據(jù)NFPA14的規(guī)定，消防給水系統(tǒng)壓力不能超過2.4MPa，這是消防給水系統(tǒng)串聯(lián)分區(qū)的原則?！断澜o水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB50974-2014，以下簡稱“消水規(guī)”）6.2.1.1條對此也有相同表述。針對120~200m，乃至300m高度的建筑，其消防系統(tǒng)供水方式主要有以下幾種：A水泵直接串聯(lián)供水、B水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水、C一泵到頂+減壓閥供水、D重力水箱+減壓水箱供水(生活管道補水)、E重力水箱+減壓水箱供水(專用消防泵補水)。其中 E 與D的最大不同是補水方式，很明顯E優(yōu)于D，但是其供水部分原理與D基本一致，且E方式主要用于300m以上的建筑，故本文對E系統(tǒng)暫不作過多討論。

水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水方式，是指超高層建筑各分區(qū)設(shè)有消防主泵向本區(qū)域消防管網(wǎng)供水，同時下區(qū)設(shè)有獨立消防轉(zhuǎn)輸泵向上一級中間水箱轉(zhuǎn)輸供水。此系統(tǒng)是以前的《高層建筑設(shè)計防火規(guī)范》（以下簡稱“原高規(guī)”，現(xiàn)已作廢）中有明確表述的超高層的供水方式?！跋?guī)”中也有“宜采用消防水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水方式”的表述。其主要特點是消防供水和轉(zhuǎn)輸水泵獨立分開設(shè)置，上下區(qū)基本獨立，從直觀上看，其安全度高。缺點是泵房內(nèi)消防泵數(shù)量偏多，消防轉(zhuǎn)輸水箱體積偏大（60m3）。

所謂水泵直接串聯(lián)供水，是指超高層建筑各分區(qū)中，下區(qū)設(shè)有消防主泵，同時兼作上一區(qū)的轉(zhuǎn)輸泵；而上一區(qū)的消防泵直接從下一區(qū)消防管網(wǎng)上吸水。需要指出的是，該方式也是配置水箱的，只是相對較小。水箱兼作下區(qū)穩(wěn)壓，同時也可供上區(qū)水泵前期吸水。此供水系統(tǒng)在“原高規(guī)”中并不明確，但是在上?！睹裼媒ㄖ疁缁鹣到y(tǒng)設(shè)計規(guī)程》（DGJ 08-94-2007，以下簡稱“上海規(guī)程”）中則有明確表述。而江蘇省《民用建筑水消防系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（DGJ32/J 92-2009，以下簡稱“江蘇規(guī)范”）也作了明確規(guī)定。該系統(tǒng)已在我國較多的超高層建筑中廣泛運用。其主要特點是減少了泵房內(nèi)消防泵的數(shù)量，簡化了系統(tǒng)，節(jié)約投資。其中中間水箱的體積也較小，按“上海規(guī)程”為18m3即可。而“江蘇規(guī)范”則做了略微的調(diào)整，將其改為30m3。同時增設(shè)水泵吸水口，即除了穩(wěn)壓外，還有短時供水功能。其缺點是，由于整棟建筑靠各區(qū)消防泵逐級串聯(lián)，若下部某區(qū)消防泵故障（含備用泵），則建筑上部區(qū)域消火栓或自動噴水滅火系統(tǒng)均無法工作。另一問題是，如上區(qū)消防泵止回閥破壞可導致下區(qū)系統(tǒng)超壓。直觀分析，其供水安全性似乎不高。當然，在300m以下的超高層建筑中，則不一定，分析詳后。

一泵到頂+減壓閥供水方式則相對比較簡潔，以消火栓系統(tǒng)為例，整棟建筑消火栓系統(tǒng)采用一組主泵（1用1備），高區(qū)直供，低區(qū)設(shè)減壓閥減壓后供給。由于原有消防規(guī)范相對比較保守，要求一個消防分區(qū)控制在1MPa以內(nèi)；“江蘇規(guī)范”也有“分區(qū)不得大于120m”的要求。因此以前該方式受限較大，應(yīng)用偏少。最近，“消水規(guī)”頒布后，明確單個系統(tǒng)可以2.4MPa為分界點，該方式近期運用開始增多。

而重力水箱+減壓水箱供水方式，則比較直觀，消防水量全部貯存于屋頂消防水池內(nèi)，采用重力供水方式，中間設(shè)減壓水箱減壓供水。屋頂消防水池的補水可以是高區(qū)生活供水系統(tǒng)，更安全的方式是另設(shè)獨立消防補水系統(tǒng)。其主要用于超過300m的超高層建筑中。近年來，某些地區(qū)消防部門曾經(jīng)提出，所有超過150m或200m的建筑必須采用高位重力水箱（600m3）供給，筆者覺得此做法不妥。具體分析詳后。上述幾種消防方式的系統(tǒng)示意見圖1。

1.2.1消防系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

針對上述多種消防供水系統(tǒng)，選擇的關(guān)鍵是所選系統(tǒng)的安全性。筆者查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)已有多人對高層建筑消防系統(tǒng)的安全性進行過研究。但是核查后發(fā)現(xiàn)，已有文獻主要著重于消防系統(tǒng)安全性的宏觀分析和建立計算模型，而對具體高層、超高層建筑消防的安全性討論則較少。為此，本文擬從超高層建筑消防系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)著手，借助已有的計算模型，對各類常見消防系統(tǒng)的安全性進行比較，得出相關(guān)結(jié)論，為消防系統(tǒng)選擇提供借鑒。

傳統(tǒng)研究是將消防系統(tǒng)簡化為諸如：“水池-水泵-管網(wǎng)-水泵-管網(wǎng)-消火栓”或“水池-水泵-水泵-管網(wǎng)-消火栓”等，系統(tǒng)分析過于宏觀。而本文擬拋開此類宏觀分析，著重于研究各系統(tǒng)中管路上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為一個完整的消防供水系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)安全影響較大的環(huán)節(jié)主要有如下部分：消防水泵（以字母“P”代表）、減壓閥（以字母“V”代表）、遠傳液位計或液位傳感信號控制器及液位聯(lián)動電動閥（以字母“L”代表）。系統(tǒng)運行過程中，這些部件是最容易出現(xiàn)故障的。而系統(tǒng)中其余部件，比如水池、管道、普通閥門、消火栓（或噴頭）等基本為完全機械部件或極其簡明的材料，系統(tǒng)調(diào)試成功后，很少會在這些方面出現(xiàn)問題。換言之，這類部件的相對故障率很低，故可不歸入系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之列。

這里要作說明的是，雖然減壓閥屬于完全機械式產(chǎn)品，但實際運用過程中，其故障率較高。減壓閥的故障可分為兩類：其一是，出現(xiàn)關(guān)斷性故障，導致減壓閥前后隔斷，閥后無供水；其二是，出現(xiàn)貫通性故障，即閥前閥后壓力相同，導致閥后系統(tǒng)超壓嚴重。經(jīng)調(diào)查，實際項目中的減壓閥故障主要是第二種，即貫通性故障。在《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015—2010）中，也特別提到關(guān)于減壓閥設(shè)置需考慮其失效狀態(tài)下系統(tǒng)安全性。故本文將其區(qū)別于其他機械閥門，作為影響系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。中間轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)輸泵一般與水箱遠傳液位計聯(lián)動，也有在水箱進水管處設(shè)置電動閥與液位計聯(lián)動的作法。由于二者功能相同，本文一并將其歸入液位傳感信號控制器的可靠性。

1.2.2消防系統(tǒng)可靠性計算模型簡介

關(guān)于串并聯(lián)模型的確定，以表1為例，簡單列舉如下。

（1）串聯(lián)系統(tǒng)可靠度計算。

串聯(lián)系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的所有單元均正常工作時，該系統(tǒng)才能正常工作。其可靠度計算公式為：

F=f(t)=∏ⁿ_i=1f_i（1）

式中F=f(t)——系統(tǒng)可靠度；

f_i——系統(tǒng)第i個單元的可靠度。

（2）并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計算。

并聯(lián)系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的所有單元只要其中一個正常工作時，該系統(tǒng)即可正常工作。其可靠度計算公式為：

F=f(t)=1-∏ⁿ_i=1f［1-f_i］（2）

針對本項目，關(guān)鍵部件的可靠性表達可簡化為如下方式：設(shè)泵的可靠性為f_p；減壓閥的可靠性為f_v；液位傳感信號控制器的可靠性為f_L。

為便于計算和比較，參考文獻中關(guān)于系統(tǒng)可靠性等級劃分表（見表2）。

由于本文討論的內(nèi)容為建筑消防系統(tǒng)，考慮到消防系統(tǒng)與生命安全的關(guān)系,相關(guān)產(chǎn)品的可靠等級均選用特級可靠級。因此本文討論的單個設(shè)備的保證率取相同數(shù)值f=0.95，即f_p=0.95，f_v=0.95，f_L=0.95。

另外一個問題是整個系統(tǒng)的可靠性分析。由于本文探討的是建筑消防系統(tǒng)的安全性，據(jù)消防規(guī)范，沒有超過特定規(guī)模的建筑均按一次火災(zāi)考慮。涉及到上文所述的各系統(tǒng)，其各分區(qū)只能出現(xiàn)一次火災(zāi)，而不會出現(xiàn)多次疊加。因此，系統(tǒng)總體可靠性可按各分區(qū)的可靠性平均值來體現(xiàn)。

據(jù)上，幾種供水系統(tǒng)中，各分區(qū)的的可靠性計算如下：

A. 水泵直接串聯(lián)。

F_A1、F_A2、F_A3、F_A4分別為本系統(tǒng)各個分區(qū)的可靠性。具體計算如下：

F_A1=f_p×f_v=0.903；

F_A2=f_p=0.95；

F_A3=f_p×f_p×f_v=0.857；

F_A4=f_p×f_p=0.903。

綜上，上述4個區(qū)域中，F_A3=0.857為最小值，則可推斷出該系統(tǒng)最不利區(qū)域為A3區(qū)。即系統(tǒng)最不利區(qū)域可靠性為F_Amin=0.857。該供水方式的總體可靠性為F_A=（0.903+0.95+0.857+0.903）/4=0.903。

B. 水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水。

該系統(tǒng)各區(qū)保證率計算如下：

F_B1=f_p×f_v=0.903；

F_B2=f_p=0.95；

F_B3=f_p×f_p×f_v×f_L=0.815；

F_B4=f_p×f_p×f_L=0.857。

該系統(tǒng)可靠性最低的區(qū)域也位于3區(qū)，F_Bmin=F_B3=0.815。該供水方式的總體可靠性為F_B=（0.903+0.95+0.815+0.857）/4=0.881。

C. 一泵到頂+減壓閥供水。

該系統(tǒng)各區(qū)保證率計算如下：

F_C1=f_p×f_v×f_v=0.857（注：二級減壓）；

F_C2=f_p×f_v×f_v=0.857（注：二級減壓）；

F_C3=f_p×f_p=0.903；

F_C4=f_p=0.95。

該系統(tǒng)可靠性最低的區(qū)域位于1區(qū)和2區(qū)，F_Cmin=F_C1=F_C2=0.857。該供水方式的總體可靠性為F_C=（0.857+0.857+0.903+0.95）/4=0.892。

D. 重力水箱+減壓水箱供水(生活管道補水)。

該系統(tǒng)各區(qū)保證率計算如下：

F_D1=f_V×f_v×f_v=0.857；

F_D2=f_V×f_v=0.903；

F_D3=_fV=0.95；

F_D4=f_V=0.95。

可靠性最低的區(qū)域位于1區(qū)，F_Dmin=F_D1=0.857。該供水方式的總體可靠性為F_D=（0.857+0.903+0.95+0.95）/4=0.915。

E.重力水箱+減壓水箱供水(專用消防管道補水)。

此系統(tǒng)優(yōu)于僅設(shè)置生活供水管補水的重力水箱供水系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)用于300 m以下超高層項目較少，且類似于D，故本文不作細述。主要討論對象為前面的A～D 4類系統(tǒng)。各系統(tǒng)的保證率數(shù)據(jù)匯總于表3。

分析表3數(shù)據(jù)可得，4類系統(tǒng)的最不利可靠性區(qū)域和系統(tǒng)總體可靠性數(shù)據(jù)基本排序為：

各系統(tǒng)最不利區(qū)域保證率F_D=F_C=F_A>F_B；

各系統(tǒng)總體可靠性F_D>F_A>F_C>F_B。

關(guān)于“C一泵到頂+減壓閥供水”系統(tǒng)與“A水泵直接串聯(lián)系統(tǒng)”的可靠性比較，按表3，F_A>F_C。

其與實際運行可靠性看似存在差異。主要問題在于2區(qū)的減壓閥設(shè)置。圖1中，C系統(tǒng)2區(qū)考慮設(shè)置二級減壓，主要考慮一泵到頂系統(tǒng)消防主泵壓力較高（2.4 MPa），而2區(qū)所需壓力約0.75MPa，如采用一級減壓則減壓比大于3∶1；如采用可調(diào)式，則閥前閥后壓差遠大于0.4MPa。另一原因是，如采用單個減壓閥，則整個系統(tǒng)工作壓力需為2.4-0.4=2（MPa）（考慮減壓閥失效，區(qū)域壓力相對較高）。相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備選型需滿足2MPa的要求。如項目能接受采用高壓力等級設(shè)備該處調(diào)整為一級減壓，也是可行的。則C系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整為：

C區(qū)保證率最低的區(qū)域位于1區(qū)，F_Cmin=F_C1=0.857。

而F_C2=f_p×f_v=0.903（注：一級減壓）；

4個區(qū)的總體可靠性為F_Ca=（0.857+0.903+0.903+0.95）/4=0.903；

相應(yīng)地，各系統(tǒng)總保證率F_D>F_A=F_C>F_B。

基于上述結(jié)果，基本可以得出如下初步結(jié)論：

（1）在總體一次串聯(lián)接力前提下，水泵直接串聯(lián)的安全可靠性不低于水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水方式。

（2）看似安全的水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水方式，其實并不比其他系統(tǒng)優(yōu)越。

（3） 某些樓高150m左右的超高層項目，完全可以考慮采用一泵到頂?shù)南老到y(tǒng)。（具體劃分原則詳后）。

（4）不超過一次串聯(lián)供水高度的建筑不必要全部采用重力供水，適當加大屋頂水箱容積是個好的選擇。

當然，本文中針對消防系統(tǒng)可靠度的研究，尚存在一些問題。其一，實際項目中，各產(chǎn)品均設(shè)有備用設(shè)施，本文為簡化計算，未將其可靠性按并聯(lián)系統(tǒng)折算。但是由于是統(tǒng)一折算，故不會對現(xiàn)有計算產(chǎn)生根本性影響。其二，消防安全與人的生命息息相關(guān)，故本文按此將消防產(chǎn)品的可靠性等級定性為特級可靠級，取值均為0.95。而實際國內(nèi)消防產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，水泵、減壓閥、電動閥、遠傳液位計等的可靠性存在差異。此數(shù)據(jù)對系統(tǒng)安全性影響較大。

超高層建筑消防系統(tǒng)優(yōu)缺點的匯總和對比詳見表4。

按“消水規(guī)”的推薦次序，似乎消防水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)方式比水泵直接串聯(lián)方式安全。但是，通過對系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的可靠性研究，得出的結(jié)論恰好相反。最初得到這個計算結(jié)果時，有些遲疑，經(jīng)仔細核對后，筆者認為這個結(jié)果是合理的。核對圖1可知，二者關(guān)鍵的不同有如下幾處：①是設(shè)置獨立的轉(zhuǎn)輸水泵還是兼用下區(qū)消防主泵；②中間水箱容積選擇；③中間水箱的進水管電動閥及遠傳液位計的設(shè)置。

（1）關(guān)于是否增設(shè)獨立設(shè)置轉(zhuǎn)輸泵問題。其實作為B系統(tǒng)，增設(shè)獨立轉(zhuǎn)輸泵，唯一的優(yōu)勢是當上區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)，而下區(qū)消防主泵發(fā)生故障時，對其不產(chǎn)生影響。筆者認為，這個所謂的可靠性無意義。最簡單的理由是，當下區(qū)另兩個獨立設(shè)置的轉(zhuǎn)輸泵出現(xiàn)故障時，上區(qū)消防同樣無法實施。而這兩個獨立轉(zhuǎn)輸泵與下區(qū)消防主泵的可靠性是完全相同的。也就是說，獨立設(shè)置轉(zhuǎn)輸泵沒有增加上區(qū)供水的可靠性。同樣的，設(shè)置獨立的轉(zhuǎn)輸水箱供水管路也沒有增加可靠性。因為，在下區(qū)原有消防管道的安全性必須得到保障的前提下，再增加新的管路，反而增加了出現(xiàn)故障的可能，從而削弱原設(shè)計的可靠性。

（2）關(guān)于中間消防水箱的設(shè)置。其實兩個系統(tǒng)均設(shè)有中間水箱。A系統(tǒng)為18～30m3，B系統(tǒng)為60m3。A系統(tǒng)的高區(qū)水泵除了直接從下區(qū)管網(wǎng)吸水外，也可從水箱吸水；B系統(tǒng)高區(qū)水泵則只能從中間水箱吸水。作為一個安全性保障措施，60m3肯定優(yōu)于30m3。“消水規(guī)”中對水泵直接串聯(lián)系統(tǒng)的中間水箱容積未作具體規(guī)定，而“上海規(guī)程”及“江蘇規(guī)范”則有18m3和30m3的要求。筆者建議，為了和水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水系統(tǒng)保持一致，建議水泵直接串聯(lián)系統(tǒng)的中間水箱也調(diào)整為60m3。 則兩系統(tǒng)在中間水箱容積這一環(huán)節(jié)上基本無區(qū)別。

（3）關(guān)于進水箱的電動閥及遠傳液位計問題。此部分內(nèi)容為水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)（B系統(tǒng)）所獨有。由于電動閥及遠傳液位計均涉及電氣元器件和電路的傳輸，為故障易發(fā)部件。故本文將其列入系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。由此也導致B系統(tǒng)的可靠度計算值偏低。這是水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)供水系統(tǒng)的缺陷所在。

至于規(guī)范中提及的水泵直接串聯(lián)易產(chǎn)生超壓的問題，筆者在現(xiàn)有項目中已做過實際調(diào)試和驗證。只要選用合格的泄壓閥產(chǎn)品，口徑規(guī)格滿足設(shè)計要求，即可實現(xiàn)因水泵直接串聯(lián)而產(chǎn)生的超壓問題。一般泄壓管路和閥門型號與水泵出水干管同徑或小一級，但不能機械地采用DN65。另外，上下區(qū)水泵實際聯(lián)動時間也比筆者預估的短很多，實際啟泵聯(lián)動測試中，從下區(qū)水泵啟動到上區(qū)水泵啟動，總時間沒有超過10s。

實際項目設(shè)計中，除住宅外，很少會碰到單一功能的單棟的超高層建筑。近年來較多出現(xiàn)的往往是超高層城市綜合體（涵蓋多種功能），或者是超高層綜合建筑群。而作為建筑群出現(xiàn)的項目，其總體高度一般也不會太高，基本在300m以內(nèi)。

以本院設(shè)計的某CBD中心超高層建筑建筑群為例，項目總建筑面積112萬m2，含4棟超高層建筑(150～225m)，2棟100m以下建筑，以及2個商業(yè)區(qū)塊。由于地塊內(nèi)建筑業(yè)態(tài)復雜，且今后的運行管理模式各不相同，有出售的，有業(yè)主自持的，也有委托管理的；有五星級酒店，有不同類型的公寓、商業(yè)、共同溝、地下環(huán)道等。因此消防系統(tǒng)必須與今后的運行管理模式相匹配。

故本項目最終的消防系統(tǒng)，采用南北分建消防泵房，每棟樓設(shè)置獨立消防水泵但共用消防水池的方式。以南區(qū)消防水泵房為例，其服務(wù)的對象為3棟超高層、1棟高層、2塊不同管理要求的商業(yè)區(qū)。由于該超高層建筑群總高為150～225m，故采用了水泵直接串聯(lián)的方式。最終此南區(qū)泵房內(nèi)設(shè)有26組消防泵。超高層建筑群平面示意見圖2。

上述超高層綜合建筑群，如采用水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)方式，則還需增加至少12~14套水泵。因此針對此類超高層建筑群，在建筑高度不超過300m，且運行管理要求迥異的情況下，筆者建議采用較為簡潔的水泵直接串聯(lián)消防系統(tǒng)。

綜上，針對300m以下的超高層建筑，水泵直接串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性其實是優(yōu)于水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)系統(tǒng)的。當然，本文中的水泵直接串聯(lián)僅指“一次串聯(lián)”，如出現(xiàn)“多次”，則需另外計算后確定，且筆者建議避免出現(xiàn)此類“多次水泵直接串聯(lián)供水方式”。而對于某些高度較低的超高層建筑，采用一泵到頂?shù)姆绞绞亲詈啙嵉摹．斎?，隨著超高層建筑高度的不斷突破，無論水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)還是水泵直接串聯(lián)方式，其安全性越來越受到質(zhì)疑。除了系統(tǒng)本身使用的元器件易發(fā)生故障外，國內(nèi)的管理水平也是令人擔憂的。因此，另一種更安全的常高壓消防系統(tǒng)是更佳的選擇，即將現(xiàn)有消防水量均貯于建筑最高處，作為重力消防水源，系統(tǒng)無需消防主泵。當然此類超高層建筑高度一般會超出300m。

原《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016-2006）中，系統(tǒng)工作壓力與設(shè)計工作壓力基本是不加區(qū)分的。一般而言，設(shè)計工作壓力可理解為消防水泵的設(shè)計揚程。而據(jù)“原高規(guī)”，系統(tǒng)工作壓力基本是水泵設(shè)計揚程加上10%～15%的系統(tǒng)安全余量。因為按“原高規(guī)”，系統(tǒng)需設(shè)置泄壓安全系統(tǒng)，其泄壓設(shè)定值基本為設(shè)計揚程的1.1～1.15倍。換言之，按“原高規(guī)”，系統(tǒng)工作壓力為水泵設(shè)計揚程的1.1～1.15倍。

而新的“消水規(guī)”則對“系統(tǒng)工作壓力”這一概念作了明確規(guī)定。

以臨時高壓系統(tǒng)為例。據(jù)“消水規(guī)”8.2.3-3條，“臨時高壓消防給水系統(tǒng)的工作壓力，應(yīng)為消防水泵零流量時的壓力與水泵吸水口最大靜水壓力之和”。由于“水泵吸水口最大靜水壓力”相對較小，實際計算中一般將此簡化為“系統(tǒng)工作壓力，應(yīng)為消防水泵零流量時的壓力”。

其實，“消防水泵零流量時的壓力”這一概念在NFPA 和FM消防標準中均有具體要求。我國的“消水規(guī)”采納了此概念。據(jù)“消水規(guī)”5.1.6-4條，流量揚程性能曲線應(yīng)無駝峰、無拐點的光滑曲線，零流量時的壓力不應(yīng)超過設(shè)計壓力的140%，且不宜小于設(shè)計額定壓力的120%；另據(jù)5.1.6-5條，當出流量為設(shè)計流量的150%時，其出口壓力不應(yīng)低于設(shè)計壓力的65%。消防水泵的典型曲線可表述如圖3。

據(jù)此，可得出消防給水系統(tǒng)工作壓力應(yīng)為設(shè)計工作壓力的1.2～1.4倍。

2.2.1以消火栓系統(tǒng)為例計算

據(jù)“消水規(guī)”，超高層建筑的分區(qū)需遵循的原則有如下兩條。其一，消防給水系統(tǒng)工作壓力不得大于2.4MPa；其二，系統(tǒng)工作壓力為設(shè)計工作壓力的1.2～1.4倍（為獲取分區(qū)最大值，該處取值以1.2倍計）。據(jù)此，針對300m以下的超高層建筑的消防分區(qū)界線，可計算獲取。

以消火栓系統(tǒng)為例，其計算簡圖詳見圖4。

圖中參數(shù)簡述如下：

H₀——系統(tǒng)最大設(shè)計工作壓力，H₀=2.40/1.2=2.0（MPa）=200m;

H₁——單個分區(qū)最大高差，m;

H₂——扣除地下室后之下區(qū)最大高差（一泵到頂建筑最大高度），m;

H₃——地下消防水泵房與±0.0高差，按“消水規(guī)”，地下泵房標高不得低于-10.0m，則H3=10m；

H₄——最不利消火栓栓口壓力，“原高規(guī)”按0.25MPa計，“消水規(guī)”按0.35MPa=35m計；

H₅——管路水頭損失，常規(guī)在5～10m，取7m；

H₆——最高層建筑層高-1.1m，以層高4.5m計，則H6=3.4m；

H——水泵一次串聯(lián)最大高度，m。

據(jù)上，單個分區(qū)最大高差：H₁=H₀-H₄-H₅+H₆=200-35-7+3.4=161.4（m）。

相應(yīng)地，一泵到頂建筑最大高度H₂=H₁-H₃=151.4m。

2.2.2計算分析

看到此數(shù)據(jù)后，可能會覺得在滿足最大分區(qū)壓力2.4MPa的前提下，單個分區(qū)僅能服務(wù)高度150m的建筑，高度偏低。其他數(shù)據(jù)，除了管路損失可能有1～2m的偏差，消防泵房設(shè)置位置可能不到-10m之外，剩下可能調(diào)整的數(shù)據(jù)只有最不利消火栓栓口壓力。據(jù)“消水規(guī)”，任何高層建筑最不利消火栓栓口動壓為0.35MPa。但是核對“消水規(guī)”7.4.12條文解釋發(fā)現(xiàn)，針對SN65消火栓、65mm麻質(zhì)水帶25m長、19 mm噴嘴、水槍充實水柱按13m計算時，水槍噴嘴流量5.4L/s，水槍噴嘴處壓力為0.185MPa，水帶水頭損失為0.046MPa，計算得到消火栓栓口壓力為0.251MPa。規(guī)范條文中提及其他國家的消火栓壓力均為0.25MPa，僅美國為0.7MPa。其實此數(shù)據(jù)與我國的規(guī)范有許多不同之處，由于國外有較多消防系統(tǒng)為消火栓與噴淋共用系統(tǒng)，則相應(yīng)消火栓的栓口壓力自然可提高。我國的消防規(guī)范中，消火栓基本獨立設(shè)置。如完全按0.35MPa的栓口壓力計算，其對提升系統(tǒng)安全性的作用有限，且將出現(xiàn)水槍充實水柱超出13m，單栓出水流量遠超5.4L/s的狀況，換言之，實際消防用水量將遠超設(shè)計值，造成與規(guī)范新的沖突。另外，除了出現(xiàn)消火栓系統(tǒng)壓力過高外，還將出現(xiàn)自動噴水滅火系統(tǒng)壓力小于同樣高度的消火栓系統(tǒng)壓力的現(xiàn)象。故筆者建議，針對高層、超高層建筑的最不利栓口動壓保留“原高規(guī)”的0.25MPa，此數(shù)據(jù)也已滿足最不利消火栓的充實水柱要求。

調(diào)整該數(shù)據(jù)后（即栓口壓力按0.25MPa計），單個分區(qū)最大高差及一泵到頂建筑最大高度均可相應(yīng)調(diào)整。具體為：單個分區(qū)最大高差H₁=H₀-H₄-H₅+H₆=200-25-7+3.4=171.4m，一泵到頂建筑最大高度H₂=H₁-H₃=161.4m。

也就是說，對于地面高度不超過160m的超高層建筑，均可采用一泵到頂?shù)墓┧绞健?/p>

基于調(diào)整后的計算值，則消防水泵直接串聯(lián)可達到的最大高度為H=H₁+H₂=170+160=330m。

考慮高區(qū)串聯(lián)泵的實際設(shè)置受限，以及系統(tǒng)的安全性，本文將此取值限制在300m以內(nèi)。也就是說，針對300 m以下的超高層建筑，如果中間避難層的位置恰當，其消防系統(tǒng)可采用水泵一次直接串聯(lián)的方式。這也是本文將常規(guī)超高層建筑高度分界點從250m調(diào)整為300m的原因所在。

上述計算均基于系統(tǒng)工作壓力為設(shè)計壓力的1.2倍。如采用1.4倍，則上述數(shù)據(jù)嚴重縮水，相應(yīng)值為：一泵到頂建筑最大高度H₂=131m；一次直接串聯(lián)最大高度，H=272m。其中一泵到頂建筑的最大高度明顯偏小，基本不能實施。

綜上，在滿足“消水規(guī)”消防系統(tǒng)工作壓力定義的前提下，筆者建議針對高層超高層建筑，調(diào)整最不利消火栓栓口動壓至0.25MPa，“消水規(guī)”中的0.35MPa過高了，對消防分區(qū)有很大的影響；實際項目中，在選擇消防水泵時，建議選擇零流量時壓力靠近水泵揚程的1.2倍，否則對整個系統(tǒng)的壓力分區(qū)和系統(tǒng)材料等級影響較大；“消水規(guī)”中的“宜”很難操作，建議做進一步細化，比如“不得小于1.15倍”。不超過160m的建筑推薦采用一泵到頂?shù)墓┧绞健?00m以內(nèi)的超高層建筑，可以采用水泵直接串聯(lián)的方式，但需核對避難層的設(shè)置位置。

據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-給水排水》7.5.1條及“消水規(guī)”，消防管材與壓力等級的關(guān)系為：當系統(tǒng)壓力≤1.2MPa時，可采用熱鍍鋅鋼管；當1.2MPa<>

關(guān)于消防系統(tǒng)的系統(tǒng)工作壓力與設(shè)計工作壓力之間的關(guān)系，前文有討論。結(jié)合新舊規(guī)范，具體計算如下：

據(jù)“原高規(guī)”，系統(tǒng)工作壓力為設(shè)計壓力的1.1～1.15倍。如需控制系統(tǒng)壓力在1.6MPa以內(nèi)（不采用鍍鋅無縫鋼管），則水泵設(shè)計工作壓力需小于1.39～1.45MPa，此數(shù)據(jù)基本可涵蓋大部分100m以下的高層建筑，部分體量較大項目，其設(shè)計揚程可能超出1.45MPa，需選用鍍鋅無縫鋼管。

據(jù)“消水規(guī)”，系統(tǒng)工作壓力為設(shè)計壓力的1.2～1.4倍。如需控制系統(tǒng)壓力在1.6MPa以內(nèi)，則反算設(shè)計工作壓力需小于1.15～133MPa；據(jù)此，即使100m以下高層，也很容易超出此壓力值。故筆者建議選用1.2的系數(shù)，則相應(yīng)設(shè)計壓力可控制在1.33MPa以內(nèi)。而設(shè)計工作壓力超過1.33MPa，需選用鍍鋅無縫鋼管。

減壓閥的失效有關(guān)閉和貫通兩種情形，而實際項目中發(fā)生的主要是貫通性失效，即出現(xiàn)閥前和閥后壓力相同的狀態(tài)。對此，《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003）3.4.9-2條有相關(guān)規(guī)定，“減壓閥后配水件處的最大壓力應(yīng)按減壓閥失效情況進行校核，其壓力不應(yīng)大于配水件的產(chǎn)品標準規(guī)定的水壓試驗力。如果僅一級減壓，需考慮該減壓閥失效，則閥后最大工作壓力與閥前相同；如果采用多級串聯(lián)減壓，則僅需考慮其中一級失效即可”。

由此可見，對于設(shè)有一級減壓閥的高層、超高層建筑，其下區(qū)的壓力等級等同于消防系統(tǒng)工作壓力，不能僅僅憑減壓后的壓力值來選擇系統(tǒng)產(chǎn)品壓力等級。此條容易被忽略。另外一個方法是采用多級串聯(lián)減壓，增加減壓閥的配置數(shù)量，從而降低管材及配件的壓力等級要求。

根據(jù)前面的討論和計算可知，針對100m以下的建筑，當設(shè)計揚程超出1.33MPa時，管材需采用鍍鋅無縫鋼管；由于相應(yīng)的系統(tǒng)工作壓力已超出1.6MPa，則閥門及溝槽需采用P2.0～2.5MPa等級的產(chǎn)品。

相對于超高層建筑，由于有太多的分區(qū)壓力超過1.6MPa，因此系統(tǒng)內(nèi)較多分區(qū)需采用P2.0～2.5MPa等級的閥門、溝槽件和無縫鋼管。

現(xiàn)階段存在一個問題，國產(chǎn)閥門和溝槽產(chǎn)品中，壓力等級大于1.6MPa的產(chǎn)品較少，一般需采用進口或合資品牌。

另一個問題是關(guān)于壓力超過1.6MPa的小管道連接方式。針對此類系統(tǒng)，大于等于DN65管道可選用PN2.0～2.5MPa規(guī)格的溝槽連接，而小于DN65的管道則只能用絲扣連接。然而筆者核對相關(guān)產(chǎn)品資料后，發(fā)現(xiàn)絲扣連接件均為低壓鑄鐵件，其壓力等級均為不超過1.6MPa。因此實際選型時，只能選用1.6MPa等級的產(chǎn)品，其實是存在安全隱患的。

因此，筆者建議國內(nèi)生產(chǎn)廠家應(yīng)提升自身產(chǎn)品等級，以滿足實際項目的新需求。無論是閥門、溝槽，還是絲扣件，這些看似不起眼的產(chǎn)品，其實有很大的質(zhì)量和技術(shù)的提升空間。

國內(nèi)超高層建筑設(shè)計中，300m以下的超高層是最常見的。此類超高層建筑設(shè)計中，有關(guān)消防系統(tǒng)安全性的考量、消防系統(tǒng)的選擇、消防系統(tǒng)的合理分區(qū)、消防主材的選用等，是每個給排水設(shè)計師經(jīng)常要面對的問題。筆者將自己在設(shè)計中遇到的問題和一些思考體會稍作整理，以求教于大家。

原文標題：《300米以下超高層建筑消防問題討論