超高层建筑给排水与消防设计要点分析

超高层建筑给排水与消防设计要点分析

赖炳金

中国华西工程设计建设有限公司五分公司    610000

摘要：火灾是威胁超高层民用建筑安全的主要因素，一旦发生火灾则会对人们的生命安全形成巨大威胁，给社会带来严重后果。为此，应该在火灾发生后及时开展灭火救援工作，使人们能够顺利疏散逃生，降低火灾造成的损失，避免演变为重特大火灾。超高层建筑对给排水系统与消防系统要求极高，导致其设计难度较大。为增强设计方案的科学性与合理性，保障超高层建筑给排水正常与消防安全，论文结合某超高层建筑项目，重点就给排水系统中的给水系统、排水系统、雨水系统和消防系统中的消防给水系统、自动喷水灭火系统以及气体灭火系统的设计展开研究。合理的设计可以为消防员消防工作的展开奠定良好基础。

关键词：超高层建筑；给排水；消防；设计

中图分类号：TU821                 文献标识码：A

引言

我国超高层民用建筑逐渐增多，为人们提供了更好的生活居住体验，同时能够解决当前面临的资源紧缺问题，推动城市化建设的可持续发展。然而，火灾会对建筑运行产生重大影响，出现火灾后会造成断电，人们无法通过电梯快速逃生，从而随着火势的增大会造成人员伤亡。在和谐社会建设背景下，应该加强对超高层民用建筑火灾问题的重视，不断提升灭火救援技术水平，在第一时间做好人员的疏散和火灾的控制，防止给国家、社会和居民造成严重损失。然而，受到诸多因素的影响，在当前灭火救援工作中仍旧面临较大的困境，必须结合现代化消防事业的发展特点及需求，制定切实可行的灭火救援工作体系，真正维护社会的稳定发展。

1 超高层建筑火灾特点分析

1.1 疏散难

超高层建筑的楼层比较高，一旦楼内发生火灾，居民需要花费很长的时间，才能逃至室外安全区域。当发生火灾时，因为慌乱而出现拥堵、踩踏等事件，不利于安全疏散居民。超高层建筑室外风速较大，火势蔓延快，烟气弥漫快，导致烟气快速弥漫整栋楼，从而增加了火灾救援工作的难度。

1.2 蔓延快

超高层建筑具有面积大、层数多、可燃物多、室外风速较大的特点。火灾发生后，可燃物横向蔓延的速度非常快。由于超高层建筑的高度较高，烟囱效应会更加明显。在室外，火势的蔓延速度会更快，烟气会通过外墙及烟囱效应迅速蔓延，形式恐惧。

1.3 隐患多

超高层建筑内的物品较多，从而增加了火灾发生的概率。建筑内部居民所使用的装修材料，其可燃性强。同时，电力设备在运行过程中会增加用电负荷，继而增加了火灾发生的概率。如果火灾无法得到及时控制，就会严重危害人们的生命财产安全。

2 超高层建筑给排水系统中的常见问题

2.1 给水方式的设计

在超高层建筑中，给水方式的正确选择是保证用户用水安全性的前提。对于建筑高度大于100m小于150m的高层建筑来说，低层部分通常是市政水压直接给水，而高层部分则采取变频供水设备供水，即垂直分区串联供水。一般市场上的变频供水设备可满足用户要求，如某项目建筑高度150m，采用的是串联供水形式，设置中转水箱和水泵，二次加压供水目的，这种方式须把水加压到中转水箱中，增加建筑物荷载。对于高于150m的超高层建筑，由于供水设备的流量和扬程以及管网的承受压力无法满足用户需求，应考虑串联供水。设置一个或多个中转水箱和水泵，用以达到供水目的。但是转输水箱的设置会增加二次污染的可能性，需要为水箱设置自洁循环消毒设备，并设置在线水质检测，保障供水安全。

2.2 消防系统的设计

超高层建筑消防设计中，消防用水量和计算消防容积应区别于普通高层，如火灾延续时间，同一时间的计算火灾次数，需综合考虑－建筑功能和设计使用人数，如超过规范规定应采取相对较高的设计标准，分区供水转输水箱容积的满足相关规范要求，分区转输水箱有效容积计算应准确，准确计算最低有效水位和满足消防水泵自灌式吸水的规定要求，容易出现实际有效容积不满足规定要求的情况。消火栓系统和自动喷水系统要在转输水泵房及其他合适的楼层预留手抬泵快速接口（水泵接合器），方便消防人员灭火时使用。无论是转输水箱还是转输水泵，均应与建筑结构协调，应设在专用房间内，充分考虑结构荷载、抗震、噪音污染控制要求，并要有排水措施。如果避难层下方是住宅，需要设置安静的房间，不能设在其正上方。根据现行规范标准规定，系统工作压力大于2.4MPa或消火栓栓口处静压大于1.0MPa时，消防系统应分区供水。超高层建筑的消防系统分区方式有以下两种：串联供水。串联进水是将水泵水箱设置在避难层或相应的设备层。转输水箱的有效容积不得小于60m3。如果使用多台消防泵直接供水，则必须先启动较低的消防泵，同时或稍后再启动较高的消防泵，传输间隔必须在20s内。重力供水：消防水箱和消防泵安装在屋顶上，利用水箱重力向下供水。除上层消防泵的加压水外，其他楼层使用屋顶水箱的重力供水。低区重力供水可采用减压阀减压或采用减压稳压型消火栓。重力供水是可靠的，但由于水体建在屋顶上，对结构荷载影响较大，经济性较差。

2.3 污水系统的设计

在规划超高层建筑雨水排水系统和塔式房屋的污水排水系统时，应充分考虑减压减速措施，避免系统直接下落排水，造成管路超压，流速过快。管路超压和流速过快会破坏管道、破坏室内水封，影响系统安全运行和室内空气质量。减压减速措施还应避免造成拥堵，合理的设计才能保证系统安全运行。一般来说，超高层结构过渡层的梁宽和梁高均高于标准层，连接梁会对污水管道和卫生设施的布置产生影响。设计卫生设施时，应避免开关梁和排水管之间发生冲突，一些位于标准楼层下的污水管应弯曲，尽量减少穿梁和造成室内净高不足情况，宜结合结构水、暖、电各专业，做BIM综合管线设计，模拟现实安装情况，避免实际安装时无法实施。在选择管道时，必考虑环境、压力、安装、温度、美观等因素。超高层建筑排水系统的管道一般以加厚UPVC管、铸铁排水管为主，具有安装方便、耐腐蚀、内壁美观光滑、不易堵塞等优点，条件允许时应选用技术更先进、耐压、耐久的材料，如HDPE螺旋静音排水管、增强聚丙烯静音排水管道系统等。当垂直于污水管道转弯时，应充分牢固固定，必要时设置刚套管、管道支架固定，而非简单采用管卡固定。在设计塔式排水系统时，UPVC系统不能安装在室内。设计流量为重力流，应考虑排水压力；在设计和购买雨、污水系统管道时，应考虑建筑高度产生的静压，在普通管材的压力范围内选择普通管材，对于一些高负荷、超高建筑的管道，可选择钢塑复合管、耐压塑料管，保证雨、污水排水系统的安全性。

3 超高层建筑给排水设计要点

3.1 精准把握超高层建筑给排水设计要求

超高层建筑给排水设计过程中面临一些技术性难题，需要妥善解决其中出现的给水压力不稳等系列问题。在开展给排水设计工作的过程中，应当着重做好相关设计工作，给水系统供水稳定、不振动，排水管道的通气顺畅、不产生负压、不破坏室内洁具水封。具体而言，对给排水管网中的立管设计流量进行评估，借助系统化的立管设计流量核算，确保立管的最大流量不超过规定流量的上限（流速不过高、管径大小设计合理），完成给排水管网管道的科学选型。同时，还需要做好管道消能处理，通过消能处理降低水流下降的速度，防止水流速度过快，对给排水管网带来额外的损伤，进而影响管网的使用寿命。为实现水气混合，保证管网运行的稳定性，设计人员可以在超高层建筑给水系统的合适位置设置自动排气阀，排水系统应设计专用的通气立管，提升给排水管道内部的压力调控能力，减少负压情况的出现概率，增强给排水能力，减少振动等，实现供水排水安全，降低噪音污染等。为保持给水供给能力和稳定，设计人员可以采取变频泵并设置稳压灌，实现供水稳定和节能。同时，合理安排避难层的空间布局，实现输送泵与输水箱的合理设置。

3.2 BIM技术应用

项目后续活动的顺利开展。BIM技术在超高层建筑给排水项目中的应用可以持续提升项目管理工作的精细化管理水平，形成系统化、全面化的项目管理模式。例如，在施工进度管理过程中，管理部门组织人员利用BIM技术实时掌握项目的进展情况，将施工进展与设计方案进行横向对比，判定施工进度是否达到预期。对于施工进度较慢的建设项目，施工企业可以组织人员进入施工现场，实地掌握施工区域人员、设备以及材料的管理情况。通过综合性评估，明确施工现场管理过程中暴露出的相关问题，以问题为导向，以需求为牵引，综合考量各类因素，在BIM技术框架下，有针对性地开展超高层建筑给排水施工现场管理工作。针对部分施工体量较大、施工难度较高的超高层建筑给排水，施工人员可以充分借助BIM技术对施工流程开展全方位的模拟。模拟过程中，通过物理碰撞以及规则碰撞等方式，测试模拟施工流程的可行性，论证施工流程是否可以在保障施工质量的前提下压缩施工周期，保证施工进度。在这一过程中，管理人员利用计算机技术持续记录建筑工程项目的节点数据，抓住项目施工管理的重点要求，通过科学把控管理重点，使施工企业在物料选型、购买以及管理等环节可以更好地开展管理工作，从源头上杜绝质量问题的发生，实现超高层建筑给排水质量的科学管理，同时确保可以在规定的时间内，快速完成项目施工任务。

3.3 注重环保节能，加强对位差管控

首先，施工中合理处置管道埋设开挖的土方，不可随意堆积，破坏污染周围环境。其次，在施工中避免对地下水的污染，做好相关防护工作，施工生产生活用水防控到位。最后，在环保节能工作到位之后，加强对位差管控。对位差的管控是高层建筑给排水管控的重要环节，只有加强位差的合理控制，才能保证整个高层建筑用水的连续性，为后续工作的科学化落实奠定基础。

4 超高层建筑消防设计、管理要点

4.1 健全基础设施

完善的基础设施，是保障灭火救援工作顺利推进的关键，因此应该加大基础设施的建设力度，以便在工作当中获得强有力的支持。首先，应该做好超高层民用建筑内部的消防建设。在建筑设计过程中，设计部门应该主动与相关部门进行交流，确保各类消防设施按照相关要求进行设置，以便为后期灭火救援工作奠定基础。根据建筑的结构特点和空间布局等，合理设定消防供水系统，明确供水压力和供水量等参数，在灭火救援工作中能够提供充足的水量，实现对火势的全面控制。其次，合理地设置系统分区、中转系统，合理地选择相关设备，如水泵、管材等。消防管理单位应意识到当前灭火救援工作的困难性，积极维护消防系统和设备，完善管理和巡查机制，适应复杂的救援环境，做好消防应急预案、消防演练，在保障人员安全的前提下提高救援、疏散速度，在更短时间内帮助人们疏散逃生。灭火救援当中充分运用有毒气体测试仪、综合一体化消防车和多功能抢险救灾车等消防设施设备，体现先进设备的性能优势。有条件时，积极购置相关防化服、空气呼吸器、自救报警器和防火隔热服等，并且在开展灭火救援前应该对消防行动人员的佩戴情况进行严格检查。

4.2 防火分区与防火分隔

当发生火灾时，逃生人员可以在防火分区内采取相应措施来阻碍火灾的蔓延。防火分区通常分为水平分区与垂直分区，垂直分区用楼板与窗墙作为阻挡物。水平分区用防火卷帘、防火门以及防火墙等作为阻挡物，并且用这些阻挡物来水平分隔楼层内部区域，从而阻挡火势的蔓延。在设计过程中，设计人员需要保证输送可燃性气体的管道远离门窗和安全疏散门。另外，现场施工人员还需要合理设计建筑材料的堆放区域，保证该区域周边交通的便利性，从而为安全疏散提供有力保障，促进消防救援工作的顺利开展。

4.3 完善超高层建筑消防给水系统设计方案

为了保证超高层建筑的消防安全，提升给排水管网的消防自救能力，在整个给排水系统设计过程中，设计人员应当针对性地做好消防给排水系统设计工作，建立完善的消防给水模式。实际设计环节，设计人员应当根据《建筑设计防火规范》的相关规定，采取特殊的消防策略，做好消防给水设计方案的备案审核工作。例如，当高层建筑的整体高度达到250m时，设计人员需要根据建筑的空间布局制定特殊的消防策略，并上报消防主管部门进行审核论证，审核通过后组织实施。在明确设计基本框架与主要流程后，设计人员应当根据超高层建筑的消防设计要求，对消防给水系统的主要参数作出相应的调整。例如，在超高层建筑的相关位置设置应急避难间，微型消防站，配备必要的自救消防设施和器材，强化超高层建筑对于小规模火灾的应急处置能力。喷淋系统在设计过程中，不仅需要结合高层建筑的整体空间布局，对水量、水压严格计算，喷头布置的正确合理性，确保喷淋系统的覆盖范围以及应急能力，采用合理的系统分区和控制系统，提高喷淋系统的反应能力，避免盲区和减少误喷，保证喷淋系统各类组件的高效、平稳运转。

5 结束语

综上所述，超高层建筑自身的特性决定了其给排水系统及消防系统设计不同于一般建筑，设计人员在设计过程中要充分借鉴同类工程经验，同时结合项目实际需求，设计合理的给排水系统与消防系统，确保超高层建筑的正常用水以及消防安全。

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