超高层消防给水系统优化设计与探讨

1、超高层建筑消防给水系统设计与探讨摘要： 结合实际工程，在满足超高层建筑消防设计要求的前提下，阐述了超高层建筑消火栓系统多种供水设计方案的特点，探讨不同高度的超高层建筑消火栓系统设计方案的选择。关键词： 超高层建筑消防给水系统系统分区供水方式方案比较1 前言本工程建筑高度为 143.6m，总建筑面积约为 10.8 万平方米。 地下一层为车库、变配电室及设备用房；地下二层为车库、生活、消防水泵房及消防水池等；一层十二层、十四二十三层、二十五三十七层为办公，十三层及二十四层为（转换层）避难层，避难层内设有空调室外机机房、水泵房、电气用房及风机房等；顶层为风机房、电梯机房及水箱间等；屋顶设停机坪。上海

2、“ 11.15 ” 特大火灾事故凸显了我国在高层建筑消防救援方面的局限性，本工程属一类超高层建筑，超高层建筑因其建筑高度高、功能复杂，所以消防灭火必须立足于自救，因而消防供水设计的安全可靠性就变得尤为重要。本工程设有室内外消火栓系统、自动喷水系统、气体灭火系统等。根据高层民用建筑设计防火规范 (GB50045-95)(2005 年版 ) 及自动喷水灭火系统设计规范 (GB50084-2001)(2005 年版 ) 的要求，确定消防用水量如下：表 1 消防用水量消防系统消防用水量（ l/s ）延续时间（ h）用水量 m3室外消火栓303324室内消火栓403432自动喷水301108结合该超高层

3、公共建筑消防设计，对消防设计中的供水方式、消防分区等问题进行了讨论，以期为类似工程提供参考。2 设计与探讨2.1超高层消防原则及设计要点通常情况下，超高层建筑高度均超过普通消防车的救火高度, 所以其设计更应遵循“预防为主，防消结合” 的设计理念， 提高建筑的自防自救能力，采取可靠的防火措施，消防设计做到安全适用、技术先进、经济合理。消防给水系统设计时应考虑的规范要求设计要点：根据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, 当大于此值时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.5MPa 时，应

4、采取减压措施。根据消防给水及消火栓系统技术规范 (2011 年征求意见稿 ) 第 4.3.2.3 条规定， 消防给水系统任何时间和地点系统的压力不宜超过 2.4MPa。2.2方案研究和比较以本工程为例， 在满足超高层建筑消防设计要求的前提下，按照并联分区供水、减压阀减压分区供水、串联分区供水等不同的消防供水方式，分析各类消防给水系统的优缺点和适用范围。2.2.1并联分区给水系统：1本工程按照此系统可分为高、 中、低三个区。 其中，地下二层十三层为低区，十四二十三层为中区，二十四层以上为高区。低、中区消防给水由设于地下二层低区消火栓给水泵组供给；高区消防给水由设于地下二层高区消火栓给水泵组供给；

5、高区消火栓系统的稳压依靠屋顶消防水箱间的稳压设备确保；中、低区消火栓系统的稳压依靠屋顶消防水箱静水压力确保。系统设置如附图 1 所示。并联分区供水方式在一百多米的超高层建筑消防供水中应用较为广泛，系统将供水设施集中放置在地下设备房内， 各区独立运行， 确保各分区的消防供水要求。本系统各分区系统简化、互不影响，运行和管理操作简单，便于系统维护。考虑水泵扬程的局限性和系统的承压能力，结合规范对系统压力不宜超过 2.4Mpa 的要求，本系统不适合应用于建筑高度超过 180 米的超高层建筑。2.2.2减压阀减压分区给水系统：减压阀减压分区是指通过比例式减压阀或可调式减压阀按照规范要求的系统压力限值，将

6、系统分成若干个分区供水的系统。 本工程按照此系统分为高、 中、低三个区，其中地下二层十三层为低区，十四二十四层为中区，二十五层以上为高区， 各分区均由设于地下二层消防泵房内的两台消防水泵组统一供水，其中低区和中区通过减压阀减压后供给。系统设置如附图2 所示。该方案设计时应注意：减压阀设置应考虑阀前阀后压力比值一般不宜大于3：1，当一级减压阀减压不能满足要求时， 可采用减压阀串连减压。减压阀串连减压不宜超过 2 级。同时，为了确保减压阀组的正常工作， 提高系统的安全性，设计中宜在减压阀前后两侧均增设压力传感器，实时监控减压阀的工作情况。与并联供水设计方案相比， 此方案是在并联方案的基础上，通过分

7、别在中、 低区分别增设一套比例减压阀组并减少一组消防供水泵组来实现。 此方案构成简洁明了， 减少了各分区的独立供水设备， 大大降低了初始投资。 但是由于低区和中区的供水压力均通过减压阀减压来实现，因而减压阀的可靠性就成为了系统安全与否的关键。同时，各个分区共用消防水泵供水，如果消防泵故障,将影响整个建筑消防给水系统安全使用。笔者认为，减压阀分区供水的方式适用于一般高层建筑的消防供水中，作为对可靠性要求较高的超高层消防供水并不适宜。2.2.3串联分区给水系统：串联分区供水是超高层建筑消防供水中常见的一种形式，系统结合避难层的设置将各区水泵分别串联加压，以满足各分区的消防供水要求。本工程按照此系统

8、可分为高、中、低三个区。地下二层十三层为低区，十四二十三层为中区，二十四层以上为高区。低区消防给水由设于24 层的消防转述水箱供给，中区、高区均由设于二十四层避难层内的串联消火栓给水泵及100m3串联用消防水箱供给。各分区消火栓系统压力由各分区的稳压设备及消防水箱实现。对于超过消防车压力范围的中、高区，可在中、高区消防水泵接合器处设置加压泵，此加压泵的启动与设置在水泵集合器后官网上的水流指示器联动，从而确保消防车能够与加压泵串联工作，向高区加压供水。系统设置如附图3 所示2与前两种供水方案相比， 此方案增设了转输供水系统， 因而系统构成相对比较复杂，火灾时同时启用的用电负荷较大，设备分散， 前期投入和后期管理的要求较高。 但该系统安全性较高，随着消防设备性能近年来的逐步提高， 串联分区供水设计方案理论上在建筑高度低于 180 米的超高层建筑中逐步被并联分区供水取代。3 结语通过对该超高层建筑消防给水系统设计与讨论， 形成如下几点结论：（ 1）结合本工程比较与讨论，超高层建筑消防给水系统不宜采用减压阀减压分区。（ 2）超高层建筑消防给水系统可结合建筑物高度，低于180 米的建筑宜采用并联分区给水系统供水；超过 180 米的建筑宜采用串联分区给水系统供水。近年来，随着中国经济的发展，土地资源越来