高层建筑消防给水系统设计

摘要：消防给水系统是高层建筑消防灭火系统重要的组成部分，对建筑的整体安全及人们的日常生活有着重大影响。本文结合工程应用实例，通过介绍各种消防给水系统的特点，着重分析了高层建筑消防给水系统的设计工作，并给出切实有效的优化措施，以供实践参考。

关键词：高层建筑；消防给水系统；灭火系统；优化设计

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

随着我国社会经济建设步伐的加快，城市建筑行业发展速度也在不断增长，许多建筑在形式和功能上都发生了翻天覆地的变化，一些集科研、实验、会议、展览、办公等多功能于一体的高层建筑物数量日益增加，这无疑提高了对建筑内部消防给水系统运行质量的要求。由于高层建筑的功能愈发多元化，涉及的电器、配套设施也愈发复杂，加上高层建筑容易受到维护管理不善、机械故障、施工操作不当等因素的影响，若建筑内部消防给水系统设计不尽人意，建筑一旦发生火灾就会迅速蔓延，造成不可挽回的损失，并且也会给人们的日常生活带来诸多的不便。因此，建筑人员必须清晰认识到消防给水系统设计工作的重要性，通过不断优化建筑内部消防给水系统的设计，发挥出建筑消防灭火系统的整体性能，从而为建筑提供最大限度的安全保障。

1工程概况

某综合楼建筑，集办公、展示、科研等功能于一体。综合体建筑长212m，宽124m，在大楼的南、北两部分之间设有长103m，宽10m的中庭。

建筑性质复杂，导致了其消防给水系统设计的复杂性和多样性。在该建筑内除设置了常规的室内消火栓、自动喷水灭火系统外，还针对高大空间设置了消防水炮和水幕系统、IT机房设七氟丙烷气体灭火系统、新能源试验室设高压细水雾灭火系统、柴油发电机房设水喷雾灭火系统，并在整个建筑内设手提式或推车式干粉灭火器。本文主要是从各消防给水系统的选择及优化设计等方面进行介绍

2消火栓给水系统

本工程的室外消防最大设计用水量为30L／s，火灾延续时间为3h，由市政环状给水管网提供。室内消火栓系统设计用水量30L／s，火灾延续时间为3h；本建筑内所有区域均有两股室内消火栓保护。

本工程消火栓系统设置的特点是除在建筑四周设室外消火栓外，还在R＆D大楼中庭设置了室外消火栓，这是由于该中庭作为亚安全区，不仅是R＆D南、北楼的疏散通道，还是消防车进出通行对R＆D南、北楼进行扑救的区域。虽然属于室内空间，但是出于方便消防车取水，利于扑救的方面考虑，在该中庭内也设置了室外消火栓。

3系统设置

本综合楼除高度超过12m的中庭及不宜用水扑救的部位外均设自动喷水灭火系统。其中R＆D南、北楼与其之间的中庭采用了玻璃幕墙进行防火分隔，为保证玻璃幕墙的防火时间要求，在中庭玻璃幕墙的内侧(办公室部分)分层按防火分区设水幕系统，对玻璃进行防护冷却保护。停车楼设预作用自动喷水灭火系统，动力中心的柴油发电机房的柴油发电机设水喷雾灭火系统，其余部位设湿式自动喷水灭火系统。

由于项目团队大楼1层中庭高达9m，需按非仓库类高大净空场所设计，系统设计喷水强度6L／(min·m2)，作用面积260m2，该综合楼自动喷水灭火系统设计用水量为34L／s，系统报警阀室分布在各建筑物内。

该综合楼中项目团队大楼部分办公区的防火分区面积超过规范要求，又因为建筑布局的要求无法增加疏散出口，只能通过加强灭火系统的设计，保证建筑内发生火灾时灭火系统快速启动来降低火灾规模。故团队大楼的自动喷水灭火系统采用RTI值不大于50(m·s)0.5的快速响应喷头，以降低灭火系统火灾时的启动时间。

4停车楼预作用自动喷水灭火系统的设计优化

停车楼为地上7层敞开斜楼板式停车楼，属于Ⅰ类车库，建筑耐火等级一级。停车楼标准防火分区面积约为5500m2，每个防火分区设计喷头数约1200只。系统设计喷水强度8L／(min·m2)，作用面积160m2。

(1)该停车楼是开敞式停车楼且，采用湿式系统加电伴热的方案很难保证系统的安全可靠，同时又增加了工程投资，若采用干式系统会增加报警阀的数量，经比较预作用系统既可以解决防冻问题，又可以节约初投资。

(2)据《自动喷水灭火系统规范》(GB50084—2001，2005年版)8.0.9条规定：预作用系统的配水管道充水时间不宜大于2min。为了达到充水时间的要求，采取了减小配水管道容积的方法，首先，报警阀在每个防火分区设置，以便减少报警阀后管道容积；其次，缩小干管管径，增加流速；另外还采取尽量对称布置喷头的方式，减少出流不均带来的阻力损失，以弥补干管管径缩小引起的损失。

(3)系统在配水管道最高点设置快速排气阀，而不仅是在末端设置，否则排气效果不理想直接影响充水时间。

(4)预作用阀前仍为充水状态，在考虑管道及阀门防冻的问题时采用了单独设置报警阀室，内设电采暖的方式。

5固定式消防炮灭火系统

本工程R＆D大楼的南、北两部分之间40m宽的中庭，其顶部为最高22m，最低13m的玻璃弧顶。若设置雨淋系统或大空间智能型主动喷水灭火系统，则巨大菱形玻璃屋面的美观性必然遭到破坏，而且也会给网架的设计带来困难。

因此设计采用了固定式消防炮灭火系统，该系统适用于高度超过8m，且火灾危险性较大的室内场所。又由于固定消防炮的射程较大可以达到65m，安装在南北两个建筑物的侧墙上既可满足规范要求，又可以保证玻璃屋顶的完整、通透。在分析各系统的可实施性后，本设计选择了固定式消防炮灭火系统对中庭进行保护。

固定式消防炮扑救室内一般固体物质火灾的用水量应按2门水炮的射流同时到达防护区任一部位的要求计算。民用建筑的用水量不应小于40L／s。该中庭在南北楼2层的位置设置了8门单门水炮流量为30L／s，最大射程为65m，入口压力为0.9MPa的固定式消防炮。由于南北楼之间连廊的遮挡影响又在南北楼5层的位置上增设了4门单门水炮流量为20L／s，最大射程为50m，入口压力为0.8MPa的固定式消防炮。该系统的设计流量为60L／s，消防炮水平回转角180°，俯仰回转角－85°～60°。

固定式消防炮系统的设计注意事项：

(1)本工程中庭喷水强度应为6L／(min·m2)，作用面积260m2。由于考虑本建筑物内发生火灾属一般固体物质火灾，中庭的可燃物很少，火势的蔓延较慢，又考虑到固定炮的定向性和集中性在260m2范围内的喷水强度一定能大于6L／(min·m2)，故系统的设计流量确定为60L／s。

(2)固定式消防炮的位置选择必须考虑避免环境内物体对于消防炮的遮挡。

(3)考虑固定式消防炮运行时的后坐力对建筑物的影响，避免直接安装在玻璃幕墙、轻钢屋面等不具备承重能力的构件上。

(4)考虑固定式消防炮对建筑物、人体有一定威胁，采用具有雾化功能的消防炮。

6自动扫描射水高空水炮灭火系统

前期策划楼的“V”字型中庭使用了自动扫描射水高空水炮灭火系统。这是由于该中庭高度为27m，面积为100m2左右，并且层层外退。由于高度超过了自动喷水灭火系统能够保护的范围，在设计之初首先排除了自动喷水灭火系统；又因为面积较小使用固定式消防炮较为浪费，而且自动扫描射水高空水炮较固定式消防炮在使用上更安全，外表更小巧美观；再与大空间智能型主动喷水灭火装置进行比较，自动扫描射水高空水炮灭火系统的保护半径更大，可以避免在玻璃顶棚上安装喷头，更能满足建筑美观性的要求。选用的单个水炮流量为5L／s，保护半径为20m，额定工作压力0.6MPa，水炮安装在“V”字中庭的侧壁上，共设置4门，同时工作水炮数为2门，系统工作流量为10L／s。

7气体灭火系统

该综合楼内ＩＴ机房设有管网组合分配式七氟丙烷气体灭火系统。IT机房共分3个防护区，最大防护区体积为2720m3，灭火设计浓度为8％，喷放时间为8s，浸渍时间不小于5min，经计算共需灭火剂1137kg。采用自动、电气手动、机械应急手动等控制方式。

气体灭火系统在设计时已经尽量考虑防护分区划分的准确性、管网布置的对称性、泄压口设置的合理性。由于气体灭火系统管道属压力管道，管材采用内外镀锌的无缝钢管，螺纹连接。

8高压细水雾灭火系统

R＆D大楼北楼电池试验室中环境舱危险等级较高，设备贵重，采用高压细水雾消防形式对环境舱内进行保护。在试验室内布置供水管网，各环境舱内设置喷头。系统供水设备选用容器式，储水箱补水采用市政给水，在储水箱进水管处安装有精过滤器，过滤器滤网的最大孔径低于喷头孔径的80％，单只喷头的最小压力为8MPa，喷水强度为1.5L／(min·m2)，系统的累积喷雾时间480s，采用持续喷雾方式，喷头布置间距为1.5～3m。由于系统工作压力高，设备、管路、阀门等均选择不锈钢材质。

电池试验室环境舱内测试件中含有活泼金属钠，该金属遇水、遇氮等多种惰性气体均会发生反应引起火灾，若采用气体消防仅能使用纯氩气，但氩气灭火系统需要的气瓶间面积较大，氩气购买较困难。高压细水雾虽然也是用水消防，但是由于其喷射的水滴粒径非常小，类似水蒸汽，经过反复试验证明可以用于电池试验室环境舱的灭火。最后经技术和经济比较，选用高压细水雾灭火系统对环境舱进行消防保护。

9消防泵房及消防储水

该综合楼内各消防系统均为临时高压制，各系统加压泵均设在位于动力中心的消防泵房内，各系统消防水箱及增压稳压设施均设在位于前期策划楼最高层7层的消防水箱间内，为了解决消防水箱安装高度不够的问题，选用了运行压力较高的增压稳压设备。

由于该建筑的空调系统采用水蓄冷技术，需在动力中心建2座7500m3的蓄冷水池，本综合楼最大同时使用的消防用水量约为1500m3，包含室内消火栓、水幕系统3h的用水量及自动喷水灭火系统1h的用水量，均储存在这两座水池中，水池设消防水不被动用的措施。消防水池与水蓄冷水池合用后，既减少了初投资，又避免了消防水长期不用，水质变坏的问题。本综合楼在动力中心附近、R＆D中庭内及项目团队大楼东侧均设各消防系统的水泵接合器。

10结语

综上所述，复杂的高层建筑体是建筑行业未来发展的一大趋势，如何设计出符合建筑需要的、综合功能较好的消防给水系统就成为业界人士重点关注的焦点。本工程通过探讨近些年来高层建筑室内消防给水系统设计的主要类型，取得了良好的优化效果，也为高层建筑提供了最大限度的安全保障。

参考文献

[1] 王斌斌.高层建筑消防给水系统设计探讨[J].城市建设理论研究.2013年第10期

[2] 肖潇.浅析高层建筑消防给水系统设计[J].科技与企业.2012年第06期