案例：北京新地标消防给水系统设计

导 读
北京通州彩虹之门项目建筑原方案为两个交叉的环，即双环方案，建设方决定对此环方案进行修改，最终确定为3塔方案。如何将高压消防给水系统与本项目完美结合？和小编一起来看看吧~

本文将对此项目消防水方案设计分析过程、成果以及对于类似项目的设计思路拓展进行探讨。


本项目建筑总面积为65万m2，业态为办公、酒店、公寓、会所、商业及车库。本方案由3座塔楼（北塔、西塔、南塔）、裙房及地下室组成：3座塔楼均为275 m高、62层，每座塔楼面积为12.8万m2；裙房最高处为44.9 m、9层，最低处为23.9 m、3层，面积为6.6万m2；地下室5层，20万m2。每座塔楼设置5个设备层。基本情况见表1。


本项目根据相关规范要求按一次火灾设计，并设置消火栓系统、自动喷水灭火系统、大空间智能水炮灭火系统及水喷雾灭火系统等消防水系统。


每个项目的方案设计，都是一个以项目特点为基础，发现问题，解决问题的过程。下文主要介绍本项目消防水系统几个关键节点的设计思路及确定过程。

2.1水源设置分析
根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974—2014，以下简称“消水规”）相关规定计算，本项目一次火灾室内消防用水量为729 m3，其中消火栓系统40 L/s，火灾延续时间3 h，用水量432 m3；自动喷水灭火系统55 L/s，火灾延续时间1.5 h，用水量297 m3。本项目设置高位消防水池作为室内消防水源，将100%的室内消防水量储存在内。

本项目的基本特点是3座单体建筑高度相同，因此设计过程中第一个问题产生了：高位消防水池集中放在1座塔楼顶部（方案1），还是分散设置在3座塔楼顶部（方案2）更合理？为此，对高位消防水池的设置方案进行了比较，见表2。


根据上述对比，可以看出集中设置1座高位水箱对所在建筑的结构、其他机电系统安装影响较大。而分散设置恰好可以避免这些影响，虽然增加了设备投资和机房面积，但总体而言相对合理。因此，将水池3等分分别设置在3座塔楼的MEP5。

2.2系统分区分析
当确定好“水塔”位置，即解决水源问题后，如何进行分区是第二个重要问题。几层以下可以采用高压消防给水系统，此系统是否需要分区？分析如下：
（1）高压消防给水系统与临时高压消防给水系统分区。笔者认为此项分区的原则是：在系统安全、合理的前提下，使高压系统保护的区域范围最大化。

（2）高压系统分区。由于高位消防水池位于259 m的MEP5，地下5层标高为-23.4 m，高位水池到最低层地面的几何高差为259 m+23.4 m=282.4 m，超过2.4 MPa，按“消水规”6.2.1、6.2.2条规定，需要设置减压水箱，对高压系统进行分区。

那么：①减压水箱设置几级？②减压水箱设置在哪个设备层比较合理？

根据本项目高度及设备层设置位置，减压水箱设置几级的问题，提出两个方案，方案1：设置1处减压水箱，将高压系统分为2个大区，每个大区内静压超过1.0 MPa的区域采用减压阀分区；方案2：设置2处减压水箱，将高压系统分为3个大区，每个大区内静压超过1.0 MPa的区域采用减压阀分区。两种方案优缺点对比详见表3。

经过上述比较，两个方案各有优缺点，都适用于本项目。本项目采用方案1，原因是系统比较简单，越简单的系统则越安全。

对于减压水箱放在哪个设备层的问题，根据表3方案1，高压系统分为两个大区，设计原则是基于设备层位置条件尽量平分高压系统服务区域。本项目中MEP5以下共有4个设备层，考虑到上述平分原则，将位置处于塔楼中间部位的MEP3、MEP2列为考虑对象并进行对比，详见表4。


通过表4的数据分析，将减压水箱设置在MEP3时，两个高压系统分区的服务范围基本相等，符合设计思路，因此确定将减压水箱设置在MEP3。

2.3临时高压系统分析
2.3.1系统消防水泵设置位置
通常情况，在以高压系统为主的项目中，如果设置一个高位消防水池，一般会将顶部临时高压区的消防供水泵设置在高位消防水池旁，消防状态时，水泵直接从水池内吸水供给临时高压系统。


根据表6的结果得出，将临时高压区的水泵及供水水箱的安装在低于高位消防水池7m处时，DN200的连通管补给临时高压系统的流量（42.02 L/s）可以满足消火栓系统设计需求（40 L/s）。根据建筑使用功能等综合考虑，将临时高压区的消防水泵放至MEP3减压水箱间。由于此减压水箱供临时高压系统供水泵吸水，考虑到安全性，有效容积适当扩大至60m3。

2.3.2稳压水箱及稳压设备设置
临时高压系统服务区域（F48~屋顶）高度为275-215=60（m），按“消水规“6.1.13、5.2.1条规定，稳压水箱容积为36m3。稳压水箱及稳压设备设置在62层核心筒内。

2.4转输系统分析
2.4.1转输系统设置形式
本工程转输系统按初次高位消防水池箱补水设计，考虑到项目的安全，补水时间按12 h设计，则转输系统能力为243/12=20.25（m3/h）。由于本工程高位消防水池均分为3座，每座水池补水时间可能不同，因此消防转输系统也分为3套，一一对应。

2.4.2转输水箱的位置
转输系统越简单越好，因此转输级数越少越好。本项目高位消防水池设置在每个塔的MEP5（259 m），地下室消防转输水池及泵房设置在B1（-8.00 m），因此综合考虑两水池之间的几何高度（259 m+8 m=267 m）以及转输水泵功率和扬程，本项目设置两级转输比较合理。


2.4.3转输系统的控制
基于系统需求，本工程两级转输水泵按2级至1级的顺序启动。即：当高位消防水池需要补水时，启动2级泵向高位消防水池供水，然后启动1级泵由地下室消防水池向转输水箱供水。如果相反的顺序启动，转输水箱则可能会溢水。

2.4.4各转输水箱（池）的有效容积
根据“消水规”6.2.3.1条规定按60 m3设计。


基于上述系统中各主要点的方案设计分析结论，经过梳理后，得到方案设计成果，绘制成系统原理，详见图3。依据此系统简图，对系统进行校核分析，讨论系统是否合理安全。


经过分析与计算，本项目采用的以3个高位消防水池的高压系统为主的消防供水系统方案满足本项目的消防安全要求，是合理可行的。


（1）本项目3座“水塔”高压系统为主的消防供水方案，是基于本项目由3座等高的超高塔楼组成的这个特点而“量身订做”的一套系统。每个项目开始设计时，均宜按项目的特点进行综合分析及细致设计，以得到最适合这个项目的系统。


（2）对于那些消防水系统需要设计为以高压系统为主，且与本项目有类似特点的超高层组团项目，其消防水系统也可以采用类似于本项目消防水系统形式。

（3）存在的问题及建议。假设本项目没有裙房，或者连通管只能在地下室敷设，那么本系统的连通管底部压力将超过2.4 MPa，违反“消水规”中关于分区的规定。但笔者认为，随着管材、阀门等产品生产技术日益成熟，以及生产质量逐渐提升，高压力等级（例如4.0 MPa级别）的管材、阀门及附件已经完全可以满足系统安全的要求，规范可以放宽2.4 MPa这个规定。另外，虽然高压力级别的管材、阀门及附件会增加造价，但消防水系统的造价相对结构造价低很多。如果将2.4 MPa这个限制放宽，类似项目的高压消防水系统将可以分散设置高位消防水池，减少减压水箱的设置，反而会降低结构造价，减少机房面积，同时系统安全性并未降低。