某大學新校區消防系統設計探討

方火明

(浙江大學建筑設計研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

?

某大學新校區消防系統設計探討

方火明

(浙江大學建筑設計研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

以浙江理工大學科技與藝術學院上虞校區的消防系統設計為例,介紹了目前校區常見的消防系統設計方案,著重分析了區域集中消防系統、室內消火栓系統與自動噴淋系統合用管網系統的優缺點。結果表明：本工程采用區域集中消防系統,校區統一設置消防水泵房、消防加壓設備并采用消防合用管網系統,經濟合理、技術安全可靠、運行維護方便,對今后類似的大型區域消防系統設計有很好的借鑒價值。

校區消防給水系統；消防合用管網；消防系統控制

1　工程概況

浙江理工大學科技與藝術學院新校址位于紹興市東部上虞區濱海新城核心區域,校區總用地面積約36.67hm2,總建筑面積約23.5萬m2,學校在校生規模為6 500人,教職員工600人。校區以圖書館結合景觀湖作為整個校園的中心,包括教學科研區、生活后勤區和文體活動區三大功能區。見圖1、圖2。

圖1　校區平面布置圖

圖2　校區功能分區圖

2　校區消防給水系統

新校區內除高層學生宿舍(14層,建筑高度49.3m)、集體宿舍(9層,建筑高度31.8m)、圖書館(10層,建筑高度74.1m)為高層建筑外,其余均為多層建筑。市政自來水管網供至本地塊的給水壓力為0.2MPa,水壓無法滿足校區內各單體建筑物的室內消火栓系統及自動噴淋系統的給水水壓要求,故須設消防加壓給水系統。

2.1消防給水系統選擇

依據《建筑設計防火規范(GB50016—2014)》[1]《消防給水及消火栓系統技術規范(GB50974—2014)》[2]《自動噴水滅火系統設計規范(GB50084—2001)》[3]，本工程各單體建筑均設有室內消火栓系統；圖書館、高層宿舍樓及設有空氣調節系統的且建筑面積大于3 000m2的各公共建筑均設閉式自動噴水滅火系統。本工程除多層宿舍、醫務站、看臺、西北組團的實驗樓與教學樓外,其余建筑均設自動噴淋系統。

新校區占地面積大,單體分布廣、消防要求高。故校區的消防系統設計需從技術可靠性、消防安全性和經濟性等各方面進行綜合比較后,選擇一個適合本工程特點的最優消防供水方案。

根據校區平面布置圖(圖1)并結合目前的消防技術現狀,本工程可選擇的消防供水方案主要有：

方案一，各建筑單體消防獨立自成系統,在各單體建筑內分別設置消防加壓給水系統。該系統技術可靠、消防獨立性好、安全性高，但需設置20多套加壓設備,設備用房將占用大量的建筑面積,造價高且后期系統維護工作量大。因此,本工程不宜采用該系統。

方案二，以圖書館為中心,內湖和校區主干道為分界,以校區組團為單位設置5套相對集中的消防加壓給水系統。該系統以組團為分區,設備用房相對集中設置,消防供水獨立性較好,后期設備及管網維護時受影響的面積小。

方案三，校區設計規模為學生6 500人、教職工600人,依據《消防給水及消火栓系統技術規范(GB50974—2014)》第3.2.2條,整個校區同一時間內的火災次數按1次設計[2]，可考慮在校區中心的最高樓圖書館內集中設置一套消防加壓系統供整個校區消防用水。該系統只須在圖書館樓設置屋頂消防水箱、穩壓設備、消防水池、消防水泵房各一個即可。

綜合比較方案二與方案三，兩者的優劣為：

1)在面積利用率方面,以本工程的性質和規模,一套消防水池、消防水泵房、屋頂消防水箱間等消防設備用房共需約400m2建筑面積,故方案二共需設備用房面積約2 000m2,使得建筑有效可利用面積大大減少。

2)在經濟性上,方案三雖在室外管網的工程量上會有少量增加,但消防設備用房的土建工程量和消防設備數量少很多,校區消防加壓系統的造價上會明顯優于方案二。

3)從后期管理角度考慮,方案三室外管網系統更大,運行過程中管網出現漏損的幾率更大,日后管網維護要求更高；但從另一個角度考慮,由于校區只設有一套集中消防加壓系統,后期運行過程中設備的日常檢測與維護保養的工作量大大減少,系統控制更簡單,給管理帶來了極大的便利。

通過上述分析,方案三既節約設備用房面積、節省造價,又有利于后期管理,因此本工程選擇方案三作為新校區消防供水方案。

2.2室外消防管網系統

2.2.1室外消火栓給水系統管網

根據《消防給水及消火栓系統技術規范(GB50974—2014)》第3.1.2條第3點“當消防給水與生活、生產給水合用時,合用系統的給水設計流量應為消防給水設計流量與生活、生產用水最大小時流量之和”[2],室外低壓消防管網可與生活給水管網系統合用。

本工程室外消火栓用水量為40L/s,從地塊東側和南側的市政道路各引一路DN300給水總管接入校園并在校區內連成環網,供給校區生活、消防給水。該環狀管網的水量、水壓滿足相關的室外消防管網設計要求。

本工程室外消防采用生活消防合一的低壓制管網,可節約一套獨立的DN200室外低壓消防管網系統,在初投資上可節約至少150萬元(由于校區面積大,室外低壓消防管網單獨設置時管網長度將超過5km,設計管材為承壓1.0MPa的鋼絲網骨架塑料復合管),同時在日后的運行過程中可減少一套管網的維護量。

2.2.2室內消火栓、自動噴淋系統室外給水管網

集中的消防加壓給水系統根據校區的室外消防管網布置可分為室內消火栓，自動噴淋系統分別獨立的管網系統和合用管網系統兩種。

新校區面積大,單體建筑分布廣,校區室外加壓消防管網規模大,單系統干管管長超過6km,本工程設計采用室內消火栓、自動噴淋合用管網系統,管網由室內消火栓泵和自動噴淋泵共同加壓給水。

2.2.2.1合用管網系統設計依據

在現有已完成的實際工程中,室外消防管網合用系統應用較少,在系統選用時,需根據項目的特點,進行分析比較后合理選用。

根據《消防給水及消火栓系統技術規范(GB50974—2014)》第8.1.7條“室內消火栓給水管網宜與自動噴水等其它滅火系統的管網分開設置；當合用消防泵時,供水管路沿水流方向在報警閥前分開設置”[2]。本工程各單體建筑設計時消火栓系統和自動噴淋系統完全分開,按照各自的消防要求獨立自成系統,各系統分別設消防引入管接至室外消防加壓供水環網。新校區消防合用管網設計滿足相關規范要求。

2.2.2.2合用管網系統的優點

新校區室內消火栓、自動噴淋系統室外加壓給水合用管網采用一套DN200(從消防泵房引出區域局部主干管DN250)的消防環網,設計采用承壓1.6MPa的鋼絲網骨架塑料復合管,承插管件電熔連接。而傳統的消防獨立管網系統則需設兩套DN150消防環網(室內消火栓系統、自動噴淋系統各一套)。

1)在系統造價方面,本工程消防加壓給水管道室外埋地管網總長度約為6km,根據工程預算,造價為200萬元；而如果采用兩套DN150消防環網,造價將達300萬元左右。顯然，在經濟性方面合用管網系統更優。

2)在消防供水安全可靠性上,獨立管網因其具有完全分開的特性,消防系統互不干擾,在小管網系統中供水更可靠；而對于類似本工程的大區域消防管網系統則可能存在離消防水泵房較遠，建筑水頭損失偏大,對消防系統的水壓穩定性及消防水泵揚程的選型均有一定的影響。而合用系統,由于合用消防管網管徑較大,消防用水在輸送過程中水頭損失小,校區各單體建筑水壓均比較穩定,消防供水安全性更高。

3)在管網的運行維護方面,消防系統管網要求不管任何時間發生消防事件均能滿足消防用水要求,因其在日常運行過程中一直處于備用狀態,需定期對系統進行檢查、試驗、維護,合用系統采用一套管網在維護方面工作量更小。且根據現有工程的項目反饋,室外埋地管網通常存在滲漏且不易發覺等問題,合用系統在滲漏排查及維修方面工作量將大大減少。

2.3消防設施及消防系統控制

本工程集中消防水池水泵房設于圖書館地下1層,消防水池容量576m3(儲存3h室內消火栓用水量及1h自動噴水滅火系統水量),火災初期消防用水量由圖書館屋頂消防水箱(有效容積36m3)供給并設室內消火栓和自動噴淋消防合用增壓穩壓設施(配2臺增壓水泵,單臺Q=5L/s，H=30m，N=3.0kW,氣壓罐調節容積300L)。消防水泵房內設室內消火栓泵2臺,1用1備,單臺性能參數Q=40L/s，H=110m，N=75kW；設自動噴淋泵2臺,1用1備,單臺性能參數Q=40L/s，H=110m，N=75kW。

2.3.1消火栓給水泵控制

1)水泵應能手動啟停和自動啟動,不應設置自動停泵的控制功能,停泵應由具有管理權限的工作人員根據火災撲救情況確定。

2)水泵應確保從接到啟泵信號到水泵正常運轉的自動啟動時間不應大于2min。

3)消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關、高位消防水箱出水管上的流量開關等開關信號直接自動啟動消防水泵。

4)穩壓泵應由消防給水管或氣壓水罐上設置的穩壓泵自動啟停壓力開關或壓力變送器控制。

5)消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關,但可作為發出報警信號的開關。

2.3.2噴淋給水泵控制

1)火災時噴頭動作,噴頭所在區水流指示器動作、向消防中心發出報警信號并指示火災位置,同時報警閥水力警鈴動作、經延時器后報警閥上的壓力開關動作直接連鎖自動啟動噴淋泵。

2)消防控制中心可遙控手動啟動噴淋泵。

3)消防水泵房可就地手動啟動噴淋泵。

3　校區消防系統可能存在的問題及建議

從本工程消防系統的特性出發,結合已投入使用類似工程的項目經驗,以下就本系統可能存在的問題及建議進行分析。

1)校區消防加壓管網系統大,管網滲漏幾率加大[4],且埋地管道漏水不易發現,每年會造成大量的水資源浪費,甚至引起局部區域地下水土流失、塌方等,同時也不利于管網系統保壓。因此,在工程管道施工過程中,必須加強監管,確保管網工程質量。

2)消防泵啟動控制問題。消火栓泵由流量開關、壓力開關自動啟泵,自動噴淋泵由報警閥壓力開關自動啟泵。對于設于消火栓及自動噴淋系統的建筑,在火災初期,噴頭動作,引起濕式報警閥動作啟動噴淋泵；同時消防管網合用系統消防水箱穩壓出水管上的流量開關會動作,啟動消火栓泵,而此時消防隊員還未能進入火場取用消火栓,故此時作用滅火的系統僅為自動噴淋系統,進而引起消防系統水壓升高,給系統帶來安全隱患。因此,在設計消防合用系統時,須采取預防系統超壓的措施。首先,在管網承壓選型時須根據消防水泵的工況曲線合理選擇管道的承壓等級,避免短時超壓引起系統管道破壞或是閥門漏水；其次，在消防水泵出水管上設超壓泄壓閥,將管網內超壓消防用水泄壓回流至消防水池,這樣既能保證系統的運行安全性,又可保證消防用水的有效利用。

3)自動噴淋系統停用控制問題。《消防給水及消火栓系統技術規范(GB50974—2014)》第11.0.2條“消防水泵不應設置自動停泵的控制功能,停泵應由具有管理權限的工作人員根據火災撲救情況確定”替代了老規范中自動噴淋系統工作1h后自動停泵的規定,肯定了噴淋系統在滅火中后期的作用(主要表現為冷卻,減緩火災蔓延)。但有時火情持續一段時間后,火勢非常迅猛,此時自動噴淋系統對滅火的效果已經微乎其微,管理人員會根據現場需要手動關停噴淋泵,讓消防水集中作用于室內消火栓系統。而采用消防合用系統時無法通過停泵來關閉系統,消防水資源得不到高效利用。故在消防室外管網合用系統設計時,須采取合理措施避免上述情況出現。首先,單體建筑室外消防引入管須設明顯標識,并設消防進水總閥,在必要時可通過該閥門切斷單體的噴淋系統供水。同時,亦可在噴淋系統濕式報警閥前設置電磁閥,通過消控中心關閉著火區域的電磁閥有針對性地關閉相關區域噴淋系統。

4　結　語

通過對校區消防系統方案的綜合比較,新校區集中設置一套消防加壓系統，室外合用一套加壓消防給水管網，各單體室內消火栓及自動噴淋系統單獨設置是合理的,系統經濟性好、消防安全性高、運行維護方便。

[1]公安部天津消防研究所.GB50016—2014建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社,2015．

[2]中國中元國際工程公司.GB50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范[S]. 北京：中國計劃出版社,2014．

[3]中華人民共和國公安部.GB50084—2001自動噴水滅火系統設計規范 [S]. 北京：中國計劃出版社,2005．

[4]陳激,王靖華,張鈞.浙江大學紫金港校區消防管網的優化設計[J].給水排水,2004,30(10): 68-70．

Discussion on the Design of the Fire Extinguisher System in New Campus of a University

FANG Huoming

2016-05-27

方火明 (1983—)，男，江西婺源人，工程師，從事建筑給排水設計工作。

TU

B