超高层办公楼消防给水系统设计选型,选方案很重要,这3点更重要

工程概况

该项目位于江西省南昌市红谷一路以西， 红谷二路以东， 项目地块 由 2 层 地 下 车 库 ( 负 二 层 标 高－ 8. 9m) 、1 栋 39 层 超 高 层 办 公 楼 ( 建 筑 高 度162. 7m， 其中十一层、二十层、三十层为避难层) 、1 栋高层办公楼、5 栋高层住宅( 高层办公、住宅建筑高度介于 78. 0m ～ 99. 95m) 、4 栋多层住宅， 以及沿街商业、农贸市场、配套设施等组成。

项目总建筑面积17. 7 万 m2， 建成后由同一物业进行管理。项目自红谷一路、红谷二路分别引入一根 DN250 市政给水管网， 市政供水压力为 0. 28MPa。

消防给水方案选型分析

该项目的市政给水引入条件满足室外消防用水要求， 因此室外消防用水由市政管网直接供给。下文主要对超高层办公楼的室内消火栓给水系统展开讨论。

《消防给水及消火栓系统技术规范》 ( GB50974 － 2014) ( 下文简称《消水规》) 第 6. 2. 1 条规定， 下列情形的消防给水系统应进行分区给水: ①系统工作压力大于 2. 4MPa; ②消火栓栓口处静压大于1. 0MPa; ③自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于 1. 6MPa 或喷头处的工作压力大于 1. 2MPa。

该项目超高层建筑高度达 162. 7m， 因此应对消防给水进行分区。结合业内常见超高层建筑消防给水分区方式， 拟从以下 3 种备选方案中选择: 并联式消防给水系统、重力式消防给水系统、串联式消防给水系统。树上鸟教育给排水设计杨老师。

（1）方案一: 并联式消防给水系统

该方案对项目各竖向分区分别设置独立消防水泵向消防管网供水， 或项目仅设置一套消防加压泵，各分区消防给水经减压阀减压供水。

采用并联式消防给水系统时， 各分区消防供水相互独立， 消防水泵集中布置于 B2 层消防泵房内， 节省占地面积， 管理维护方便。此方案不需要在避难层内设置消防水泵及转输水箱等设施， 可扩大设备层的有效使用面积， 避免了水泵等机械噪音。

超高层办公楼屋顶停机坪消火栓出水口标高为163. 1m， 经计算消防给水设计压力约为 2. 29MPa。结合《消水规》中第 5. 1. 6 条的规定: 消防水泵零流量时的压力不应大于设计工作压力的 140% ， 且宜大于设计工作压力的 120% 。此方案选用的消防水泵零流量压力将大于 2. 4MPa， 不满足规范要求。此外， 并联式消防给水系统随着分区消防水泵扬程的增大， 势必提高消防供水管网及阀门附件的承压等级， 对设备安装要求高， 系统将长期处于高压状态， 一定程度上增大了安全风险。因此， 该项目不采用此方案。

（2）方案二: 重力式消防给水系统

该方案于超高层建筑的屋顶设置高位消防水池，水池的有效容积满足项目火灾延续时间内室内消防用水的总用水量， 除超高层建筑的最高消防分区( 楼层标高 99. 7m 以上分区) 由设置于屋顶的消防水泵加压供给， 其它消防分区通过高位消防水池或设置于避难层的减压水箱重力作用直接对建筑物内部的消防设施进行供水。火灾时， 高位消防水池的消防补水由地下 ** 消防转输水泵供给。

采用重力式消防给水系统时， 除最高消防分区的其它消防分区能始终保持满足水灭火设施需要的工作压力和流量，发生火灾时，系统可迅速启动并投入灭火， 可避免机械故障和火场供电中断对消防供水系统的影响， 且此系统简单稳定， 对消防管网及阀门附件承压能力要求不高。

考虑到项目建筑多达 13 栋， 超高层建筑设置于总平面的端部， 高位消防水池将负担消防的建筑数量过多， 供水较远， 不够合理安全。而且， 作为整个项目的消防水源， 此方案需要超高层办公楼于前期全部完成施工， 消防系统方可投入运行， 而该项目超高层建筑计划于二期建设。因此， 该项目不采用此方案。

（3）方案三: 串联式消防给水系统

该方案通过在避难层设置转输水箱和消防泵供给超高层建筑楼层标高 99. 7m 以上分区的消防用水。此标高以下部分的消防给水由设置于 B2 层的消防水池及消防泵房供给。消防泵房内设置消防转输水泵， 火灾时， 避难层消防转输水箱的消防补水由消防转输水泵供给。

采用串联式消防给水系统时， 系统工作压力较低， 消防水泵功率较小， 对系统管网及阀门附件承压能力要求不高， 整体消防给水系统可靠性强。同时，超高层办公楼夜间人员较少， 对环境噪音要求相对较低， 为在避难层设置消防设备提供了条件。

从项目整体上考虑， 地块内仅一栋超高层建筑，其它建筑的建筑标高介于 9. 4m ～ 99. 95m 之间。将超高层办公楼 99. 7m 以上单独划分为一个消防分区，有利于整个消防系统的控制及管理， 更为合理可行。因此， 该项目采用此方案。

消防给水系统设计

（1）设计水量及消防水池

该工程消防设计水量按一类高层建筑计算， 同一时间发生火灾次数为 1， 室内外消火栓火灾延续时间为 3h， 自喷水灭火系统火灾延续时间为 1h， 柴油发电机房水喷雾灭火系统火灾延续时间为 0. 5h。消防设计水量如表 1 所示。

于 B2 层设置有效水量为 576m3 的消防水池， 消防水池分设两格， 设置连通管。消防水池设置溢流和排水设施， 间接排水。消防泵房、消防控制中心内设置显示消防水池水位的装置， 设置最高和最低报警水位。

（2）系统竖向分区

将超高层办公楼的消火栓给水系统分为 3 个区:B2 － 11F 为低 I 区; 12F － 24F 为低 II 区; 25F － 39F 为高区。低 I 区和低 II 区统称为低区， 由设置在 B2 层的消防水泵提供火灾时所需用水， 其中低 I 区消火栓用水由减压阀减压后供水; 高区系统由设置于 30F 的消防水泵提供火灾时的用水量。具体分区情况如表 2 所示。

分别于总平面适当位置设置 7 处( 每处 2 组) 低 I区水泵接合器、6 处低 II 区水泵接合器。水泵接合器设置位置便于消防车使用， 距室外消火栓的距离为15m ～ 40m。

超高层办公楼消火栓系统简图如图 1 所示。

（3）消防转输系统

该工程于 B2 层消防泵房内设置 3 台消防转输水泵， 2 用 1 备， 转输水泵流量均为 40L /s。水泵出水管于泵房内形成 DN200 的环状管网， 由环状管网上引出 2 路 DN200 消防转输用管， 供给 30F 消防转输水箱。于总图适当位置分别设置 3 组消火栓系统转输泵水泵接合器; 在转输泵房内设置 2 组高区室内消火栓水泵接合器， 转输干管上预留 2 处手抬泵接口， 火灾时通过接力泵实现接力给水。

转输水箱有效容积为 60m3， 转输水泵仅在初次注水或发生火灾时启用， 平时由于系统内各设施、部件的渗漏及蒸发等引起的水位降低由生活给水管补给。

考虑到火灾初期转输水量一般大于输出量， 可能造成消防水量溢流损失， 甚至影响到整个消防系统的正常运行; 而最大口径的普通地漏排水能力一般，难以解决此问题。因此， 从系统安全角度出发， 在消防水箱间内设置一尺寸 3m × 1m × 1m( 长 × 宽 × 高)的不锈钢溢流水箱， 承接转输水箱的溢流排水， 并在水箱底部设置 3 个虹吸雨水斗， 达到快速排除全部事故溢流水量的目的。溢流排水管道接至 B2 层消防水池， 虹吸雨水立管在进入消防水池前采取消能措施。

（4）消防高位水箱

该工程低区消防系统、高区消防系统的高位消防水箱合并设置于超高层办公楼屋顶， 消防水箱有效容积为 100m3， 最低有效水位标高 163. 5m。

高位消防水箱最低有效水位与高区消火栓系统最不利点处静水压力小于 0. 15MPa， 因此在设备平台上设置 1 套室内消火栓增压稳压设备， 以满足最不利点处静水压力的要求。稳压泵设计流量取 1L /s， 并保持消防系统最不利点处灭火设施在准工作状态时的静水压力大于 0. 15MPa。

对于低区消火栓系统， 自高位消防水箱内引出DN100 管道， 接至 24F 顶部消火栓系统干管。引入管在接入干管前设置可调式减压阀组， 阀后静压保持低区消防系统最不利点处静水压力满足规范的要求。

（5）水泵选型及系统工作压力校核

《消水规》中规定， 消防水泵扬程计算公式如下:

经计算， 该工程消火栓系统参数如表 3 所示。

消火栓水泵满足《消水规》对水泵零流量时压力为设计压力 1. 2 ～ 1. 4 倍的要求。同时， 《消水规》规定: 当水泵出流量为设计压力 150% 时， 其出口压力不应低于设计工作压力的 65% 。综合以上， 项目在比选市面上不同类型消防水泵样本的性能曲线后， 最终选用离心泵作为项目消防用泵。

该项目室内消火栓系统为采用高位消防水箱稳压的临时高压消防给水系统， 系统的工作压力为消防水泵零流量时的压力与水泵吸水口最大静水压力之和。消火栓系统工作压力的计算如表 4 所示。

消火栓系统工作压力满足规范要求。

结论

( 1) 超高层消防系统的竖向分区， 应结合工程具体情况， 从项目整体出发， 综合考虑项目内各楼栋情况， 从技术安全可靠性以及经济合理性等方面综合比选。

( 2) 为提高转输系统的安全稳定性， 对于转输水箱的溢流排水， 建议采用设置集水槽或集水坑形式排放， 并将排水引至 ** 消防水池， 引入水池前设置消能措施。

( 3) 消防水泵零流量压力值对整个系统的工作压力影响大， 项目应综合比对， 选择合适零流量压力比值， 以满足规范要求。

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