摘要：超高层建筑消防设计标准略高于普通高层建筑，但由于建筑高度的提升及建筑本身的避难层等，自然对消防带来更加复杂的设计问题，文中结合超高层工程实例分析一下消防设计。
关键词：超高层；建筑消防设计；消火栓；自动喷水灭火系统
引言
超高层建筑是指建筑高度大于100m的民用建筑。现行规范没有专门针对超高层的消防设计规范，设计基本参照《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95，2005年版，以下简称“高规”）等执行。在“高规”也只有个别条款针对超高层建筑的消防设计提出特殊要求，
如第7.4.6.2条“消火栓的充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过100m的高层建筑不应小于10m；建筑高度超过100m的高层建筑不应小于13m”。第7.4.7.2条“当建筑高度不超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07MPa；当建筑高度超过100m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15MPa”。第7.6.1条“建筑高度超过100m的高层建筑及其裙房，除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5.00m2的卫生间、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外，均应设自动喷水灭火系统”。
一、工程概况
本工程总建筑高度137.55m，建筑面积203921.58m2。地下四层至地下一层为地下车库及设备用房，地上一层至四层为商场，四层以上为办公，十一层、二十层层为设备层（避难层）。商场共四层，高24m，上托两座塔楼，分南北两塔，两座塔楼结构高度均为129.9m。水源为城市市政自来水，市政供水为双路供水，供水管径均为DN300，供水水压均为0.35MPa。
二、消防系统
本建筑物的火灾危险类别为一类超高层公共建筑，本工程设有消火栓系统、自动喷水灭火系统、七氟丙烷气体灭火系统和手提式灭火器。室外消火栓用水量30L/s，室内消火栓用水量40L/s，火灾延续时间按3h考虑；自喷用水量30L/S，火灾延续时间按一小时考虑。地下四层设600m3的消防水池。包括三小时40L/s室内消火栓用水量432m3、一小时30L/S的自动喷水用水量108m3；消防采用临时高压系统，27层设置130m3消防转输水箱，在30层屋面水箱之间设置一个有效容积为18m3的消防水箱和一套增压稳压设备。
2.1室外消火栓给水系统
根据“高规”规定，室外消防用水量为30L/s。可以引一条DN300
供水管，在室外成环状供水管网。在室外环状消防水管网上设置五个室外消火栓，每个消火栓的设计水量为15L/s，满足室外消防的需要。
2.2室内消火栓给水系统
消火栓给水系统根据供水情况分为上、中、下三个区，各区按消防水泵分级向上供水。
（1）中、下区为地下负四层至十八层，消防加压水泵设置在地下室负四层水泵房内，从消防水池吸水，水泵出水管直供中区（五层至十八层），减压后供低区（地下室负二层至四层）。
（2）上区消火栓系统为十九层至二十九层，消防加压水泵设置在二十层设备层水泵房内，为满足高区消防时消火栓用水量的补给，在地下室负四层设置2台消防转输泵，上区消防时，转输泵及上区消火栓泵同时工作。
（3）大楼各层均设置有室内消火栓（带自救式消防卷盘组合型消火栓箱），其布置保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时到达被保护范围内的任何部位，每股充实水柱不小于13m。每根消防立管流量按不小于15L/s。每个消火栓处设置有直接启动消防水泵的按钮，并设有保护按钮的设施。每只消火栓箱内配备DN65单口消火栓，25m衬胶水龙带，∅19水枪；配置消防卷盘，栓口直径为25mm，所配胶带内径为19mm，长度为30m，喷嘴口径6mm。消防栓口距地1.1m。
（4）中下区设置2台消火栓给水泵，一用一备；上区设置2台消火栓给水泵，一用一备。火灾时，按动任一消火栓处启泵按钮或消防中心、水泵房处启泵按钮均可启动相应的消防泵并报警。泵启动后，反馈信号至消防控制中心。
各区消火栓系统最不利点的静压不超过1.0MPa，在供水压大于0.5MPa处消火栓采用减压稳压消火栓。中、下区设置三套DN150消防水泵接合器，消防车通过水泵接合器可直接供水至中、下区消火栓系统。上区设置三套DN150消防水泵接合器，消防车可通过水泵接合器直接供水至二十层消防转输水箱，再由上区消火栓加压泵加压至上区消火栓系统。
2.3湿式自动喷水灭火系统
根据“高规”及2005年版的《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001），本工程地下层车库及商场部分设置自动喷水灭火系统，按中危险Ⅱ级设计，自喷系统喷水强度为8.0L/（min.m2）；其他部分按中危险Ⅰ级设计，自喷系统喷水强度为6.0L/（min.m2）。自动喷水灭火系统的作用面积为160m2，最大设计秒流量为30.0L/S；湿式报警阀控制的喷头数不超过800个，每只喷头最大保护面积不超过11.5m2。自喷用水采用水池-水泵-水箱联合供水方式，自喷系统竖向分为高、低两大区。
（1）低区：地下四层至十八层，由设在地下四层的低区自喷泵供水，为避免供水压力过高一至七层经减压阀减压后供给。
（2）高区：十九层至二十九层，加压水泵设在二十层水泵房内，为满足高区消防时的自喷用水，在地下负四层设置2台消防转输泵（与消火栓系统共用消防转输泵），高区消防时，转输泵及高区自喷消防泵同时工作。
（3）本工程属于超高层综合楼，自动喷淋全方位设置，除了小于5m2的卫生间和不宜用水灭火的地方外，均设自动喷水灭火系统。
（4）喷头均采用68℃温级的玻璃球喷头，地下车库采用直立型，其它为吊顶型。每层每个防火分区的供水干管上均设有信号阀和水流指示器，每个报警阀组控制的最不利点喷头处，设置末端试水装置，其他防火分区、楼层设置DN25的试水阀。
（5）平时管网压力由屋顶消防水箱维持；火灾时，喷头动作，水流指示器动作向消防中心显示着火区域位置，此时湿式报警阀处的压力开关动作自动启动喷水泵，并向消防中心报警。
低区、高区的湿式报警阀分别设于地下四层、二十层设备间内。低区设两套DN150消防水泵接合器，消防车通过水泵接合器可直接供水至低区自喷系统。高区设两套DN150消防水泵接合器，消防车可通过水泵接合器供水至二十层消防转输水箱，再由上区自喷加压泵加压至上区自动喷水灭火系统。
2.4七氟丙烷气体灭火系统
高低压变配电室设置无管网气体灭火系统，气体采用七氟丙烷。本系统采用全淹没式灭火方式，即在规定时间内，向保护区喷放一定浓度的灭火剂，使其充满整个房间，以实施灭火。七氟丙烷无管网灭火装置主要由灭火剂储瓶、瓶头阀、压力开关、药剂、排放管、喷头、钢瓶柜等附件组成。设计浓度为9%，设计环境温度为20℃，设计喷放时间≤10S。变配电室防护区体积为1200m3，七氟丙烷的储存用量为860Kg，选用六套ZMB150七氟丙烷气体灭火装置。七氟丙烷无管网灭火系统的控制，要求同时具有电启动方式及应急机械手动启动2种方式。
2.5建筑灭火器配置
根据《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）规定，本建筑为严重危险等级。商场、地上各层走道为A类火灾，设5kg装的手提式磷酸铵盐干粉灭火器，灭火器最大保护距离为15m；车库为B类火灾，高低压变配电室、消防控制室、配电室等为E类火灾，均设置7Kg手提式CO2灭火器，最大保护距离为9m。灭火器设置点的位置和数量应根据灭火器的最大保护距离确定，并应保证最不利点至少在一具灭火器的保护范围内。
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三、需要关注的消防设计问题
结合超高层建筑的火灾危险性，在消防设计方面需要注意以下几个问题：
3.1竖向防火分隔有效性
该项目塔楼核心筒处设置有竖向管道井，包括电梯井、电缆井、水暖井等。超高层建筑各专业竖井林立，发生火灾时，这些竖井就像高耸的烟囱，构成火势迅速蔓延的主要途径。为防止火灾竖向蔓延，除应满足现行规范规定外，还应考虑以下要求：
（1）各专业竖井均独立设置，其井壁为耐火极限不低于1.00h的不燃烧体，井壁除开设门洞外，不设其它洞口，检修门均为甲级防火门。各竖井在每层楼板处采用不低于楼板耐火极限的不燃材料或防火封堵材料封堵。
（2）电梯层门的耐火极限不应低于1.00h，并应符合现行国家标准《电梯层门耐火试验完整性、隔热性和热通量测定法》（GB/T27903）规定的完整性和隔热性要求。
（3）强电井的电缆桥架部位应增设缆式线型感温火灾探测器，采用S型接触式安装，并接入电气火灾监控系统。
目前许多超高层塔楼设计为了满足设计美观等需要，在建筑外墙设置了大面积的玻璃幕墙，若消防设计不当，存在一定的火灾危险性。因此，如何保证该建筑玻璃幕墙的防火安全性，是超高层建筑设计的一个重要考虑因素。
（1）玻璃幕墙的防火封堵构造系统，在正常使用条件下，应具有伸缩变形能力、密封性和耐久性；在遇火状态下，应在规定的耐火时限内，不发生开裂或脱落，保持相对稳定性。
（2）楼面梁、房间隔墙等处容易导致火灾蔓延的部位，玻璃幕墙的内衬板应当采用燃烧性能为A级的材料。非透明处玻璃幕墙的内衬板与玻璃内表面的间距不得小于50mm，且不得使用深颜色的内衬板。
3.2人员疏散安全性
针对建筑特点制定如下疏散策略：
（1）火灾确认后，建筑内全体人员应同时疏散；
（2）塔楼第一避难层以上人员应利用核心筒内的疏散楼梯向下疏散至最近的避难层；
（3）塔楼第一避难层以下人员应利用楼梯疏散至室外。
考虑到避难层作为超高层塔楼人员的重要避难场所，除满足现行规范要求外，尚应满足如下要求：
1）为防止非避难区火灾威胁到避难区，与避难层同层的设备管道宜集中布置，设备管道区应采用防火墙与避难区分隔；管道井和设备间应采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙与避难区分隔；管道井和设备间的门不宜直接开向避难区；必须直接开向避难区时，与避难区出入口的距离不应小于5m，且应采用甲级防火门。
2）应在避难层进入楼梯间的入口处、疏散楼梯通向避难层的出口处以及避难区出入口处增设能保持视觉连续的灯光型疏散指示标志，同时塔楼各层应设置避难层位置信息提示。
3.3消防系统可靠性
由于超高层建筑主要立足于自救，因此消防系统，特别是消防给水及灭火设施是超高层建筑消防安全的最主要方面之一，考虑超高层建筑特点，火灾自动报警系统、消防给水系统、防烟排烟系统、消防供电系统等应按竖向分段独立设计，每段高度不应超过100m。
针对该项目的特点，提出以下要求：
（1）设计的每段应设高位水箱，容积不应小于100m3，该高位水箱对下灭火、对上转输供水，其中屋顶高位水箱仅对下灭火，容量不应小于200m3。
（2）为保证室内消火栓系统的供水可靠性，转输水箱供水超压区域采用减压阀、减压孔板减压供水。在减压阀前后应安装压力监控装置，使用减压阀应采取保证水质的技术措施。
（3）除厨房以外，喷头采用快速响应喷头，不应采用隐蔽型喷头。
（4）消防控制室应能监视消防水泵电源的工作状态，消防水箱（池）水位信息和管网压力信息，消防水泵的启、停状态和故障状态，自动喷水灭火系统的水流指示器、信号阀、报警阀、压力开关的正常工作状态和动作状态。
（5）火灾自动报警系统联动关系设计建议按《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116－2013）进行优化。
3.4灭火救援
《高规》第6.1.14条规定：建筑高度超过100m，且标准层建筑面积超过1000m2的公共建筑，宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助的设施。《高规》虽建议建筑高度超过100m，且标准层建筑面积超过1000m2的公共建筑设置屋顶停机坪，但考虑到我国的国情、经济上的承受能力、消防装备等方面的具体问题，并没有作强制性规定。
该项目由于塔楼顶部造型的限制，无法设置屋顶停机坪。针对未设置停机坪的问题，可增强辅助灭火救援的要求：
（1）塔楼15层以下均应设置可供消防救援人员进入的窗口，窗口的净高度和净宽度分别不应小于0.8m和1.0m，窗口下沿距室内地坪不宜大于1.20m，间距不宜大于30m，且每个防火分区不应少于2个，设置位置应与消防车登高作业操作场地相对应。窗口的玻璃应易于破碎，并应设置可在室外识别的明显标志。户外广告牌的设置不应遮挡灭火救援窗。
（2）操作场地可结合消防车道布置且应与消防车道连通，场地靠近建筑外墙一侧的边缘距离建筑外墙不宜小于5m，且不应大于10m；应充分考虑101m大型消防登高车的承载、作业面和转弯半径等需要。
（3）场地与建筑之间不应设置妨碍消防车操作的车库出入口等障碍，场地坡度不宜大于3%。
（4）为保护地面人员应在塔楼首层设置挑檐，挑檐设置范围应能覆盖塔楼登高扑救面，挑檐宽度为2-4m。
3.5可燃性控制
为防止火灾蔓延并减少火灾隐患，对项目的可燃性控制提出以下要求：
（1）顶棚、墙面和地面的装修材料应满足《建筑内部装修设计防火规范》的要求；
（2）塔楼办公标准层内部墙面及疏散走道装修装饰材料应达到A级；
（3）塔楼办公标准层的家具如办公桌、柜等宜使用防火板材或金属材料。
四、结束语
超高层建筑在消防设计上应侧重于自防自救，因此在消防设计时应加强竖向防火分隔、人员疏散安全性、消防系统有效性、灭火救援以及可燃物的有效控制，提高这些方面的消防设计要求。
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论文作者:郭淑怡
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/5
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