1972年美国宾夕法尼亚州召开的全球高层建筑会议上，专门探讨了高层建筑的定义问题。会议判定，高度不超过50m，层数9~16层建筑为第一类高层建筑；高度不超过75m，层数17~25层的为第二类高层建筑；高度不超过100m，层数26~40层的为第三类高层建筑；高度超过100m，层数＞40层的为超高层建筑[1]。1976年广州白云宾馆建成，高度115m，主楼33层，自此我国迈入超高层建筑发展阶段。1985年深圳国际贸易中心建成，高度160m，层数50层。自迈入21世纪以来，随着我国城镇人口规模的迅速扩大，建筑高度不断刷新，这就对建筑技术提出了更高层次的设计要求。超高层建筑具有层数多、体积大、功能结构复杂、火灾风险大、社会影响面广、安全要求高等显著特点。给排水设计作为超高层建筑巨人正常运行的基础“血管”，为建筑用户提供着必需的水分和营养[2]。作为社会经济、文化和现代技术的综合产物，超高层建筑受其空间跨度广、楼层高、功能结构复杂、用户数量多等客观因素的限制，救援难度相对较高，一旦出现火灾事故则会引发严重的人员伤亡和经济损失。根据《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）、《消防给水及消火栓系统技术规范) （GB50974-2014），进行超高层建筑给排水及消防设计探索十分必要[3]。
1 工程概述
合肥市某超高层建筑高度161m，地上建筑29层，地下建筑2层。其中多层裙房的1、2层为营业厅，3、4层为会议、培训；塔楼的1～3层为企业展示，4、5层为档案库房，6层为机房，7~15、17~29层为办公，16层为避难层；地下2层为配套车库和相关设备用房。地块相邻市政道路设有雨水、污水、给水干管，供地块内建筑的给排水和消防设施接口使用。街区城市基础设施完善，水质优良，供水可靠，具备建设给排水系统和消防保证体系的扎实基础。本工程从周边两条不同的市政道路上各引入一根DN200的给水管道，在红线内形成DN200的环状管网，为建筑的生活、消防系统提供用水。
2 给排水系统设计
2.1 给水系统
分区
适宜的给水方式是超高层建筑给水系统方案设计的关键内容，其直接关系到建筑用户使用效果及项目造价。结合建筑物内部各个功能区规划情况对静水压的实际要求，采取串联和并联相结合的方式提供水源。生活给水系统共划分成七个区：一区为地下2层及地上3层，由自市政直供水管网供给； 4~8层为二区，9~13层为三区，14~18层为四区，19~23层为五区，24~28层为六区，29层及以上为七区，其中二、三区由塔楼避难层生活水箱供水，四~七区由塔楼屋顶层生活水箱供水。当供水压力＞0.20Mpa时，采取减压阀适当减压。
设置供水设备
地下2层生活水泵房内设置食品级不锈钢生活水箱一座，避难层生活及消防水箱提升泵两台、一用一备，为16层避难层生活及消防转输水箱提供用水。避难层生活水箱间设置食品级不锈钢生活转输水箱一座，生活转输泵两台、一用一备，为二、三区提供生活用水及为屋顶设备层的生活及消防水箱提供用水。屋顶设备层设置食品级不锈钢生活水箱一座，变频调速加压供水设施1套。屋顶设备层生活水箱为四~六区提供生活用水，水箱和变频调速加压供水设施为七区提供生活用水。
（3）水泵配置
地下2层生活水泵房内设置两台变频调速加压供水泵，一用一备。16层避难层设置两台变频调速加压供水泵，一用一备。屋顶设备层变频调速加压供水设备1套，配备3台水泵，二用一备，同时配备气压罐(500L)1台。
2.2 排水系统设计
污水系统
①建筑内采用污废合流制。裙房设置伸顶通气管，塔楼设置专用通气管；排水管采用柔性接口铸铁管。②潜水排污包括下述两种类型，其一，在消防电梯集水坑、坡道入口、设备用房的集水坑内设置大型号的潜污泵，每个集水坑内配置2台潜水泵，运行模式“一用一备，报警水位时两泵同时启动”。其二，在地下室车库区域设置小型号潜污泵。③室外污水系统主要负责转运生活污水，此类污水经立管收集后会排至1层出户，经化粪池处理后排入地块内的污水管网，再排入市政污水管网。化粪池结合实际用户人数进行计算，保持污水停留时间维持在12h内。清掏周期平均为90d。其中，含油污水需要先经过性隔油池处理再排入化粪池。隔油池选型目前主要对象为含食用油的洗碗水、剩饭水等，选用标准如下：池内污水流速≤0.005m/s，池内停留时间控制在10min左右，存油区域容积≥处理池有效容积的1/4，池内残渣量在有效容积中占比10%，平均清除周期6d。
雨水系统
①本工程为重要公共建筑，设计屋面雨水重现期为50年，建筑室外场地雨水的重现期为5年。②本项目屋面雨水采用压力流系统。屋面雨水经虹吸雨水斗、雨水立管和水平干管收集、转输后输送至1层出户，经消能井流入地块内雨水管网，收集后排入地块内雨水收集系统，再排入市政雨水管网。
2.3 群房循环冷却水系统设置
冷却水循环体系流程
体系流程如下：消防水池——循环水补水泵——冷却塔——冷却水泵——电子水处理仪——冷水机组(循环至冷却塔)，该循环体系主要使用的构筑物和设备包括冷却循环水补水泵、冷却循环水泵和冷却塔。
设备配置
①冷却塔：该裙房内设有水冷型集中空调系统，地下2层冷冻机房内配置有2台螺杆型冷水机组，按照“一对一”原则，采取超低噪声方形横流式冷却塔，安置在群房屋中。②冷却循环泵：采取卧式离心泵，装置设备安放于地下2层冷冻机房中，冷水机组和冷却水泵运行采取“开停联动”模式，启动机器时需要先开启冷却水泵，再开启冷水机组，而停机次序则与之相反。③冷却塔补水泵：采用1套变频调速加压供水设备。
3 消防给水配置
3.1 系统配置
该建筑高度161m，高度超过100m，属于超高层建筑，根据超高层综合楼相关消防要求进行消防设置配置设计。结合工程的多元化功能及火灾风险性，设置消火栓、自动喷淋、气体灭火、建筑灭火器及大空间智能型主动喷水灭火设备。其中全楼设置消火栓、建筑灭火器、自动喷水装置，变配电房、档案库房、机房设置气体灭火装置，3层以上通高中庭配置大空间智能型主动喷水灭火设备。
3.2 消火栓系统设置
消火栓用水量
本建筑室内消火栓设计用水量为40L/s，室外消火栓设计用水量为30L/s，火灾延续时间为3h。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一次火灾建筑室内消火栓用水量为432m3，室外用水量为324m3，该建筑地下室消防水池内储存消火栓用水量432m3。
系统设计
该项目室内消火栓给水系统采用临时高压给水系统。根据建筑高度，室内消火栓采用串联分区，分Ⅰ、Ⅱ两个区。其中Ⅰ区为-2~11层；Ⅱ区分为2、3区，2区为12~22层，3区为23层至停机坪层。Ⅰ区由设置在地下2层消防水泵房内的消火栓加压设备和消防水池提供水源。Ⅱ区由设置在屋顶设备层设备用房内的消火栓加压设备和消防水箱提供水源。为了保证消火栓栓口处的静水压力，且每个加压供水体系中配备的供水管网在竖直方向上采取减压稳压阀，将整个供水体系划分成若干独立区段，为后续运行和维修提供有利条件。当消火栓的出水压力＞0.5MPa时，配设减压稳压消火栓，且水枪充实水柱高度≥13m。室外消火栓系统由市政直供管网供水，该设计主要在消防车道沿路边缘地带配备室外地上式消火栓，均匀敷设，消火栓间距≤120m。
设备配置
工程消火栓设备配置如下：地下2层消防水泵房内设置立式恒压切线消防泵两台，一用一备；16层避难层设置立式恒压切线消防泵两台，一用一备，另设置有效容积80吨的消防转输水箱一座，确保Ⅰ区消火栓系统灭火初期用水；屋顶设备层设置消火栓稳压成套设备一套及有效容积18吨的消防水箱1座，确保Ⅱ区消火栓系统灭火初期用水，同时维持Ⅱ区消火栓给水系统管路日常压力。
3.3 自动喷水灭火装置
自喷系统用水量
超高层建筑中地下车库属于中Ⅱ危险级，按照该危险级进行自喷水量设计，喷水强度设计为每分钟8L/ m2，保证作用面积160m2，设计流量为30L/s，火灾延续时间1h。办公楼为中Ⅰ级危险级，设计喷水强度每分钟6L/m2，保证作用面积260m2，设计流量为35L/s，火灾延续时间1h。根据上述设计结果可知，地下室消防水池内的自喷水量储存需达到126m3。
系统设计
该项目自喷给水系统系统采用临时高压给水系统。根据建筑高度，本建筑采用串联分区，分Ⅰ、Ⅱ两个区。其中Ⅰ区为-2~11层；Ⅱ区分为2、3区，2区为12~19层，3区为20层至屋顶层。Ⅰ区由设置在地下2层消防水泵房内的自喷加压设备和消防水池提供水源。Ⅱ区由设置在避难层设备用房内的自喷加压设备和有效容积80吨的消防转输水箱提供水源。为了保证配水管道的工作压力≤1.2MPa，并且满足单个报警阀供水极高位与极低位之间喷头高程差≤50m的要求，同时符合报警阀喷头数量控制要求，每个加压体系的供水管路在垂直方向上均采取减压稳压阀将系统划分成若干个分区供水。报警阀前的各个管网构成了环状网，将阀门分为独立的若干区域，以便后续检修工作高效进行。
设备配置
工程自喷设备配置如下：地下2层消防水泵房内设置立式恒压切线消防泵两台，一用一备；16层避难层设置立式恒压切线消防泵两台，一用一备，另设置有效容积80吨的消防转输水箱一座，确保Ⅰ区自喷系统灭火初期用水；屋顶设备层设置自喷稳压成套设备一套及有效容积18吨的消防水箱1座，确保Ⅱ区自喷系统灭火初期用水。
3.4 大空间智能型主动喷水灭火系统设置
（1）大空间智能型主动喷水灭火用水量
本建筑大空间智能型主动喷水灭火设计用水量为20L/s，火灾延续时间为1h。一次火灾大空间智能型主动喷水灭火用水量为72m3，该建筑地下室消防水池内储存消火栓用水量72m3。
（2）设备配置
大空间智能型主动喷水灭火装置用于高大净空灭火，设于3层，并按楼层与防火分区设信号阀和水流指示器。每个灭火装置配套一个电磁阀，由水炮中的红外探测组件自动控制，各分区的水平管网末端，设仿真末端试水装置。水炮保护半径为25m。
（3）设备配置
工程自喷设备配置如下：地下2层消防水泵房内设置立式恒压切线消防泵两台，一用一备；16层避难层设置有效容积80吨的消防转输水箱一座，确保系统灭火初期用水。
3.5 建筑灭火器设计
以《建筑灭火器配置设计规范》为依据设置建筑灭火器。按照A类危险级标准配置灭火器的主要区域包括会议、展示、办公，按照B类和C类危险级标准配置灭火器设备的功能区域为地下室车库。
3.6 气体灭火系统设计
该工程地下室配电房，地上消防控制室、安防监控室、档案库房、主机房、UPS室、精密空调间等，均设置七氟丙烷气体灭火装置。
4 设计要点问题
（1）合理选择配套给排水管材，由于超高层建筑高度大于100m，因此相对于一般的高层建筑而言，部分管材的选用标准相对更高。比如在雨水管材选型时需要注意管材实际作业压力必须超过建筑物净高度生成的静水压数值。同时考虑到消防给水多采取串联供水模式，因此需要注意小流量期间高低区消防泵扬程的叠加值需要高于标准工况数值，这就要求设计人员在选用消防管材时需要准确核算具体的压力等级，保证管网转输安全稳定性。（2）分散设置水泵接合器。由于采用集中设置模式无益于消防车顺利铺就，影响救援可靠性，根据《自动喷水灭火系统设计规范》中的相关要求，当水泵接合器自身的供水能力无法满足不利作用面积相对应的压力和流量要求时，需要采用相应的增压措施，根据《高层民用建筑设计防火规范》中的要求，在进行消防车供水压力范围划分时，需要分别设置相应的水泵接合器，考虑到水泵安全性，喷淋及消火栓系统设计时需在16层避难区域配置高区水泵接合器，接力供水设备主要由固定消防加压泵和消防转输水箱构成。（3）配置顶压系统。建筑顶层作为停机坪使用，因此需要配置消火栓。由于停机坪高度超出屋面消防水箱，为了确保停机坪表层不利消火栓处的静压≥0.15MPa，保证火灾初期足量的消防用水供应，需要在屋面水箱间设置气体顶压消防给水装置，气压罐储存的消防水量为停机坪两支水枪火灾初期10min的消防水量，即6m3。
5 总结
综上所述，超高层建筑加排水设计需要充分考虑各个功能区的性质及各楼层高度，合理分区，选取相应的建筑材料、设备，提高建筑建设和运行的安全性、可靠性、可维护性，同时为了保证建筑运行安全，必须重视消防系统设计工作，保证超高层建筑各个方面的和谐统一，推动我国建筑行业的长远稳定发展。
参考文献
[1]邱成煦.超高层建筑给排水设计与探讨[J].工程技术:文摘版,2016(9):53.
[2]曹大庆,汪建,王志东,等.超高层建筑消防给水系统控制问题研究——以南京金融城项目为例[J].给水排水,2016(9):74-78.
[3]李涛.某超高层建筑消防给水设计探讨[J].消防科学与技术,2017,36(5):639-641.
论文作者:朱妍妍
论文发表刊物:《红地产》2017年2月
论文发表时间:2018/12/13
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