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【摘要】本文介绍了超高层住宅群郑州华润悦府住宅一期项目的消火栓给水系统设计，重点介绍了建筑高度接近200米的无转换层住宅的消火栓给水系统的设计过程和在后期施工中遇到的一些技术难题及解决方案，以供超高层建筑的消火栓给水系统设计参考。对传统的高层住宅给排水和室内消火栓系统设计进行了总结，认为传统的设计方法有许多弊病，例如：室外管线位置紧张、开发商投资加大、屋顶设消防水箱，给结构设计带来麻烦，严重影响建筑立面等，提出了针对高层住宅群給水系统和消火栓系统合并设计的观点。并阐述了合并设计的种种可行性和经济效益等优点。
【关键词】超高层住宅；消火栓系统；消火栓给水泵；并联分区；减压阀
引言：
随着我国经济持续快速的发展，城市化进程的脚步也逐渐加快，特别是房地产行业的快速发展，给住宅建设带来前所未有的建设规模。一些城市的建设用地越来越紧张，于是，超高层住宅群风靡各地，最初高层住宅群只是几万平方米，现在十几、几十万平方米高层建筑群也是司空见惯。所谓超高层住宅，一层架空用于绿化、管道转换或设零星的商业网点。档次稍低的，也有架空用做车库，绝大多数则另设地下车库。
1、工程概况
郑州华润悦府住宅一期项目（以下简称“悦府”），总占地面积36454.37m2，总建筑面积327340.66m2。其中：1#楼地下三层，地上五十四层，地上建筑面积54721m2，主体高度165.30m；2#楼地下三层，地上五十四层，地上建筑面积60311m2，主体高度165.30m；3#楼地下三层，地上六十层，地上建筑面积285291m，主体高度189.30m；4#楼地下三层，地上六十层，地上建筑面积24062m2，主体高度189.30m。地下三层为小汽车库和设备用房，地下车库总建筑面积104933m2。其中地下三层为人防工程，平战结合。消防水池和消防泵房位于地下三层。消防水池的有效蓄水量为330m3。消防水箱位于3#楼屋顶，消防水箱的有效储水量为18m3。
2、高层住宅群的传统设计方法
高层住宅群消火栓给水系统设计套用现行《高层民用建筑设计规范》（GB50045- 95），往往按如下设计方式：
（1）消火栓系统单独设置，设临时加压泵房，每个消防栓箱启动泵按钮信号均要接至消火栓泵房，由着火信号自动启动消火栓泵。
（2）必须设不小于6m3（有的地方消防部门要求为12m3）的消防水箱。当建筑不利点消火栓静水压力低于0.07Mpa 时，要设消火栓稳压泵。
（3）为保证消防水不被动用，单独设消防水池或合用水池并采取措施控制消防水量不被动用。按上述设计，消火栓与生活给水系统各自独立，会造成室外管位紧张，特别是北方地区的住宅，室外有采暖管道，管道总线布置设计困难；更造成投资大，影响房地产开发商的开发利润；屋顶设消防水箱，给结构设计带来麻烦，更严重影响建筑立面。因为消防系统的特点，它是一个常备系统，只有发生火灾时才会发挥作用，平时由于麻痹思想而疏于管理，最终使用效果适得其反。综上所述，传统的设计方法有待讨论。
3、室外市政条件和室外消火栓系统
华润悦府住宅一期项目位于太康路以南、五彩路以北、铭功路以东，民主二街以西。该住宅小区地处郑州市区繁华地带，周边市政设施配套较为完善。小区西侧铭功路现有DN800市政主供水管道，小区南侧五彩路现有DN300市政供水管道。市政管道常年压力0.25Mpa，小区从铭功路和五彩路各接入一条DN300的市政供水管道（引入管上设置低阻力倒流防止器），在小区内成环。
在院区内环状供水管道引出4个地上式室外消火栓，每个室外消火栓设有一个DN150和2个DN65的栓口，相邻两个室外消火栓间距不大于120m。
4、室内消火栓设计
4.1室内消防水量
依据《高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95）》（2005年版）7.2.2条，“高层建筑室内外消火栓给水系统的用水量，不应小于表7.2.2条规定”，本项目室内消防用水量见表1。
4.2室内消火栓系统
在该系统设计前期，由于建筑方案未考虑设置设备转换层，对于水专业来说是个很大的挑战。对于室内消火栓系统的竖向分区，最低消火栓和最高消火栓高差196米。通过对国内消火栓泵厂家和消防管道及管件承压能力的考察，经过技术、经济等方面的分析，最终采用“一泵到顶，减压阀分区”的给水系统，即采用一套消火栓泵，该泵能满足系统最高点消火栓压力及流量的要求。为达到高规第7.4.6.5条，“消火栓栓口的静水压力不应大于1.0Mpa，当大于1.00Mpa时，采取减压阀分区的给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.5Mpa时，应采取减压措施。”竖向分为三个区，-3～20层为低区，21～42层为中区，44～60层为高区。每个分区上面五层采用普通消火栓，其余均采用减压稳压型消火栓。该方案优点：系统设置简单，水泵机组少，占地面积省，造价低，维护费用低。缺点：由于该系统的低区或中区的供水压力均通过加压阀减压来实现，因此减压阀成为整个系统是否安全的关键，对消火栓泵、消防管道的管件和减压阀的承压能力要求高。整个系统的设计见图1。
4.3管材的选用及消能措施
消火栓系统供水管道采用热镀锌钢管，接消防泵出口至各个分区减压阀前的管道采用压力等级为3.0Mpa的无缝钢管，焊接，接口做加强防腐处理。高区以及中、低区减压阀后的管道采用压力等级为1.6Mpa的管道，沟槽连接。
消火栓泵的压力比较高，为防止停泵水锤，在消火栓泵的出口处设置缓闭止回阀，为增加系统的可靠性，后期又增设了水锤消除器，将停泵水锤危害降至最低。
4.4水泵接合器
根据高规第7.4.5条，“室内消火栓给水系统应设置水泵接合器，每个水泵接合器的流量按10～15L计算”。该项目设置两套DN150的水泵接合器。消防水泵接合器压力等级要求2.0Mpa。由于消火栓系统最高消火栓距地面187m，再加上管道水头损失和13m充实水柱的要求，消火栓水泵接合器的入口压力应为225m，而目前国产消防车的供水压力普遍在140m左右。为满足供水需求，采用在水泵接合器后的管道上增设管道泵，该泵流量30L/S，扬程140m，泵壳承压3.0Mpa。该泵直接从水泵接合器后管道吸水，经管道泵串联接力后送至消火栓给水系统。为保持系统的统一和可操作性，消火栓管道接力泵的启停，消火栓接力泵房、水泵接合器附近、消防泵房均设置启停按钮。为保证管道泵不被锈蚀和平时的消防巡检问题，管道泵前设置阀门和水箱，消防巡检时，管道泵从水箱吸水经管道泵、放水阀后回到水箱。确保消防时管道泵能正常工作。管道泵平时和消防时工作原理见下图2。
5、总结和思考
悦府项目于2014年竣工验收，目前运行良好。由于消火栓给水系统压力过高，消火栓泵、高压管道、水泵接合器、接力消防泵及相关管道附件等均需定制，在一定程度上增加了工程造价，并对后期的施工管理和安装水平也提出很高的要求。
随着各个城市消防车不断改进，消防车供水压力不断提高。对于高度不超过150m的住宅群采用减压阀减压方案可省去设备转换层。随着新版《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014实施，要求消火栓系统工作压力不应大于2.40Mpa，对于高度超过150m的建筑推荐必须设置避难层和设备转换层采用并联分区的形式。本文所采用的一系列无设备转换层的设计方法和针对技术难题的解决方案，可为高度不超过150m的无设备转换层的超高层建筑消火栓给水系统设计提供参考。
结语：
综上所述，改变传统的设计方法，要从设计理念和技术经济合理的角度出发，但也需要从规范的高度加以确定和调整，届于此，消防有关规范对高层住宅群消火栓系统设计应研究针对性的规定。另外，消防规范对水消防常高压系统的定义应根据科技的发展及工程实践允许采用现代科学措施保持给水常高压的方式。从而使高层住宅消火栓给水系统设计有新突破。
参考文献：
[1]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）[S].
[2]《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014[S].
[3]《全国民用建筑工程设计技术措施 给水排水》（2009年版），中国建筑标准设计研究院.
【关键词】超高层住宅；消火栓系统；消火栓给水泵；并联分区；减压阀
引言：
随着我国经济持续快速的发展，城市化进程的脚步也逐渐加快，特别是房地产行业的快速发展，给住宅建设带来前所未有的建设规模。一些城市的建设用地越来越紧张，于是，超高层住宅群风靡各地，最初高层住宅群只是几万平方米，现在十几、几十万平方米高层建筑群也是司空见惯。所谓超高层住宅，一层架空用于绿化、管道转换或设零星的商业网点。档次稍低的，也有架空用做车库，绝大多数则另设地下车库。
1、工程概况
郑州华润悦府住宅一期项目（以下简称“悦府”），总占地面积36454.37m2，总建筑面积327340.66m2。其中：1#楼地下三层，地上五十四层，地上建筑面积54721m2，主体高度165.30m；2#楼地下三层，地上五十四层，地上建筑面积60311m2，主体高度165.30m；3#楼地下三层，地上六十层，地上建筑面积285291m，主体高度189.30m；4#楼地下三层，地上六十层，地上建筑面积24062m2，主体高度189.30m。地下三层为小汽车库和设备用房，地下车库总建筑面积104933m2。其中地下三层为人防工程，平战结合。消防水池和消防泵房位于地下三层。消防水池的有效蓄水量为330m3。消防水箱位于3#楼屋顶，消防水箱的有效储水量为18m3。
2、高层住宅群的传统设计方法
高层住宅群消火栓给水系统设计套用现行《高层民用建筑设计规范》（GB50045- 95），往往按如下设计方式：
（1）消火栓系统单独设置，设临时加压泵房，每个消防栓箱启动泵按钮信号均要接至消火栓泵房，由着火信号自动启动消火栓泵。
（2）必须设不小于6m3（有的地方消防部门要求为12m3）的消防水箱。当建筑不利点消火栓静水压力低于0.07Mpa 时，要设消火栓稳压泵。
（3）为保证消防水不被动用，单独设消防水池或合用水池并采取措施控制消防水量不被动用。按上述设计，消火栓与生活给水系统各自独立，会造成室外管位紧张，特别是北方地区的住宅，室外有采暖管道，管道总线布置设计困难；更造成投资大，影响房地产开发商的开发利润；屋顶设消防水箱，给结构设计带来麻烦，更严重影响建筑立面。因为消防系统的特点，它是一个常备系统，只有发生火灾时才会发挥作用，平时由于麻痹思想而疏于管理，最终使用效果适得其反。综上所述，传统的设计方法有待讨论。
3、室外市政条件和室外消火栓系统
华润悦府住宅一期项目位于太康路以南、五彩路以北、铭功路以东，民主二街以西。该住宅小区地处郑州市区繁华地带，周边市政设施配套较为完善。小区西侧铭功路现有DN800市政主供水管道，小区南侧五彩路现有DN300市政供水管道。市政管道常年压力0.25Mpa，小区从铭功路和五彩路各接入一条DN300的市政供水管道（引入管上设置低阻力倒流防止器），在小区内成环。
在院区内环状供水管道引出4个地上式室外消火栓，每个室外消火栓设有一个DN150和2个DN65的栓口，相邻两个室外消火栓间距不大于120m。
4、室内消火栓设计
4.1室内消防水量
依据《高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95）》（2005年版）7.2.2条，“高层建筑室内外消火栓给水系统的用水量，不应小于表7.2.2条规定”，本项目室内消防用水量见表1。
4.2室内消火栓系统
在该系统设计前期，由于建筑方案未考虑设置设备转换层，对于水专业来说是个很大的挑战。对于室内消火栓系统的竖向分区，最低消火栓和最高消火栓高差196米。通过对国内消火栓泵厂家和消防管道及管件承压能力的考察，经过技术、经济等方面的分析，最终采用“一泵到顶，减压阀分区”的给水系统，即采用一套消火栓泵，该泵能满足系统最高点消火栓压力及流量的要求。为达到高规第7.4.6.5条，“消火栓栓口的静水压力不应大于1.0Mpa，当大于1.00Mpa时，采取减压阀分区的给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.5Mpa时，应采取减压措施。”竖向分为三个区，-3～20层为低区，21～42层为中区，44～60层为高区。每个分区上面五层采用普通消火栓，其余均采用减压稳压型消火栓。该方案优点：系统设置简单，水泵机组少，占地面积省，造价低，维护费用低。缺点：由于该系统的低区或中区的供水压力均通过加压阀减压来实现，因此减压阀成为整个系统是否安全的关键，对消火栓泵、消防管道的管件和减压阀的承压能力要求高。整个系统的设计见图1。
4.3管材的选用及消能措施
消火栓系统供水管道采用热镀锌钢管，接消防泵出口至各个分区减压阀前的管道采用压力等级为3.0Mpa的无缝钢管，焊接，接口做加强防腐处理。高区以及中、低区减压阀后的管道采用压力等级为1.6Mpa的管道，沟槽连接。
消火栓泵的压力比较高，为防止停泵水锤，在消火栓泵的出口处设置缓闭止回阀，为增加系统的可靠性，后期又增设了水锤消除器，将停泵水锤危害降至最低。
4.4水泵接合器
根据高规第7.4.5条，“室内消火栓给水系统应设置水泵接合器，每个水泵接合器的流量按10～15L计算”。该项目设置两套DN150的水泵接合器。消防水泵接合器压力等级要求2.0Mpa。由于消火栓系统最高消火栓距地面187m，再加上管道水头损失和13m充实水柱的要求，消火栓水泵接合器的入口压力应为225m，而目前国产消防车的供水压力普遍在140m左右。为满足供水需求，采用在水泵接合器后的管道上增设管道泵，该泵流量30L/S，扬程140m，泵壳承压3.0Mpa。该泵直接从水泵接合器后管道吸水，经管道泵串联接力后送至消火栓给水系统。为保持系统的统一和可操作性，消火栓管道接力泵的启停，消火栓接力泵房、水泵接合器附近、消防泵房均设置启停按钮。为保证管道泵不被锈蚀和平时的消防巡检问题，管道泵前设置阀门和水箱，消防巡检时，管道泵从水箱吸水经管道泵、放水阀后回到水箱。确保消防时管道泵能正常工作。管道泵平时和消防时工作原理见下图2。
5、总结和思考
悦府项目于2014年竣工验收，目前运行良好。由于消火栓给水系统压力过高，消火栓泵、高压管道、水泵接合器、接力消防泵及相关管道附件等均需定制，在一定程度上增加了工程造价，并对后期的施工管理和安装水平也提出很高的要求。
随着各个城市消防车不断改进，消防车供水压力不断提高。对于高度不超过150m的住宅群采用减压阀减压方案可省去设备转换层。随着新版《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014实施，要求消火栓系统工作压力不应大于2.40Mpa，对于高度超过150m的建筑推荐必须设置避难层和设备转换层采用并联分区的形式。本文所采用的一系列无设备转换层的设计方法和针对技术难题的解决方案，可为高度不超过150m的无设备转换层的超高层建筑消火栓给水系统设计提供参考。
结语：
综上所述，改变传统的设计方法，要从设计理念和技术经济合理的角度出发，但也需要从规范的高度加以确定和调整，届于此，消防有关规范对高层住宅群消火栓系统设计应研究针对性的规定。另外，消防规范对水消防常高压系统的定义应根据科技的发展及工程实践允许采用现代科学措施保持给水常高压的方式。从而使高层住宅消火栓给水系统设计有新突破。
参考文献：
[1]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）[S].
[2]《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014[S].
[3]《全国民用建筑工程设计技术措施 给水排水》（2009年版），中国建筑标准设计研究院.