中国建筑设计院有限公司侯远见
随着社会经济的不断进步，近几年新建的超高层建筑在全国各地不断涌现，而且有越建越高的趋势，但超高层设计人员的水平参差不齐，之前很少有设计师能接触到此类建筑加之超高层建筑本身无论对使用还是消防安全等要求甚高，常常有设计师对此类建筑设计出现重大的系统错误。根据相关规范、技术要求，结合自己在超高层建筑设计中的体会，提出以下的设计理念、设计难点及难点解析。
一、给水设计（一）规范解析
（1）《建筑给水排水设计规范》GB50015－2003（2009年版）3.1.1条小区给水设计用水量，应根据下列用水量确定：
1、居民生活用水量；
2、公共建筑用水量；
3、绿化用水量；
4、水景、娱乐设施用水量；
5、道路、广场用水量；
6、公用设施用水量；
7、未预见用水量及管网漏失水量；
8、消防用水量。
注：消防用水量仅用于校核管网计算，不计入正常用水量
这条规范解读为只针对小区给水设计用水量计算数值用，不可作为室外给水管管径选取的依据。如果消防和生活合用一条给水管道，针对室外管网的设计流量和管径的选取就应该按建筑给排水设计规范3.6.2条居住小区的室外生活、消防合用给水管道，应按本规范第3.6.1条规定计算设计流量(淋浴用水量可按15％计算。
绿化、道路及广场浇洒用水可不计算在内)，再叠加区内一次火灾的最大消防流量(有消防贮水和专用消防管道供水的部分应扣除)，并应对管道进行水力计算校核，管道末梢的室外消火栓从地面算起的水压，不得低于0.1MPa，以及旧的建设设计防火规范GB50016-2006的8.1.4建筑的低压室外消防给水系统可与生产、生活给水管道系统合并。合并的给水管道系统，当生产、生活用水达到最大小时用水量时(淋浴用水量可按15%计算，浇洒及洗刷用水量可不计算在内)，仍应保证全部消防用水量的规定要求设计。
很多设计师在设计小区室外给水管网时，特别是针对消防和生活合用的一条给水管道这种情况都出现了一些错误，室外给水管管径的计算只考虑小区生活用水量或者消防用水量取其中一个大值来校核室外给水管管径的大小(可能是受了规范3.1.1条的影响所致)，其实无论是从老规范还是新规范室外给水管管径的计算都是生活给水和消防给水量的叠加来考虑。其实也可以参考一下室外给水设计规范的4.0.1设计供水量由下列各项组成：树上鸟教育给排水设计在线教学杨老师。
1、综合生活用水(包括居民生活用水和公共建筑用水)；
2、工业企业用水；
3、浇洒道路和绿地用水；
4、管网漏损水量；
5、未预见用水；
6、消防用水。
和消防给水及消火栓系统技术规范条：符合下列规定之一时，应设置消防水池：
（1）当生产、生活用水量达到最大时，市政给水管网或入户引入管不能满足室内、室外消防给水设计流量。从中也可以体会到它们的含义是一致的。
（2）室外消防给水能利用市政供水的新规范中又多了一条新规定：市政给水厂应至少有两条输水干管向市政给水管网输水，这样室外的消防用水满足相关规定要求的前提下室内消防水池就不用存储室外的消防水量及设置相应的室外消防水泵等。
（二）设计难点
（1）给水系统转输水箱（带重力供水）的体积计算转输水箱容积：重力供水区最大时用水量的50%+加压供水区5~10分钟的转输泵流量。
（2）水位控制：一台高区给水转输泵启动水位和高区给水转输泵停止水位（此时为设置二台高区给水转输泵）此部分水箱容积为一台转输泵5分钟水量。
（3）分区标准各级供水系统压力分区控制在0.45MPa以内。
（4）系统模式优先采用分区减压的供水方式，对于分区内局部超压部分采用减压阀等减压措施减压。
（5）对于设置有转输水箱的系统，设在底层的生活给水转输泵流量应为供水区最大时流量。
（6）地下室储水池容积一般为最高日用水量的30%根据规范《建筑给水排水设计规范》GB50015－2003（2009年版）3.7.3条规定建筑的贮水池（箱）的有效容积当资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%~25%确定，此处为了提高超高层建筑的用水安全适当提高。
（7）高区给水转输泵停止与高区给水转输泵启动之前水箱容积：此部分容积为5分钟高区用水量（此时给水转输泵是一用一备），当高区给水转输泵是二用一备的泵组组合时候还需要增加一个控制水位即二台高区给水转输泵同时启动水位，它与超低报警水位高区生活给水变频泵组停泵水位之间的水箱容积为5分钟高区生活用水量。
（8）水箱水位控制：当水箱采用水泵加压进水时，应设置水箱水位自动控制水泵开、停的装置。当一组水泵供给多个水箱进水时，在进水管上宜装设电讯号控制阀，由水位监控设备实现自动控制。
二、排水设计（1）排水：雨水管高度在300m以下可不设置消能设施。300m以上建议设置消能井，消能井的设计可根据建筑物的具体情况而定。
（2）与超高层出户管连接的室外雨水井、污水井采用钢筋混凝土检查井，其余的雨水、污水检查井采用塑料检查井即可。
（3）超高层如有裙房时，裙房单独设置排水系统，无裙房时宜3层（含3层）以下宜单独设置排水管。
（4）屋面雨水的设计重现期：不应小于10年，100m以下按10年,：100~300m建筑按20年：300m以上建筑按50年：结合溢流措施，300m以下建筑屋面雨水设计重现期按照50年校核，300m及以上建筑屋面雨水设计重现期按照100年校核。室外雨水重现期按3~5年设计。
（5）商业及其他公共厨房排水必须经油水分离装置排出，不得排出室外，在室外做隔油池处理。排水管离成品隔油器或隔油池平面直线距离不应超过30m。
（6）雨水集水井应设置双泵，有顺序启动、水位报警及超水位报警功能，对于下沉广场区域的雨水集水井，宜设置不少于3台排水泵。雨水井内的排水泵应设置双电源。
（7）主要水管井设置排水设施。
（8）结合当地要求考虑中水回收利用系统，当设置中水回收利用系统时应优先回收空调冷凝水、锅炉冷凝水。
三、消火栓系统（一）设计难点
（1）系统设计原则
建筑物高度超过100m小于150m的采用消防水泵直供系统较合理，建筑物高度在150至250m之间的采用水箱串联及减压阀分区，优先建议使用水箱串联供水系统，减压阀分区的对减压阀质量要求较高规范中亦做出相关表达压力过大时，采用先导式减压阀，质量不过关的减压阀长期承受较大压力容易损坏，风险较高。建筑物高度大于250m的采用常高压系统，采用减压水箱分区。屋顶的常高压消防水池可以作为结构设计的稳陀作用考虑。
（2）系统分区
根据规范要求计算消火栓分区大约相对标高在70~80m左右为宜，如考虑手抬泵自身参数的限制，根据市场调研现有手抬泵最大扬程约90m，那么消火栓分区相对标高50m左右为宜。
（二）难点探讨
（1）根据《消防给水及消火栓系统技术规范》第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；当建筑高度超过消防车供水高度时，消防给水应在设备层等方便操作的地点设置手抬泵或移动泵接力供水的吸水和加压接口。此处设置的手抬泵（供消防人员使用）本人的意见是不建议使用手抬泵建议设置固定泵，消防灭火必须争分夺秒设置手抬泵需要消防人员现场安装等工作费时费力，不利于及时的扑灭火灾。同时如果火势较大为了消防人员的自身安全一般也不会再进入避难层进行手抬泵的安装等工作，所以此处设置手抬泵感觉实际意义不大。
（2）新规范的11.0.4条做出了关于流量开关的规定，但流量开关的流量数值多少比较合适需要具体探讨，我的意见按照有利及时灭火的原则流量开关流量不应大于5L/s，同时考虑到流量开关自身产品的质量（市场上大部分产品不能按规定的流量做出动作，特别是小流量时候更难，有的项目为了达到报警控制效果把小流量开关换成了信号阀来作为报警信号）和管道跑漏滴冒引起的误报警，有稳压泵者流量开关在4.0L/s的流量下发出报警信号,无稳压泵者流量开关在3.5L/s的流量下发出启泵信号为宜。
（3）消防泵起泵压力P值的计算：分无稳压泵重力水箱供水模式和有稳压泵+水箱模式两种情况，第二种系统模式P值计算参考《消防给水及消火栓系统技术规范》图示5.3.3图稳压泵设计压力确定中的消防泵启泵压力P=P1-(7~10)即可。
第一种系统模式规范图集中都没有表达，本人的意见是还是参考本集的计算公式P=P1-(7~10)，按照保守数值设置压力参数，既压力开关设置的高度距离本分区系统最高处的消火栓高度的相对高差+5m作为压力开关的设置参数，此时压力开关不宜作为直接启动消防泵的传输信号但可以作为消防火灾的二次报警信号，对于此种系统因着火时水箱水位下降的速度对于启动压力开关需要的压力降来说相对还是比较缓慢，因此，此时应由流量开关启动消防水泵为宜，而压力开关作为报警信号就比较合理了。
（4）新规范之6.2.3条采用消防水泵串联分区供水时，宜采用消防水泵转输水箱串联供水方式，并应符合下列规定：当采用消防水泵转输水箱串联时，转输水箱的有效储水容积不应小于60m3，但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30L/s，则中间转输水箱的最小容积=（40+30）*15*60=63000（L），具体计算为10min的调节容积与屋顶水箱18m3之和既（40+30）*10*60+18=60000（L），此计算方法是在原消防规范屋顶水箱最大不超过18m3前提下所得。，屋顶消防水箱此部分容积应按照规范5.2条中关于高位消防水箱容积的规定相应的增加。其中一类高层公共建筑，不应小于36m3，但当建筑高度大于100m时，不应小于50m3，当建筑高度大于150m时，不应小于100m3。
消火栓分区如果采用水箱串联供水系统，屋顶消防水箱负担的区域消火栓最高处到最低处的几何高差不会超过100m（实际在70-80米之间），如果采用减压阀分区，屋顶消防水箱负担的区域消火栓最高处到最低处的几何高差基本不会超过150m这样转输水箱最小值为32+36=68m3，最大值为32+50=82m3。因此，现在超高层建筑设备层中设置的消防转输水箱条件允许的话一般都把有效容积定在100m3。
（5）正常情况下传输水泵给一组水箱补水，补水管上不得设置阀门，消防转输水箱的平时补水通过生活给水系统补水；火灾时，转输水箱的补水由消防传输泵供给。上述控制方式存在溢流水量过大，排水量不足，存在水箱间淹水的隐患。
如何解决上述问题提出了：消防火灾时转输水箱的补水管阀门设置方式：设置浮球阀并设置超越管（DN32）,超越管平时常开状态。
具体解读为：浮球阀损坏有两种情况，一种不停补水，一种就是顶住了开启不了。另外消防规范中11.0.2条规定消防水泵不应设置自动停泵的控制功能，停泵应由具有管理权限的工作人员根据火灾扑救情况确定。超越管的作用，是在浮球阀关闭状态，传输泵不能停止，通过超越管补充小流量消防水，避免水泵长时间空转损坏，同时溢流管的排水能力满足DN32超越管的补水量，避免大流量补水排水能力不足。
浮球阀发生第二种损坏情况，浮球阀顶死了，此时补水通过DN32的超越管实现。浮球阀水面浮力导致的顶死情况，一定程度上可认为此时消防水箱水位在最高水位，此时如用DN32的补水管还是能满足消防水量的，待水位下降浮球阀又恢复工作，但如果并非是水面浮力导致的顶死情况，而是机械故障等原因如卡住（规范不允许此类补水管设置阀门主要原因在这）因为浮球阀是一用一备的，此时可认定为浮球阀是不会出现损坏的。
因此，消防转输水箱的消防补水管形式为：浮球阀+旁通管；减压水箱的消防补水管形式为：浮球阀。
四、自动喷洒系统（1）250m以下的超高层建筑，自动喷水灭火系统宜采用临时高压系统。250m（含250）以上的超高层建筑宜采用常高压系统。自动喷水灭火系统的设置还需满足当地消防部门的要求。
（2）喷头宜采用快速响应喷头，如果比较追求美观效果可采用隐藏式喷头。
（3）考虑到减压孔的最大减压数值，自动喷洒灭火系统分区宜为建筑几何高差50m左右。总结以上关于设计内容的意见和建议除规范、技术措施、图集及图示之外基本都为专家意见和超高层设计的经验之谈，不具强制性要求，具体项目设计还需考虑多方因素，制定出更合理的设计。
随着社会经济的发展，超高层建筑的建设规模和建设标准越来越高，怎样才能把本专业更规范、更安全、更合理的应用在超高层设计中，需要我们设计人员不断的学习、交流、总结，这样才能更好地设计出精品建筑。
