或并行及减压水箱等形式。减压水箱减压分区可靠度高，占地面积大，且对进水阀可靠度要求高。超高层建筑供水压力大、静压过高，难以采用并行供水。按消防设计从严原则，对分区压力、建筑避难层楼层设置、建筑造型、技术经济和安全可靠性等因素进行综合考虑，本工程采用消防水泵减压阀分区和串联分区供水结合的方式。消火栓给水系统竖向分区,消火栓的布置应保证2只水枪同时到达。B2～1#楼的12层，B2～2#楼的13层和3#楼为低区，由减压阀分区供水；1#楼的13～24层，2#楼14～25层为中区，由地下室消防泵直接供水；1#楼的25层～机房为高区，由24层避难层转输水箱和消防水泵供水。60 t转输水箱由地下消防泵房转输水泵供水。转输水箱兼做低区的高位水箱。中区高位水箱屋顶设置，高区采用屋顶高位水箱和稳压泵维持静压。为保证消火栓栓口出水压力不超过0.5 MPa，1#楼B2～10层，13～21层，25～35层，2#楼B2～11层，13～22层和3#楼均为减压稳压型消火栓，其出口压力为0.35 MPa。转输水箱溢流回到消防水池。

系统运行原理是起火灾后，受灾楼层与相邻楼层的消防栓会率先动作，在火灾初始阶段，低区、中区和高区消防用水分别由转输水箱、高位水箱、高位水箱和稳压泵供应。主管上的低压压力开关、水箱出水管上的流量开关信号作为触发信号，直接启泵并报警。中低区消防主泵运行，从而持续提供消防用水。而高区消防系统启泵顺序是：先启动24层消防泵，再启动地下室转输泵，向避难层的转输水箱输水。这种消防给水系统的优势在于可以将占用空间较多、结构荷载过大的消防池与消防主泵设置在地下2层，不占用建筑上部空间，从而增加建筑使用面积；所需消防供水立管及主干管道较少，在确保有效供水的前提下能够降低成本。

消防车供水压力范围内的分区分别设置水泵接合器3套；高区建筑高度超过消防车供水范围，在避难层方便操作的部位设计手抬泵或移动泵供水吸水和加压接口。在转输供水管上设置消防水泵接合器4套。管材按设计额定压力的120%为下限选择，水泵房低区减压阀后消火栓给水管道系统采用内外壁热浸镀锌钢管，公称压力1.2 MPa。泵房内减压阀前中区、高区、转输系统采用热浸镀锌无缝钢管,公称压力2.5 MPa；管道公称直径≤65 mm时为丝扣连接，公称直径＞65 mm时沟槽连接。

3.2 自动喷水灭火系统

地上1层门厅室内吊顶净高大于8 m、不大于12 m的空间设置自动喷淋灭火系统，设计最大用水量42 L/s，火灾持续时间1 h。3#楼、地下汽车库设置自动喷淋灭火系统，中危险Ⅱ级设计；1#楼和2#楼地上设置设计自动喷淋灭火系统，中危险Ⅰ级设计。自喷给水系统竖向分区。B2～B1层为超低区，由减压阀分区供水。1#楼的1层～13层，2#楼的1层～15层和3#楼为低区，由减压阀分区供水。1#楼的14～23层，2#楼16～25层为中区，由地下室消防泵直接供水。1#楼的25层～机房层为高区，由24层转输水箱和自喷水泵供水。60 t转输水箱由地下消防泵房转输水泵供水。高区启泵顺序是：先启动24层自喷泵再启动地下室转输泵。自喷系统的高位水箱设置在屋顶，高区同时设置稳压泵。自喷流量开关，宜设置在出水总管上，避免由于火灾初期系统作用的喷头数量少、流量低，导致水量基本通过稳压罐供应，致使水箱出水管上流量开关感应不灵而产生延误主泵启动问题[3]。

考虑到地下部分发电机房及锅炉房的消防安全，在这部分设计水喷雾系统，系统设计喷水强度为20 L/m2，设计火灾持续时间为0.5 h。

水流指示器后、地下室减压阀后超低区自喷给水管道系统采用内外壁热浸镀锌钢管，公称压力1.2 MPa。低区、中区、高区采用热浸镀锌无缝钢管,公称压力2.5 MPa；管道公称直径≤65 mm时为丝扣连接，公称直径＞65 mm时沟槽连接。

3.3 气体灭火系统

本项目采用预制式七氟丙烷气体灭火系统，系统为全淹没式灭火方式，在既定时间内向设备保护区域喷射特定浓度灭火剂，并使灭火剂快速充满整个设备间，从而达到灭火，保护设备的目的。该系统的主要装置由灭火剂储罐、压力开关、喷头、罐头阀、钢瓶柜、药剂以及排放管道等构成[4]。

系统设计两种启动方式，分别是电启动和机械启动，其中，电启动为常规启动方式，机械启动为备用启动方式，当出现突发情况电启动失控时，可采用机械启动方式打开系统。电启动的基本原理是：当系统保护区内的火灾探测器检测到火灾信号时，向报警控制系统发送火灾信号，报警控制系统接收到火灾信号后开始延时启动设定程序，延时期间系统发出警报提醒系统保护区的工作人员撤离，同时开始启动相关设备。延时结束后控制系统开始发出指令打开瓶头阀，灭火剂进入排放管道并利用喷头向保护区喷射，压力开关开始向系统反馈保护区药剂释放情况，以便系统对保护区情况做出判断，适时进行调整。当电启动失效时，现场工作人员可采用机械启动方式，手动打开保护区瓶头阀，将灭火剂释放到保护区，紧急启动装置设置在保护区外，可以在确保安全的情况下启动或关闭气体灭火系统。

在系统保护区范围内设计火灾声、光报警器，以便保护区工作人员可以在系统延时期间接收到火灾信号，及时完成撤离。保护区入口位置设置光报警器，当发生火灾时，光报警器发出报警信号，直至火灾被扑灭，然后手动关闭光报警器。保护区入口区域还应设置灭火剂喷射指示灯及系统保护标志。火灾扑灭后，保护区要及时进行通风换气，若保护区处于地下或地上无窗或为固定窗空间内，则需设置机械通风装置。

4 结语

综上所述，超高层建筑自身的特性决定了其给排水系统及消防系统设计不同于一般建筑，设计人员在设计过程中要充分借鉴同类工程经验，同时结合项目实际需求，设计合理的给排水系统与消防系统，确保超高层建筑的正常用水以及消防安全。