高层教育建筑设计浅析

李 雯

（山西税务干部学校，山西太原 030002）

1 工程概况

山西省地税干教培训中心（山西省税务大厦）位于太原市迎泽区水西门街。建筑设计于1994～1996年，1997年竣工。主要功能为集办公、餐饮、住宿、会议为一体的综合办公楼，除4、5层的办公区为局机关使用，其余楼层均为面向社会服务的餐饮、住宿、会议性质。2018年国家税务体制改革，山西省地税干教培训中心与山西省税务干部学校合并，干教培训中心主要服务于税务系统内部干教培训学习，建筑改称为山西省税务干部学校迎泽校区（以下简称为“干教中心”）。干教中心总建筑面积约2.2 万m2，框架剪力墙结构，地上十三层，地下一层，总建筑高度49.8 m，属于一类高层公共建筑。干教中心采用中央空调，消防控制室设在一层，2台生活水泵、2台消防泵，生活及消防水池共用计800 t（其中消防水池400 t）。办公区约10 000 m2，学生宿舍、食堂共计12 000 m2，其中学员宿舍(（标间、套间）92套，180个床位；2个食堂（一层900 m2，3层800 m2）。

2 高层教育建筑工程的改造

2.1 高层教育建筑的改造应与时俱进

干教中心属于高层教育建筑，也是人员密集的场所，虽然建筑的总高度不大于50 m，但由于建筑高度大于24 m以上的任一标准层面积已大于1 000 m2，且使用功能为多种功能组合的高层建筑，该建筑应定性为一类高层建筑。税改后建筑使用功能进行了较大调整，整个建筑的消防设计必须重新进行梳理，建筑的安全出口、防火分区和楼电梯的设计应重新复核确定是否满足现行消防规范的要求。

根据调整后的平面重新划分防火分区、防烟分区，根据每一楼层的使用人数和使用功能，计算楼梯疏散宽度，逐一复核每个房间的安全疏散距离。

（1）原建筑的两部室外疏散楼梯设计不符合现行消防规范要求。按《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）[1]规定，将室外钢楼梯2 m范围以内的门窗洞口做了严密封堵。

（2）13层楼顶建设初期曾私自用彩钢板搭建了一个超过200 m2的会议室。对消防隐患的排查中，及时对违章建筑做了拆除处理，确保了大楼整体消防设计的安全性。

（3）原单身宿舍只有一部疏散楼梯，不满足现行消防规范要求。对室外钢楼梯进行了改造，使其能与宿舍楼联通，保证员工宿舍区域也有两个安全出口。

地下一层平面如图1所示。

图1 地下一层平面

2.2 高层教育建筑的设备专业设计

干教中心改变性质后，只服务于内部人员的集中培训、住宿及办公，与原设计的功能改变较大。突出特点在于建筑同时容纳大量人员住宿、学习，用水、电的时间相对集中，需求量非常大，容易在较短时间内增加建筑的用电量、给水量与排水量，给供水、供电、排水等设备带来较大压力。严重时可能会造成大面积停电、停水、排水堵塞等问题，造成非常严重的负面影响。保障供电、供水安全和排水通畅非常重要，应确保各系统的正常运行力，以达到给用电安全、供水持续进行、排水顺畅的标准。

重新装修干教中心时，对消防设施、设备进行检测[2]，及时更换老旧电缆。将应急照明、等消防电缆更换为阻燃电缆，其他人员密集场所的非消防电线电缆、通信光缆替换成燃烧性能不小于B1级、产烟毒性为t1级、燃烧滴落物/微粒等级为d1级的电缆。

高层建筑具有管道多、给排水量大的特点，管道中的压力波动比较强。为确保管道压力处于稳定状态，增强系统给排水能力，设计采用新型的单立管道系统和通气管系统。排水管道的材料换为UPVC排水塑料管，外观整洁、机械强度较高，且隔音、减震效果好。

2.3 高层教育建筑的消防日常管理

干教中心与普通高校的建筑在使用上存在巨大差异，高层教育建筑学生人数众多，但使用时间相对集中，有间歇时间，干教中心基本处于高效运转，学生的所有时间基本都在中心内，存在各种潜在的消防隐患和安全危险因素，极易出现火灾等事故。高层建筑体量巨大，一旦出现火灾，蔓延速度非常快，难以有效控制，这些不利因素对后续的消防扑救工作也产生较大障碍。因此，应将重点工作放在日常的管理和消防设施维护及监管方面。

在日常的消防安全巡检中，干教中心制定了完备的消防安全守则，要求安保人员对消防设施、设备进行定期、定时必检必查[3]。重点检查消防喷淋的压力表是否正常，如出现异常，必须打开消防喷淋的末端试水系统的阀门进行水压查看；定期检验灭火设备，灭火器每年均进行打压测试，保证每一个灭火器均能够正常工作。

楼层里的烟感和温感均能及时地传回报警信号到消防机柜上，每名安保人员均配备对讲机，听到报警必须马上赶到故障点，勘验是误报还是险情，及时做出正确处置。

3 消防设计

3.1 消防加压泵房位布置考虑

科学布置消防加压泵房，以保证消防供水压满足规范要求，干教中心平面总体为长U形，消防总管从建筑的西北角进入。根据规范要求，为了确保室外消防网各主干管的水平衡，应在建筑中心地段的位置设置消防加压泵房。但受该地块用地条件紧张等限制同时，还需要兼顾周边两栋居民楼的消防用水，干教中心的消防泵房设在远离建筑北侧60 m外的室外空地下，与居民楼共用消防（生活）水池。

3.2 建筑消防系统高位水箱的设计

干教中心的消防系统高位生活水箱和消防水箱合用，采取重力自流方式，在楼顶设置1座20 m3消防系统高位水箱，1根消防总出水干管直接和室外环形区域消防管网相连，以此满足建筑物火灾前10 min的供水需求。此外，在消防水泵房内通过并联的方式设置1台加压泵，建筑物产生火警时其会自行启动，以此保证消防用水量和压力满足要求。

3.3 排水的问题

干教中心的消防排水设计中，以何种方式高效排除积水是难点，通常采用雨水管道或是在部分区域设消防专用排水管道。

消防排水主要指给火灾事故过程中灭火产生的消防废水或平时为保证消防系统正常测试的排水，需要有消防电源供电，满足消防状态下不断电的需求。消防排水存水量较大，常伴有较长的持续时间，设计时需要密切关注防返溢工艺；加强对上层消防用水的控制，以免其进入下一层；对于地下室的排水设计，应避免水经由地上流入地下室的情况；根据现场空间特点分为多个区域，视实际情况进行合理分区设计，要求各区的排水不相互流通；排水用泵的安全性也需要得到充分的关注，配套性能良好的排水泵电源柜，要求该装置始终可安全运行。

每年雨季暴雨来袭，楼面雨水从雨水管无法迅速排走，造成雨水倒灌至地下室和一层，低压配电室设置在地下室原设计是配置1台排水泵。后来改配置大功率2台（一用一备），暴雨时2台排水泵同时开启，彻底解决排水不及时的问题。

4 高层建筑在消防设计中存在的不足与问题

4.1 高层建筑消防给水系统不佳

《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）对高层建筑消防给水提出了明确的要求，但在具体设计和操作过程中，高层建筑消防措施的设置往往没有满足该标准的规定，消防给水方面不完善，导致临时高压给水系统每个消防栓周围缺少消防水泵的启动按钮，配套的防护措施不足，没有充分发挥出消防栓的作用。火灾发生时，扑救人员无法就近使用消防栓，只能打开消防水泵总闸才能使用消防栓，给高层消防工作带来极大不便，加大了高层建筑火灾损失。只有不断改进、加强监管，才能针对性解决消防给水系统设计不合理的问题。

4.2 高层建筑高区和低区划分难以平衡

低区供水多数情况是使用带有一定压力的气压罐进行变频供水，也有部分应用高位水箱进行供水，高区供水普遍采用屋顶水箱达到供水目的。高层建筑的建设高度大于设计高度，难以保证高低区供水划分的系统性和平衡性。在当前的供水系统中，最不利供水的盲点位于供水最高点。高区高位水箱受建筑结构的影响，一般设置不会太高，这种设计思路会导致高区供水点水压偏低，通过检测发现，其静水压力一般保持在100 kPa以下，通过延时自闭冲洗阀开关时，时常出现打开和关闭困难的情况，影响供水能力。通过带气压罐的变频供水系统供水时，快速提升最不利供水点静水压相对简单，但压力快速提升后导致最低处静水压蹿升，使局部区域产生水花四溅的现象，甚至导致卫生器具连接软管断开或者裂开，影响给水系统的使况，埋下下较大的安全隐患。

5 结语

本文对高层教育建筑改造过程中的消防设计进行了深入剖析，提出几项效果显著的消防举措，以增强人们对消防系统的理解。在介绍高层建筑消防设计的基础上，详细阐述了在既有建筑改造中对消防系统的认定、改造，根本目的在于为我国的建筑消防设计提供理论参照。