超限高层建筑是指建筑高度超过250m的超高层建筑,在对建筑水灭火消防系统带来新的挑战的同时,也对设计人员提出了更严苛的要求。超限高层建筑容积率高、人员密集并且设备繁杂,着火时建筑内各类设备井道促使火势蔓延迅速,恐慌情绪下较难组织有序疏散,再考虑到目前城市消防车等消防设施扑救高度有限,因此,对于超限高层建筑而言,火灾时应考虑“自救为主”的策略,依靠建筑内部水灭火消防系统配合消防队员进行自我保护。因此,水消防系统的安全性及可靠性就尤为重要。

　　 近年来,随着国内一座座超高层建筑拔地而起,给水排水专业工程技术人员在超限高层建筑水灭火系统设计方面积累了丰富的经验,杨琦^[1,2] 从火灾特点、水灭火特点以及水消防系统安全性、适用性和经济性等方面阐述了消防系统的设计特点,也详细介绍了上海市某超高层水消防系统。苏昶明等^[3] 采用层次分析法对国内常见的五类超高层建筑水灭火系统进行系列矩阵分析认为上海中心大厦采用的“带转输泵转输生活、消防合用高位水箱的高压消防给水系统”和“转输、减压水箱分设高压消防给水系统”(广州西塔采用)两种系统具有较好的安全性、适用性及经济性。本文主要阐述中交汇通横琴广场项目水消防系统设计,供各位同行探讨。

　　 中交汇通横琴广场(原名中交金融投资大厦)位于广东省珠海市横琴新区核心区,拟建为横琴岛第三高楼。项目由5座建筑单体组成,总占地面积32 500m²,总建筑面积286 000m²,分别是1座超限高层办公(3#塔楼)、2座高层公寓(1#、2#公寓,其中1#公寓为120m超高层)以及2座多层商业(2#、3#商业)。其中3#塔楼建筑面积114 000m²,建筑高度299.4m,地上62层,地下4层(B3~B1、BM层),标准层层高4.5m,21层和42层为避难层兼做设备转换层,层高7.5 m。本项目施工图设计于2015年11月完成,历时一年,公建部分是既《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974-2014,以下简称“水消规”)2014年10月01日实施以来,给水排水专业全过程按“水消规”条文设计、审图的超限高层建筑之一。

　　 项目的水消防系统分为两部分,住宅和公建水消防系统分开,1#、2#公寓(住宅)共用一套水消防系统;3#塔楼、2#、3#商业和地下室共用一套水消防系统,以便今后物业管理及产权分割。以下着重介绍公建部分3#塔楼水消防系统的设计。

　　 3#塔楼采用转输、减压水箱的常高压+局部临时高压水消防系统,消火栓系统和自动喷水灭火系统(含消防水炮灭火系统)合用输、配水系统。室内外消防总用水量为120L/s,其中室外消火栓用水量40L/s,室内消防用水量80L/s(室内消火栓用水量40L/s、自动喷水灭火系统用水量40L/s)。室内消火栓系统与自动喷水灭火系统共用输、配水系统,以消火栓系统为例(见图1),系统采用转输水箱、水泵串联输水至屋顶消防水池,使用减压水箱、成组减压阀逐级减压重力供水。在室外按80L/s消防设计水量为低区、中区各设6套水泵接合器(图1中未表示)。

　　 整个水消防系统分4处储存消防水量,在地下1层、设备转换层兼避难层(21层、42层)及屋顶设备层分设消防水池、转输水泵、转输水箱、减压水箱和稳压泵、增压泵,具体设置见表1。

　　 经计算可知,系统的一次室内消防用水总量为576m³,屋顶消防水池储存600 m³,能够满足一次火灾在其延续时间内的灭火用水。另外,由表1可知,除屋顶水池外,系统按“水消规”要求分别在地下1层和两个设备转换层设有相应容积的水池和水箱,共计储水256 m³,故整个建筑共储存消防水量856m³,使重力供水系统更为可靠。

　　 屋顶消防水池主要依靠消防转输系统补水,并辅以生活给水补水。火灾工况下,先由屋顶水池(储存室内火灾延续时间内消防用水量)向室内水消防系统供水,再由屋顶水池、转输水箱液位联动控制,逐级启动一、二、三级转输水泵向屋顶水池补水;另外,在各级转输泵处设置手抬泵接口,以便消防水泵故障时由消防队员使用手抬泵向屋顶消防水池补水。此外,再增设两路水池补水管(见图1,由生活给水系统引出)作为屋顶消防水池辅助补水,从而进一步提高屋顶消防水池的补水可靠性。

　　 减压措施的安全稳定性直接关系到水消防供水系统的安全可靠以及减压措施后消防设备、配件等的使用性能及寿命。项目系统由21层和42层为避难层兼设备转换层,分为低、中、高3个区,各区内按静水压力再分为一、二两子区,称为低一区、低二区,中一区、中二区和高一区、高二区6个区。各分区输、配水方式见表2。

　　 除高二区采用临时高压系统外,其他区消防供水均为常高压重力逐级减压供水系统。设备转换层设18m³减压水箱(分2格),使得各分区每个区静水压力差约为100m。计算可知,减压水箱入口压力约为1.0MPa,设计中采用成组2∶1比例式减压阀+可调式减压阀串联后减压至0.2MPa,以减小进水噪声。

　　 超限高层常高压重力供水系统中,减压阀的设置必不可少,而减压阀的合理设置及减压效果的有效发挥直接关系到水消防系统的安全运行。本项目设计中存在以下4种减压工况:(1)成组减压阀一级减压;(2)两组成组减压阀串联二级减压(比例式+可调式);(3)减压水箱+成组减压阀串联二级减压;(4)减压水箱+两组成组减压阀串联(比例式+可调式)三级减压。王学良等^[4] 研究表明,相较于减压水箱,设置减压阀存在失效时系统串压以及要求经常检查的缺点,故而“水消规”及《消防给水及消火栓系统技术规范》图示(国标图集15S909,以下简称“图示”)对消防系统中用于系统分区的减压阀做出了详细规定与示意:“6.2.4……每一供水分区应设不少于两组减压阀组,每组减压阀组宜设置备用减压阀;……减压阀后应设置安全阀,安全阀的开启压力应能满足系统安全,且不影响系统的供水安全性”;“提示:1安全阀的启动压力可设为减压阀阀后静压力+0.40 MPa”,阀后设安全阀意在减压阀发生串压时,确保阀后系统压力不严重超压,保护系统安全性的措施。另外,为方便减压阀运行检查,“水消规”规定:“8.3.4……减压阀后应设置压力试验排水阀;……减压阀应设置流量检测测试接口或流量计”。因此,减压阀的设置在今后设计中应做相应调整并应引起足够的重视。

　　 项目室内消火栓系统流量为40L/s。消防箱内设消防软管卷盘。系统各分区静水压力不超过1 MPa,消火栓栓口动压大于0.5MPa时,使用减压稳压消火栓。系统还设有局部消火栓稳压泵和调节水容积为300L的气压水罐。

　　 如图1,消火栓灭火系统中,避难层起到承上启下的作用。每个子分区相互独立,若干根立管贯通各子分区,消防水源上供下给,分别与该子分区相邻的设备避难层将立管连接成环,使得子分区竖向、横向管网成环状,保障系统安全可靠。另外,由于设备层层高较高、日常工作人员稀少,故将水平环管设于避难层可以节省使用区域层高,利于塔楼整体空间规划。

　　 系统在屋顶设备层及5个避难层均从合用供水主干管上引出两路管道,接至每个子区集中设置的湿式报警阀组,管道在报警阀前环状供水。杨琦等^[5] 表明超高层建筑中采用此设计方式可以在提高消防给水可靠性的同时减少立管数量。另外,设计中为均衡喷头压力及流量,尽量使每个报警阀组控制的最高和最低位置喷头高程差不超过50m,大部分不超过20m。地下部分按中危Ⅱ级布置喷头,地上塔楼按中危Ⅰ级布置,喷头均采用快速响应喷头,公共区域及用餐区采用K=80、公称动作温度68℃玻璃球喷头,厨房区域采用K=80、公称动作温度93℃的玻璃球喷头。

　　 (1)本项目中,在屋顶储存一次火灾消防用水量,地下室及各设备层设转输水箱(池)和减压水箱储存适当水量用以调节转输水量及供水压力,保证消防水源及动力在塔楼的竖向合理分布,以利于水消防系统的安全性及可靠性。

　　 (2)本系统采用重力减压分区供水,减压水箱作为一级减压安全可靠,二级减压采用成组减压阀分区时,依“水消规”要求,减压阀宜备用,且阀后需设置排水接口及流量监测装置、安全阀等。

　　 (3)为提高塔楼系统的合理性及舒适性,消火栓系统皆在设备避难层连接横向环管,以节省使用层层高,便于运行维护管理;湿式自动喷水灭火系统在各设备避难层自供水干管上引出两路管道,在报警阀前成环,将湿式报警阀集中设置,方便检修管理。