超高层建筑消防给水设计分析

超高层建筑消防给水设计分析

陈浩明

广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510000

摘要：通过分析规范对超高层建筑消防给水系统的要求，分析消防给水系统的设计方案。通过对不同系统分析，结合建筑实际情况选择出相对合理、可靠以及经济性突出的消防给水系统。

关键词：超高层建筑；消防给水系统；

1 确认消防给水系统。

根据建筑防火规范《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018）年版第8节消防设施的设置。根据内容可以确认，超高层建筑通常需要设置室外消火栓、室内消火栓、自动灭火系统，其中自动灭火系统除不宜用水灭火的位置外优先考虑自动喷水灭火系统。其余灭火器 气体灭火等相关系统本文不展开介绍。

2 消防水源、消防用水量的确认。

确认消防用水量，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）表3.3.2、表3.5.2以及表3.6.2 可以确认项目室内外消火栓流量以及持续时间，喷淋流量以实际计算为准本文不做详细介绍。

3 室外消火栓系统比选。

确认消防水源后，本文只考虑市政自来水作为消防水源，异地水源不在本文谈论范围。确认消防水源以及压力后可以先确认室外消火栓系统。根据消水规6.1.3条如下：

6.1.3 建筑物室外宜采用低压消防给水系统，当采用市政给水管网供水时，应符合下列规定：

    1 应采用两路消防供水，除建筑高度超过54m的住宅外，室外消火栓设计流量小于等于20L/s时可采用一路消防供水；

    2 室外消火栓应由市政给水管网直接供水。

1）低压消防给水系统

按照上述条文确认，超高层建筑室外消火栓系统结合市政水源情况，优先考虑采用低压消防给水系统。若采用低压给水系统需要除满足消水规上述要求外同时需要复核市政自来水的供水压力。根据消水规7.2.8： 当市政给水管网设有市政消火栓时，其平时运行工作压力不应小于0.14MPa，火灾时水力最不利市政消火栓的出流量不应小于15L/s，且供水压力从地面算起不应小于0.10MPa。市政水源除满足两路消防供水外同时需要复核供水压力，一般市政水表组采用低阻力倒流防止器情况下水损约为5m，火灾时管道沿程损失以及局部损失按照实际计算为准，一般约为10m。结合末端供水压力不应少于0.10MPa，这需要市政压力一般不少于0.25MPa。

2）临高压消防给水系统

若项目水源无法满足低压系统的要求，室外消火栓考虑设置临时高压系统。室外消防水池由于取水口设置高度要求，参考图集15S909《消防给水及消火栓系统技术规范》图示做法，室外消防水池需要设置在地下5m及以上。结合上述要求，室外消防水池、泵房可以在地下一层设置的临高压系统为常见做法。

3）常高压消防给水系统

除超高层住宅外，大多数超高层的公建多为地标性建筑，项目本身占地不大地下一层以及裙楼部分多为商业价值较高的位置。放入有效容积为432m³的室外消防水池以及水泵房，经济性较差。此时室外消火栓系统可以考虑设置常高压系统，由于超高层建筑公建按照规范要求 第一个避难层的楼地面至灭火救援场地地面的高度不应大于50m。在第一个避难层设置室外消防水池的常高压系统虽然增加土建的成本，可是节省了设备房的面积，以及在避难层设置经济性无疑要比建筑黄金楼层设置高很多。

室外消火栓常高压给水系统原理图

结合上述分析，室外消火栓系统市政条件允许的情况下优先采用市政直供的低压系统，市政条件不满足低压系统以及地下室面积有富余的情况设置临高压系统，市政条件不满足低压系统以及地下室面积没有富余的情况在避难层设置常高压系统。

4 室内消火栓系统比选。

与一般建筑不同，超高层建筑由于建筑高度大，室内消火栓系统工作压力相对一般要比普通建筑大很多，考虑到系统产品承压能力、阀门开启、管道承压、施工和系统安全可靠性。高层建筑设计需要考虑分区供水，分区供水的设计依据主要为《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014第 6.2.1条、6.2.2条，内容如下：

6.2.1符合下列条件时，消防给水系统应分区供水：

    1 系统工作压力大于2.40MPa；

    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1.60MPa或喷头处的工作压力大于1.20MPa。

6.2.2 分区供水形式应根据系统压力、建筑特征，经技术经济和安全可靠性等综合因素确定，可采用消防水泵并行或串联、减压水箱和减压阀减压的形式，但当系统的工作压力大于2.40MPa时，应采用消防水泵串联或减压水箱分区供水形式。

1）消火栓给水泵出口压力计算：

H=∑H + Hxh + Z

∑H为管道总水头损失，Hxh为消火栓栓口动压，取0.35MPa，Z为高差静扬程：。

H为水泵扬程。

2）临高压给水系统-消火栓水泵直接供水

结合规范条文以及消防水泵的计算公式，若系统工作压力不大于2.40MPa。扣除消火栓栓口压力，管道总水头损失，建筑高差约为不大于160m，扣除地下室高度，建筑高度不大于150m可以建议设置消防水泵直接供水的临高压系统，相对于消防水泵串联供水或减压水箱供水的系统。直接供水的系统节省了转输水箱以及水泵的面积，系统简单以及经济性好。

3）临高压给水系统-消防水泵串联供水

建筑高度大于150m则需要考虑应采用消防水泵串联或减压水箱分区供水形式，结合避难层高度以及区域压力要求，串联消防水泵一般可设置在第三个避难层第大约是在150m左右的高度。串联水泵按照直供方案供水高度约为150m，两者叠加消防水泵串联供水可以考虑建筑高度为300m左右的超高层建筑。可是考虑到《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018）年版第1.0.6 条建筑高度大于250m的建筑，除应符合本规范的要求外，尚应结合实际情况采取更加严格的防火措施，其防火设计应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。超过250m的建筑需要设置加强措施，临高压给水系统-消防水泵串联供水系统合理设置的高度为150至250m之间。

4）常高压给水系统-减压水箱分区供水

根据上面论述高度超过250m的建筑筑需要设置加强措施，利用重力供水的常高压系统则要比使用水泵机械增压的临高压系统更加可靠。屋面设置项目的消防水池。在根据建筑物高度建议在第二个或第三个合理设置减压水箱，避免系统超压。同时由于靠近屋面的楼层依靠重力无法满足系统压力要求，常高压系统屋面最高分区需要考虑设置临高压系统，屋面增设增压水泵以及对应的稳压设备，设备只服务屋面水池水头无法满足的范围，其余位置均由屋面消防水池直接供水。

5 自动喷水灭火系统比选。

由于自动喷水灭火系统工作压力，保护范围基本与室内消火栓一致，在超高层建筑里面设置机房的位置比较集中在地下室、避难层以及屋面。自动喷水灭火系统的系统方案设置可以与室内消火栓做法一致，两个系统合用水池以及设备房，方便日后使用以及管理维保。这里推荐除特殊情况外

6 结语

结合上述分析，超高层建筑建议分成3类选择系统方案，1.高度在100m~150m范围，推荐采用消防水泵直接供水的临时高压系统，此系统相对构造、以及控制简单，成本相比也低于其他方案。2.高度在150m~250m范围，推荐采用消防水泵串联供水的临高压给水系统，此系统在不失可靠性的前提下结合经济性角度出发是一个比较合适的方案。3.高度≥250m，由于建筑物整体高度大，设计时应该考虑加强，由重力直接供水相比机械增压更加可靠的常高压系统建议作为首选的方案。

参考文献

[1]《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014

[2]《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018）年版

[3]王波郑雪梅王靖华超高层建筑消防给水系统设计优化探讨[J]给水排水.2022,58(05)