高层建筑给排水消防设计关键技术的应用探究

杨 婕

(中铁第五勘察设计院集团有限公司郑州分院，河南 郑州 450000)

在高层建筑设计中，给排水消防设计是非常重要的环节，设计方案的科学性不仅关系着建筑功能的发挥，更与建筑用户的生命财产安全密切相关。就目前来看，部分建筑人员在实施对高层建筑给排水消防设计的过程中，因为自身思维的局限性或者专业能力不足，导致设计方案中存在很多缺陷，影响了建筑功能的有效发挥，也在很大程度上威胁到用户的生命财产安全。新的发展环境下，社会各界越发关注高层建筑消防安全，设计人员需要及时对自身设计理念进行转变，对高层建筑给排水消防设计标准和要求进行明确，解决设计中存在的各种问题，切实提高设计方案的科学性和有效性。

1 高层建筑火灾的特点

高层建筑高度大，疏散通道狭窄且单一，一旦爆发火灾事故，将会带来非常严重的后果，高层建筑火灾的特点主要体现在几个方面：(1)蔓延迅速。高层建筑相比较普通建筑有着更加复杂的内部结构，各种管径的存在直接影响了建筑的消防安全，在爆发火灾的情况下，垂直设置的电梯井、排风管等会引发“烟筒效应”，加剧火势蔓延；(2)疏散困难。高层建筑体量巨大，距离地面高度大，人员密集，同时疏散通道单一，在发生火灾的情况下，高层居民的逃生难度大，尤其是如果中间层着火，切断逃生通道，高层居民的疏散只能借助消防云梯乃至直升机完成，难度巨大[1]。另外，较大的人员密度使得高层建筑居民在疏散时容易出现人员拥挤情况，很可能导致踩踏事故，错失最佳逃生时机；(3)扑救困难。高层建筑中设置有大量配套设施，在爆发火灾的情况下，火情蔓延迅速，救援人员难以接近火灾的源头，影响了扑救工作的顺利实施。同时，很多城市并没有能够配备足够高度的消防云梯，在进行火灾救援过程中，难以达到需要救援的高度，从而导致火灾扑救效率的下降；(4)隐患众多。高层建筑结构复杂，功能繁多，其中存在大量可燃物和机械设备，这些都可能成为潜在的火灾隐患。一旦高层建筑发生火灾，会导致火情迅速蔓延，带来难以估量的损失。

2 高层建筑给排水消防设计存在的问题

2.1 排水方式不当

当前，不少高层建筑在实施给排水消防设计过程中，采用的依然是常规的地下排水方式，消防排水和生活排水使用的是同一条排水管道[2]。而高层建筑人员密集，居民生活污水中的黏性物质和油性物质会在排水管道管壁上附着，长此以往，会引发排水不畅甚至排水管道堵塞的问题，影响给排水消防系统的稳定运行，从而给消防安全埋下隐患。

2.2 消防栓设计缺陷

高层建筑给排水消防设计中，为了保障系统运行安全， 对系统布置形式进行简化，一般都会选择减压型消防栓。但是从实践角度分析，受设计人员专业素质、成本消耗等因素的影响，存在着消防栓选择不合理现象， 无法将消防系统作用充分发挥出来，同时也容易引发渗漏水问题。另外，在室内消防栓设计中，没有依照固定设置分段检修阀门，一旦二路进水阀关闭，就可能出现消防栓无水现象，带来严重安全隐患。

2.3 灭火系统问题

高层建筑给排水消防系统设计中，自动喷水灭火系统非常关键，能够自动发现并扑救初期火灾[3]。但是就目前而言，很多设计人员在针对自动喷淋灭火系统进行设计时，没有将建筑吊顶情况考虑在内，导致火灾发生时着火区域和喷淋头的距离过大，传感器无法及时感应火灾，使得初期火灾迅速蔓延，而当火灾能够被传感器感知时，单纯依靠自动喷淋灭火系统已经无法控制。在设计中，也存在着规范性欠缺的情况，例如，如果系统通信设计欠缺规范性，可能出现系统虽然发出了警报信息，消防人员却没有及时收到的问题，错失最佳火灾扑救时机。

2.4 管网试压不规范

高层建筑管网试压环节，需要严格依照相关标准实施，切实做好管网的强度试验以及严密性试验。而不少设计人员并没有重视管网试压的规范性，存在着试压时间短、试压压力不明确等问题，这样很容易造成火灾发生时管网压力不足或者压力过大引发渗漏情况，影响其功能的充分发挥[4]。

3 高层建筑给排水消防设计关键技术应用

3.1 关键技术

3.1.1 消防供水

高层建筑给排水消防设计中，需要首先考虑用水量设计，结合建筑设计情况做好准确计算，在计算中需要选择科学的火灾延续时间及室内外消防用水量。在选择消防水源时，应该掌握好建筑周边天然水源及市政水管网分布情况，在保证水量充足、水质安全的前提下，关注消防水源选择的经济性。高层建筑给排水消防系统通常需要设置屋顶水箱和水泵接收器，确保管网可以随时满足建筑消防供水需求。

3.1.2 消防水池

消防水池可以保证消防用水的充足性，其体积设计非常关键，如果消防水池容积过大，不仅会导致成本增大，占用大量空间，如果水池中的水长时间不用，还可能引发水污染问题。在消防水池设计中，一是需要全面衡量市政供水管网的供水能力，确保在发生火情时能够保障消防水池的不间断供水[5]，然后以此为前提，适当缩减水池容积，促进综合效益提高；二是应该对火灾发生时的需水量和补水量差值计算出来，以此来保证消防水池容积设计的合理性；三是对于一些体量相对较小，位置接近的小区，可以从实际情况出发，考虑使用同一套消防水池及室外消火栓泵房。政府部门需要加强管理，对照相应的设计规范，做好消防水池设计的监管工作。

3.1.3 消火栓设计

高层建筑消火栓的设计需要先对分区方式进行明确，常用的分区标准，是将消火栓口的静水压力控制在1.0MPa以上，如果超过这个数值，就需要实施分区供水。分区供水可以采用的方式有两种，一种是串联分区，这种分区方式的使用功率小，扬程相对较低，对于管材的强度和耐压性并没有很高要求；另一种并联分区，这种分区方式下，各个分区相互独立，不会出现互相干扰问题，安全性更好。另外，在并联分区的情况下，两个分区可以使用同一套消火栓加压泵，占地面积更小，能耗和资金消耗同样较小。在实践中，设计人员需要对照具体设计要求，确定是否需要分区以及具体的分区方式[6]。

3.1.4 消防水管网

高层建筑给排水消防设计中，需要对消防水管网进行合理设计，确保在火灾发生时能够保证消防用水的正常供应。在消防水管网设计中，考虑高层建筑的特点，可以采用环状设置的方式，如果高层建筑面积较大，而且在每个方向都已经布设了消防立管及消火栓，则需要将顶层和底层的消防干管连接成水平环路，立管则连接成竖直环路，以此来提升消防供水的整体效果。另外，消防水管网设计中，需要关注分段阀门的设置，借助阀门来将消防水管网划分为多个独立段。在阀门设置环节，要求管道检修最多只能关闭一根竖管，如果竖管的储量超过4根，可以将两根不相邻竖管关闭。

3.1.5 自动喷水灭火

一是需要依照消防相关规定，在恰当位置安装符合要求的喷淋头，明确喷淋头的数量，在安装完成后需要做好测试，确保其能够正常运转；二是应该做好喷淋头类型的选择，常用的喷淋头有两种，一种是易熔合金喷淋头[7]，当外部温度超过一定数值后，喷头会自动喷水，另一种是玻璃球闭式喷头，在温度达到特定数值后，会发生爆裂，喷水口阀门脱落，然后进行喷水。设计人员需要结合高层建筑的实际情况，做好喷淋头类型的合理选择；三是确定泄水阀及泄水连接管。设计人员需要确定好泄水阀的安装位置，将其设置在水流指示器最低位置，依照相关规范确定泄水连接管管径，消防泄水管的直径必须小于连接的泄水立管直径。

3.1.6 消防排水

通过对排水量的合理评估，选择恰当的排水管道规格，如果排水管道和其他管道存在交叉，需要依照有压管避让无压管的基本原则，给水管和风管排列在排水管下方，从电气管道下方绕行。地下水是消防排水设计的核心位置，需要采用独立设计，确保积水能够有效排出。可以将低于基坑的排水集水池设置在消防电梯井基坑附近，做好基坑和集水池间排水管道的预埋工作。应该在消防排水系统中，设置备用泵，于电梯口设置挡水装置，加强消防水源保护，同时也需要做好消防排水泵安全保护设计，避免电机短路引发消防排水系统瘫痪的问题。在地上消防排水设计中，应该在重点区域设计专门的排水管道，保证管道能够独立运行。可以依照消防分区设计独立排水系统，以此来避免排水互流引发的楼层渗水问题，另外也不能忽视地下室和地上楼层的排水预防措施，保护建筑结构不受破坏。通过在阳台区域设置雨水管的方式，能够帮助消防排水管道实现防溢设计。

3.2 具体应用

某高层住宅建筑包含地上35层和地下2层，建筑高度125.2m，总建筑面积15.2万m2。在对其进行给排水消防设计时，要求设计单位能够从建筑的实际情况出发，合理应用一些消防设计关键技术，提升建筑整体消防的安全性。

3.2.1 明确设计要求

一是采用了一对一连接的方式，将室内消防栓和室外消防栓的水泵接合器实现对接；二是消防水栓系统设计环节，需要将水头压力和总用水量考虑在内，管网规划必须考虑水管承压能力及强度；三是消防水系统如果采用不分区设计，需要将外网进水压力的最小值作为主要设计参数，做好系统校准工作，如果采用分区设计，在外网供水压力可以满足大部分建筑消防需求的情况下，低层室内消防栓可以采用外网直接供水，高层则可以设置水泵辅助抽水，再配合加压管网设计，保障消防供水的效果；四是消防栓系统需要设置相应的水泵接合器，优先选择地上式水泵接合器，根据室内消防总用水量来确定接合器的数量。如果消防栓采用的是竖向分区供水，需要在消防车供水压力范围内，做好水泵接合器设置，确保水泵接合器和最近消防水池又或者室外消防栓的距离在15m～40m之间[8]。

3.2.2 消防栓设计

一是需要在每个楼层设置室内消防栓，位置在楼梯或者走廊，方便取用；二是消防栓设计间距应该满足同层任意位置能够有两个消防栓水枪充实水柱同时到达设计标准，见表1。高层建筑室内消防栓的设计不能超过30m。

表1 水枪充实水柱长度设计标准

三是消防栓栓口到地面的垂直高度应该为1.1m，出水方向可以垂直于墙面，或者朝下；四是消防栓口静水压力不能超过1.0MPa，如果出水压力大于0.5MPa， 需要设置减压装置；五是在同一栋建筑中，需要保证消防栓的型号一致，水枪喷嘴的口径不能小于19mm，水带长度在25m以内，消防栓栓口直径为65mm；六是高层建筑屋顶需要设置压力显示装置，对建筑消防栓系统的实际水压进行检测，在北方地区，冬季气温较低，为了避免消防栓上冻的情况，可以将其设置在顶层出入口或者水箱间。

3.2.3 自动喷淋系统设计

在该工程中，需要在所有建筑内设置自动喷淋灭火系统，设防等级为Ⅰ级，地下车库的设防等级为Ⅱ级，灭火用水量为30L/s。以主楼为例，将其竖向分为两个区，1区为地下2层到地上2层，有屋面水箱提供初期用水，需要经减压阀减压后供给，2区为地上3层到地上32层，由设置在35层水箱间的自喷稳压设备提供初期用水。消防作业期间，可以采用接力给水的方式提供水量供给[9]。

4 结 语

总而言之，高层建筑给排水消防设计具有复杂性和系统性的特点，关系着建筑整体的使用安全，必须得到重视。设计单位需要了解给排水消防设计的相关内容和要求，结合常见问题，对关键技术进行有效应用，切实提升建筑给排水消防设计的高效性和安全性，在推动建筑功能发挥的同时，为人们的生命财产安全提供保障。