天沐琴台项目给水和消防设计介绍

作者:蒋毅 王一焜 吴文雯
单位:上海华都建筑规划设计有限公司
摘要:天沐琴台项目建设在天沐河中人工岛上,市政桥梁从项目中穿越,设计时遇到一些在建筑给排水领域较少涉及的问题,因此项目的设计过程也是一个不断思考和学习的过程。希望通过对给水、消防系统的阐述和介绍,能够总结出一些有用的经验,并可以得到同行和专家的帮助和指正,今后更好的完成类似城市综合体项目设计工作。
关键词:给水消防智慧消防天沐琴台
作者简介:作者简介:蒋毅,男,1975年出生,上海人,高级工程师,主要研究方向为建筑给排水设计、咨询。通讯处:200092上海市中山北二路1111号同济规划大厦7FE-mail:jiangyi2017gps@163.com;

 

1 项目背景

天沐琴台项目选址广东省珠海市横琴岛天沐河,天沐河沿东、西横贯珠海横琴岛,东到澳门特别行政区十字门水域,西至西江磨刀门水道,项目选择在天沐河河面最宽的水域建东、西长度约465 m,南、北宽度约204 m的人工岛,整个项目在该人工岛上建设,项目效果如图1所示。项目用地面积68 664m2,总建筑面积约为23.6万m2,地上16层,裙房3层,地下2层,建筑高度69.9m,项目中B2F人防区域建筑面积约2.6万m2,项目包含办公、酒店、商业休闲、小型会展及会议、游艇俱乐部等功能(分布情况如表1所示),同时有市政桥梁(双双桥)从项目2F穿越建筑连接北岸濠江路和南岸香江路。项目中的建筑东端设有游艇码头,因此在靠近码头的主体建筑1~5F为游艇俱乐部功能。

表1 各建筑功能分布
Tab.1 Function distribution of each building   

表1 各建筑功能分布

2 给水设计

2.1 给水系统

给水系统是给排水系统设计中的主要耗能部分之一,给水方式的选择以及系统的分区,需要结合用水点的压力要求、运行能耗和市政供水情况和建筑造型的需要综合考虑决定。在充分利用不低于0.20MPa的市政供水压力前提下,对生活用水压力不能满足的楼层,由生活水泵房加压供给。在确定给水系统的供水方式时,按照各建筑功能区域的使用性质不同,从具体使用要求、节能、降噪、便于运行管理的角度分别选择不同的供水方式见表2。

图1 项目效果

图1 项目效果

Fig.1 Project renderings

天沐琴台项目中生活热水系统,由横琴岛区域集中能源中心市政多联供系统提供70~95℃高温热水作为热媒使用,热媒管道通过在天沐河底敷设进入用地红线内使用,同时依据酒店管理公司要求,另设燃气锅炉作为生活热水系统的备用热源。

2.2 设计中问题和解决办法

天沐琴台项目由于有市政桥梁(双双桥)穿越建筑,设计时既要满足市政桥梁的使用要求,又要考虑建筑物的功能需要,同时还涉及和桥梁设计单位的配合工作,因此和其他项目相比具有一定的特殊性。项目地处珠海横琴岛,属南方滨海地区,考虑到滨海环境中存在较高浓度的硫酸盐和氯盐等腐蚀性介质,这些高浓度的离子会对室外明露及埋地的给排水管材造成腐蚀,所以对给水管道的防腐设计内容在项目中相当重要。

表2 生活给水系统供水情况
Tab.2 Water supply situation of domestic water supply system   

表2 生活给水系统供水情况

注:(1)整个项目供水原则B2F~2F由市政给水管道经计量后直接供给(酒店、游艇俱乐部使用区域除外),3~16F生活用水采用生活贮水池+变频供水泵组分区加压供给;(2)酒店及游艇俱乐部设计标准,按照酒管公司文件及机电顾问要求执行。(3)1~4#生活给水泵房均设置在B1F。

表3 热水系统供水情况
Tab.3 Water supply of hot water system   

表3 热水系统供水情况

注:每个分区设2台水加热器,均满足各分区60%热水使用要求。

2.2.1 市政桥梁对本项目设计的利、弊与合作

双双桥从两岸桥头引道算起全长449m,在桥梁中部与天沐琴台项目衔接,是横琴新区内南、北向道路网的重要组成部分,并且承担着本项目与南、北岸的交通联系作用。因此双双桥要求桥面净空高度高,桥面上部的建筑物管道不允许从桥面上空穿越,同时为了满足从桥上通过环形坡道进入本项目车辆的高度需要,在桥下建筑首层位置处地面标高较低,地下室顶板覆土较薄,不能满足管道埋地敷设的需要,给项目东、西侧给排水管道联系带来困难;并且为了避免雨水排放口对桥墩安全的影响,避让桥墩位置,项目中雨水排放口和雨水提升泵站无法在项目竖向标高最低点设置,局部区域排水管道敷设坡度与地面坡度逆向。依据《城市桥梁设计规范》(CJJ11-2011)[2]中3.0.19条要求,污水排水和有腐蚀性的气体、液体管道不允许在桥面上敷设,但是给水和不大于0.40 MPa的燃气管道、电信电缆以及不高于10kV的配电电缆允许在桥上敷设,这样给项目所需市政管道的敷设带来了便利。设计中将市政给水、中水以及电信、电力管道选择随桥敷设引入本项目红线内,并在进入项目红线后的第一个桥墩处由桥面引下至建筑首层,污水和市政热力管道在天沐河底敷设,接至项目用地红线内。双双桥管线横断面如图2所示。

图2 双双桥管线横断面

图2 双双桥管线横断面

Fig.2 Pipeline cross section of Shuang-shuang bridge

在本项目中,随桥敷设的各类管线安全防护措施和排布由桥梁设计单位依据所提出的需求完成,并负责从桥面沿桥墩引下至建筑首层位置;项目中建筑红线内的桥面雨水通过雨水立管接入项目首层,由天沐琴台项目设计单位结合海绵设施建设内容一起设计完善,最终和项目室外场地雨水一并排入天沐河中。

2.2.2 滨海区域室外给水管道防腐

本项目中市政给水、再生水(中水)管道分别由地块南、北两侧的香江路和濠江路上市政给水管,香江路上市政中水管,通过市政桥梁(双双桥)上预留管道敷设空间引入用地红线内,在进入用地红线后再沿桥墩接至首层及地下室内各用水点。项目室外给水管道的敷设包括廊道内暗敷和埋地敷设,过桥给水管道即使敷设在廊道内,南方滨海高湿度空气环境中的盐雾对金属管道腐蚀也很严重;并且埋地敷设的给水管道更容易受到电化学腐蚀。钢管虽具有强度高,抗弯、拉韧性,耐震动和冲击的特点,但易腐蚀,防腐要求高;而球墨铸铁管耐腐蚀、抗压和延伸性能良好,所以在对给排水管道的材质上经对比研究并借鉴滨海地区工程设计经验,随桥过河管道及埋地敷设管道分别采用不同管材,并确定不同的防腐要求见表4。

表4 室外给水管材及防腐措施
Tab.4 Outdoor water supply pipes and anti-corrosion measures   

表4 室外给水管材及防腐措施

3 消防系统

天沐琴台项目中消防系统设有:室内和室外消火栓系统、自动喷水灭火系统、大空间智能型主动喷水灭火系统、泡沫—水喷淋灭火系统、气体灭火系统、超细干粉灭火系统以及厨房专用自动灭火系统和规范要求的建筑灭火器配置。其中厨房专用自动灭火系统,在设计时仅预留足够保证一次灭火所需的水量,由专业的承包商负责实施完成具体消防系统设置及用水量见表5。

项目中消防水源由市政给水管网提供,市政供水压力不低于0.20MPa。从北岸濠江路、南岸香江路市政给水管道分别引入一根DN300给水管,随市政(双双)桥敷设进入本项目用地范围,室外消火栓系统环管管径DN200;室内消火栓系统高位消防水箱容积50m3和增压稳压设备一起在16F消防水箱间内布置。按照《电动汽车充电基础设施建设技规程》[4]中4.9.15条要求,对B2F汽车库室内消火栓系统设置独立分区的环状消防供水管道和独立使用的水泵接合器,并在B1F与B2F室内消火栓系统连接的消防管道上加装止回阀,防止泡沫消防车向B2F室内消火栓系统供泡沫液时,通过连接的管道流向其他区域室内消火栓系统。项目中的玻璃顶棚屋面,喷涂防火涂料后耐火极限可以满足《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014,2018年版)[5]中表5.1.2要求的屋顶承重构件1.5h耐火时间情况下,规范未要求设自动喷水灭火系统保护。但在本项目中为增强消防设施防护等级,在屋面设备机房内和可以满足《水消规》[6]中5.2.2条要求的屋面玻璃顶棚处设自动喷水灭火系统喷头保护,对玻璃顶棚下的喷头要求公称动作温度141℃。地下车库按照《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(GB 50067-2014)[7]中7.2.3条及《电动汽车规程》要求,采用泡沫-水喷淋系统,泡沫混合液连续供给时间不小于10min;泡沫混合液与水的连续供给时间之和不小于90min。

表5 消防系统设置及消防用水量
Tab.5 Fire system setting and fire protection water demand   

表5 消防系统设置及消防用水量

注:(1)游艇俱乐部设置的系统由B1F消防泵房提供消防水压和水量,该部分水量计入消防水池容积;9~15F酒店客房中庭和15F酒店行政酒廊设置的系统由屋面高位消防水箱间内的系统加压泵和独立36m3消防水箱,提供消防水压和水量,且该部分水量不计入消防水池容积;酒店客房中庭和行政酒廊区域,分属两个防火分区;(2)项目中按照同一时间一次火灾设计,整个消防水系统在B1F设一个室内消防泵房及消防水池,消防泵房地坪距室外地面高差不超过10m;(3)室内消防给水系统采用临时高压制。

3.1 高位消防水箱高度和水灭火设施之间位置关系

项目中15F酒店行政酒廊地面标高59.95m,该处玻璃顶棚屋面最高点标高68.60m,二者之间距离仅为8.65m,该区域选择自动喷水灭火系统系统进行保护,满足系统设置的高度要求,但是项目中高位消防水箱间地面标高63.65m,因此系统高位消防水箱和喷头安装高度之间存在和规范矛盾的问题。依照《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974-2014,以下称《水消规》)[6]中5.2.2条“高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭火设施,且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力……”,同时《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2017,以下称《自喷规》)[8]中10.3高位水箱的相关要求也明确系统高位消防水箱设置应符合《水消规》(GB 50974)的要求;而在本项目中几乎不可能将高位水箱的设置高度高于自动喷水灭火系统喷头安装的高度,所以最终在层高仅为8.65m的酒店行政酒廊区域,当玻璃顶棚承重构件喷涂防火材料后耐火时间可以满足1.5h的要求时,按照《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》(CECS263∶2009,以下称《大空间规程》)[9]标准采用大空间智能型主动喷水灭火系统保护,标准喷头安装高度在6m以上,解决该场所消防设施设置的问题。

3.2 泡沫—水喷淋灭火系统设计

在新《自喷规》实施后,地下车库闭式泡沫—水喷淋灭火系统的设计需要遵照《泡沫灭火系统设计规范》(GB 50151-2010,以下称《泡沫规》)[10]规定执行,由于系统的喷水强度以及作用面积,均和原设计参数发生了较大的变化,所以设计流量和布置方式会和过去的设计存在差异。系统作用面积由过去规范要求的160m2扩大至465m2,设计流量产生很大的变化,当作用面积内喷头布置间距因为受梁高等障碍物影响,数量稍多一些,若再不对各喷头节点压力和管径进行控制、调整,整个系统设计流量会在100L/s以上[11],过大的设计流量会给泡沫—水喷淋灭火系统的泡沫液储罐和比例混合器的选择,以及系统布置方式带来影响。

(1)泡沫混合液储罐容积。应当注意到《泡沫规》中9.1.4条规定的各喷头节点流量和喷头数量均是指“最有利水利条件处作用面积内”,不同于《自喷规》9.1.3条所指的“最不利点处作用面积内”,而泡沫混合液的储量是按照系统设计流量确定,所以如果系统设计流量过大,泡沫混合液储罐的容积也随之变大,占用更多的建筑面积。建议在设计计算时按照“最不利点处”确定系统作用面积内闭式泡沫—水喷淋系统设计流量及作用面积内配水干管所需要的入口压力,再按照该压力值对处于“最有利水利条件处作用面积内”喷头的入口配水干管压力通过减压孔板或节流管进行压力调节计算,使得“最有利水利条件处”和“最不利水利条件处”作用面积内入口配水干管的压力值相等或接近,并对调节后的最有利水利条件处所有开放喷头节点流量之和进行复核,按照复核结果确定设计流量、泡沫液量及加压设备。在进行压力调节时应当在泡沫比例混合器后配水管道上设置调压设施,且设置位置和计算应符合《自喷规》9.3节减压设施中的有关内容[11]

(2)比例混合器的选择。同样由于过大的设计流量,会对比例混合器能否在系统设计流量下提供满足要求的混合比产生影响,所以也需要在设计时注意。过去通常采用的“闭式泡沫—水喷淋装置”中泡沫比例混合器和泡沫罐之间通过供液管道连接,泡沫比例混合器不必直接安装在泡沫液罐上,可以按照需要分开安装。因此可以设置集中的泡沫罐间,而将泡沫比例混合器就近设置在各个需要使用的作用区域,节省建筑面积;但在系统设计流量过大,由于目前闭式泡沫—水喷淋装置最大流量在110L/s左右,所以当流量过大时,目前就只能选择压力式比例混合装置替代,该装置和闭式泡沫—水喷淋装置的显著区别在于泡沫比例混合器直接安装在泡沫液罐上,作为一个整体通过消防产品认证,最大流量可以达到160L/s,并提供符合要求的泡沫液混合比。压力式比例混合装置设计时需要将其分散布置在地下车库内,为了满足系统启动到喷泡沫时间不大于2min的要求,应尽量选择将其设置在几个作用区域的中部,减小与最不利喷头之间的距离和管道的容积,因此在地下车库中布置数量会较多,占用更多的建筑面积,后期管理和维护的工作量大。基于以上原因,本项目设计时在满足规范要求的前提下,尽量控制系统设计流量,选择采用闭式泡沫—水喷淋装置,集中设置泡沫罐间。

3.3 大空间智能型主动喷水灭火系统设计问题

《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》(CECS 263∶2009)中8.0.1条规定“配水管的工作压力不应大于1.2 MPa……”。在本项目中酒店9~15F中庭以及15F行政酒廊设置的大空间智能型主动喷水灭火系统,安装标高分别为45.0m和65.95m,因此若这两个位置的系统供水由B1F的消防泵房供给,那么配水管的工作压力会超过1.2 MPa,所以在本项目中的屋面高位消防水箱间独立设置供这两处使用的36 m3消防水箱及加压水泵,以及符合规程9.3.11条要求的隔膜式气压稳压装置。

4“智慧消防”系统应用

依据中华人民共和国公安部公消[2017]297号文《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》要求,实现“传统消防”向“现代消防”的转变。所以在项目设计时也希望通过物联网技术的应用,规范消防设施的日常检查和测试工作,提高消防设施的可靠性,对项目中消防设施使用进行全过程的质量监督和控制,同时节省更多的人力成本。

在本项目中采用建筑消防智能监控系统,组成一个较为完整的消防物联网,选择以下内容实施:(1)远程监控电动末端试水装置:可以在消防设备信息监测控制器上,远程操作电动末端试水装置,显示各末端试水装置的压力和流量值等实时工况;最终数据可以通过GPRS与物联网远程监控平台通信;装置上显示屏能实时显示被测点的压力、流量等数值;(2)实(试)验消火栓监控装置:实时监测试验用消火栓静态和动态水压,并由显示屏实时显示;与消防设备信息监测控制器通信联系,上传水压数据,接收控制器的控制信息;并与控制平台实现无线通信;(3)消防液位监测装置:实时监测液位信息;可任意设定消防水箱、水池需要控制的上、下限水位;(4)消防电气控制装置:用户可任意设定系统的巡检周期,并在自动状态时自动巡检;具备手动、自动两种控制方式切换功能。

5 结语

由于天沐琴台项目的选址和造型原因,因此在设计过程中遇到一些特殊问题。如:市政各类管线的引入、敷设,与桥梁设计单位的合作及工作界面划分,消防设施和产品的合理选择等。

(1)项目中由于有市政桥梁穿越,虽然给项目的设计增加了难度,但同时也有积极的一面;通过《城市桥梁设计规范》(CJJ 11-2011)的学习和桥梁设计单位的协助,项目中利用桥面预留的管线通道,将所需的部分市政管道接至用地红线内,为项目施工提供了有利条件,并减少了河底敷设的管道数量。

(2)虽然目前智慧消防的建设尚未达到理想状态,但是在单体建筑项目中消防物联网技术,越来越多的应用,各类消防设施的管理和运维应当会有更高的质量保证,消防系统的安全性也一定会随之提高,并为最终城市智慧消防物联网的建设完成创造有利条件。本项目若可以借鉴类似项目的设计经验,允许自动喷水灭火系统在有屋面增压设施提供系统压力和水量保障的情况下,消防高位消防水箱设置高度可以不高于自喷系统喷头安装高度,那么在15F行政酒廊设自动喷水灭火系统是较为安全、简便的一种消防设施,同时还节省了消防设备的投入。如果我们的规范在今后能更好的研究这一问题,对类似于博物馆、体育馆、剧院之类的建筑,解决消防设施与建筑立面造型之间的矛盾,会有很大的帮助,更会提高建筑的“可阅读”性。

作者图片

 

蒋毅

 

 

Water supply and fire protection design of Tianmu Qintai project
Jiang Yi Wang Yikun Wu Wenwen
(Shanghai Huadu Architecture & Urban Design Corporation)
Abstract: Tianmu Qintai project is built on the artificial island of Tianmu river.The municipal bridge passes through the project.There are some rare problems in the field of building water supply and drainage.Therefore,the process of project design is also a process of continuous learning and thinking.We can summarize some useful experience through the elaboration and introduction of water supply and fire protection system and the treatment of some design details.It is hoped that it will be helpful to the similar projects.And I wish to receive advice from experts and complete the design work better in the future.
Keywords: Water supply; Fire protection; Intelligent fire fighting; Tianmu Qintai;
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