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1 上海中心大厦给排水及消防系统设计介绍归谈纯 ( 同济大学建筑设计研究院 ( 集团 ) 有限公司, 上海 ) 摘要上海中心大厦建筑高度 580m, 总建筑面积 57.4 万 m 2, 是国内最先设计施工的 500 m 以上超限高层建筑针对 500m 以上超限高层建筑给排水消防设计的技术特点, 对上海中心大厦的给排水系统消防系统绿色建筑设计等作介绍, 力求为今后同类建筑的建设积累经验关键词上海中心大厦超限高层转输泵转输的高压消防给水系统绿色建筑上海中心大厦地处上海市浦东新区陆家嘴金融贸易中心核心地块, 银城南路以北银城中路以东花园石桥路以南东泰路以西, 紧邻金茂大厦和上海环球金融中心, 是目前中国在建的最高楼及上海最高楼基地面积 m 2, 总建筑面积约 57.4 万 m 2 建筑高度 580 m, 塔冠最高点为 632 m 建筑由地下 5 层地上可使用楼层 121 层 ( 含设备层 128 层 ) 组成建筑由下至上竖向分成 10 个区, 包括 5 层地下室 1 个裙房商业区 5 个办公区 2 个酒店及精品办公区 1 个观光区除地下室外, 每个区被 2 层完整的设备避难层分开生活给水系统采用高位水箱重力供水 - 的供水方式, 局部高位水箱重力供水压力不足的楼层采用变频泵组加压供水高位水箱进水由防合用水泵逐级转输提升水泵启闭由对应高位水箱的液位控制, 多台并联运行水泵的启闭由对应高位水箱的多级液位分别控制市政自来水经设于地下 5 层过滤设备过滤并添加长效消毒剂后, 储存在地下 5 层生活消防合用储水池自来水过滤所需水压由市政自来水水压提供由于上海中心大厦采用生活消防合用供水方式, 地下室部分储水池和部分 1 给排水系统介绍高位水箱为生活消为保证生活 1.1 给水系统上海中心大厦生活给水系统的最大日用水量给水系统供水安全, 上海市卫生部门要求生活消的储水周期不应大于 24h, 并在 5255m 3 /d, 其中市政自来水 4184m 3 /d 非传统水 1033m 3 /d; 最大日最大小时用水量 557m 3 /h, 其中市政自来水 514m 3 /h 非传统水 43m 3 /h 所有生活给水系统的水箱设置水箱消毒器, 酒店区域供水系统的水箱水泵出水管上加设紫外线消毒装置以指导设计研究课题中针对雨水处理利用技术的研究, 为项目获得三星级绿色建筑设计标识提供了技术保障 2012 年下半年, 机电安装工作已全面启动, 为应对上海中心大厦项目在机电安装施工中材料及设备垂直运输量大施工作业面狭窄机电管线复杂的特点, 提高机电设备安装工厂化模块化率, 设计团队就 BIM 技术在上海中心大厦项目给排水设计上的应用作了大量的研究与工程实践, 部分成果已刊登在给水排水 2012 年 11 期本专栏的文章既有设计科研团队的工作总结, 也有业主的机电工程师绿色建筑顾问的经验和体会感谢给水排水杂志社的约稿, 让我们有机会与业界同仁分享我们的工作成果也感谢在上海中心大厦的设计施工过程中, 为工作团队提供技术支持提出宝贵意见与建议的国内外专家和企业鉴于项目的复杂性以及项目招商带来的使用功能变更, 都会对现有设计方案带来修改与变更, 专栏介绍的内容也可能会与实际施工存在差异, 敬请谅解总之, 本项目的设计施工在国内 500m 以上超高层建筑领域先行一步, 期盼由此带来的经验与教训可供今后类似项目的建设参考 78 给水排水 Vol.41 No

2 主要建筑功能用水定额见表 1, 给水高压消防供水系统见图 1, 给水系统竖向分区见表 2 表 1 主要建筑功能用水定额选用用水名称最高日用水定额用水时间 /h 商业 6L/(m 2 d) 12 餐饮 40L/( 人次 ) 12 员工餐饮 20L/( 人次 ) 12 咖啡厅茶室 10L/( 人次 ) 8 自助餐厅 20L/( 人次 ) 12 办公 50L/( 班 d) 8 会议 6L/( 人次 ) 8 酒店客房 450L/( 人次 ) 24 酒店员工 120L/( 班 d)( 含员工淋浴 ) 10 后勤员工 50L/( 班 d) 8 健身 40L/( 人 d) 12 教育中心 40L/( 人 d) 8 观光区游客 3L/( 人次 ) 4 洗衣房 40L/(kg 干衣 ) 8 绿化浇灌 3L/(m 2 d) 4 酒店 SPA 美容 150L/( 人次 ) 12 冷却塔补水 1.0% 循环水量办公 12 酒店 24 游泳池补水 10% 游泳池池水容积热水系统公共卫生间小型厨房租户区等采用容积式电热水器提供热水酒店客房酒店后勤物业后勤的生活热水采用集中供水方式, 机械循环, 其系统竖向分区与给水系统相同热源为锅炉房提供的蒸汽, 酒店客房热水另由大楼热回收系统提供冷水预热的热源热水由容积式热交换器制备 1.3 排水系统污废水排水系统排水系统室外为雨污分流室内为污废分流的排水体制室内污水直接排至室外生活污水排水系统,82 层以上楼层废水, 排至 66 层中水处理机房, 82 层以下废水排至地下 5 层中水处理机房地上部分采用重力排放, 地下室排水由集水井和潜水泵压力排放酒店办公等不同功能分区的排水系统, 以及生活排水厨房排水机房排水等不同水质的排水系图 1 给水高压消防供水系统统, 均设置独立的排水立管承接楼层支管排水所有卫生间排水均设有器具通气管污废水排系统分区见表雨水排水系统塔楼屋面雨水系统采用 87 斗排水系统, 设计重现期 10 年, 排水系统与溢流的合计重现期为 100 年, 溢流形式为溢流口塔楼雨水系统在 66 层设有减压水箱, 减压水箱兼做雨水回用系统的收集水箱当 66 层雨水收集回用系统的雨水收集水箱满水时, 雨水通过 66 层雨水溢流槽内的 87 型雨水斗及雨水立管, 经雨水消能池排至室外雨水系统给水排水 Vol.41 No

3 分区名称水箱类型表 2 给水系统竖向分区水箱设水箱生活置楼层用水容积 /m 3 供水楼层供水方式 B5 554 地下室生活水箱 B5~2 Ⅰ 区裙房 Ⅱ 区办公 ~16 Ⅲ 区办公生活水箱 ~31 Ⅳ 区办公 ~46 V 区办公生活水箱 ~62 Ⅵ 区办公 ~78 Ⅶ 区酒店生活水箱 ~93 Ⅷ 区酒店 Ⅸ 区精品办公 Ⅹ 观光生活消防合用水池表 ~99 变频供水 100~110 污废水排水系统分区 111~116 变频供水 117~127 变频供水分区名称排水楼层排水形式 Ⅷ 区酒店 Ⅸ 区精品办公 Ⅹ 观光 101~127 污废分流重力排水 Ⅶ 区酒店 85~100 污废分流重力排水 Ⅶ 区酒店 51~84 污废分流重力排水 Ⅳ~Ⅵ 区办公 37~50 污废分流重力排水 Ⅱ~Ⅲ 区办公 8~36 污废分流重力排水 Ⅰ 区裙房 1~7 污废分流重力排水地下室 B1~B5 废水重力排至 B5 中水机房, 污水用污水泵提升至室外裙房屋面雨水系统采用虹吸式屋面雨水系统, 设计重现期 20 年, 排水系统与溢流的合计重现期为 100 年, 溢流形式为溢流管道系统, 溢流管道系统也采用虹吸式雨水系统裙房屋面雨水排至地下 5 层雨水收集处理系统当地下 5 层雨水调节池满水时, 通过 BA 控制管路上电动阀的启闭, 切换雨水系统的排水走向, 关闭雨水收集水箱进水, 通过排放管路排至室外雨水系统为防止雨水排水系统所带动能对室外雨水排水系统的破坏, 有效排除雨水系统内的空气, 沿建筑四周在地下 1 层共设 5 座雨水消能排气池, 用于消除雨水的动能和排气采用 CFD 计算机模拟方法, 模拟校核雨水消能排气池的消能排气效果室外场地雨水以及雨水收集系统中多余的雨水雨水溢流等由室外雨水管道排至周边市政雨水管 1.4 绿色建筑与非传统水利用绿色建筑上海中心大厦力求打造超高层绿色建筑, 其设计目标是达到国家标准绿色建筑评价标准 (GB/ T ) 绿色建筑三星设计标识和运营标识, 以及美国 Leed-CS 金奖就给排水专业而言, 设计阶段, 只要达到国家绿色建筑评价标准绿色建筑三星设计标识中节水与水资源利用章节控制项一般项的相关规定, 也就基本符合 Leed-CS 金奖水资源利用的相关要求对于公共建筑, 绿色建筑评价标准节水与水资源利用章节共有控制项 5 项一般项 6 项优选项 1 项, 三星设计标识要求控制项达标 5 项一般项达标 5 项, 上海中心大厦控制项 5 项一般项 6 项优选项 1 项均达标本项目已于 2012 年 7 月获得绿色建筑三星设计标识 2010 年 5 月获得 Leed-CS 金奖预认证证书非传统水利用上海中心大厦收集了屋面雨水和生活废水作为中水水源, 两类不同水质的原水经各自的处理设施分别处理后, 作为中水用于除酒店客房外的其他所有中水用水场所, 包括冲厕绿化浇灌水景补水道路冲洗等, 并预留部分中水供周边陆家嘴地区市政绿化浇灌之用同时, 为充分利用水的势能, 在 66 层设有雨水及废水处理机房, 分别收集处理塔楼屋面雨水和 82 层以上楼层的生活废水, 处理后的中水供给 32~82 层楼层使用在地下 5 层设有 1 座废水处理机房和 3 座雨水处理机房, 分别收集处理 82 层以下楼层的生活废水和裙房屋面雨水, 处理后的中水供大楼 31 层 ~ 地下 5 层楼层使用非传统水水量平衡见图 2 80 给水排水 Vol.41 No

4 表 4 消防灭火设施配置灭火系统名称设置场所室外消防给水系统室外室内消火栓给水系统室内所有场所自动喷水灭火系统除游泳池使用面积小于 5m 2 卫生间及不宜用水扑救的设备用房外, 净空高度不大于 12m 的所有场所 ( 含楼层强弱电间 ) 大空间射水灭火装置净空高度大于 8m 的大堂大空间洒水灭火装置空中休闲层中庭, 装置设在灯架上幕墙玻璃冷却系统水喷雾灭火系统高压细水雾灭火系统保护各区中庭内幕墙, 喷头设于内幕墙内侧三联供机房燃气锅炉房柴油发电机房客梯和消防电梯机房总控中心的设备机房等图 2 非传统水水量平衡用水器具为保证节水效果, 所有用水场所均采用符合国家标准的节水型卫生器具在保证节水效果的同时, 为保证高标准办公和酒店客房的使用感受, 商业办公区的控制水压为 0.15 MPa 酒店客房为 MPa, 深感既要控制用水点的水压, 保证用水器具的节水效果, 又要满足高标准酒店用水舒适性的要求是一个值得研究探讨的课题水表计量除市政进水管上设置总水表计量, 建筑内部不同功能供水管不同供水区域供水总管等均设置远传式水表计量绿化节水灌溉室外场地绿化采用微喷滴灌方式, 垂直绿化墙采用滴灌方式 2 消防系统设计介绍 2.1 消防灭火系统配置上海中心大厦内设有室外消防给水系统室内消火栓给水系统自动喷水灭火系统幕墙玻璃冷却系统水喷雾灭火系统大空间射水灭火装置大空间洒水灭火装置 IG541 气体灭火系统高压细水雾灭火系统等灭火设施各类场所消防设施配置见表 4, 水灭火系统主要设计参数见表 5 整个建筑按同时出现 1 次火灾设计 2.2 消防供水系统上海中心大厦水灭火系统采用带转输泵转输的防合用的高压供水系统各分区消防用水 IG541 气体灭火系统建筑灭火器系统名称表 5 高低压配电室变压器室开关室通讯机房后备电源机房通讯有线运营商机房室内所有场所水灭火系统主要设计参数设计流量 /L/s 火灾延续时间 /h 一次灭火水量 /m 3 备注室外消防给水系统由市政管网直接供水室内消火栓灭火系统自动喷水灭火系统含大空间灭火装置水喷雾灭火系统幕墙玻璃冷却系统高压细水雾灭火系统一次灭火最大合计用水量 1008 仅用于电梯机房总控设备机房由各区的高位水箱除塔冠区为临高压系统, 由消防主泵供水在地下 5 层设有 1234m 3 ( 含 1 次灭火全部室内消防用水量 680 m 3 ); 在 20 层 50 层 83 层和 116 层设防合用水箱各 1 座 ( 分成 2 格 ), 含消防用水 200 m 3 ;128 层设 35m 3 屋顶消防水箱 4 座转输泵采用逐级转输方式, 转输泵组为防合用 ( 见图 1), 转输泵根据防转输流量不同, 采用 3 用 1 备或 4 用 1 备在联动控制上分为平时与消防 2 种工况平时工况下, 所有转输泵被视作具有生活转输泵功能, 水泵的开启数量由上一级水箱的液位控制当防合用水箱的水位低于消防警戒水位而可能动用消防储水时, 向控制中心报警在消防工况下, 所有转输泵均被视作消防转输泵, 但转输泵的开闭及开启数量仍由上一级给水排水 Vol.41 No

5 防合用水箱的液位控制, 转输泵根据水箱液位高低逐台开启如果火势得到控制, 消防用水小于转输泵的转输水量, 当水箱达到满水位时, 允许本级的转输泵自动关闭为保证液位控制的安全可靠, 每个水箱的液位控制都采用 2 套不同工作原理的液位控制系统, 且 2 套控制系统互为备用, 控制中心能手动切换并监控所有转输泵均按消防泵的技术要求选型, 供电也按消防供电要求配备防合用水箱的出水管按防功能独立设置, 消防出水管上设倒流防止器高压供水系统的消防箱内按钮和自动喷水灭火系统报警阀组上的压力开关用作判断消防工况的依据, 临高压系统的消防箱内按钮和自动喷水灭火系统报警阀组上的压力开关, 可以直接启动消防泵和喷淋泵由于上海中心大厦建筑高度高, 需要多级消防转输, 采用防合用供水的常高压供水, 并允许转输泵根据水箱液位启闭的防联动供水技术, 极大地简化了消防联动控制, 体现了简单即可靠的法则, 有效提高了系统的安全度 2.3 消火栓给水系统消火栓系统在 110 层以下采用高位水箱高压供水,110 层及以上采用临时高压供水, 详细分区见表 6 每个大分区中, 当管网系统压力大于 1.0 MPa, 采用细分成 2 个或 3 个子分区分区编号分区楼层表 6 室内消火栓给水系统竖向分区减压阀减压后子分区数量 / 个供水水箱设置楼层供水水箱消防储水量 /m 3 供水方式 I 区 B5~ 常高压供水 I 区 14~ 常高压供水 I 区 44~ 常高压供水 IV 区 76~ 常高压供水 V 区 110~ 自动喷水灭火系统屋顶消防水箱, 临时高压供水自动喷水灭火系统设置于除游泳池使用面积小于 5m 2 卫生间及不宜用水扑救的设备用房外, 净空高度不大于 12m 的所有场所其中, 楼层强弱电间采用简化的预作用自动喷水灭火系统 ( 见图 3), 三联供锅炉房柴发机房等采用预作用自动喷水灭火系统, 其他场所均采用湿式系统, 自动喷水灭火系统分区见表 7 此外, 每个建筑功能分区 ( 约 15 层 ) 有一个 60~70m 净空高度的空中休闲层, 该空中休闲层由内外 2 层玻璃幕墙分隔而成, 并形成独立的防火分区为防止内幕墙内侧的办公酒店区火灾蔓延至空中休闲层, 在内幕墙的内侧设有幕墙玻璃冷却系统该系统由独立的报警阀供水, 喷头采用特制的玻璃冷却专用闭式喷头该系统的性能及相关幕墙体系整体防火性能见本专栏系列窗喷头在上海中心大厦防火分隔中的应用一文分区编号图 3 楼层强电弱电间简易预作用自动喷水灭火系统表 7 分区楼层自动喷水灭火系统系统竖向分区供水水箱设置楼层供水水箱消防储水量 /m 3 供水方式 I 区 B5~ 常高压供水 I 区 10~ 常高压供水 I 区 39~ 常高压供水 IV 区 71~ 常高压供水 V 区 105~120 屋顶消防水箱, 临时高压供水由于自动喷水灭火系统报警阀及阀后管道都为枝状管网, 为提高报警阀组及阀后管道的供水可靠性, 有 2 种比较简单可行的方法, 其一是从自动喷水灭火系统供水主管接出 2 组报警阀, 每个防火分区分别从这 2 组报警阀后管道引出一路供水, 并在该防火分区形成环状管网 ; 其二是每组报警阀隔层供水, 即一组报警阀向奇数楼层供水, 另一组报警阀向偶数楼层供水, 当为失火楼层供水的报警阀失效时, 其上下相邻楼层的自动喷水灭火系统依然有效, 为相邻楼层人员的疏散提供安全保证两种方法, 前者更为安全可靠, 但报警阀和水流指示器成倍增 82 给水排水 Vol.41 No

6 加, 成本高 ; 后者在几乎不提高成本的前提下, 可适度提高系统的安全度, 上海中心大厦标准层的自动喷水灭火系统采用后者供水方案 2.5 水喷雾灭火系统水喷雾灭火系统设于三联供机房燃气锅炉房柴油发电机房, 其中柴油发电机房内设有多台柴油发电机, 水喷雾灭火系统对每台柴油发电机设置局部保护系统由于机组之间无防火隔断, 为防止流淌火引发大面积的燃烧, 控制过火面积, 在机房另外设置了预作用自动喷水灭火系统, 该系统按中危险 Ⅱ 级喷水强度设计, 以确保机房的控火效果 2.6 消防应急供水措施消防应急供水措施包括建筑外部消防应急供水和消防水箱应急供水措施建筑外部消防应急供水措施 : 上海中心大厦在每层的核心筒设有 2 根 DN100 专用消防供水立管 ( 平时为空管 ), 并在每层设消火栓 ( 不配水龙带和水枪 ), 由消防车通过专用水泵接合器向专用消防管输送泡沫混合液在强调超高层建筑的消防扑救立足于室内自救的同时, 力图提高外部消防支援能力消防水箱应急供水措施 : 上海中心大厦除地下 5 层设有 1 个 ( 储存一次灭火所需全部室内消防用水量 ), 共设有 4 个防合用水箱和 4 个屋顶消防水箱 ( 设在 128 层, 每个 35 m 3, 合计 140 m 3 ), 每个水箱均储有 30 min 消防用水储水量, 且不小于 200 m 3 火灾扑救时, 为提高这些消防储水的使用效率, 高位防水箱之间设有重力供水的连通管, 这些连通管上设有可在消防控制中心远程启闭的电动阀门和现场手动阀门在消防控制中心认为必要时, 可远程或手动将高一级水箱内的消防储水向低一级的水箱供水, 该方案起到类第二水源的功能 2.7 施工期间消防供水措施超限高层具有施工周期长施工人员多施工材料多可燃物多的特点为保证施工期间的消防供水, 设计中考虑利用 B 层的消防生活合用水箱 ( 池 ) 用作施工期间的消防水源, 在各区室内消防供水系统尚未施工完成期间, 分段采用带稳压泵组稳压的临时高压给水系统, 配置施工用消火栓给水泵同时, 各级水箱分别设置施工用消防转输水泵, 向上一级高位水箱转输供水施工后期, 当一个常高压供水区域的消防系统施工完成后, 将该区域切换到常高压消防供水系统 3 BIM 在项目中的应用 BIM 在上海中心大厦项目的应用, 建筑结构工种从初步设计阶段开始建模, 机电工种从施工图阶段开始建模工作建筑给水排水设计中的 BIM 应用主要包括协同设计管线综合和碰撞检测, 使用范围包括室内外管道部分, 同时也为后期 BIM 在机电施工上的应用作准备 BIM 应用于上海中心大厦设计施工的全过程 4 结语上海中心大厦是目前中国在建的最高楼以及上海最高楼, 其设计阶段也是中国为数不多的 400 m 以上高度的建筑大楼的设计, 需要兼顾安全绿色功能性的要求, 同时设计科研团队又面临系统复杂技术难度大无现成工程案例可参考缺少设计规范支撑边设计边施工设计周期短等诸多难题和挑战为解决诸多难题, 设计研究团队对超高层雨水系统消能技术消防供水可靠性技术生活消防合用系统联动控制技术等 500m 以上超限高层关键技术进行研究, 完成上海市科委研究课题 : 超高层绿色建筑雨水收集与处理技术研究上海中心大厦消防供水技术可靠性研究 2012 年下半年, 机电安装工作已全面启动, 为应对上海中心项目在机电安装施工中材料及设备垂直运输量大施工作业面狭窄机电管线复杂的特点, 提高机电设备安装工厂化模块化率,BIM 技术在上海中心大厦项目给排水设计上作了大量的研究应用与工程实践总之, 希望上海中心大厦的设计研究, 能为我国 500m 以上的超限高层建筑的建设带来一些经验, 供业内同行分享通讯处 : 上海市杨浦区四平路 1230 号电话 :(021) gtc@tjadri.com 收稿日期 : 修回日期 : 给水排水 Vol.41 No

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