摘要：高层建筑建设行业的发展较为良好，而高层建筑的消防设计尚未与建设发展形成相对应的系统，规范制度等均有所缺陷或者较为滞后。而高层建筑的特殊性，使得其容易出现火灾隐患，不易被发现，威胁到人员的生命财产安全，意义十分重大。本文简单阐述了超高层建筑的消防的要求，超高层建筑消防设计，包括供水方式选择、中间转输水箱的设计，水泵接合器的设计等，为从事超高层建筑消防设计的人员提供一定的参考与借鉴。
关键词：超高层建筑、供水方式、转速水箱、水泵接合器
0引言
现代社会的发展，城市化进程逐步深入，各项建设活动十分频繁，高层及超高层建筑的建设也成为了十分普遍的项目，该行业的发展十分迅速。1972年8月在美国宾夕法尼亚州的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。第一类高层建筑：9~16层（高度≤50m）；第二类高层建筑：17~25层（高度≤75m）；第三类高层建筑：26~40层（高度≤100m）；超高层建筑：40层以上（高度＞100m）。我国在1995年修订后的“高规”中删除了原有防火规范不适用于100m以上高层建筑的规定，并对建筑高度超过100m的公共建筑有了一些特殊的规定。由于超高层建筑在设计中需要考虑的因素较多，包括外观设计、环境和谐、节能环保、抗震因素、结构合理等，因此在消防设计方面受到较大的限制及影响，其规范与制度尚未与建筑设计及建筑行业的发展形成相应的系统，使得超高层建筑的在给水及消防设计方面存在较多的问题，也造成了许多安全的隐患，时刻威胁到人员的生命财产安全，需要予以重视，保障建筑物的使用安全并延长其使用寿命，创造出良好的经济效益及社会效益。
1 供水方式的选择
超高层建筑消防给水形式受到建筑物高度、工程造价、建筑物实际使用情况、建筑物平面布置、选用的设备、设备集中设置还是分散设置、可能产生的噪音、二次污染、设备运行和维护管理等诸多因素的影响，其中最常见的消防给水形式有三种，即并联供水、串联供水和重力供水。
1.1 并联给水方式
并联给水典型的方式为：一种布置方式是各个分区设有各自独立的消防水泵和消防水箱，由于各分区均需设置加压泵，根据规范要求尚需配置备用泵，加上自动喷淋系统加压泵（也需要分区设置）、生活给水泵等，水泵台数较多，泵饭面积较大。采用此供水方式时，当两个消防分区之间发生火灾时，对消防水泵启动的要求不同，存在一定的安全隐患，这种方式已不常见，相关的文章和手册也有讨论和叙述，在次不再重述。另外一种方式是系统只设置一套消防加压泵向整个消防给水管网供水，通过减压阀组的方式进行竖向减压。笔者主要对以减压阀组方式进行竖向分区的并联供水进行探讨。
并联供水方式优点：（1）系统管网简单明了，节约初期投资、施工方便，消防控制系统相对简单可靠，日后的管理和维护更为方便；（2）避免了在超高层建筑中设置水泵等机械设备而产生噪音和振动，造成对上下临层的影响，为业主提供了安静舒适的环境。
其缺点为对竖向分区的减压设备性能要求高，主要考虑以下几个方面：（1）作为竖向分区使用的减压阀应具有既减动压又减静压的功能。如果没有减静压功能或减压功能失效，则可造成减压阀后供水系统长期处于超压状态，从而带来系统安全隐患，系统安全得不到保证，是不允许的。（2）对供水系统只需要减动压的场合，建议采用只减动压的减压设备，以简化系统，节约投资。（3）对局部只需要减动压的部位，建议采用减压孔板、减压稳压消火栓等简单的设施，起到减压的作用。合理使用减压设备，在保证供水系统安全可靠的前提下，能有效的降低消防管网的投资，这点在系统设计中应给予高度重视。
此外分区方式的选择还应该从加压设备选型和建筑功能等方面分析，主要考虑一下因素：（1）要满足150m建筑高度的消防水压要求，设计系统工作压力接近2.0MPa，在此压力范围内，消防加压泵的选型比较容易、多样，便于设备的购买和安装；（2）超高层住宅建筑高度大多在150m以下，此类建筑根据现行国家要求可不设置避难层，只设避难间，而避难间面积有限，不能安装过多的消防设备（如中间转速水箱、消防水泵、喷淋泵和消防稳压设施）。采用并联供水方式，节约了超高层避难层（间）中设备和管件的安装面积，在能更多提供人员掩蔽空间的同时，也为业主争取到更多的经济利益。
综上所述，笔者认为减压阀组结合局部采用减压设施的并联分区供水方式，较适用于建筑高度在150m以下的超高层建筑。
1.2串联供水方式
在消防给水竖向分区中，各分区设置独立消防泵组向管网供水，并设置转输水箱和转输水泵，通过转输水泵向上级转输水箱供水，转输水箱、转输水泵、上部分区消防水泵一般设置在避难层（间）内。
串联供水方式的优点：（1）系统管网工作压力不高且可控；（2）消防水泵功率较小，无需降压启动，启动设备投资较省，启动可靠。
串联供水方式缺点：（1）系统管网相对复杂；（2）中间水箱及消防设备占用较多建筑空间；（3）上下多级消防水泵的电气控制相对繁琐。
此外，分区方式的选择还应在加压设备选型和建筑功能等方面考虑一下因素：（1）150m以上的超高层建筑，若继续采用并联分区供水方式，势必提高供水水泵扬程和管网、设备承压等级，造成前期投资过大，设备管材安装要求更高，系统长期处于高压状态，安全风险增大；采用设置中间转输水箱和消防给水水泵的串联分区供水方式，可降低供水系统的工作压力，提高系统供水安全性；（2）150m以上超高层建筑主要是以公共建筑为主，该类建筑按现行规范要求应设置避难层，在满足避难人员所需避难功能外可兼作设备层，为其他消防设备安装提供了空间，从而为串联分区供水方式提供了条件；（3）公共建筑内夜间人员较少，对环境噪音的要求相对较低，允许在中间层设置消防设备。
综上所述，笔者认为串联分区供水方式，适用于建筑高度在150m~200m之间的超高层建筑。
1.3 重力供水方式
在建筑物最高处的适当位置设置高位消防水池，且水池有效容积应满足该建筑在火灾延续时间内室内消防总用水量，消防水池的水以重力方式以下各消防给水分区供水。消防水池应分为能独立工作的两格，补水管不应少于两条，其补水水泵的设计秒流量宜按该建筑室内消防设计流量选配。
重力供水方式的优点：（1）屋顶消防水池储存了整栋建筑在火灾延续时间内所需的总消防水量，通过重力方式向下供水，从而避免了机械故障和火场供电中断对消防供水系统的影响，最为安全可靠；（2）系统构成简单可靠，在发生火灾时，供水系统可迅速启动，投入灭火，可有效地保证人员生命和财产安全。
重力供水方式的缺点：（1）增加了结构荷载；（2）消防水池需占用较大的屋面有效空间，一定程度上影响了业主屋面的使用；（3）消防水池储存的消防用水需要定期更换，从而造成较多的水资源浪费。
此外还应从建筑功能和重要性等方面分析，根据国内现有资料分析，建筑高度在200m~250m之间的超高层建筑，绝大多数为大型的重要公共建筑，多为区域性标志性建筑，社会影响较大，其人员密集、装修标准高，且大部分设置有中央空调系统，火灾危险性大，当发生火灾时，人员不宜疏散，外部救援困难，主要依靠建筑本身消防系统自救，而且根据笔者掌握的资料，目前国内上海环球金融中心，上海金茂大厦、珠江新城西塔、广州塔等重要公共建筑，均采用重力消防供水系统。
综上所述，笔者认为建设高度在200m~250m之间的超高建筑消防供水系统，应采用重力供水的方式，该方式最为安全可靠。
2 中间转输水箱的计算
超高层建筑中间转输水箱包括消防转输水箱和生活转输水箱两部分。其中消防的中间转输水箱在《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》（2003年）中规定：“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，其储水容积按15~30min的消防设计水量经计算确定，并不宜小于60m3。”假如超高层建筑消火栓用水量为40L/s，自动喷水用水量为30?L/s，则中间转输水箱的容积=（40+30）*10*60+（40+30）*5*60=63000（L），其中10min水量为本区屋顶消防水箱的水量，5min为上区水泵吸水池的水量，如还有其他水消防系统则把有可能在火灾时同时启动的消防系统的水量叠加计算，作为中间转输水箱容积。
3 水泵接合器的设置
《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014，以下简称“消规”）5.4.6条规定，消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器。《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017，以下简称“喷规”）10.4.2条规定，当水泵接合器的供水能力不能满足最不利点处作用面积的流量和压力要求时，应采取增压措施。其条文说明提出：根据某些省市消防局的经验，规定在当地消防车供水能力接近极限的部位，设置接力设施。可以看出，根据“高规”，在消防车供水范围之外的消防分区，无论是消火栓系统还是自动喷水灭火系统，均可不再设置水泵接合器；但是根据“喷规”，在超出消防车供水范围之外的自动喷水灭火系统的消防分区需要设置接力设施。
3.1 100~200m超高层水泵接合器的设置
100~200m的超高层建筑一般形成两个相对独立的供水系统，在100m左右的楼层，设置消防水池和消防水泵房，依靠地下室的消防泵向上面的消防水池或消防泵供水，上、下消防供水系统是既独立又是联动的关系，但是消防水泵接合器一般是不通的。为了使水泵接合器供水能直接进入第二个系统，要充分利用消防车供水的有效扬程，向更高层供水。也就是在高区消防给水系统总管的低端部位（一般为中压消防车的有效扬程范围内，即150m），设计两根旁通喷水系统和消火栓系统的管道，在第二个系统150m的低端连接部位，应安装单向阀或电动阀，如安装电动阀，应当在地面专用房间供消防队直接控制操作。两根旁通喷水系统和消火栓系统的管道要连接到地面，专供连接高区水泵接合器之用，该旁通管只能进水，不能出水。消防车连接高区水泵接合器，通过该旁通管使消防车给水直接进入100m以上的高区，同时也可以减少阻力向高区喷水系统和消火栓系统管网供水，如果连接在高区中的高端，相对会增加阻力，不便消防车向楼层供水。
3.2 大于200m超高层水泵接合器的设置
超过200m的建筑，在中间泵房间可用消防手抬泵接力供水。可以在当地消防车供水能力接近极限的部位，设置接力供水设施。接力供水设施由接力水箱和固定的电力泵或柴油泵等接力泵以及水泵接合器或其他形式的接口组成，接力水箱应预留供消防手抬泵吸水的接口，当电力系统或机械系统故障时，可用消防手抬泵，通过专用吸水口和接合器等设施向更高的楼层供水。即在高区消防给水系统总管的低端部位，设计两根旁通管喷水系统和消火栓管道系统，在其低端连接部位应安装单向阀，该管道要连接到接力供水设施的房间，专供连接高区水泵接合器之用。
5 总结
随着城市建设步伐的加快，超高层建筑的建设事业成为了较为普遍的工程项目。高层建筑建设方面的规章制度等已经形成完整的系统及质量标准等，而在建筑消防设计方面却尚未与之形成对应的体系，另外，高层建筑度在施工建设是需要考虑各个方面的因素，综合把握，因此消防设计也受到了较大的限制，给建筑的安全带来了较多的隐患。本文仅从一般的角度分析了超高层建筑消防设计基本内容，实践活动中还需要相关人员先掌握超高层建筑的规模、整体结构、施工水平、消防要求、周边环境等，遵循科学的设计原则制定出符合实际情况的设计方案，形成完善的消防系统，保障人员的生命财产安全，延长使用建筑物的使用寿命，创造出良好的经济效益及社会效益。
参考文献
1 GB 50084-2014自动喷水灭火系统设计规范；
2 张蕾.浅析超高层建筑消防设计—以重庆环球金融中心为例[J].建筑设计管理.2011（04）：73.
作者简介：胡建立，上海天华建筑设计有限公司，硕士，研究方向：建筑给水排水工程设计。