1 工程概况

江苏昆山鑫宇嘉苑项目包含1号楼和2号楼及地下3层车库（其中地下2层、地下3层局部为战时人防）。1号楼为住宅与其他功能合建的高层建筑，地下3层，地上26层，建筑高度78.7m;2号楼为住宅与其他功能合建的超高层建筑，地下3层，地上56层，建筑高度170m，其中16层（47.8m),32层（95.3m),48层（142.8m）为避难层。本项目地上建筑总面积171 285.78m²。两栋楼地上1层为商业，2层为办公，3层架空层，3层以上为住宅。

2 消防系统概况

2.1 消防用水量

消防水量按照整座建筑一次火灾消防用水量选取，即室外消火栓用水量为40L/s，室内消火栓用水量为40L/s，火灾延续时间均为3h；自动喷淋用水量为40L/s，火灾延续时间为1h；一次火灾最大用水量为1 008m³。

2.2 消防水源、水池、水箱

在中心地库地下2层消防水泵房内设置576m³消防水池供本楼室内消防用水（注：由于本项目室外有两路市政供水，且水量水压均满足室外消防要求，故本次设计未储存室外消防用水量）。

在2号楼超高层住宅第三单元32层设置80m³（原设计按照规范设计为60m³，后施工图报审消防局时，消防审查人员要求为安全起见在现有条件下将转输水箱尽量做大，故改为80m³。）消防转输水箱及31层消防泵房内设置消防泵加压供应本楼28～56层室内消防用水，且80m³消防转输水箱兼作-3～27层消防稳压水箱供应消防用水；在屋顶设置100m³箱泵一体化消防增压稳压设备供本楼28～56层消防初期用水。

2.3 室内消火栓系统

由于本地块有两栋楼，其中1号楼26层，2号楼56层，为了匹配两栋楼消火栓系统压力，消火栓系统作以下分区：

地下3～15层为高层低区消防系统，16～26层为高层高区消防系统，27～48层为超高层低区消火栓系统，49～56层为超高层高区消火栓系统，如图1所示。

2.4 自动喷淋系统

为了保证喷淋系统每个报警阀所控制的最高和最低喷头不超过50m，同时兼顾每个报警阀控制的喷头数量不超过800只的要求，本次设计在地下室、16层（避难层）、32层（避难层）、48层（避难层）设置报警阀组分别控制相应区域各楼层喷淋系统，分区如下：

1～11层为高层低区自动喷淋系统，12～26层为高层高区自动喷淋系统，27～41层为超高层低区自动喷淋系统，42～56层为超高层高区自动喷淋系统如图2所示。

2.5 消防系统设计选择

由于本项目2号楼是170m的超高层建筑，但又未超250m，故当时对于消防系统选择基本确认是采用水泵串联分区供水系统方式。但此串联方式又有两种形式：(1)消防水泵直接串联系统；(2)采用消防水泵、转输水箱串联系统。

图1 三单元消火栓系统   

Fig.1 Three-unit hydrant system

第一种系统优点：系统简单，无需设置消防转输水箱，占地面积小，经济效益高，缺点：安全性不高，自控系统要求较高，高层区消防系统仍需单独增设高位消防水箱。

第二种系统优点：系统稳定、安全性高，高层区消防系统无需设置专门的高位消防水箱，可利用消防转输水箱作为高层区的高位消防水箱。缺点：系统复杂、需设置消防转输水箱，占地面积较大，结构荷载大，经济性不高。

在与业主的多次协商之后，再三权衡，最终决定采用第二种消防系统形式，原因如下：

(1）《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）第6.2.3条的规定：“采用消防水泵串联分区供水时，宜采用消防水泵转输水箱串联供水方式”的要求，规范中推荐采用第二种方案。本着安全第一的角度考虑，第二种方案对自控的要求相对较低，无疑安全可靠性更高。

(2）根据《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974-2014)5.1.6-4条的规定：“水泵流量扬程性能曲线应为无驼峰，无拐点的光滑曲线，零流量时的压力不应大于设计工作压力的140%，且宜大于设计工作压力的120%”。当采用水泵直接串联时，零流量或小流量时，由于上下串联的水泵系统压力超压叠加会导致整个消防系统压力过高，具有一定的因超压过大损坏系统的安全隐患。且由于上下压力叠加，对管材、阀门附件及水泵等设备的压力等级要求也更加严格。

图2 三单元自动喷淋系统   

Fig.2 Three-unit automatic sprinkler system

(3）消防审查部门更加认可第二种设计方案。

2.6 消防转输水箱及其泵房设计

针对采用消防水泵、转输水箱串联系统形式的方案，消防转输水箱及其泵房的设置就成了一个难点。

超高层建筑内的结构布置一般都比较复杂，结构墙肢不但数量多、长度长而且普遍较厚，直接导致了内部有效空间的利用率大大降低。在设计之初，考虑了多种方案来布置消防转输水箱。

2.6.1 方案一

将消防转输泵房设置在32层避难层，在泵房内设置成品不锈钢水箱及水泵，如图3所示。

图3 32层（避难层）平面   

Fig.3 Level 32(refuge level)

采用成品不锈钢水池的目的为尽量减少水池对周边住户的影响。但实际上也存在较多弊端。

(1）由于成品水池受建筑布局的影响，需设成4只15m³的共60m³成品水箱才能满足消防水量要求，导致无效空间面积变大。

(2）由于水泵与水箱在同一平面，水箱内有效水位需高于水泵排气孔，水箱内无效容积大，导致水箱尺寸较大，水箱的布置局促，基本上会靠墙设置，影响后期维护。

(3）地上需设置DN300的水池连通管，对地面交通影响很大，导致整个区域都成了消防泵房区，泵房、通道没有明显的分解，水泵布置零散，布局比较混乱。

(4）此楼层上下均需设置隔音消振夹层，对建筑层高要求较高，加上水箱有效容积的原因，导致层高需要达到4.8m方可，而此楼层会导致本单元整个高度与其余单元不同。

(5）需要单独在另外的楼层设置避难空间。

(6）左上角的空间成为毫无用处的区域，因为左上角若设置成避难间，(1)面积不够；(2)无法满足疏散门与泵房开门之间的消防安全距离要求，《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014,2018年版）5.5.23-4条规定：“避难层可兼作设备层，管道井和设备间的门不应直接开向避难区，确需直接开向避难区时，与避难层区出入口的距离不应小于5m，且应采用甲级防火门”；(3)地上管线对避难间的人员疏散有很大影响。

(7）生活转输泵房无处设置，虽然可考虑设置在别的单元避难层内，但如此设计，设备房布置零散，不便于管理。

2.6.2 方案二

仍将消防转输水箱及泵房设置在32层避难层，在两侧设置混凝土水池，中间部位设置消防泵房，如图4所示。

图4 方案二，32层（避难层）平面   

Fig.4 Option two Level 32(refuge level)

此布置相对规整，左上角设置成避难间也能满足消防安全距离要求，但同样也有如下问题：

(1）由于水泵与水箱在同一平面，水箱内有效水位需高于水泵排气孔，水箱内无效容积大，水箱所占据的面积较大。

(2）水池上下都是住宅，上下均需设置双层板，以减少水池对住户的影响，从而需要提高建筑高度，而且即使设置了双层板，但是对水池下层住户，仍有一定的漏水隐患。

(3）同样导致避难层的避难空间无处设置的问题（面积不够）。

(4）同样有生活泵房无处设置的问题。

由以上两种方案可知，由于水池都有较大的无效容积，浪费了较多的建筑面积，无法兼顾避难间的设置，且导致本单元建筑总高度会与其余单元不同，显然在一层既解决设备用房又满足人员避难的方案已然不成立。

针对以上问题提出方案三，将避难层的下一层设置成设备层，并将避难层的高度与设备层的建筑高度对换，即避难层层高调整为2.9m，设备层层高调整为4.0m。在避难层设置混凝土消防转输水箱，而将泵房设置在下一层设备间，如此设计的最大优势为大大减小水池面积，方便泵房布置，尽可能提高了经济效益。方案三的设计如图5所示。

(1）水泵在水池的下方，不存在水池有效水位高于水泵排气孔的情况，水泵吸水管设置旋流器，水池内距池底350mm以上所有储水均为有效水位，有效减小了水池所占据的面积，同时也减少了水池的总重量对结构形成的荷载。

图5 方案三设计情况   

Fig.5 Scenario 3design

(2）水池底部为消防泵房，水池底部即无需设置双层板，变相提高了水池高度，水池也不会对下层住宅产生漏水隐患，利于住宅销售。

(3）同时在设备层集中布置了超高层生活转输泵房，便于管理。

(4）避难层及设备层右侧多出来的完整空间仍然保留了住宅功能，增加住宅商业价值。

(5）设备层左上角区域设置正压送风机房，避免了无效区域造成面积浪费。

(6）避难区集中设置在避难层左侧，满足了规范的要求。

(7）仅仅将避难层与设备层的层高进行了调换，建筑总高度不变，保持了本单元建筑高度与其他三个单元高度一致。

2.7 设计优势

本次设计把消火栓及喷淋系统的高层区的高区消防系统设置在26层，主要基于以下3个原因。

(1）为了匹配1号楼26层的消防压力，故2号楼高层区的消火栓系统分区也设置在了26层。

(2）消防转输水箱设置在32层，水箱底标高高于高层区最不利消火栓系统和喷淋系统15m以上，避免了设置消火栓及喷淋系统增压稳压设备的要求，也避免了由于增压稳压设备定期补压所产生的振动和噪音对住宅产生不利影响。

(3)26层的顶面标高在80.8m，基本上正好是整个建筑的一半高度左右，整个系统分区比较均衡，合理。

3 小结

超高层建筑消防系统一直是一个值得研究和揣摩的设计体系，且不同的建筑高度、建筑形式所采用的消防系统设计方案也是不尽相同。特别是超高层住宅建筑，由于其建筑本身的客观性导致水消防设计相当困难。无论如何，消防安全始终都是放在第一位的，但如何既能保证消防系统的安全合理性，又能做到经济效益的最大化值得推敲和研究。

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陈云峰