超限高层消防给水设计的特点

　　0.前言

　　根据“高层民用建筑设计防火规范”GB50045-95(2005年版)，1.0.5条提出，当建筑高度超过250m时，建筑设计采取的特殊的防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。在此我们将建筑高度超过250m的高层称为“超限高层”。随着我国综合国力的增强，这类高层目前在我国已有20多座，已经建成的有420m的金茂大厦、492米的上海环球金融中心，在建的有南京紫峰大厦、广州西塔等，本人有幸参加了其中几幢超限高层的消防给水设计，从中也调研了其它的一些超限高层设计，想将一些体会供各位设计同行探讨。

　　一、消防给水系统的选择

　　消防给水系统按压力可分为高压制和临时高压制，按给水方式可分为串联和并联，按供水设备可分为重力式和压力式，将这些系统再相互结合后，各类系统不下10多种。就目前已经建成或在建的超限高层来看，也有多种形式，见表-1。

　　1、高压制和临时高压制

　　由于城市消防车供水能力的限制和超限高层建筑的重要性，许多大楼采用了更为安全可靠立足自救的重力式高压制消防给水方式，尤其是近期所设计的项目中更是趋向于使用这种供水系统。在火灾时，不需要水泵进行供水，这种系统无论平时还是火灾时，均处于工作压力的状态，所以这种系统更安全、可靠。但受建筑的限制，高位水箱不可能保证建筑最上面几层消防设施的压力，所以这几层往往要采取临时高压系统。就目前设计的项目来看，上面几层多为一些零散的机房和少量的功能用房，对于有效多人员密集的场所，还是要尽力说明建筑调整功能布局，以使高位水箱能最大程度地保护危险区域。

　　2、串联和并联给水

　　超限高层由于楼高的特点，一般均采用串联供水系统，目前，400米以上的高楼，全部采用了这种方式，这主要是基于城市消防车供水压力的考虑。串联供水压力的对超高层而言，减少了竖向立管，使消防泵压力和管配件压力减小，增加了系统使用的可靠性。为了防止减压阀和水泵出水止回阀的失效，而产生的串压问题，建议上一级消防泵不要直接抽吸下一级消防环网的水，而改从分级消防水箱吸水，将各级的压力隔断，使系统处于安全状态。并联给水系统的消防泵一般集中布置在地下室，不占用楼层面积，各区相对独立运行，设备相对集中，维护管理方便，但高压泵的压力过高而带来不利的因素，所以一般还是要结合避难层，设置转输水箱和水泵，与其如此，还不如高、低区均串联供水。并联供水还存在立管多，占用有限的平面空间。所以要在超限高层中采用并联系统要综合比较后慎重使用。

　　3、水箱和消防水泵

　　水箱和水泵是超限高层设计中必须的，只是注重点不同而已。对重力系统是将消防贮水全部放在高位水箱内，即室内各消防给水系统作用所需的水。而临时高压系统则注重于消防水泵，火灾时由水泵抽吸水池或管网的水进行加压后供给消防系统用水，由于后者在火灾时需要借助于电力才能实现供水，而前者只是依据物理原理而进行，显然前者要更安全、可靠，这也正是为什么超限高层采用重力供水系统越来越被人重视的原因所在。

　　二、消防给水系统中应考虑的几个问题

　　1、水源

　　超限高层对水源的要求是很高的，它必须保质保量。根据“高规”第7.3.1条规定：从两条市政给水管引入，并在室外布置成环状，当其中一条发生故障，其余进水管仍能保证全部用水量时，可以不设置消防水池，由消防水泵直接从管网抽水。尽管如此，我国许多地方，由于考虑到市政管网的安全可靠性存在问题，所以一般还是要求超限高层的消防水池要贮存足够的水量，这点与国外的规范也是相符的。从表-2可以看出，上海环球金融中心的消防水池贮水最少，仅100m3，这是基于陆家嘴地区安全可靠的供水基础上;而处于同一地区的上海广播电视塔等众多超高层项目，甚至连水池也没有设置，但从安全角度出发，还是设置为好，最少不少于0.5小时的消防用水量。

　　2、水箱

　　水箱内的水对消防给水系统而言是一种可靠的水源。我们平时设计一般工程时，通常根据“高规”第7.4.7.1条，最多设置18m3的水箱。但从目前国内外的超限高层来看，要远大于这个量(上海环球金融中心18m3的贮水只是一个特例)。一般，临时高压系统取大于18m3的量(NFPA规定0.5小时的量)。重力供水系统例如上海金茂大厦，取126m3的量，这是由于我国当时没有这方面的经验，才参照NFPA标准的。而实际上重力给水系统应该是贮存全部的消防用水量。

　　作为一种安全的水源，水箱还必须有安全的水压，所以“高规”第7.4.7.2条要求超高层建筑静水压力不应低于0.15Mpa，否则要求设置增压设施。这就要求重力供水系统必须保证所服务区域的消防系统所需要的最低工作压力。而实际上，超限高层的重力供水系统所服务区域的最上面几层，由于压力无法满足，而只能设计为临时高压系统。

　　由于高度原因，超限高层中一般均设有中间转输水箱，通常均按≥60m3容积进行设计，即0.5h-1h的消防用水量。

　　3、系统的减压

　　无论串、并联系统，每个区都存在着必须减压分成2-3个小分区的问题。现在一般建议不要超过2.4Mpa的工作压力，否则系统中的管、配件都会难以承受。因此这就成为串联泵分级的依据。根据“高规”7.4.6.5条：如果消火栓栓口的静水压力大于1.0Mpa，应进行分区给水;喷淋系统报警阀承压一般在1.2Mpa以内，超过此压力值也应进行分区给水。分区的方式可以是设置减压阀进行，也可以通过设置减压水箱实现。二者主要优、缺点见表-3，

　　对于超限高层而言，串压是一个比较严重和值得关注的问题，所以在建筑及资金条件许可的情况下，应优先考虑设置减压水箱。

　　4、水泵接合器

　　并联给水系统一般要求每区均设置各自独立的水泵接合器，目前国内的消防车最多能达到180m高度，所以采用并联分区一定要结合当地消防车所能到达的高区进行并联供水区域的设置。

　　串联给水系统则要求下区设置水泵接合器。在超限高层中，分区时上区还应考虑城市消防供水的可能性。

　　重力系统通常都是串联系统，设置减压水箱，从理论讲只要没有特别意外的事故发生，消防的水还是能够保证的，对水泵接合器的要求并不高。如果要在下区设置水泵、水泵接合器，也应接在重力水箱的出水管上，而不是通常的系统中，原因在于系统的水通常是不进水箱的，而上区消防水泵是吸水箱的水，所以当上区失火时就应保证下区水箱要有充足的水。除非水箱出水管上不设置止回阀。是否应取消止回阀也是值得考虑的。

　　对于重力系统的转输水箱，可以适当加大容积，如南京紫峰大厦有350m3，它能够很好地担负起上级消防系统的供水问题，所以我们在水箱上特地引出输水泵的快速接口，在上区管网上设置水泵接合器，这样就可以起到快速输水至上区水箱的作用。

　　5、系统中的阀门选择

　　⑴　在上一节中，我们已经提到了重力系统的水箱出水管上，是否需要设置止回阀的问题。水箱已经贮存了足够的消防水量，也不用担心会有消防水误入水箱导致减少系统的供水能力，所以出水管上只要设置检修阀就可以了。

　　⑵　在临时高压系统中，除了喷淋报警阀前、后和阀体之后的管道上的阀门要求需设置信号阀外，其它消防给水系统，只要设置普通的检修阀就可以了。但在重力系统中，一般要求尽可能设置信号阀，以免误动作，如：上海金茂大厦中，所有的消防给水系统中的阀门均为信号阀。但由于信号阀的价格相对较高，一般项目难以接受，所以在有些项目中我们采取有选择地在一些系统的重要部位进行设置。如：南京紫峰大厦，除喷淋系统按要求设置信号阀外，还在重力水箱的出水管上，消火栓系统的引入总管上，加设了信号阀，换言之除了消火栓系统外，在其它部位均设置了信号阀。

　　⑶　电动阀的设置。在重力系统中，当喷淋动作了1小时后，就不起作用了，此时如不切断喷淋系统的供水，就会使水箱中的水不足以提供给消火栓系统用，因此有必要在喷淋报警阀前设置电动阀，在1小时后自动关闭(当然也可以手动关闭)。

　　当然还有必要在减压水箱的进水管上设置电动阀，因为有时在液位进水阀失灵时，就可以通过报警信号，及时关闭电动阀来减少不必要的水源浪费。