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摘要：对于当前投资规模大，建筑功能复杂的超高层建筑，本文对设计过程中其消防给水系统的分区及联动控制、高位消防转输水箱有效容积的计算进行分析，亦为同行的设计人员提供相应的参考。
关键词：超高层建筑；消防给水设计；消防水池设计
引言：随着现如今人口规模的扩大及城市化建设的快速发展，人们对自己居住的建筑物的要求也越来越高，于是建筑工程的使用功能便向着多样化的方向发展。这就给消防给排水工程设计提出了全新的挑战。如果因建筑的消防给水系统设计不合理，将会对人们的生命及财产安全造成重大隐患，甚至会引发恶性火灾事故。所以如何对建筑的消防给水系统进行合理设计是建筑行业需要深入研究的课题。
2消防给水系统竖向分区及联动控制
2.1消防系统竖向分区原则
2.1.1消火栓系统
由于超高层建筑的建筑高度较大，消防给水管道内的水压靠自重的压力在立管底部已经超过了1.0Mpa，特别是再加上地下室的落差以及高位消防水箱的安装高度所产生的压力，在地下室最不利点的消火栓栓口压力就会超过1.0Mpa甚至更多。所以在进行超高层建筑消防给水系统的设计时，首先要进行考虑的就是如何合理的将建筑消防系统进行竖向分区。依据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014的要求，当消防系统工作压力大于2.40MPa或消火栓栓口处静压大于1.00MPa时，消火栓系统应进行分区供水。
此处所述的消防“系统工作压力”及“静压”均有其自身严格的定义。其中“系统工作压力”是指消火栓栓口、报警阀、闸阀、蝶阀等消防设施在额定工作状态下的承受压力，而非设施的承压能力。
2.1.2喷淋系统
自动喷水灭火系统具有其自身特有的性能，在火灾发生时能自动喷水灭火的一种固定灭火系统，可使火灾在初期就能够及时得以控制，从而最大限度的减少火灾损失。自动喷水灭火系统具有灭火效率高，安全可靠，工作性能稳定，适用范围广，不污染环境等优点。但对于超高层建筑的喷淋系统，需考虑竖向分区，否则喷淋系统管道及管件长期处于高压状态，对其寿命及系统安全性有较大影响，且依据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014要求，当喷淋系统的工作压力大于2.40MPa或自动喷水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.60MPa，亦或喷头处的工作压力大于1.20MPa时，喷淋系统应进行分区供水。
2.2消防分区系统的联动控制
2.2.1室内消火栓系统水泵启动方式
1）由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关的设置值进行自动启动。
2）由消防控制室内的控制盘和消防水泵房内的消防控制柜上设置的专用线路连接的手动直接启泵按钮进行手动启动。
3）由消防水泵控制柜内设置的机械应急启泵功能进行机械应急启动。
2.2.2 喷淋系统水泵启动方式
1）由高位水箱出水管上的流量开关、报警阀组压力开关、主泵出水管上设置的压力开关的设置值进行自动启动。
2）由消防控制室内的控制盘和消防水泵房内的消防控制柜上设置的专用线路连接的手动直接启泵按钮进行手动启动。
3）由消防水泵控制柜内设置的机械应急启泵功能进行机械应急启动。
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2.3室内消防给水系统竖向分区
1）由消防水泵并联进行分区的消防给水系统
2）由消防水泵串联进行分区的消防给水系统，其又分为直接串联和转输串联两种方式；
3）由重力减压水箱进行分区的消防给水系统
对于上述不同的分区形式，其消防主泵和转输泵之间的联动控制方式也不相同。具体分析如下：
采用消防水泵并联分区的消防给水系统
在对应区域火灾发生以后，由此区的消防泵通过上述启动方式启动此分区的消防泵来进行灭火。笔者认为此种分区方式会在地下室的消防泵房内设置较多的消防泵组，所需要的泵房面积也较大。也因为与高低区泵组连接的管道及管件都设置在泵房内，故泵房内管道及设备安装较为复杂，对设备安装的质量及后期设备的维护保养的要求均比较高。且由于高区是由并联设置的高区泵组加压供水，故高区消防管网的压力较大，管网的安全可靠性就有所降低。
2）采用消防水泵串联分区的消防给水系统
当消防水泵直接串联时，在火灾发生以后，消防泵的启动顺序应该是转输泵先启动，高区供水泵后启动。笔者认为这种启动水泵的顺序，可以保证高区消防水泵不至于因转输泵未供水而导致的空转、过热及灭火的不及时。
当采用转输串联时，在火灾发生以后，消防泵的启动顺序应该是从转输水箱吸水的高区供水泵先启动，转输泵后启动。笔者认为采用转输串联方式时，此方式比较安全可靠，且有大量的工程实例验证，转输串联消防管材承压等级要求低，消防泵扬程基本稳定，而且转输水箱还具有缓冲作用，其控制系统较简单有效，可靠性比较强。
3高位消防转输水箱容积的计算
在采用设有消防转输水箱的分区系统时，水箱容积大小的确定也很重要。如果水箱容积设置的过大，会增大建筑的结构荷载，加大水箱间所占面积，同时也会使项目的造价增加；如果水箱容积设置的过小，在消防灭火时又达不到预期的效果，也加大了系统的安全隐患。
依据《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》（2009年）中规定：“当采用水泵转输串联时，中间转输水箱同时起着上区输水泵的吸水池和本区消防给水屋顶水箱的作用，其储水有效容积按15~30min的消防设计水量经计算确定，并不宜小于60m3。”但在《消防给水及消火栓系统技术规范》第6.2.3条提示中讲到“转输水箱兼作高位消防水箱时，其容积可仍按60m3考虑。”同时，依据《消防给水及消火栓系统技术规范》第11.0.3条“消防水泵应确保从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动时间不应大于2min。”。第11.0.12条“消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能，并应保证在控制柜内的控制线路发生故障时由有管理权限的人员在紧急时启动消防水泵。机械应急启动时，应确保消防水泵在报警后5.0min内正常工作。”
综合以上资料内容所述，高位消防转输水箱有效容积的取值计算可参照如下示例：对于一栋超高层建筑，假如其室内消火栓用水量为40L/s，自动喷水用水量为30L/s，本区屋顶消防水箱的蓄水量按初期火灾10min考虑，上区水泵吸水池的蓄水量按5min考虑；则中间转输水箱的容积V=（40L/s+30L/s）×10min×60+（40L/s+30L/s）×5min×60=63000（L），如果还有其他水灭火消防系统且设有独立的消防泵组时，则应把有可能在火灾时同时启动的消防系统的水量进行叠加计算，其计算值作为中间转输水箱的有效容积。
4 小结
由于超高层建筑的规模及体量较大，其内部的消防系统的合理性及安全可靠性关乎着众多人的生命及财产安全。这就需要我们设计人员在设计时需综合考虑多方面的因素，在既保证建筑及使用者本身的消防安全性的同时，也兼顾到建筑造价的部分。当个别地方二者难以兼顾时，最终还是要从消防的安全可靠性出发。
参考文献：
[1]赵锂，陈怀德，姜文源，消防给水及消火栓系统技术规范实施指南，中国建筑工业出版社
[2]王德欣，齐龙哲 高层民用建筑消防给水排水设计的常见问题探讨，民营科技，2010
[3]消防给水及消火栓系统技术规范GB50974-2014
[4]全国民用建筑工程设计技术措施给水排水（2009年）
[5]自动喷水灭火系统设计规范 GB 50084-2017
论文作者:赵正昆
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第4期
论文发表时间:2019/9/20
标签：水泵论文; 系统论文; 消火栓论文; 分区论文; 水箱论文; 容积论文; 火灾论文; 《建筑细部》2019年第4期论文;