【给排水精品案例】第二十七期：华东院献上！天津超高层中央商务区消防给排水设计

1、工程概况

本项目位于天津市中心城区西南部，外环线绿化带外侧，与发展中的第三高教区相邻，是天津新技术产业园区的重要组成部分。地处京津发展轴，与中心城区唇齿相依，临近高速公路、铁路枢纽、航空港及海港。

距天津市中心城区的核心区仅9公里，交通十分便利，具有优越的地理位置和区位优势。

整个中央商务区的基地面积为325492.4 平方米，其中一期基地面积为100040 平方米，由以下部分组成以下五部分组成：

1、117塔楼（117层，建筑高度596.55m）；

2、东西商业廊 (2层，部分为3层，建筑高度 22.7m)；

3、总部办公楼E（37层，高建筑高度182m）；

4、精品商业（2层高，建筑高度 14.6m）；

5、地库（3层，另加1夹层）主要为机动车及非机动车库、六级人防及设备用房，另外设有商店、餐饮、溜冰场、KTV、电影院及保险库。

图1.天津高新区西南向鸟瞰图

117塔楼是一幢以甲级写字楼为主，集六星级豪华酒店及其它设施于一体的大型超高层建筑，总建筑面积为370,000平方米，建筑物高度约597米，共117层，另有3层+1夹层地下室。

塔楼楼层被划分为两种主要功能，7层至92层将用作甲级写字楼，94层至顶层将用作六星级豪华酒店，其中最高的两层为观景台及特式酒吧。塔楼共设11个避难层，分别位于6F、18F、32（M）F、47F、63（M）F、78F、93（M）F、105F。117塔楼在东西侧附有4层高的裙房，高度约34米，与商业廊连接相通。

裙楼主要功能为写字楼及酒店电梯大堂；3层至4层东侧为附属酒店的高级餐饮，宴会厅及会议室；3层西侧为裙房独立餐饮区；5层为裙楼屋顶，为附属酒店的高级餐饮及空中花园。

2、消防系统介绍

2.1 消防设计概念

本项目考虑以自救为主。

包括: 

建筑物耐火等级必须达到一级; 设有先进、完善的自动消防报警与联动系统；

设消火栓系统和自动灭火系统; 

设安全可靠的紧急疏散与救援设施。

基地内室外消火栓系统按一次火灾考虑。由北侧规划路和南侧海泰东西大街丰和大道市政给水总管上引入一根DN300进水管，上设DN300倒流防止器和水表计量后，在基地内形成 DN300供水环网。

室内分为商业裙楼、精品商业及地下室消防系统、117塔楼消防系统以及总部办公楼E消防系统三个独立的消防系统。分别从基地内市政给水引入管上引出两根 DN150进水管，进水分别接至其在地下三层的消防及冷却补水合用水池。其中商业裙楼、精品商业及地下室消防系统为一次泵临时高压系统，总部办公楼E消防系统为串联式临时高压系统，117塔楼消防系统为临时高压系统与重力供水系统相结合的消防供水方式。

本文主要介绍117塔楼的消防供水系统。

图2.117塔楼剖面图

2.2 117塔楼消防用水量

地下三层设117塔楼消防及冷却补水合用水池（总储水量1000m³，其中消防储水量720m³，分成两格，满足在火灾延续时间内3小时室内消火栓消防和1小时自动喷水灭火用水量的要求），并有保证消防储水不被挪用的措施。分别在 18F、47F、78F和 105F设置消防中间转输水箱（兼做减压水箱），储存100m³消防储水量。

在 117塔楼屋顶另设 576m³屋顶消防水箱（满足塔楼火灾延续时间内 3小时室内消火栓消防和1小时自动喷水灭火用水量的要求）。

表1 117塔楼消防用水量

2.3. 室外消火栓消防系统

室外消火栓消防系统采用低压制，并尽量利用本项目周边范围内的市政消火栓。

由基地内形成的 DN300环网供水，在总体适当位置和水泵接合器附近接出室外消火栓，供消防车取水。

各消火栓间距不超过 120米。

2.4 室内消防系统

本项目在扩初时的消防设计方案是通过中间转输水箱串联、消防泵加压给水的临时高压系统。

通过消防评审会的专家建议，消防系统改为重力供水系统。临时高压系统对于高度大于250m的超高层建筑，因各级中间（屋顶）水箱容积无法满足火灾延续时间内的用水量，存在多级转输对系统联动控制及电源可靠性的要求极高，故对于此类超高层建筑，采用将消防用水量存于顶部的重力供水的常高压系统就更为合理。

该系统无论平时还是火灾时，系统均处于工作所需压力状态，系统供水稳定，因此大大提高了系统的安全性。

在重力供水的消防系统设计过程中进行了两个方案的比选：

方案一，串联整个消防系统的中间转输水箱和减压水箱分开设置，各60m³，系统通过减压水箱进行分区，详见图3；

方案二，中间转输水箱和减压水箱合并设置，通过减压阀控制系统分区，详见图4。

图3.方案一

图4.方案二

表2. 方案一与方案二的对比

结合项目实际情况，由于设备机电层的设置层数限制，经过与建筑、结构专业的沟通、协商，最终采用了占地面积更小，分区设置更为灵活的方案二。

2.4.1 室内消火栓消防系统

地下三层至裙房5F以及塔楼 114M2F以上采用临时高压系统，6F~114M2F采用重力供水系统。

通过设在B3、18F、47F、78F及105F设备层转输泵（与自喷系统合用）逐级加压供水至屋顶消防水箱。系统同时利用减压阀及8F、47F、78F及105F水箱减压，控制系统分区压力不大于1.0MPa。114M2F以上由于屋顶消防水箱无法保证栓口工作压力，故在 117MF消防泵房设置该区消火栓消防加压泵两台（一用一备）、增压泵两台（一用一备）及300L气压水罐一个满足火灾时的系统水压要求。

地下三层至裙房5F消火栓系统水源由设于 B3消防水池及消火栓加压泵（一用一备）供给，火灾初期消防用水量由18F设置的100m³消防转输水箱重力供给，用以维持消火栓系统管网压力。

室内消火栓消防系统分区详见图5。

图5.117塔楼室内消火栓消防系统分区示意图

2.4.1 自动喷水灭火消防系统

地下三层至裙房5F以及塔楼 112F以上采用临时高压系统，6F~111F采用重力供水系统。

通过设在 B3、18F、47F、78F及 105F设备层转输泵（与消火栓系统合用）逐级加压供水至屋顶消防水箱。系统同时利用减压阀及 18F、47F、78F及 105F水箱减压，控制系统分区压力不大于1.2MPa。

自动喷水灭火消防系统分区详见图6。

图6.117塔楼自动喷水灭火系统分区示意图

3、117塔楼消防系统控制

（1） 临时高压消防系统

114M2F及以上楼层消火栓系统由设在消火栓箱内的按钮远程启动消火栓主泵，112F及以上喷淋系统由报警阀组的压力开关联动开启其喷淋主泵，如消防主泵发生故障则自动切换到备用泵。

消防稳压泵的启动压力值、消防稳压泵的停止压力值和联动消防泵的启动压力值得差值不应小于0.05MPa。

（2） 重力供水消防系统

当6F～114M2F消火栓系统中的某个消火栓分区发生火灾时，消火栓动作（同时手动按下按钮报警），由该区域的消防（减压）水箱出水供水，当6F～112F喷淋系统中的某个分区发生火灾时，喷头动作，水流指示器、报警阀延时报警，由该区域的消防（减压）水箱出水供水；

当该区域水箱水位降至低水位时，若此水箱兼做中间转输水箱或为最高处屋顶水箱则优先打开上级水箱补水电磁阀，由上级水箱进行补水（该水箱出水电磁阀打开）；

若水箱水位持续降低，则启动下级转输水泵为水箱补水直至设计水位停泵。

水箱进水电磁阀及转输水泵的开启均依据相应水箱的水位控制。

（3） 所有消防箱内仍需配置按钮，但只有5F及以下、114M2F及以上楼层按钮兼具启泵和报警功能，其余楼层按钮仅具备报警功能。

（4） 117MF屋顶水箱采用液位控泵，当该区域水箱水位降至低水位时，需依次启动 L78、47F、18F、B3消防转输泵，各泵启动间隔时间不大于20秒。

4、117塔楼消防系统设计特点

（1） 塔楼8F、47F、78F及105F设置的100m³中间转输消防水箱，兼做消防减压水箱。

如果该区域发生火灾，除了可以通过上级水箱进行补水，还可以直接通过下级水箱的转输泵直接补水，增加了水箱进水水源。

（2） 在各级的中间消防水箱的重力进水管上设置电磁阀控制进水的同时，也设置了液位控制阀的进水管，以提高进水的可靠性，在重力进水总管上增设减压阀，防止进水的压力过大，对电磁阀和液位控制阀造成破坏，以及进水压对水箱进行冲击。

（3） 提高喷水强度，系统喷水强度均不低于中危险级 II级 。

其中，净空高度<8m场所，设计喷水强度为 8L/min.m²，作用面积 160m²（避难层干式系统为208m²），消防用水量40L/s；

净空高度8~12m 的中庭按高大净空中危险级 II级考虑，设计喷水强度为12L/min.m²，作用面积为300m²，系统消防用水量 80L/s。

（4） 自动喷水灭火系统的喷头均采用快速响应喷头。

除扩展边墙型及净高 8~12m区域采用流量系数 K=115的喷头外，其余喷头流量系数均为K=80。

塔楼 L7以上室内窗口部位增设RTI≤ 50(m.s)^0.5快速响应专用窗喷喷头保护玻璃幕墙（与自动喷水灭火系统合用），喷头与玻璃的水平距离控制在 200~300mm，在火灾时起到阻隔火灾辐射热，降低玻璃墙体的温度，能有效防止因火灾造成的玻璃结构破坏。

（5） 116F（餐厅）、116MF（观景台）、117F（旋转酒廊）属人员密集场所， 设两根喷淋立管，采用环状供水方式，同时要求报警阀组的灵敏度能够满足双向供水时小流量开启的要求（报警阀最小开启流量应小于等于0.63L/s），该种供水方式提高了自动喷水灭火系统的供水可靠性。

（6） 屋顶消防水箱以及中间各级水箱均溢流至下级消防水箱，直至地下室消防水池。该措施在节水的同时，又保证了在进水阀门失效的特殊情况下，造成水渍损失。

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