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關鍵詞:超高層建筑;火災自動報警;系統(tǒng)設計
中圖分類號:TU97文獻標識碼: A
引言
國際上通常將高度超過100m的高層建筑定義為超高層建筑。近幾年來,由于經(jīng)濟快速增長和城市土地資源日漸稀缺,大量興建超高層建筑成為解決城市化對空間需求的有效手段,我國超高層建筑的迅速發(fā)展也給火災防控帶來了隱患和難題。在同等條件下,超高層建筑與一般低層建筑有很大的不同,其發(fā)生火災時的危險性也比較嚴重。2009年央視大火發(fā)生后,超高層建筑的防火工作成為城市消防工作的重中之重,然而仍難以杜絕此類事故的發(fā)生。近年來國內(nèi)外超高層建筑火災事故頻繁發(fā)生,暴露出超高層建筑缺乏針對性防火規(guī)范和科學客觀的防火設計等一系列問題,也再次引發(fā)了大眾對超高層建筑消防安全的審視。因此,對超高層建筑火災的特點和存在的隱患進行研究,探討超高層建筑的消防安全預防措施,也就具有十分重要的現(xiàn)實意義。
一、火災自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)概述
火災自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng),主要是利用探測器中的火焰、溫度、敏感元件、自動檢測區(qū)域內(nèi)火災發(fā)生時的火焰、煙霧等信號,同時將這些信號轉變?yōu)殡娦盘?。根?jù)建筑物的使用性質(zhì)、火災危險性、疏散及撲救難度,依據(jù)防火和設計規(guī)范確定建筑物保護對象的級別,系統(tǒng)采用的形式及需設計的內(nèi)容、要求。一般情況下,火災自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)具有兩種功能,即探測警報和聯(lián)動控制,只有當某些小型建筑物沒有聯(lián)動控制的需求時,才會發(fā)揮出探測報警器其中的部分功能?;馂淖詣訄缶奥?lián)動控制系統(tǒng)分區(qū)域報警系統(tǒng)、集中報警系統(tǒng)、控制中心報警系統(tǒng)三種;二級保護對象可采用區(qū)域報警系統(tǒng)或集中報警系統(tǒng);一級保護對象可采用集中報警系統(tǒng)或控制中心報警系統(tǒng);特級保護對象應采用控制中心報警系統(tǒng)。早期火災自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)大部分采用多線制,控制系統(tǒng)線數(shù)多、系統(tǒng)大,控制器需要分別單獨與各控制執(zhí)行機構或探測器實施機構連線,其使用、布線、維護及施工非常繁瑣復雜。再加上系統(tǒng)的故障率和誤報率較高,因此,控制器還需要設立專門的端子箱。
二、超高層建筑火災的特點
1、管井多,煙囪效應顯著,火災蔓延速度快
超高層建筑內(nèi)部有大量的管道、豎井、樓梯間、電梯井、排氣道等各種管井和通道。這些通道從地面一直通到最高層。一旦發(fā)生火災,這些部位就成了一座拔風的“煙囪”,加速火勢的蔓延。這也就是超高層建筑著火的最大特點――“煙囪效應”。建筑物越高,“煙囪效應”越明顯。消防部門曾做過實驗,一座高度為100m的超高層建筑,在無阻擋的情況下,煙氣順著豎向管井擴散至頂層只需要30s。30s的時間,整幢建筑即可形成“立體火場”。
2、建筑物高、人員密集、疏散距離長
疏散速度慢高層樓宇特別是超高層,普遍存在人員結構復雜,疏散意識不強,逃生能力差等問題。超高層建筑因樓層高,垂直疏散距離遠,需要疏散的時間長。火災中,人流疏散速度遠慢于煙氣流動速度,加之疏散方向與煙火蔓延的方向、救援人員的前進方向相反,增加了疏散的困難和危險。由于人員高度集中而疏散設施少,造成人流密度過大,影響疏散速度?!陡邔用裼媒ㄖO計防火規(guī)范》第6.1.13.1條規(guī)定,建筑高度超過100m的公共建筑,自高層建筑首層至第一個避難層或兩個避難層之間,不宜超過15層。一棟120m的超高層建筑,以兩個避難層間隔15層計算,假定樓梯間長度為5.8m,層高3.6m,疏散人員要步行160多米的水平距離才能到達下一個避難層,垂直高差達到50m。火災時,要在5~7min內(nèi),讓各樓層特別是高樓層的人員全部安全疏散出去,并離開建筑物,幾乎是不可能的。
3、使用功能復雜、起火因素多
火災撲救難度大超高層建筑入駐單位多,綜合性較強,大多集餐飲、娛樂、商場、酒店、辦公于一體。特別是一些建筑面積較大、層數(shù)較多的超高層公共建筑,內(nèi)部功能更為復雜,用電設備繁多,管理相對混亂,存在大量可燃物和著火源。一旦發(fā)生火災,火場熱輻射強、煙霧濃、火勢向上蔓延速度快、途徑多,消防隊員難以有效滅火。目前的超高層建筑基本都在150m以上,而最高的消防舉高車也只有101m。況且超高層建筑一般都是各地方地標建筑,位于城市繁華地帶。如果受報警晚、首批力量調(diào)集不及時、道路擁堵、消防官兵對轄區(qū)和重點單位情況不熟悉、作戰(zhàn)任務分工不明確、技戰(zhàn)術訓練不到位,以及單位內(nèi)部固定消防設施故障等多重因素的影響,則火災不受控制的發(fā)展時間可能更長,撲救難度也就更大。
三、火災自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)組件的確定
1.火災自動報警系統(tǒng)組件的確定
火災自動報警系統(tǒng)組件包括火災探測器、手動報警按鈕、火災報警控制器、火災警報器及具有其他輔助功能的裝置等組成,以完成監(jiān)測火情并及時報警的任務。
1.1火災探測器的設置
火災探測器按火災自動報警系統(tǒng)對象可分為感煙火災探測器、感溫火災探測器、感光火災煙溫復合式火災探測器以及氣體火災探測器,按其測控范圍又可分為點型火災探測器和線型火災探測器兩大類。在選用火災探測器時應按照國家標準《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》和《火災自動報警系統(tǒng)施工驗收規(guī)范》的有關要求來進行。建筑物內(nèi)需設置火災探測器的部位、房間,根據(jù)房間的使用功能、建筑高度來選擇火災探測器的種類。有的建筑物空間大,房間高度過高,不適合點式火災探測器,可采用對射式紅外光束感煙探測器;可能產(chǎn)生油類火災且環(huán)境惡劣的場所,不宜安裝點式火災探測器的夾層、悶頂宜采用空氣管式線型差溫探測器;電纜井、電纜隧道、電纜夾層、電纜橋架、配電裝置、變壓器等場所部位宜選擇纜式線型定溫探測器。
1.2火災報警系統(tǒng)配套設備的設置
火災報警系統(tǒng)配套設備包括手動報警按鈕、消火栓報警按鈕、現(xiàn)場模塊、火災顯示盤、聲光訊響器以及CRT報警顯示系統(tǒng)等。其中,每個防火分區(qū)至少設置一個手動火災報警按鈕,并宜設置在公共活動場所的出入口處。高規(guī)中規(guī)定臨時高壓給水系統(tǒng)的每個消火栓處應設直接啟動消防水泵的按鈕,并應設有保護按鈕的設施,消火栓按鈕一般設在消火栓箱內(nèi),具有動作地址編碼,能直接聯(lián)動起動消防水泵。
1.3火災報警控制器的設置
火災報警控制器按其用途不一樣,可分為區(qū)域火災報警控制器、會集火災報警控制器和通用火災報警控制器三種根本類型。區(qū)域火災報警控制器的首要特點是控制器直接銜接火災探測器,處理各種報警信號,是構成主動報警體系最常用的設備之一;集中火災報警控制器的首要特點是通常不與火災探測器相連,而與區(qū)域火災報警控制器相連,處理區(qū)域級火災報警控制器送來信號,常使用在較大型體系中;通用火災報警控制器的首要特點是它兼有區(qū)域、會集兩級火災報警控制器的兩層特點。經(jīng)過設置參數(shù)既可作區(qū)域級使用,銜接探測器;又可作會集級使用,銜接區(qū)域火災報警控制器。
1.4火災警報裝置、火災應急廣播及消防通信系統(tǒng)的設置
未設置火災應急廣播的系統(tǒng)應設置火災警報裝置,每個防火分區(qū)至少設一個火災警報裝置,其位置宜在各樓層走道靠近樓梯口處。一般在區(qū)域報警系統(tǒng)中面積大、人員少的倉庫、車庫等場所,不需設應急廣播,設置聲光火災警報裝置。《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》第5.4.1條規(guī)定:控制中心報警系統(tǒng)應設置火災應急廣播,集中報警系統(tǒng)宜設置火災應急廣播。高層建筑和大型民用建筑內(nèi)人員較多,火災影響面大,為了疏散又便于統(tǒng)一指揮,一般都應設應急廣播系統(tǒng)。消防水泵房、消防控制室、發(fā)電機房、配變電室、主要通風、空調(diào)機房、消防電梯機房等其他與消防聯(lián)動有關的且經(jīng)常有人值班的機房應設消防專用電話分機;現(xiàn)在手動報警按鈕通常帶電話插孔,無須再設專門的電話塞孔。消防專用電話線路為獨立消防通信系統(tǒng),消防控制室應設置可直接報警的119外線電話,不能通過建筑物內(nèi)部的總機。
結束語
火災自動報警系統(tǒng)在火災早期有預警作用。早一分鐘報警,就多一分鐘逃生時間,這對于疏散難度很大的超高層建筑來說就多提供了一份生存的機會。根據(jù)不同的使用功能,不同的建筑形式,發(fā)生火災的不同反應程度,設置適合的火災報警探測器,是每一個設計人員的責任。另外,對于超高層建筑,由于火災蔓延速度極快,第一時間控制火勢不僅為人員疏散爭取了時間,同時也降低了消防隊趕來時對火災撲救的難度。超高層建筑面積龐大、功能復雜、人流密集,采用火災自動報警系統(tǒng)與安防監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等聯(lián)動,可以根據(jù)實時狀況疏導組織人員的疏散,降低扎堆現(xiàn)象,減少疏散盲目性。從長遠的角度來看,今后安防系統(tǒng)和消防系統(tǒng)整合將有效的提高超高層樓宇的安全等級。
參考文獻
[1]鄭付.淺談火災自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息,2014,(20).
關鍵詞:超高層建筑;給排水;設計
Abstract: this paper first discusses the tall building water supply and drainage design system selection and partition, and then discusses the pipes material and equipment selection, finally the reduced pressure measures, with strong practicability and guidance, for reference.
Keywords: tall building; Water supply and drainage; design
中圖分類號:TL353+.2文獻標識碼:A 文章編號:
超高層建筑以其俊偉的身姿、巨大的體量及現(xiàn)代化的氣息給人以強烈的視覺沖擊,其較高的容積率為眾多房地產(chǎn)開發(fā)商所鐘愛和推崇。隨著我國國民經(jīng)濟的不斷迅猛發(fā)展,超高層建筑越來越多地出現(xiàn)在人們的視野中。對于超高層建筑的給排水及消防設計,也在不斷的摸索中逐步完善。
我國《民用建筑設計通則》(GB50352―2005)第3.1.2條對超高層建筑的定義做了明確規(guī)定:“建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑?!睂κ覂?nèi)給水設計而言,100m的建筑高度并非劃分系統(tǒng)的絕對依據(jù):高度不到卻接近100m的高層建筑與超高層建筑在給排水設計上是類似的;
100m左右的超高層與200m或以上的超高層在給排水設計上則有很大不同。如《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(GB50045―95,2005年版,以下簡稱“高規(guī)”)第1.0.5條規(guī)定:“當高層建筑的建筑高度超過250m時,建筑設計采取的特殊防火措施,應提交國家消防主管部門組織專題研究論證?!币虼?,超高層建筑給排水系統(tǒng)應根據(jù)建筑高度及建筑功能,并結合當前適用建筑材料的特性來確定。
1系統(tǒng)選擇與分區(qū)
1.1生活給水系統(tǒng)
《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015―2003,2009年版,以下簡稱“建規(guī)”)中第3.3.3~3.3.6條對建筑物內(nèi)生活給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)原則作了規(guī)定。超高層建筑的室內(nèi)生活給水系統(tǒng)分區(qū)應當遵守其規(guī)定。
室內(nèi)生活給水系統(tǒng)首先要區(qū)分不同性質(zhì)的用水區(qū)域,分別設置給水加壓系統(tǒng)。超高層建筑可能是功能單一的住宅樓、辦公樓,也可能是含有多種功能的帶裙房的綜合樓建筑群。由于計費的需要,不同功能的用水區(qū)域,其給水系統(tǒng)也要互相獨立設置。根據(jù)所針對的場所,生活用水大致分為居民用水、行政事業(yè)用水、經(jīng)營服務用水、特種行業(yè)用水等。劃分給水系統(tǒng)前應當了解當?shù)毓┧块T的收費范圍和收費標準,根據(jù)不同的收費標準設置不同的給水系統(tǒng)。其次確定各個給水系統(tǒng)的供水方式?!敖ㄒ?guī)”第3.3.6條:“建筑高度超過100m的建筑,宜采用垂直串聯(lián)供水方式?!北緱l是對供水方式的原則性規(guī)定,對不同功能或多功能組合的超高層建筑,設計上要視具體情況具體分析,選擇最合理的供水方式或組合供水方式。
例1:某住宅區(qū)含3棟42層超高層純住宅樓,層高為3m,建筑高度為126m。生活給水分區(qū)如下:1區(qū)為-2~2層,由市政給水管網(wǎng)直接供水;2區(qū)為3~12層,由2區(qū)變頻泵組供水;3區(qū)為13~22層,由3區(qū)變頻泵組供水;4區(qū)為23~32層,由4區(qū)變頻泵組供水;5區(qū)為33~42層,由5區(qū)定速水泵加壓至屋頂水箱供水。
選擇此種供水方式是考慮了以下幾個因素:
(1)變頻供水較屋頂水箱的供水方式衛(wèi)生條件好,有條件的情況下優(yōu)先采用,本工程在住宅100m以下的部分均采用變頻供水。
(2)對變頻供水泵組而言,高峰流量與低谷流量之差越小,水泵在高效區(qū)運行的時段就越長,對節(jié)能就越有利。在住宅項目中,供水泵組所負擔的戶數(shù)越多,流量就越趨于均勻,高峰流量與低谷流量之差就越小。
(3)供水泵組所負擔的住宅層數(shù)受給水器具的承壓能力的限制。“建規(guī)”第3.3.4條規(guī)定:“衛(wèi)生器具給水配件所承受的最大工作壓力不得大于0.6MPa”。
一個給水分區(qū)的最大層數(shù)n=(0.6-p)/h。式中:p為戶內(nèi)支管最小接入水壓,p根據(jù)戶內(nèi)支管的布置計算確定,一般為0.1~0.3MPa;h為建筑層高。本工程n為10層。
(4)由于本工程未設設備層,因此不具備串聯(lián)給水方式實施條件。事實上超高層住宅項目大都沒有設置設備層。如何在沒有設備層的超高層建筑中采用串聯(lián)給水方式是一個尚待研究的課題。
(5)超過100m的樓層由于管道較長,壓力較大,保證供水的安全性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。采用高位水箱的供水方式在這方面無疑是占有優(yōu)勢的。且定速水泵可以一直在高效區(qū)運行,如果供水區(qū)域不大,則在能耗方面與變頻方式供水差別很小。例2:某辦公樓共48層,底下6層為商業(yè)用途的裙房,建筑高度193m,其中7層、22層、34層為避難層。
生活給水分區(qū)(不含裙房)如下:1區(qū)為-3~2層,由市政給水管網(wǎng)直接供水;2區(qū)為3~8層,由低區(qū)變頻泵減壓供水;3區(qū)為9~15層,由低區(qū)變頻泵減壓供水;4區(qū)為16~22層,由低區(qū)變頻泵直接供水;5區(qū)為23~28層,由中區(qū)變頻泵減壓供水;6區(qū)為29~34層,由中區(qū)變頻泵直接供水;7區(qū)為35~41層,由高區(qū)生活水箱減壓供水;8區(qū)為42~48層,由高區(qū)生活水箱直接供水。22層設中間水箱,供中區(qū)泵及高區(qū)泵取水。
選擇此種供水方式是考慮了以下幾個因素:
(1)辦公建筑一般生活用水量較小,如果采用泵組過多,則前期投入過大,后期運行管理費用較高,不經(jīng)濟。本工程2區(qū)、3區(qū)、5區(qū)均采用變頻泵組減壓供水。
(2)超過100m的樓層如果均由地下室泵房供水,管材、設備的耐壓等級比普通樓層提高,可靠性降低,勢必增加造價。在避難層設設備間將供水系統(tǒng)分為上、下兩個區(qū)可解決此問題。
(3)22層中間水箱作為中區(qū)及高區(qū)水泵的取水水箱,已經(jīng)擔負了上區(qū)的調(diào)節(jié)和轉輸雙重功能。因此,16~22層沒有采用高位水箱供水,而是采用變頻供水的方式。
1.2消防系統(tǒng)
1.2.1消火栓系統(tǒng)
超高層建筑的消火栓系統(tǒng)在絕大多數(shù)情況下只能采取臨時高壓給水系統(tǒng)的供水方式?!案咭?guī)”第7.4.6.5條規(guī)定:“消火栓栓口的靜水壓力不應大于1.0MPa,當大于1.0MPa時,應采取分區(qū)給水系統(tǒng)?!背邔咏ㄖ鹚ㄏ到y(tǒng)分區(qū)均以此條為原則,一般采用水泵、減壓閥或減壓水箱進行分區(qū)。
直接用水泵來分區(qū)是指每個分區(qū)有各自專用的消防泵,即并聯(lián)系統(tǒng)。從經(jīng)濟性上考慮,現(xiàn)在這種方式應用越來越少。隨著產(chǎn)品質(zhì)量的逐步提高以及產(chǎn)品功能的不斷創(chuàng)新,減壓閥在系統(tǒng)分區(qū)中的作用日益擴大。美國NFPA14-2007《Standard for the Instal lation ofStandpipe,Private Hydrant,and Hose Systems》中規(guī)定系統(tǒng)任何一點的壓力在任何時間不能超過2.41MPa。國內(nèi)業(yè)界也認同此觀點,即原則上消防水泵的壓力不應大于2.4MPa。壓力在2.4MPa以下時,豎向可以采用減壓閥來分區(qū)。實際上,民用專用消防泵的揚程一般都小于2.0MPa。
還是以42層住宅樓為例,消火栓系統(tǒng)分區(qū)如下:1~20層為低區(qū),由地下室的消火栓泵減壓供水;21~42層為高區(qū),由消火栓泵直接供水。這樣分區(qū)的優(yōu)點在于管路和控制系統(tǒng)簡單,所占管井較少,不需要占用設備層,但對減壓閥的質(zhì)量要求較高。減壓閥需備用。
對于高度接近或超過200m的超高層,由于幾何高差接近一般常用的管材設備的壓力極限,消火栓系統(tǒng)分區(qū)不能單純以減壓閥來分區(qū)。
以上述48層辦公樓為例,消火栓系統(tǒng)分區(qū)如下:-3~7層為1區(qū),由低區(qū)消火栓泵經(jīng)減壓閥減壓后供水;8~22層為2區(qū),由低區(qū)消火栓泵直接供水;23~34層為3區(qū),由高區(qū)消火栓泵經(jīng)減壓閥減壓后供水;35~48層為4區(qū),由高區(qū)消火栓泵直接供水。(為敘述方便,1區(qū)、2區(qū)合稱低區(qū),3區(qū)、4區(qū)合稱高區(qū))中間消防水箱和高區(qū)消火栓泵設于22層。這樣分區(qū)的優(yōu)點在于消火栓泵揚程不至于過大,管道及設備的耐壓等級也不會過高。它的不利因素是對控制系統(tǒng)的可靠性要求較高,需設中間設備層,設備分散,管理不便。
1.2.2自動噴水滅火系統(tǒng)
根據(jù)“高規(guī)”,高度超過100m的建筑均應設自動噴水滅火系統(tǒng)。《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB500084―2001,2005年版,以下簡稱“噴規(guī)”)第8.0.1條規(guī)定:“配水管道的工作壓力不應大于1.2MPa”。
設計應以每個報警閥所負擔的樓層進行分區(qū),并盡量使分區(qū)與生活給水系統(tǒng)及消火栓給水系統(tǒng)相適應,以避免橫管過于分散?!皣娨?guī)”第6.2.3.1條規(guī)定:“濕式系統(tǒng)及預作用系統(tǒng)一個報警閥組所控制的噴頭數(shù)不宜超過800個,干式報警閥組所控制的噴頭數(shù)不宜超過500個?!钡?.2.4條規(guī)定:“每個報警閥組供水的最高與最低位置的噴頭高差不大于50m?!眲t報警閥所負擔的層數(shù)應當根據(jù)上述條文確定。
對于超高層建筑,按上述條件所確定豎向分區(qū)最少也需要3個,有的可能達到十幾個分區(qū)之多。由于每個報警閥后都需要單獨的立管,這就會在設計上給管路的排列和管井的布置帶來很大限制。結合“噴規(guī)”對多個報警閥前管道成環(huán)以及配水管最大工作壓力的要求,將噴淋水泵和報警閥前的供水管道豎向成環(huán)可以較好地解決以上問題。
仍以42層住宅樓為例,自動噴水滅火系統(tǒng)分區(qū)如下:1~10層為1區(qū),11~20層為2區(qū),21~30層為3區(qū),31~42層為4區(qū)。1~3區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)分別由管井內(nèi)成環(huán)狀的雙主立管上引出,各區(qū)分別經(jīng)減壓閥減壓后供水,4區(qū)由自動噴水滅火主立管直接供水。
2管材及設備選型
超高層建筑由于管路系統(tǒng)內(nèi)壓力較大,管材及設備也有其特殊要求。如果忽視了這一點,可能會留有事故隱患,故需引起設計重視。
2.1管材
工作壓力超過1.0MPa的給水管應該采用有足夠強度的金屬管,一般不建議用塑料管,盡管塑料管也有壓力等級達到1.6MPa甚至2.5MPa的管材。足夠強度的金屬管包括厚壁鍍鋅鋼管、無縫鋼管、不銹鋼管等。用于生活系統(tǒng)上的管材還應考慮衛(wèi)生的需要,例如可選用襯塑、涂塑鋼管等。在管材的連接方式上,焊接、法蘭、溝槽等連接方式可以達到或超過管材本身的抗壓強度,是高壓管道連接優(yōu)先考慮的方式。螺紋連接一般用于DN100以下較小的管道,其承壓能力略小。塑料管熱熔連接點是整個管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),在高壓管道系統(tǒng)中應避免使用。超高層建筑的排水管有多種選擇。使用較多的有PVC-U排水管,HDPE排水管,球墨鑄鐵排水管等。但PVC-U排水管因其本身強度稍差,特別是以成品膠粘接的,容易脫落,一般不建議采用。
2.2閥門
給水系統(tǒng)的閥門,尤其是系統(tǒng)下部的閥門,其公稱壓力等級應當根據(jù)系統(tǒng)工作壓力、試驗壓力來確定。如果系統(tǒng)未設安全泄流裝置,則還應當考慮水錘的因素。
2.3水泵接合器
“高規(guī)”第7.4.5條規(guī)定室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動噴水滅火系統(tǒng)應設消防水泵接合器,如果系統(tǒng)有分區(qū)的,在消防車供水壓力范圍內(nèi),應分別設消防水泵接合器?,F(xiàn)行國家標準圖99S203《消防水泵接合器安裝》僅適用于室內(nèi)消防系統(tǒng)工作壓力不大于1.6MPa的場所。若室內(nèi)消防系統(tǒng)工作壓力大于1.6MPa而又在消防車供水壓力范圍內(nèi),則消防水泵接合器需特別定制。
3減壓措施
超高層建筑的室內(nèi)給排水系統(tǒng)相對于一般建筑是處于高壓狀態(tài),不穩(wěn)定因素較多。為防止意外事故的發(fā)生以及檢修的需要,系統(tǒng)應當有減壓穩(wěn)壓組件及相關技術措施。
3.1給水系統(tǒng)
給水系統(tǒng)上的防超壓措施主要有減壓閥、減壓穩(wěn)壓消火栓、安全閥、泄壓閥、減壓孔板及節(jié)流管等。給水系統(tǒng)經(jīng)常用減壓閥進行分區(qū)。用來分區(qū)的減壓閥有比例式和可調(diào)式的??烧{(diào)式減壓閥的壓力調(diào)整范圍一般不大于0.7MPa。對生活給水系統(tǒng)而言,可調(diào)式減壓閥的閥前與閥后壓力差不宜大于0.4MPa,要求環(huán)境安靜的場所不應大于0.3MPa。一個給水分區(qū)內(nèi)有可能存在超壓的管段,也可以通過可調(diào)式減壓閥來減去過剩壓力。管徑大于DN50的管段一般采用先導式可調(diào)減壓閥,小于等于DN50的管段一般采用直接式可調(diào)減壓閥。消防給水系統(tǒng)與生活給水系統(tǒng)一樣,也常用減壓閥進行分區(qū)。不同點在于消防給水系統(tǒng)減壓閥要求成組設置,即設置備用(單個報警閥例外)。
生活給水系統(tǒng)上的減壓閥可成組設置,即備用設置,也可不設備用。當不設備用減壓閥時,要保證減壓閥失效時管道的壓力不超過衛(wèi)生器具的最大可承受壓力。“建規(guī)”規(guī)定衛(wèi)生器具的最大可承受壓力不得大于0.6MPa。消火栓給水系統(tǒng)常常在超壓管網(wǎng)上采用減壓穩(wěn)壓消火栓。
安全閥及泄壓閥一般用于系統(tǒng)壓力最大處,如水泵出口、減壓閥組附近等,閉式熱水系統(tǒng)的壓力容器也用到安全閥。超高層建筑的水泵接合器應安裝安全閥。減壓孔板及節(jié)流管可起到減壓限流作用。一般用于管網(wǎng)末端減壓,如水龍頭。由于對流量有影響,配水管上較少采用。消火栓給水系統(tǒng)中,減壓孔板及節(jié)流管一般設于消火栓口或水流指示器前。在自動噴水滅火系統(tǒng)中,減壓孔板孔徑不應小于管道直徑的30%,且不小于20mm。
3.2排水系統(tǒng)
為避免高速下落水流沖擊損壞排水管,超高層建筑的室內(nèi)排水系統(tǒng)應有消能措施。消能措施一般采用乙字彎、管道偏置等,采用蘇維托系統(tǒng)及螺旋消音排水管也有消能效果。另外,在立管轉折處做好支架或支墩對防止水流沖擊損害管道也可起預防作用。
結語
超高層建筑的給排水設計應根據(jù)其區(qū)別于其他建筑的最顯著特點--高度來進行。確定系統(tǒng)所考慮的因素包括建筑高度、建筑功能、建筑材料及設備、節(jié)能性、可靠性、安全性、施工的可能性、可維護性等。超高層給排水設計要求設計者熟悉相關建筑材料及設備特點,最大程度地發(fā)揮其性能優(yōu)勢。
超高層建筑應該在各個方面都是和諧統(tǒng)一的。給排水設計也應以安全、簡潔、高效為繼續(xù)努力的方向。
參考文獻
【1】GB50352-2005民用建筑設計通則
【2】GB50015-2003建筑給水排水設計規(guī)范
【3】GB50045-95高層民用建筑防火規(guī)范,2005年版
在我國現(xiàn)在還沒有超高層建筑設計規(guī)范,設計人員往往套用高層建筑設計標準,存在一定弊端。本文介紹了超高層建筑消防特點,從超高層建筑防火、滅火綜合統(tǒng)籌角度,分析研究了現(xiàn)有超高層建筑火災原因、特點及超高層建筑火災撲救難點,為超高層建筑消防的后續(xù)研究提供參考。
關鍵詞:消防;超高層建筑;火災原因;火災撲救
1.超高層基本定義
高層建筑英語稱為high-rise building或tallBuilding,最早出現(xiàn)的高層建筑被人們稱為摩天樓(SkySCraper)。"早先的摩天樓其實并不高,與今天的高度概念相比己非同日語。"究竟多少層以上或多高的建筑稱為高層建筑,又有多高的建筑才被定義為超高層建筑,世界各國基于本國的消防裝備、經(jīng)濟條件等具體情況對高層建筑起始高度的定義不一致。"1972年在美國賓夕法尼亞洲的伯利恒市召開的國際高層會議上對高層建筑的定義有了較為統(tǒng)一的認識,并把高層建筑劃分為四類:第一類9-16層(50m以下);第二類17-25層(75m以下);第三類26-40層(100m以下);第四類是40層以上(超過100m)"。
根據(jù)我國《民用建筑設計通則》GB50352-2005規(guī)定:“建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑”同時,根據(jù)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95(以下簡稱高規(guī))規(guī)定:當高層建筑的建筑高度超過250m時,建筑設計采取的特殊的防火措施,應提交國家消防主管部門組織專題研究論證“,因為我國至今仍未出臺專門針對超高層建筑的相關設計防火規(guī)范,所以真正意義上的超高層建筑高度界定仍有些含糊”在此情況下,我們一般將100m以上的高層建筑認為是超高層建筑"。
2問題研究背景
隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,城市化程度的日益加快,城市人口急劇增加,土地供應緊張,價格上揚,促使人們向高空發(fā)展,拓展生存空間,在非常有限的土地上建造更多的使用空間,這就是高層建筑及超高層建筑產(chǎn)生和發(fā)展的源動力。
世界上第一幢現(xiàn)代高層建筑是美國芝加哥家庭保險公司大樓建于1884年至1886年,10層、高55 m,采用由生鐵柱和熟鐵梁所構成的框架結構。而世界第一幢采用全鋼框架承重的高層建筑是1889年美國建造的9層Second Rand Menally大樓。1851年電梯的發(fā)明和1857年第一臺自控客用電梯的出現(xiàn),解決了高層建筑的豎向運輸問題,也為建造更高的建筑創(chuàng)造了條件。1898年,美國紐約建造了30層、高118 m的Park Row大廈,為19世紀世界上最高的建筑。1909年,美國紐約建成的大都會人壽保險公司大樓(Metropolitan Life Tower)50層、高206 m,是世界上第一幢高度超過200 m的摩天大樓。1931年,102層、高381 m帝國大廈在美國紐約落成,高層建筑進入了一個新的歷史時期。2010年迪拜塔落成,該樓體160層、高828 m,創(chuàng)造了世界建筑高度的新記錄。超高層建筑不僅緩解了城市用地緊張的問題,在城市現(xiàn)代化建設和提升城市知名度方面同樣功不可沒。
我國的高層建筑發(fā)展同樣迅猛,自1929年上海建造高14層的華懋公寓至建國前,上海共有28幢超過10層的高層建筑。到20世紀80年代,我國高度在百米以上超高層建筑的建設發(fā)展迅速,1976年115 m高的廣州白云賓館落成,標志著我國高層建筑突破100 m大關。1996年深圳325 m高的地王大廈投入使用,2008年高達492 m的上海環(huán)球金融中心建成。截至2009年末,除港澳臺地區(qū)外,我國現(xiàn)有百米以下高層建筑212 757幢,百米以上的超高層建筑1 699幢。
但是,超高層建筑的消防安全已成為世界消防界共同面對的突出難題。2001年9月11日,美國紐約110層、高413 m的世界貿(mào)易中心大樓遭受2架被劫持客機的撞擊發(fā)生火災,死亡5 451人,受傷2 100人。1974年2月1日,巴西圣保羅42層的焦馬大樓發(fā)生火災,死亡179人,受傷300人。
我國的高層建筑火災也十分嚴重。1985年4月19日,黑龍江省哈爾濱市天鵝飯店火災,造成10人死亡,這是我國發(fā)生的首例有較大影響的高層建筑火災。2009年3月2日,新疆烏魯木齊市23層、高87 m的國貿(mào)大廈發(fā)生火災,過火面積約150 m2。2009年4月19日,江蘇省南京市50層、高187 m的中環(huán)國際廣場發(fā)生火災,過火面積約400 m2。2010年4月13日,上海東方明珠電視塔(高468 m)塔尖460 m處發(fā)射裝置防護罩因雷擊起火,這是我國目前為止起火點最高的高層建筑火災。
3超高層建筑火災分析
3.1 火災基本概述
火災是指在時間和空間上失去控制的燃燒所造成的災害。在各種災害中,火災中的燃燒是可燃物與氧化劑發(fā)生的一種氧化放熱反應,通常伴有光、煙、或火焰。燃燒的三要素:可燃物、助燃物、著火源。對于有焰燃燒一定存在自由基的鏈式反應這一要素?;馂氖亲罱?jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之一。人類能夠對火進行利用和控制,是文明進步的一個重要標志?;馂谋旧砭哂谐砷L性:不斷發(fā)展變化及無限擴大之特性在不受外力干擾下,延燒之面積約與經(jīng)過時間之平方成正比?;馂耐瑫r具有偶發(fā)性、不安定性、復雜性:火災無法事先預測何時何地會發(fā)生,火災受氣象、燃燒物體、建筑物結構及地形地物等各種因素影響,并呈現(xiàn)復雜現(xiàn)象進行。一個燃燒的發(fā)生,必然是空間內(nèi)的可燃物,與空氣或氧化劑在合適的條件下,相互作用發(fā)生放熱反應。燃燒在時間上空間上失去了控制則成為火災。對于超高層建筑而言,超火層建筑對火災的發(fā)生作了周密的設防,但各種偶發(fā)因素的疊加,還是有火災發(fā)生的概率。超高層火災的一旦出現(xiàn)必然說明,超火層建筑內(nèi)的防火系統(tǒng)出現(xiàn)問題。沒有在第一時間控制及撲滅火災。
3.2超高層火災的特點
隨著超高層建筑的規(guī)模越來越大,構造越來越復雜,在建筑風格、結構形式、使用功能等方面多種多樣,加之新材料、新技術和新結構形式的發(fā)展和應用,通常使得復雜空間結構的建筑面積大、空間寬敞、裝潢考究、電氣設備多、火災隱患大、結構上多采用輕質(zhì)高強的鋼結構,這類高層建筑與傳統(tǒng)建筑在使用功能、建筑材料、結構形式、空間大小、配套設施等方面有很大的不同,給防火安全帶來很多新的問題, 其超高層火災出現(xiàn)了新的特點。
3.2.1 火勢迅猛, 煙火蔓延迅速, 極易形成立體式火災
科學試驗表明, 在火災燃燒猛烈階段,由于高溫狀態(tài)下的熱對流而造成的水平方向煙氣擴散速度為0. 5~3. 0 m?s-1,煙氣沿著樓梯間或其他豎向管井擴散的速度能達到3~ 4m ?s-1。一座100m的高層建筑,在無阻擋的情況下,只需半分鐘左右,煙氣就能順著豎向管井擴散到頂層。已建的高層民用、商用建筑內(nèi)部的陳設和裝修材料多是可燃或易燃物品,綜合性高層建筑內(nèi)使用和儲存的易燃、可燃物更多, 它們火災負荷很大,建筑內(nèi)的樓梯間、管道井、電纜井、排氣道、垃圾道等各種豎向管井, 就像一座座高聳的煙囪,為火勢的迅速燃燒蔓延擴大提供途徑。加上高樓受氣壓和風速的影響,使火勢更猛烈,蔓延更迅速,極易使整幢建筑形成立體式火災。
3.2.2 高層建筑內(nèi)部情況復雜,人員疏散困難, 傷亡嚴重
高層建筑起火時,要使人員迅速疏散到地面或建筑物內(nèi)不受火災威脅的安全部位, 是一個十分艱巨的任務,垂直疏散距離遠, 疏散時間長高層建筑高達幾十米, 甚至超過二三百米。而且人員的疏散方向又與煙火蔓延的方向相反, 迫使人們不得不在煙熏和熱氣流的烘烤中進行疏散, 然就增加了人員疏散的艱巨性和危險性。所以人們往往來不及疏散就被煙火熏死、燒死。目前國內(nèi)高往往來不及疏散就被煙火熏死、燒死。目前國內(nèi)高層建筑不僅追求層次的高度而且還注重內(nèi)外包裝,一味追求建筑內(nèi)部豪華、外墻美觀、建筑特色,使高層建筑從高度化向復雜化發(fā)展。雖然從經(jīng)濟方面看, 高層建筑越多, 所代表地區(qū)的經(jīng)濟水平也相對較高; 但從消防的角度看, 越高的建筑越豪華的裝飾火災危險性越大、火災負荷越重、撲救難度越大,造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失越大。
3.2.3 人員密集
高層民用建筑容納人數(shù)多在千人以上,因此,難以在較短的時間內(nèi)將人員全部撤離危險區(qū), 而且在慌亂中,心理壓力大難免會發(fā)生擠傷、摔死等慘劇。美國消防組織曾做過一次模擬測試, 點燃一只廢紙簍,發(fā)現(xiàn)僅2分鐘煙探測器報警, 約 3分鐘后起火,房間達到使人致死溫度,同時樓內(nèi)充滿有毒氣體,約4分鐘樓內(nèi)過道被煙火封堵而徹底無法通行。
測試結果表明:樓房內(nèi)一旦起火, 4分鐘后逃離現(xiàn)場的可能性很小,加上由于濃煙烈火繼續(xù)升騰,嚴重影響人們的視線,使人看不清逃離的方向而陷入困境[3]。而救援人員多在4分鐘后才到達現(xiàn)場,受難者由于當時的心情十分焦急,往往會作出不理智的舉動?;馂氖鹿尸F(xiàn)場常常造成群死群傷情況的發(fā)生,近10年來,特重大火災造成群死群傷的火災事故不斷發(fā)生,例如:
新疆克拉瑪依友誼會堂火災死亡325人;河南洛陽東都商廈火災奪去 309條人命;莫斯科友誼大學火災奪去 32條人命;吉林市中百商廈火災死54人、傷 79人;浙江海寧火災死 39人等,都與火災現(xiàn)場人員密集、混亂、自救互救知識貧乏有直接關系。
3.2.4 疏散設施少
起火時, 建筑內(nèi)的人員不能靠電梯或云梯作為主要安全疏散和搶救手段。因為一般的客用電梯無防煙防水措施,必須停止使用, 國家規(guī)范要求是當發(fā)生火災后,普通客梯的轎廂全部迅速落到底層。云梯車為消防隊員撲救時專用。樓梯是高層建筑內(nèi)人員垂直疏散的惟一設施。用樓梯進行疏散的效率要低得多、時間要長得多。
3.2.5 高層建筑鋼結構耐火性不夠
高層建筑一般是采用鋼結構建筑或部分采用鋼結構, 超高層建筑必須采用鋼結構,因混凝土結構太重,建筑太高將不負重荷。而鋼結構質(zhì)輕,可以做到很高很大,因此,在高層建筑中得到廣泛應用,但對于防控火災方面就存在問題了, 普通的鋼材在600e 的環(huán)境下,就會產(chǎn)生變形扭曲。最典型的就是美國 9?11事件,世貿(mào)大樓不是撞塌的, 而是燒塌的。因為高溫導致鋼結構變形, 承受不了上面的重量,就轟然坍塌。所以超高層建筑的鋼結構安裝后必須在表面噴涂一層厚厚的防火涂料, 一般地,涂料保證的耐火時限最多為2~ 3小時。但是目前許多高大建筑結構形式中受力構件無法采用傳統(tǒng)的包裹或涂料方法進行防火保護造成結構破壞甚至倒塌。
3.3超高層火災撲救的難點
3.3.1登高難
建筑高度制約了消防裝備器材和人員作戰(zhàn)能力的發(fā)揮。面對不斷攀高的高層建筑,消防登高車的高度也是節(jié)節(jié)攀升,從53、72、90 m,到浙江杭州消防引進的世界最高的101 m,可以說登高車的高度已經(jīng)發(fā)展到極限,但面對百米以上的超高層建筑,利用登高車從外部救人滅火的方法很難奏效,在風力2~3級的情況下,當53 m的云梯車舉高高度為50 m左右時,云梯工作臺有2 m左右的擺動,無法實施人員營救,水槍或水炮外攻射流的效果也會大打折扣?;馂臅r一旦消防電梯失效,消防隊員只能從樓梯徒步攀登,一方面會與向下疏散的人群“對撞”;另一方面受體力限制,攀登一定高度后,心率和呼吸加快,體力下降,嚴重影響滅火戰(zhàn)斗。據(jù)測試,消防員背負空氣呼吸器、攜帶兩盤水帶、一支水槍(合計22.6 kg)徒步上20層樓,平均用時4 min,心律140次/min,空氣呼吸器壓力損失到6~8 MPa,基本上失去了戰(zhàn)斗能力。
3.3.2用水量大, 供水困難
缺乏特種登高、排煙消防車輛和搶險救生裝備用于滅火、冷卻和控制蔓延擴大的消防用水量是相當大的。除依靠建筑物本身的供水能力外, 還要由消防隊千方百計往高樓接力供水。目前我國的無登高消防車的工作高度約 24m,消防云梯一般為30~48m,普通消防車向室內(nèi)消防系統(tǒng)輸水的供水高度約50m,因此,發(fā)生火災時建筑的高層部分無法依靠室外消防設施協(xié)助救火,50以上部位已超出室外消防設施的供水能力,只能完全依靠自救滅火。對高層建筑火災, 普通消防車輛是無能力的高度, 則無法從室外撲救, 除非動用直升機, 否則只能依靠自救,即室內(nèi)的消防疏散設施。
4.結束語
伴隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展,城市建設的速度也逐漸加快,為了節(jié)約土地資源現(xiàn)代城市建筑日趨向高空發(fā)展,超高層建筑的數(shù)量越來越多。超高層建筑的出現(xiàn),在一定程度上既說明了現(xiàn)代科學技術的進步,又標志著城市的發(fā)展。然而,如何解決超高層建筑的消防問題卻是艱巨而又富有挑戰(zhàn)的課題,仍需我們努力研究探索以找到解決方案。
參考文獻
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[3] 張蕾.淺析超高層建筑消防設計[J].建筑技術,2011(4):61.
本工程位于北京通州區(qū),建筑面積12萬m2,為一類超高層綜合樓,高130米,地上29層,一至四層為商場,五至七層為酒店配套用房,八至十八層為寫字間,十九層為避難層(約90米高),二十層及以上為酒店車庫;地下3層,地下一層為超市,地下二、三層為車庫。其中地下三層戰(zhàn)時為人防物資庫,地下二層車庫為機械停車。
二、超高區(qū)給水的串聯(lián)和并聯(lián)
超高區(qū)給水的供給,有串聯(lián)和并聯(lián)兩種選擇,《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015-2003)3.3.6“建筑高度超過100m的建筑,宜采用垂直串聯(lián)供水方式?!?條文說明解釋說“對建筑高度超過100 m的高層建筑,若仍采用并聯(lián)供水方式,其輸水管道承壓過大,存在不安全隱患,而串聯(lián)供水可以化解此矛盾”,但在雜志2007年第1期中,文章“分區(qū)并聯(lián)供水在超高層住宅的應用實例”認為,“當采取各種措施能消除超高層供水的安全隱患時,從系統(tǒng)的運行可靠、維護方便、避免二級泵噪音等方面考慮,分區(qū)并聯(lián)供水無疑具有優(yōu)越性”,由此,該文中提到的約140米高的超高層住宅采用了并聯(lián)供水方式。筆者也認為,對于160米以下的超高層,尤其是沒有避難層的住宅,并聯(lián)供水不失為一種不錯的選擇,但就本建筑而言,有避難層可以利用,采用串聯(lián)供水不僅避免管道長時間承受高壓,也使酒店客房部分的供水壓力相對更為穩(wěn)定。
三、消防水泵接合器的設置
1、消火栓系統(tǒng)
室內(nèi)消火栓系統(tǒng)以避難層為界分為高低兩個區(qū),避難層及以上為高區(qū),避難層以下為低區(qū)。高低區(qū)分別在室外設三組地下式消防水泵接合器,供室外消防車向室內(nèi)加壓供水。高區(qū)水泵接合器供水管接至設于避難層的消防接力水箱,再由設于避難層的高區(qū)消火栓接力泵供至高區(qū)管網(wǎng)。關于高層建筑水泵接合器的設置,(GB50045-95)7.4.5.2規(guī)定,“消防給水為豎向分區(qū)供水時,在消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū),應分別設置水泵接合器?!?這就產(chǎn)生兩個問題,不同城市消防車供水壓力范圍是多少?不在消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū)是否設置水泵接合器?在雜志2007年第11期中,文章“上虞市建筑業(yè)大樓消防給水系統(tǒng)設計”提到,“目前大中城市消防車配有的水泵揚程為1.12-1.37MPa,折合消防供水高度為80-100米?!?而對于第二個問題,許多設計者選擇不在消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū)不設置水泵接合器,如文章“上虞市建筑業(yè)大樓消防給水系統(tǒng)設計”就寫到,“26層-屋頂為高區(qū),不設消防水泵接合器。”。但筆者認為,超過消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū)對水泵接合器的依賴性更強,如不設置,一旦室內(nèi)高區(qū)泵出現(xiàn)問題,就會出現(xiàn)望火興嘆的無奈局面,所以只要條件允許,還是應該設置,故本建筑高區(qū)消火栓系統(tǒng)采用接合器加接力泵的供水方式。
2、自動噴水系統(tǒng)
按設計水量不同,高區(qū)在室外設兩組地下式消防水泵接合器,低區(qū)在室外設三組地下式消防水泵接合器,供室外消防車向室內(nèi)加壓供水。高區(qū)水泵接合器供水管接至設于避難層的消防接力水箱,再由設于避難層的高區(qū)噴灑接力泵供至高區(qū)管網(wǎng)。與消火栓系統(tǒng)不同,對于不在消防車供水壓力范圍內(nèi)分區(qū)的水泵接合器設置,規(guī)范有明確規(guī)定, (GB50084-2001) 10.4.2規(guī)定,“當水泵接合器的供水能力不能滿足最不利點處作用面積的流量和壓力要求時,應采取增壓措施?!?故本建筑高區(qū)噴灑系統(tǒng)采用接合器加接力泵的供水方式。
四、水噴霧滅火系統(tǒng)與自噴系統(tǒng)的水泵合用問題
柴油發(fā)電機房采用水噴霧滅火系統(tǒng),設計噴霧強度20L/min.m2,由于設備表面積
小于120m2,故用水量小于40L/s,噴灑系統(tǒng)低區(qū)泵水量為40L/s,且滿足壓力要求,故二者合用水泵。關于水泵的合用, (GB50084-2001) 10.2.1規(guī)定“系統(tǒng)應設獨立的供水泵”,這先要搞清水噴霧滅火系統(tǒng)是否屬于自動噴水滅火系,從二者有各自獨立的設計規(guī)范來看,應互無從屬。但(GB50045-95)7.6.6.1規(guī)定“燃油、燃氣的鍋爐房、柴油發(fā)電機房宜設自動噴水滅火系統(tǒng)”,而在該條的條文說明中寫到,“考慮到其火災特點,可以采用水噴霧滅火系統(tǒng)”,似乎的制訂者認為二者是有從屬關系的。而且, (2003年) 7.3.1條寫到“鍋爐房和柴油發(fā)電機房的水噴霧系統(tǒng)可與建筑物內(nèi)的自動噴水滅火系統(tǒng)合并”。而兩者合用水泵的經(jīng)濟性是顯而易見的,筆者在工程實踐中也多次這樣操作,均得到了審圖單位和消防審批部門的認可。綜合以上因素,本建筑不再為水噴霧滅火系統(tǒng)單獨另設水泵。
超高層建筑雖早已不是什么新生事物,對于超高層建筑的給排水及消防設計,還有許多理論和細節(jié)需要完善,對于設計人員而言,只有不斷的探索研究,努力汲取新的知識,在實踐中逐漸積累經(jīng)驗,才能更好的為社會服務。
參考文獻:
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[2] 《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50084-2001(2005版)
[3] 《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015-2003
[4] 《建筑滅火器配置設計規(guī)范》GB50140-2005
[5] 《全國民用建筑工程設計技術措施(給排水)》 (2003年) 中國建筑標準設計研究所
關鍵詞:超高層建筑變配電系統(tǒng)接線方式;改進優(yōu)化;減少儲變壓器備容量;節(jié)能降耗
一、概況
最近幾年,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,各地超高層建筑不斷涌現(xiàn),超高層建筑一般都建設在城市的生活和經(jīng)濟中心,由于超高層建筑的樓層多,建筑高度高,對供電的可靠性以及消防等的要求也比普通的高層建筑要高得多,相應的建設資金投入大,運行設備多,安全運行標準高,因此設計的復雜性也增加了很多。
房地產(chǎn)開發(fā)商為了在一定面積的土地上,開發(fā)出更多建筑面積,就提高建筑的高度,開發(fā)超高層。為了便于銷售,使大樓的使用功能更復雜。一般在地下層設有車庫、設備層,地上設有裙樓為辦公或商場,標準層為辦公、酒店、豪宅,頂部設為餐飲、娛樂等集其于一體的綜合性大樓。國外超高層建筑高度已近千米,層數(shù)已達300多層以上。國內(nèi)超高層建筑高度已超過600米,層數(shù)也已超過200層以上。
目前大多數(shù)超高層建筑規(guī)劃:高度在200米左右、總建筑面積在10--15萬平方米,地上五十層以上,其中裙樓有五層為金融、商業(yè)用房及餐飲等配套用房,主樓為寫字樓、酒店或豪宅。在頂層設有娛樂、餐飲。在十三——十五層和二十八——三十層設二個避難層,其中設有消防風機房和消防接力水泵房。在地下層設有變配電機房、柴油發(fā)電機房、鍋爐房、停車庫等,消防水泵房、中央空調(diào)機房、機械停車庫等。屬一類超高層建筑功能定位為娛樂、餐飲、酒店、高檔寫字樓及酒店式公寓。
實際上超高層建筑的變配電系統(tǒng),是由娛樂、餐飲、酒店、高檔寫字樓及酒店式公寓等單體建筑在平面上按所具有的使用功能的變配電系統(tǒng),在豎直有限的空間集合疊加、緊湊優(yōu)化構成。
二、配電系統(tǒng)
1.負荷等級
超高層建筑一般建筑面積較大、人員密度大、使用功能比較復雜,通常供電容量較大當超高層建筑發(fā)生各種災難時搶險難度大、人員疏散較困難,因此其供電可靠性要求極高其中消防系統(tǒng)的用電安全保障顯得尤為重要,工程屬一類超高層建筑,按一級負荷供電。
2.電源選擇
根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB 50052-2005)規(guī)定,一級負荷應由二個電源供電,當一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不應同時遭到損壞一級負荷別重要的負荷,除由二個電源供電外,尚應增設應急電源,因此超高層建筑必須采用二路獨立的10kV電源供電(用電容量較大,條件許可的地方可采用35kV電源供電),此外還應根據(jù)實際狀況設置柴油發(fā)電機組或EPS電源作為應急備用電源該工程采用10kV雙路電源供電(兩個電源不應同時損壞),電源引自附近供電部門開閉所二段不同母線,采用電力電纜埋地引入總變配電所,二路電源同時供電,當其中一路電源故障停電時,由另一路電源供給全部一、二級負荷還設有兩臺有自啟動功能的柴油發(fā)電機組作為消防及重要負荷應急備用電源。
3.高低壓配電系統(tǒng)
3.1 10kV主接線:采用單母線分段的接線方式,系統(tǒng)設有分段母線聯(lián)絡開關,兩路10kV電源同時供電,互為備用,當其中一路電源因故障停電時,由另一路電源供給全部一、二級負荷。10kV出線采用電纜放射式向各配電變壓器供電。
3.2低壓主接線:采用單母線分段的接線方式,每兩臺變壓器為一組,通常的接線方式是消防設備、公用設備(電梯、水泵、風機、電信機房、計算機房、安防及樓宇設備管理中心)應急照明、照明每兩臺變壓器為一組,該組還有發(fā)電機組進線;空調(diào)設備每兩臺變壓器為一組,互為備用,分別設有母線聯(lián)絡、開關,兩只低壓進線開關及母聯(lián)開關兩通一斷,采用電氣、機械聯(lián)鎖,一級負荷別重要的負
荷設有專用低壓母線,除采用兩路供電外,另外設有柴油發(fā)電機組作為備用電源。其接線如圖一:
所有消防負荷及重要負荷的配電,是由兩路從變配電所低壓系統(tǒng)兩段母線上引來的配電干線,在配電末端設置雙電源自動切換箱進行配電。
3.3變配電所設置
超高層建筑的用電設備負荷較大、用電設備性質(zhì)較復雜,且很大一部分為一、二級負荷,通常變電所的規(guī)模相對較大,樓內(nèi)空調(diào)機房及水泵房等用電量大的設備均布置在地下層,根據(jù)變配電所在理論上應靠近用電負荷中心的原則,應設在大樓中間,但這樣就會產(chǎn)生電能倒送現(xiàn)象,所以總變配電所常規(guī)都設在地下層,便于設備運輸安裝,總變配電所進出管線較多,有高壓進線電纜,高壓及低壓進出線,有阻燃電纜、耐火電纜、礦物絕緣電纜或預分支電纜,還有不少封閉式母線,管線進出僅采用上進上出的方式,可能會造成管線交叉頻繁,施工較為困難因此總變配電所宜設地溝,各種電纜通過配電柜下部地溝進出,封閉式母線則通過配電柜上部進出。
根據(jù)《全國民用建筑工程設計技術措施電氣》,低壓線路的供電半徑一般不宜超過200m,當供電容量超過5000kW,供電距離超過200m時,宜考慮增設變配電所,如果建筑高度超過200m,再加上平面距離,建筑上部的供電半徑一般會超過250m,電壓降可能超過規(guī)定值,供電質(zhì)量將下降,電能損耗加大,肯定會影響電梯等設備的運行因此建筑高度超過200m的超高層建筑,宜在大樓上部設分變配電所,供塔樓電梯及上部1/3樓層的部分用電上部變配電所宜結合避難層或技術層設置,電纜進出線上進上出,要考慮到安裝設備的運輸通道。
另外,當標準層面積較大時,當供電容量超過5000kW,供電距離雖未超過200m時,可考慮在大樓的中部設分變配電所。
1超高層建筑電氣設計特殊要求
針對超高層建筑的特點,現(xiàn)對超高層建筑電氣設計要點和注意事項解析如下。
1.1供電電源的高可靠性《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052-2009第3.0.2要求:“一級負荷應由雙重電源供電,當一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不應同時受到損壞?!边@一規(guī)定是基于城市電網(wǎng)完好,兩個電源不致同時發(fā)生故障的情況,沒有考慮到城市電網(wǎng)發(fā)生重大故障導致全面癱瘓的可能。雖然規(guī)范3.0.3明確:一級負荷中的特別重要負荷(如計算機信息系統(tǒng)用電、安防系統(tǒng)用電、消防用電等)除應由雙重電源供電外,尚應增設應急電源,但對非消防一級負荷(如走道照明、客梯用電、生活水泵、排污泵用電等)未明確是否增設第三電源。超高層建筑通常為地標式建筑,為提高上述非消防一級負荷的供電水平,亦應為其設置自備應急發(fā)電機組作為第三電源,以確保城市電網(wǎng)癱瘓時大廈的基本運營,將經(jīng)濟損失減少到最低程度。同時設置不間斷電源裝置UPS、應急電源裝置EPS,為智能化信息系統(tǒng)、應急照明系統(tǒng)等提供第四電源。
1.2配電系統(tǒng)主接線的安全可靠性變壓器總容量為15000kVA及以上,宜采用20kV及以上電壓等級供電;變壓器總容量在15000kVA及以下,宜采用10kV及以上電壓等級供電。具體情況需與當?shù)毓╇姴块T協(xié)商。兩回10(20)kV中壓電源應采用同時工作、互為備用、單母線分段運行方式。消防負荷、非消防負荷在0.4kV低壓母線段處嚴格分開,彼此獨立、互不干擾,并分別設置消防負荷、非消防一級負荷(保證負荷)專用應急母線段,以確保消防負荷供電的安全可靠性。低壓配電系統(tǒng)采用單母線分段運行方式,干線系統(tǒng)采用放射式、樹干式或二者兼用的混合式。垂直干線電纜配電,按每條電力電纜干線供電負荷不超過8層設置(一般每隔15層45m設一避難層,即兩個避難層之間同類別負荷干線為2條及以上,對提高供電可靠性有利)。
1.3分區(qū)設置變配電所的合理性應根據(jù)不同性質(zhì)用電負荷分布密度,將變配電所設置于各功能區(qū)段,如冷凍站與泵站地下區(qū)、低中區(qū)、中高區(qū)、超高區(qū)的負荷中心(如地下層、避難層、中間設備轉換層、頂層)。低壓出線柜至末端配電箱線路的最大供電半徑控制在(200-50)x0.8=120m以下(末端配電箱至用電設備的線路長度控制在50m以下)。低壓供電線路的總長度具體應按照總電壓降不超過5%的要求確定。為了設備運輸和檢修方便,變壓器最大單臺容量地下層控制在2500kVA及以下,電抗率8%;地上避難層、設備層、頂層控制在1000kVA及以下,電抗率6%。當專用運輸梯的載重量達4.9(5.0)t時,地上設備層可放寬到2000kVA及以下。從節(jié)省設備用房占地面積、節(jié)省線材造價的角度考慮,10kV高壓開關柜與變壓器相距不宜過遠,盡量靠近,0.4kV低壓開關柜與變壓器盡量靠近,間隔0.8~1.0m為宜,必要的時候亦可選用緊湊型組合式變配電站。
1.4自備應急電源(發(fā)電機、UPS、EPS)的合理選取與配置200m及以下區(qū)段宜選用0.4kV發(fā)電機組,400m以上區(qū)段應選用10kV發(fā)電機組,將應急電源直接饋送至各功能區(qū)段的負荷中心,降低能耗和節(jié)省線材。亦可通過技術與經(jīng)濟合理性比較,均選用10kV或0.4kV發(fā)電機組。同時分區(qū)設置專用的UPS、EPS機房(需考慮結構荷重),為智能化信息系統(tǒng)、應急照明系統(tǒng)等提供不間斷電源。
1.5防雷接地的特殊重要性現(xiàn)代超高層建筑大量采用鋼結構、鋼筋混凝土結構,本身引雷能力強,遭受雷擊的概率增大,且外立面多采用帶金屬構件的玻璃幕墻,設計時應綜合考慮外部防雷和內(nèi)部防雷,兼顧各種用途的接地需要,把防雷接地的各要素與結構鋼筋、金屬構件等有機結合,構成統(tǒng)一協(xié)調(diào)、安全可靠的防雷接地體系。
1.6電氣火災防范與智能疏散的極端重要性根據(jù)超高層建筑內(nèi)部的不同功能分區(qū),分別設置消防控制分控中心,各功能分區(qū)自成系統(tǒng),獨立運行,以實現(xiàn)風險分擔。同時,大廈首層(或地下一層)設置消防控制主中心,可實現(xiàn)監(jiān)控各分控中心的狀態(tài),全面提高電氣火災防范的安全可靠性。除了常規(guī)火災自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)外,超高層建筑還應設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)(多級防火剩余電流動作報警、過電流超溫報警系統(tǒng))、氣體滅火控制系統(tǒng)、固定消防炮滅火控制系統(tǒng)、消防水泵定期自動巡檢系統(tǒng)、空氣采樣早期煙霧探測系統(tǒng)等多種特殊且必需的系統(tǒng)。同時,需設置應急照明智能疏散逃生系統(tǒng),這是因為超高層建筑內(nèi)人員流動大、密集度高、疏散通道復雜。為了做到“安全、準確、迅速”逃生,須引入智能化動態(tài)疏散的理念,以火災現(xiàn)場即時的、真實的信息為依據(jù),根據(jù)預設的疏散方案進行局部疏散路徑的動態(tài)調(diào)整、優(yōu)化,從而有效解決安全、準確快速疏散問題。
1.7避難層的供電、火災應急廣播及消防通信的特殊要求避難層內(nèi)除空調(diào)機房外,其他動力、照明等配電干線須單獨設置,不應與其他層公用,且均應采用消防雙電源供電并在末端自投,以確保避難層電氣消防的獨立性和可靠性。
1.8航空障礙燈設置的特殊要求應標志出超高層建筑的最高點和最邊緣(即視高和視寬),并應在中間層加設障礙燈,中間層的距離必須大于45m并盡可能相等,水平距離亦不大于45m;按規(guī)范在不同高度選用不同光強、不同類型的障礙燈,確保在不同高度的障礙燈數(shù)目及排列,應能從各個方位都能看到超高層建筑的輪廓,并且考慮障礙燈的同步閃爍,以達到明顯的警示作用。
1.9電氣節(jié)能與環(huán)保技術應用、綠色建筑創(chuàng)建的必要性超高層建筑的使用功能非常復雜、用電量負荷極大,電氣節(jié)能與環(huán)保技術應用的潛力巨大,效果明顯。首先應深入研究、全面優(yōu)化其高、低壓變配電系統(tǒng)和應急電源系統(tǒng)的設計方案,并設置綜合能耗計量與運營管理系統(tǒng),從系統(tǒng)配置和管理上為節(jié)省電能創(chuàng)造有利條件。同時,應充分開發(fā)與利用可再生能源,積極采用綠色照明、太陽能光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電和風光互補發(fā)電技術及其他各種有效的電氣節(jié)能技術;積極采用環(huán)保型發(fā)電機、無煙無鹵清潔型電纜及其他各種有效的電氣環(huán)保技術;設置智能照明控制系統(tǒng)、各種機電設備的自動監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、綜合能耗獨立分項計量與運營管理系統(tǒng)等。從設備選型、系統(tǒng)配置和運營管理等各個環(huán)節(jié)多管齊下,最大限度地節(jié)約能源、保護環(huán)境、減少污染,力爭達到國家標準《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2006中的“三星”或“二星”等級?!熬G色建筑”指在建筑的全壽命周期內(nèi),最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護環(huán)境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,與自然和諧共生的建筑。綠色建筑對住宅建筑而言,要求公共場所和部位的照明采用高效光源、高效燈具和低損耗鎮(zhèn)流器等附件,并采取其他節(jié)能控制措施,在有自然采光的區(qū)域設定定時或光電控制。智能化系統(tǒng)定位正確,采用的技術先進、實用、可靠,達到安全防范子系統(tǒng)、管理與設備監(jiān)控子系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡子系統(tǒng)的基本配置要求。綠色建筑對公共建筑而言,要求各房間或場所的照明功率密度值不高于現(xiàn)行國家標準《建筑照明設計標準》GB50034規(guī)定的現(xiàn)行值。新建的公共建筑,冷熱源、輸配系統(tǒng)和照明等各部分能耗進行獨立分項計量。建筑室內(nèi)照度、統(tǒng)一眩光值、一般顯色指數(shù)等指標滿足《建筑照明設計標準》GB50034中的有關要求,建筑智能化系統(tǒng)定位合理,信息網(wǎng)絡系統(tǒng)功能完善。建筑通風、空調(diào)、照明等設備自動監(jiān)控系統(tǒng)技術合理,系統(tǒng)高效運營。
1.10智能化系統(tǒng)的復雜性與功能完備性超高層建筑智能化系統(tǒng)極其復雜,功能要求非常完備,主要系統(tǒng)有:火災自動報警系統(tǒng)與消防聯(lián)動系統(tǒng)(含眾多子系統(tǒng));通信網(wǎng)絡系統(tǒng);計算機網(wǎng)絡系統(tǒng);辦公自動化系統(tǒng)(含入侵報警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、停車庫管理系統(tǒng)等子系統(tǒng));有線電視與衛(wèi)星電視接收系統(tǒng);VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng);無線信號增強系統(tǒng)(無線對講系統(tǒng));IC卡一卡通綜合業(yè)務管理系統(tǒng);廣播、擴聲與同聲傳譯系統(tǒng);多媒體數(shù)字會議系統(tǒng);電子信息顯示系統(tǒng);建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)(BA)(能耗遠傳自動計費系統(tǒng)等);智能化系統(tǒng)集成;信息機房工程。
1.11需專項研究內(nèi)容城市電網(wǎng)(外部供電電源)供電電壓等級的調(diào)查研究;自備應急發(fā)電機組的電壓等級選擇研究;發(fā)電機冷卻方式比較研究;電氣消防性能化評估;太陽能光伏發(fā)電、風力發(fā)電與風光互補發(fā)電技術研究;智能化系統(tǒng)集成技術研究等。
2結語
【關鍵詞】超高層建筑;火災自動報警;系統(tǒng)設計
在超高層建筑中通常會存在眾多的居住用戶,電氣設備的應用也更加的廣泛,所以一旦發(fā)生火災,損失將是非常慘痛的。因此電氣火災自動報警系統(tǒng)的設計可以提前探測到火災的安全隱患,然后通過各種設備的聯(lián)動配合,來有效的對火災的探測、警報到控制進行全過程的協(xié)調(diào),因此在裝置的設計上提出了很多的難題和要求。為了更好的適應超高層建筑的發(fā)展,電氣火災自動報警系統(tǒng)的設計應該通過不斷的研究和實踐進行進一步的完善,從而真正的將建筑火災的發(fā)生進行有效預警和控制。
一、電氣火災發(fā)生的主要原因
為了預防電線短路和負荷過重的現(xiàn)象的發(fā)生可以在配電柜的回路旁設置具有保護線路短路和過負荷的斷路器,同時為了防止漏電事故的產(chǎn)生可以通過加強檢測的方式來有效的完善。而我們主要對不能很好進行預測的電氣火災發(fā)生的原因進行分析:
1.由于各種配置電線的接觸不良而引起的火災
超高層建筑內(nèi)部的電氣系統(tǒng)會設立電纜豎井和電纜的橋架以及計算機的活動地板,這些設置由于通電運行時不易散熱,因此這樣長時間的過熱就會使配電線路的外部絕緣材料老化的速度加快,這樣很大程度上就會因為配電線路的溫度升高而使外部的絕緣材料被引燃,從而造成火災的發(fā)生。這種由于接觸不良而引起的火災,運用普通的火災探測器,通常情況下是不會觸動報警的,所以必須運用建筑電氣火災自動報警系統(tǒng)來進行有效的預防。
2.變配電設備故障而產(chǎn)生的火災
變配電設備的故障主要是指在設備系統(tǒng)的運行中,會發(fā)生設備的電路連接接頭和高壓電纜接頭以及局部的動靜觸電的高壓開關柜發(fā)生接觸不良的現(xiàn)象,從而會導致內(nèi)部的電阻增大,這樣重復性的循環(huán)就會使高壓電纜的外部絕緣材料溫度升高而產(chǎn)生火災的危害。這兩種火災的形式從隱患發(fā)生到火災的進行要經(jīng)過一段時間才能明顯的表現(xiàn)出來,因此普通的報警裝置不能很好的進行及早的探測和預防。
二、電氣火災自動報警系統(tǒng)的組成和功能
(一)電氣火災自動報警系統(tǒng)的組成
1.火災自動報警裝置
該裝置的主要功能是可以對火災信號進行有效的接受、傳遞和顯示,然后進行信號的發(fā)出的功能的指示設備,是火災自動報警系統(tǒng)的核心組成,也是所有火災探測器的基本組成部分,它可以對火災探測器電源提供的穩(wěn)定性進行控制,同時可以進行系統(tǒng)自身運行狀態(tài)的探測和聲光報警等工作。
2.火災的警報裝置
這種裝置主要是在火災探測后用光或者聲音等方式在建筑內(nèi)部產(chǎn)生區(qū)別于環(huán)境的火災警報裝置,從而有效的引起人們的注意,并可以盡快的進行安全疏散工作和火災救援工作的開展。
3.火災探測器
在火災自動報警系統(tǒng)中,這種裝置可以很好的對火災產(chǎn)生的苗頭進行探測,就像一個感官器官一樣,對建筑的環(huán)境進行很好的探測,然后一旦發(fā)生火災然后就會進行及時的探測并將信號傳遞給報警系統(tǒng)。同時還有許多其它的輔助裝置,如隔離器、警鈴、中繼器等。
(二)電氣火災自動報警系統(tǒng)的功能
(1)精確的監(jiān)測功能。自動報警裝置可以通過溫度監(jiān)測的精度來提高運行的效率,通常情況下監(jiān)測的溫度可達±1℃,火災的定位可達1米,所以在可以任何地點和時間中進行準確的顯示。(2)分布監(jiān)測功能??梢詫ㄖ?nèi)部的環(huán)境進行實時、全面、動態(tài)的監(jiān)測,并且監(jiān)測的范圍和距離較大,通常情況下監(jiān)測的距離達到8000米,溫度的監(jiān)測范圍可以達到-30攝氏度到120攝氏度之間。(3)火災分析的功能??梢詫馂牡拇笮?、發(fā)生的地點、方向以及蔓延的速度進行分析,并能及時的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交馂念A警中心。
三、建筑電氣火災自動報警系統(tǒng)的設計
(一)設計的原則
超高層建筑電氣火災自動報警系統(tǒng)的設計是一項非常復雜和精心的工作,具有很強的專業(yè)性,因此在設計中總的原則是:首先必須要在充分的掌握防火設計規(guī)范、電路安裝施工規(guī)范、報警系統(tǒng)設計規(guī)范等相關設計規(guī)范的運行原則上來開展火災自動報警系統(tǒng)的設計,同時還要對相關的消防法規(guī)進行掌握,從而使設計更加的合理和有效性。其次要按照《建筑設計防火規(guī)范》以及《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》來有效的實施。
(二)火災自動報警的各組成部分的設置
1.火災探測器的設置
首先要根據(jù)建筑內(nèi)部的不同場所來選擇相應的探測器,然后對探測器的設置位置進行選擇和明確,要在建筑的走廊、前室以及樓梯走道等人流聚集區(qū)分別劃定探測區(qū)域。再者在電纜豎井的周圍要單獨的設立火災探測器,一是為了防止電纜豎井形成拔火的通道,二是預防火災發(fā)生時會沿著電纜進行蔓延。其次因為超高層建筑的特性要在電梯機房設置火災探測器,其一是因為電梯的機房是超高層建筑內(nèi)人們通行的的重要垂直工具,其二是電梯機房如果發(fā)生火災其危害性將會是巨大的。
2.手動的火災報警按鈕的設置
手動的火災報警按鈕的設置應該選擇人流疏散和消防人員進行救火的必經(jīng)要道,所以手動火災報警按鈕的設置的首選部位應該在超高層建筑中各個樓層的前室。再者在一些大型的公共區(qū)域的人流密集區(qū)也應該設置手動的火災報警按鈕,如大廳、建筑廊道等。其次在進行設置時要保證在整個火災預警的分區(qū)內(nèi)的各個位置到達手動火災預警按鈕的位置不能超過30米。并且還要保障其安裝要在人們的視線內(nèi)以及可以夠到的位置。
3.應急揚聲器的設置
在進行揚聲器的設置時,依然要選擇人流較密集的區(qū)域進行設置,并且要保證在一個整體的分區(qū)內(nèi),內(nèi)部的各個位置到揚聲器的位置不能超過25米,從而保證人們可以通過揚聲器來得到火災的警報。其次在人們不注意的公共衛(wèi)生間也應該設置揚聲器,因為該區(qū)域由于位置的隱秘性和狹小性,在火災發(fā)生時如果不進行及時的疏散會引起很大的損失。再者火災應急通道以及走廊中要突出重視揚聲器的設置,這些區(qū)域是火災發(fā)生后人們應急的直接通道,因此在火災發(fā)生時這區(qū)域需要強有力的疏散指令來有序的進行疏散。
4.消防聯(lián)動設備的設置
消防聯(lián)動設備可以很好的對火災的控制進行支持,在進行設置時,首先應該對消火栓系統(tǒng)內(nèi)部的消防水泵的啟動和停止進行合理的設計,要使水泵的啟動按鈕以及水泵的運行情況合理的顯示,使消防人員可以快速的找準位置進行及時的撲火。再者要對消火栓運行的電氣裝置進行合理的控制,也要對相關的電氣裝置安設一定的消防水泵的工作指示燈。其次要對火災應急水箱的水位進行合理的監(jiān)測,并及時的進行水流的補充,避免火災發(fā)生后應急水箱的水量不足。
結語
在今后的發(fā)展中高層建筑將會成為未來建筑項目施工的主要發(fā)展方式,因此電氣火災自動報警系統(tǒng)的設計和應用可以很好的對建筑內(nèi)部的環(huán)境狀況進行精確的監(jiān)測,并及時提醒建筑內(nèi)部的人員進行疏散和救火。并且在未來的發(fā)展中電氣火災自動報警系統(tǒng)還需要通過深入的研究和實踐得到進一步的提升和完善。
參考文獻
[1]吳鵬,孫維.淺析建筑電氣中火災自動報警系統(tǒng)的設計[J].城市建設理論研究(電子版),2012,(36).
【關鍵詞】規(guī)劃;建筑設計;消防問題;
中圖分類號:TU998.1 文獻標識碼:A 文章編號:
一.前言
隨著人們生活水平和對建筑功能要求的不斷提高,在近幾年來,在有關規(guī)劃和建筑設計中的消防問題,從安全方面考慮,成為了重點關注的對象,對于一些建筑設計當中經(jīng)常遇到的有關消防的問題,本文提出了幾點思考。
二.規(guī)劃和建筑設計中消防問題現(xiàn)狀思考
在規(guī)劃和建筑設計中,經(jīng)常會遇到諸如大體量建筑臨街超長、消防通道轉彎半徑不足、新興工業(yè)園區(qū)的小型化工企業(yè)的廠際防火間距、多棟高層建筑的毗連裙房與高層主體的防火間距等問題,往往讓設計者犯難:如何執(zhí)行規(guī)范規(guī)定才能更切合實際,又能保證消防安全?筆者僅就一些具體問題作如下思考。
1 設計探討
《高層民用建筑設計防火規(guī)范 》 GB50045 一 2005 的具體條文中沒有明確高度超過250m的超高層建筑消防設計要求,但在第 1.0.5 條規(guī)定:“當高層建筑的建筑高度超過 250m時,建筑設計采取的特殊的防火措施,應提交國家消防主管部門組織專題研究、論證。” 由于本項目無論從建筑高度到機電設備現(xiàn)代化水平要求,都是近代國內(nèi)外落成或者在建設中的項目無可比擬的,因此在對本項目消防系統(tǒng)的設計過程中充滿著難題。
2.關于多棟高層建筑毗連裙房的防火間距問題
當多棟高層建筑的裙房毗連時,雖高層主體之間的防火間距符合要求,但毗連的裙房“之間”的防火墻位置便成為兩高層建筑裙房的“分界線”;這道防火墻的具體設置,也存在高層建筑主體或裙房與“相鄰建筑(主體或裙房)”的防火間距問題。設計時當考慮如下問題:
(一)高層主體底層與裙房相鄰的防火墻,應與高層主體外墻相對應,即高層主體內(nèi)的防火分區(qū)不應跨越到附屬裙房內(nèi)。
(二)如兩棟高層建筑的毗連裙房的“分界(防火墻)”處與任一棟高層主體的“間距”不足4m 時,該棟高層主體面對裙房一側的外墻在高出裙房屋面15m 以下應為不開設門、窗洞口的防火墻。
(三)在兩棟高層建筑的毗連裙房的“分界”處,設置隔墻為防火墻且裙房屋頂為耐火極限不低于1h 的非燃燒體且屋頂不開天窗時,兩毗連裙房之間的防火墻處與高層建筑主體之間的防火間距應不小于4m。
(四)單就兩棟高層建筑的毗連裙房而言,當屋頂為耐火極限不低于1h 的不
3.規(guī)劃設計中消防通道的設定:
(一)汽車轉彎半徑的概念
根據(jù)國家行業(yè)標準《汽車庫建筑設計規(guī)范》規(guī)定:汽車最小轉彎半徑是指汽車回轉時汽車的前輪外側循圓曲線行走軌跡的半徑。消防車通道在轉彎時,應考慮消防車的最小轉彎半徑,以便于消防車的順利通行。消防車輛分為輕、中、重三個系列。一般最小轉彎(前外輪)軌跡半徑為7m、8.5m 和12m;其最外側控制半徑分別為8.5m、11.5m 和14.5m。特殊車輛還應根據(jù)具體情況增大尺寸。
(二)道路轉彎(路緣石曲線)半徑應滿足消防車輛行進的轉彎需要因為汽車行駛時的轉彎半徑不僅與車速有關,在轉彎處所需的道路寬度還與車體的長短有關。車體越長,前后橋車輪轉向與車軸的夾角相差越大。所以,消防車道轉彎處的路緣曲線半徑的確定,既應滿足車輛轉彎半徑的要求,又要考慮到消防車車速較快和車體較長的因素(如圖一)
一般情況下,消防車通道轉彎處的道路內(nèi)側路緣曲線半徑,以不小于汽車的外側控制半徑(11.5m~14.5m)減去車體寬度(2.6m~4m)為宜,一般為9m~12m。
二.規(guī)劃和建筑設計中消防問題的思考。消防問題的探討
1.系統(tǒng)的選擇
超高層建筑消防設計必須立足于自救,室內(nèi)消火栓系統(tǒng)是高層建筑室內(nèi)消防給水系統(tǒng)中最重要的滅火設施,其能夠在火災初期有效控制火勢。消防給水系統(tǒng)按服務范圍分獨立式和區(qū)域集中式。按建筑高度分不分區(qū)給水式和分區(qū)給水式,按壓力的不同,可分為常高壓、低壓和臨時高壓系統(tǒng); 按給水方式的不同, 可分為串聯(lián)供水和并聯(lián)供水;
按供水設備的不同, 可分為重力式供水和壓力式供水。 如果將不同系統(tǒng)加以組合,衍生出來的系統(tǒng)形式會更加多。
高、低層建筑室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的區(qū)別在于:低層建筑室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)主要特點為消防用水量少,水壓低,可與室外消火栓系統(tǒng)組合對火災進行撲滅,所以對其可靠性要求不高。但由于超高層建筑滅火必須立足于自救,且受到水泵揚程及管道的工作壓力的限制,不能有效利用室外消火栓對高層著火部分進行滅火,所以對室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)可靠性要求極高,且系統(tǒng)設計流量大、工作壓力高,不能與其他滅火系統(tǒng)共用給水設備及管道。
高壓消防給水系統(tǒng)是指管網(wǎng)內(nèi)平時保持滿足滅火所需的工作壓力和設計流量,發(fā)生火災時,不需要啟動消防加壓設備都能直接使用消火栓對火災進行有效撲滅。過去建筑的超高層建筑,臨時高壓消防給水系統(tǒng)指滿足管網(wǎng)內(nèi)最不利點消火栓的工作壓力和設計流量不滿足滅火的需要,在系統(tǒng)中設計消防加壓設備,在著火時啟動加壓設備,對管網(wǎng)進行加壓,并使流量達到設計要求,從而達到滅火效果。
2.商業(yè)建筑的安全疏散距離問題
近幾年, 大型商業(yè)建筑層出不窮。商業(yè)建筑賣場內(nèi)的安全疏散距離如何確定是一個棘手問題。有的設計人員認為多層商業(yè)建筑賣場的疏散距離應執(zhí)行《建規(guī)》中二個安全出口之間的疏散距離, 即 40m, 如再設有自動噴水滅火系統(tǒng)其疏散距離再增加 25%, 可達到 50m。筆者認為這種理解不妥, 應執(zhí)行《建規(guī)》中 5.3.8 第三款( 不論采用任何形式的樓梯間, 房間內(nèi)最遠一點到房門的距離不應超過袋形走道兩側或盡端的房間從房門到外部出口或樓梯間的最大距離) 的規(guī)定, 即 22m, 如再設有自動噴水滅火系統(tǒng)其疏散距離再增加 25%, 為 27.5m。但如果在商業(yè)建筑的賣場每家店鋪均設有到頂?shù)母魯鄩? 并設有安全疏散通道, 疏散通道兩側的隔墻耐火極限≥1h( 非燃材料) , 房間隔墻耐火極限≥0.5h( 非燃材料) , 則房間門通過安全疏散通道到疏散出口的距離適用 40m 和 22m 的規(guī)定。當為高層建筑的商業(yè)營業(yè)廳時, 其安全疏散距離應為 30m。是依據(jù)《高規(guī)》6.1.7條的有關規(guī)定, 高層建筑內(nèi)的觀眾廳、多功能廳、餐廳、營業(yè)廳和閱覽室等, 其室內(nèi)任何一點至最近的疏散出口的直線距離不宜超過 30m。
3.防煙樓梯間及其前室的正壓送風問題
《高規(guī)》中規(guī)定建筑高度超過 50m 的一類公共建筑的防煙樓梯間不應采用自然排煙方式, 而應設置獨立的機械加壓送風的防煙設施, 此時其防煙前室可不另設加壓送風設施。這里有一個問題, 那就是如果此類樓梯間靠外墻, 那它的外窗是否需要開啟? 筆者認為不需開啟, 因為火災時如果開窗, 一是高層建筑周圍的風向不定, 容易引起倒灌, 二是使防煙樓梯間加壓送風的排泄途徑增加, 不利于防煙前室的壓力保證。有的設計人員為了使用方便, 將防煙樓梯間前室或是與消防電梯合用的前室的防火門改為防火卷簾, 這是不允許的, 只有消防電梯間前室可采用具有停滯功能的防火卷簾。
4.中間轉輸水箱的計算
超高層建筑中間轉輸水箱包括消防轉輸水箱、生活轉輸水箱兩部分。在 2009年的《全國民用建筑工程設計技術措施給水排水》中規(guī)定消防水系統(tǒng)中間轉輸水箱:“采用水泵轉輸串聯(lián)時,中間轉輸水箱同時起著上區(qū)輸水泵的吸水池和本區(qū)消防給水屋頂水箱的作用,其儲水容積按 15~30 分鐘的消防設計水量計算確定,且不應小于 60 m3?!?/p>
假如 ,超高層建筑消火栓用水量為 40 L/s,自動噴水用水量為 30 L/s,則消防中間轉輸水箱的容積應為(40+30)×10×60+(40+30)×5×60=63 000(L),其中 10 min 水量為本區(qū)屋頂消防水箱的水量, 5min 為上區(qū)水泵吸水池的水量,如還有其他水消防系統(tǒng)則把有可能在火災時同時啟動的消防系統(tǒng)的水量疊加計算,作為中間轉輸水箱容積。而對于生活給水系統(tǒng)《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB 50015—2003)3·7·8 條規(guī)定:生活給水用中途轉輸水箱轉輸調(diào)節(jié)容積宜取 5~10 min 轉輸水泵的流量。作為生活給水系統(tǒng)的轉輸水箱,其作用有兩個:一為上區(qū)加壓水泵的吸水井,此部分水量為上區(qū)水泵 3~5 min 的出水量;二為下區(qū)轉輸泵的調(diào)節(jié)容積,即為保證初級水泵每小時啟動次數(shù)不大于6次的調(diào)節(jié)水量,此部分水量為轉輸水泵 5~10 min 的出水量,如上區(qū)水泵的流量為 8 L/s,轉輸水泵的流量也為 8 L/s,則轉輸水箱容積=8×5×60+8×10×60=7 200(L)。
此為采用變頻供水系統(tǒng)時的計算方法。如系統(tǒng)為重力供水系統(tǒng),則中間轉輸水箱除作為上區(qū)水泵的吸水井外,還需有儲存本區(qū)用水的調(diào)節(jié)容積,一般此部分調(diào)節(jié)容積按水箱重力供水服務區(qū)域最大時用水的 50%計,兩部分疊加計算為重力供水系統(tǒng)中間轉輸水箱的容積。
因此根據(jù)以上結論,本項目消防設計將生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)分別獨立設置,在 塔樓的 30 層和 66 層均設置消防轉輸水箱和生活分區(qū)減壓水箱,采用重力供水系統(tǒng),無需設置轉輸設備,從而極大減少消防加壓設備數(shù)量和泵房占地面積,為其他設備提供存放空間,同時降低了機電設備費用。
五.結束語
高層建筑,是一些建筑形式的綜合體,對其采用的消防系統(tǒng)的使用方式,這在建筑業(yè)中具有一定的代表作用,本文根據(jù)超高層建筑自身所使用的消防系統(tǒng)進行了分析,指在選擇更為經(jīng)濟與技術更為先進的消防系統(tǒng),為規(guī)劃和建筑設計中的消防問題提出相關的建議。
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關鍵詞:超高層建筑 綠色建筑 給排水 消防
中圖分類號:U664.88文獻標識碼:A
廣州某超高層辦公樓占地 27770 平方米 ,建筑高度 148.65 米,建筑總面積 144613.5 平方米。地下 3 層,地上 29 層。使用功能主要為: 商務辦公樓 。
1 、生活給水系統(tǒng)
生活給水供水方式
《建筑給水排水設計規(guī)范))(GB50015—2003,2009年版,以下簡稱“建規(guī)”)中第3.3.3—3.3.6條對建筑物內(nèi)生活給水系統(tǒng)的作了詳細的規(guī)定。并且規(guī)定超高層建筑宜采用垂直串聯(lián)供水方式。串聯(lián)供水需要在中間設置轉輸水箱,超高層建筑基本每隔15層會設置一個避難層,可利用避難層設備房,設置轉輸水箱及轉輸水泵。生活水池及第一級轉輸水泵設置于地下室。第一級轉輸水泵將水提升至第15層的避難層的中轉水箱內(nèi),靠中間水箱的重力向下供水。超壓部分設置減壓閥供水。同時第15層的避難層內(nèi)設置第二級轉輸水泵,供水至第30層的避難層的中間水箱內(nèi)。30層以下部分靠第二級避難層的中間水箱重力供水。以此類推,形成超高層的串聯(lián)供水。為了解決避難層下面2~3層如果直接靠上面的中間水箱供水會出現(xiàn)壓力不足的情況,可以采取錯層供水,即底層避難層下方2~3層的用水由上一層避難層的中間水箱供水。
中間轉輸水箱兼高位重力水箱,并適當設置減壓閥,可以滿足每個用水點水壓在0.05MPa~0.35MPa之間,轉輸水泵采用水位控制。這樣基本上可以每隔一個避難層設置中間轉輸水箱,有效減少機房占用面積。此供水系統(tǒng)承壓不會超過1.6MPa,此種供水方式安全可靠。廣州某超高辦綠色商務辦公樓給水供水方式即按此原則布置,分區(qū)如下:
一區(qū):地下三層至地上一層,由市政生活給水管網(wǎng)直接供水,水壓及水量不足時由負一層備用變頻調(diào)速生活給水機組加壓供水;
二區(qū):二至六層,由十五層轉輸水箱減壓供水;
三區(qū):七至十層,由十五層轉輸水箱直接供水;
四區(qū):十一至十四層,由屋頂高位水箱減壓供水;
五區(qū):十五至十七層,由屋頂高位水箱減壓供水;
六區(qū):十八至二十一層,由屋頂高位水箱減壓供水;
七區(qū):二十二至二十五層,由屋頂高位水箱直接供水;
八區(qū):二十六之二十九層,由屋頂變頻調(diào)速給水機組加壓供水。
生活給水設施
地下一層設生活調(diào)節(jié)水池及泵房,水池有效容積136 m3,分兩格;泵房內(nèi)設生活轉輸泵兩臺,向十五層轉輸水箱供水,一臺工作一臺備用。同時設一區(qū)備用變頻調(diào)速給水機組一套,當市政給水不滿足使用要求時,應急供水。
十五層設生活轉輸水箱及泵房,轉輸水箱有效容積20 m3,分兩格;泵房內(nèi)設生活轉輸泵兩臺,向屋頂生活水箱供水,一臺工作一臺備用。
屋頂設生活水箱及泵房,水箱有效容積20 m3,分兩格;泵房內(nèi)設變頻調(diào)速給水機組一套。
2、生活熱水系統(tǒng):
辦公樓內(nèi)主要熱水使用部位為衛(wèi)生間洗手,為了貫徹節(jié)約環(huán)保綠色理念,采用太陽能集熱器加熱和空氣源熱泵輔助加熱的集中熱水供應系統(tǒng)。太陽能集熱器設在屋頂機電設備房屋面,空氣源熱泵機組設在屋頂?shù)孛?,儲熱水罐、加熱循環(huán)泵、熱水供水泵設在屋頂?shù)孛?,所采用設備均為防水型并設置防雨、防風遮板。
3、污、廢水系統(tǒng):
生活排水系統(tǒng)采用污、廢分流排放方式。室內(nèi)餐飲廢水經(jīng)隔油器處理后,排至市政污水管網(wǎng)。衛(wèi)生間污水經(jīng)化糞池處理后,通過室外污水管道,排至市政污水管網(wǎng)。
室內(nèi)洗浴廢水、冷卻塔排水等優(yōu)質(zhì)雜排水,集中排至中水處理站污廢水調(diào)節(jié)池。
經(jīng)中水處理站處理后的中水供室外綠化、室外沖洗地面及水景補水使用。
空調(diào)冷凝水水質(zhì)較好,經(jīng)收集后直接作為中水供沖廁、沖洗室內(nèi)車庫及空調(diào)循環(huán)冷卻補水用。地下室糞便污水通過污水泵加壓送至室外化糞池處理、其他廢水經(jīng)潛污泵提升排至室外廢水管網(wǎng)。
4、中水系統(tǒng):
中水處理工藝采用:
預處理廢水調(diào)節(jié)池接觸氧化池膜生物反應器消毒中水池用水點。洗浴廢水等優(yōu)質(zhì)雜排水經(jīng)中水處理工藝處理:地下一層設污廢水格柵井;地下三層設污廢水調(diào)節(jié)池、中水處理站、中水清水池及中水泵房。處理后的中水用于室外綠化及水景補水等使用。
5、空調(diào)冷凝水回收系統(tǒng):
空調(diào)冷凝水水質(zhì)較好,經(jīng)收集后直接作為回用中水供沖廁及空調(diào)循環(huán)冷卻補水等使用。
地下三層中水泵房設空調(diào)冷凝水池一,在中水泵房內(nèi)設置變頻調(diào)速中水給水機組,供三層至十四層沖廁使用。沖廁剩余冷凝水接至空調(diào)冷凝水池二,由中水泵房內(nèi)空調(diào)冷卻水加壓泵加壓供裙樓屋頂空調(diào)循環(huán)冷卻補水用?;厥账坎蛔銜r使用自來水補水至各收集池,自來水進水管口高出溢流邊緣的空氣間隙不小于150mm。補水管進水由水位控制,沖廁優(yōu)先使用空調(diào)冷凝回收水。排水管道設置超越管、水池設置溢流管。
6、消防系統(tǒng)
對于超高層而言,必須立足于自救,采取的消防給水應該從安全的角度出發(fā)來確定其供水方式。一般超高層建筑會采用臨時高壓或者常高壓供水,可以結合建筑的高度和結構形式綜合經(jīng)濟比較來選取。
目前市場上的水泵、閥門、管材壓力等級都可以達到2.5MPa,這樣一般100m~ 150m之間的超高層建筑一般可以采用一泵到底的供水方式,即與一類高層消火栓系統(tǒng)供水方式相同。在地下室設置消防水池和消防水泵,屋頂設置屋頂消防水箱穩(wěn)壓,中間設置減壓閥分區(qū)供水。建筑高度高于150~250米的超高層一般采用轉輸水箱串聯(lián)供水方式,與生活供水方式類似。在避難層設置轉輸水箱和轉輸水泵。轉輸水箱既是上面消防區(qū)域的消防水池,又是下面消防區(qū)域的屋頂消防穩(wěn)壓水箱。對于建筑高度大于250米的建筑,消防給水方式應該采用最安全的方式,可以采用常高壓供水方式,在設備層或者屋頂上設置滿足火災時間所需水量的消防水池重力供水,或者高壓與常高壓相結合的方式。
廣州某超高辦綠色商務辦公樓的消防供水方式即按此原則布置,此樓高度小于150米,消防給水系統(tǒng)采用一泵到底,不設中間水箱及轉輸泵。
室內(nèi)消火栓供水采用臨時高壓系統(tǒng),室內(nèi)消火栓設計水量40升/秒,室外消火栓設計水量30升/秒。在地下二層設置一套消火栓泵。室內(nèi)消防系統(tǒng)豎向設兩個分區(qū)。高區(qū): 十五層至二十九層,由消防給水泵加壓供水。低區(qū): 地下三層至地上十四層,由消防給水管網(wǎng)經(jīng)減壓閥減壓后供水;消火栓的布置保證室內(nèi)任何部位有2股消防水柱同時到達,水槍充實水柱不小于 13 米。
自動噴淋系統(tǒng)供水采用臨時高壓系統(tǒng),在地下二層設置一套自動噴淋泵。噴淋系統(tǒng)按 中 危險 Ⅱ級設計。凈空高度8~12m的場所噴水強度采用12L/min. m2。凈空高度超過12m的場所采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置,設計流量為20L/s,與自噴給水系統(tǒng)共用給水泵。自動噴淋系統(tǒng)豎向設兩個分區(qū)。高區(qū): 十四層至二十九層,由噴淋給水泵加壓供水。低區(qū): 地下三層至地上十三層,由噴淋給水管網(wǎng)經(jīng)減壓閥減壓后供水;
7、管道材料:
超高層建筑由于管路系統(tǒng)內(nèi)壓力較大,管材及設備也有其特殊要求。如果忽視了這一點,可能會留有事故隱患,故需引起設計重視。本工程從本著安全經(jīng)濟的原則選擇如下管材: 室外生活給水管采用鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管,電熔或法蘭連接。室內(nèi)生活給水干管采用鋼塑復合壓力管(PSP管),G型或擴口連接;給水支管采用不銹鋼管,環(huán)壓、卡壓或錐螺紋連接。室內(nèi)雨水管采用鋼塑復合管、卡箍連接。室內(nèi)污、廢水自流管采用機制排水鑄鐵管,內(nèi)外壁涂環(huán)氧樹脂,柔性橡膠圈承插接口或卡箍連接。室外埋地雨、污、廢水管道,采用HDPE雙壁波紋管,承插密封圈連接。