大型城市商業綜合體高空水炮設計及應用

程宏偉 劉德明

(1.福建省建筑設計研究院 福建福州 350000；2.福州大學土木工程學院 福建福州 350108)

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大型城市商業綜合體高空水炮設計及應用

程宏偉1劉德明2

(1.福建省建筑設計研究院 福建福州 350000；2.福州大學土木工程學院 福建福州 350108)

從大空間建筑的消防特點出發，著重介紹了自動掃描射水高空水炮滅火裝置的技術要點，并分析了實際工程應用中遇到的一些現實問題。

大空間建筑；自動掃描射水高空水炮滅火裝置；設計要點；問題分析

0 引言

近年來，各種高大空間建筑在全國各地不斷興建。傳統的消防滅火設計方案難以滿足此類建筑的消防要求，于是大空間智能型主動噴水滅火裝置應運而生，自動掃描射水高空水炮滅火裝置便是其中之一。自動掃描射水高空水炮(以下簡稱“高空水炮”)系智能型滅火裝置，具有自動探測、判定火源、啟動系統、主動滅火的功能，適用于空間高度高、容積大、火場溫度升溫慢、難以設置傳統閉式自動噴水滅火系統的場所。高空水炮出現充實了建筑高大空間消防滅火的技術手段，在工程中逐步得到了推廣應用，但同時也產生了如何掌握設計技術要點，正確、合理應用高空水炮，尤其在大空間建筑消防中應用等系列問題。本文將針對應用中一些現實問題進行總結和分析探討，供工程設計參考。

1 大空間建筑消防特點

《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》[3]中對大空間場所的解釋是民用和工業建筑物內凈空高度大于8m，倉庫建筑物內凈空高度大于12m的場所。此類建筑功能多樣，結構不同，但在消防方面也有一些共同的特點。比如大空間建筑通風性較好，可燃物往往較多，火災蔓延迅速；人員密集，火災時疏散困難；建筑本身多采用鋼結構，隨著火勢的蔓延，若溫度達到了鋼的變形極限，建筑易發生崩塌。因此大空間建筑對消防安全提出了更加嚴格的要求，但是傳統消防滅火方式在大空間建筑中進行應用存在局限。

傳統建筑中，消火栓滅火系統因為滿足保護距離的要求，消火栓一般布設在樓梯間、走廊以及靠近柱、墻的位置。但是大空間建筑跨度大、占地面積大，消火栓如果僅僅布置在靠墻的位置，場地中心區域則會因滿足不了消火栓保護距離的要求而成為防火盲區。其次，根據我國現行規范，采用自動噴水滅火系統的一般民用建筑的凈空高度不應超過8m，會展中心等建筑的凈空高度不應超過12m。很顯然，大空間建筑不在此列。若在其頂端安裝自動噴水滅火系統，相對于過高的空間，火苗的煙氣溫度往往難以使其啟動。即便能夠啟動，噴頭噴出的水滴直徑和流速都比較小，通常還未達到目標就已經被煙氣沖散蒸發，很難起到滅火作用。由此，高空水炮等大空間智能型主動滅火系統的應用愈發廣泛，以保證大空間建筑的消防安全。

2 高空水炮技術要點

2.1 高空水炮設計要點

高空水炮裝置由智能型探測組件、自動掃描射水高空水炮、機械傳動裝置、電磁閥組四大部分組成。其中，智能型紅外探測組件、自動掃描射水高空水炮和機械傳動裝置為一體化設置。裝置的安裝高度為6m～20m，單門水炮的標準噴水流量為5L/s，標準保護半徑為20m，標準圓保護面積為1 256m2，標準工作壓力為0.6MPa，在大型城市商業綜合體中多應用于諸如步行街內的中庭，百貨、KTV、影院內垂直交通的自動扶梯旁的豎向貫穿空間、影院的巨幕廳(Imax)和層高大于12m的影廳及其他設有共享空間的區域等超過規定凈空高度的場所。

高空水炮作為主動型滅火裝置，滅火動作由配套的智能型探測組件感應火點和啟動滅火，其啟動方式和系統用水量與消火栓系統、自動噴水滅火系統不同，因此在水炮動作和系統用水量的確定上，高空水炮系統應按探測組件的探測工況和保護區域高空水炮布設的具體情況判定。在高大空間中，它替代的是閉式自動噴水滅火系統，而非消火栓系統，故不應按消火栓的滅火思路考慮[4]。那么在考慮系統用水量時，可將高空水炮系統計入濕式自動噴水滅火系統，按兩系統中最大一個的設計水量、水壓及一次滅火用水量進行確定。當高空水炮的管網與濕式自動噴水滅火系統合并設置時，應同時滿足兩個系統的其他要求，并能獨立運行。

若高空水炮系統為非常高壓系統，應設置高位水箱或氣壓供水裝置穩壓。高位水箱的安裝高度應大于最高一個滅火裝置的安裝高度1m(僅穩壓作用)，水箱容積不應小于1m3，出水管徑不小于50mm。高位水箱可與消防水箱合用，水量及高度符合高空水炮供水條件的要求即可。當無條件設置水箱或水箱高度不符合要求時，應設隔膜式氣壓供水穩壓裝置。氣壓罐的有效調節容積不應小于150L，壓力應保證最不利一個滅火裝置處的最低工作壓力要求(較僅設消防水箱穩壓的要求高)，穩壓泵的流量宜為1個高空水炮的標準噴水流量。此外，當水箱高度無法提高且與水炮高度間距相差不大時，可適當降低高空水炮的安裝高度。

2.2 高空水炮布置要點

(1)步行街中庭高空水炮設置點

步行街中庭凈高度8m～12m時，如按非倉庫類高大凈空場所考慮，其閉式自動噴水滅火系統套用國家標準《自動噴水滅火系統設計規范》的設計參數，噴水強度應為6L/min·m2，作用面積應為260m2。若采用高空水炮，其噴水強度和噴頭啟動時間便不同于閉式自動噴水滅火系統(噴水強度大，啟動時間相對快)。故對于步行街中庭的噴水強度和保護面積可不按空間影響因素(探測、噴水要求等)確定，而是根據周邊場地的業態及商場性質，即中危險Ⅱ級噴水強度8L/min·m2、作用面積160m2確定較為合理。

實際上，高空水炮的滅火工況已完全能夠達到自動噴水滅火系統的各項保護要求。根據相關資料介紹，高空水炮為集束水流，5L/s集束水流的最遠點覆蓋面約2.67m2，其噴水強度達到112.35L/min·m2，已超過自動噴水滅火系統要求的最大噴水強度。在保護面積方面，高空水炮為旋轉噴射，保護半徑為20m，相應的保護面積為1 256m2，同樣遠大于自動噴水滅火系統的保護面積。同時，高空水炮的開啟由探測件啟動，其保護區域內所能探測火點的探測組件均能開啟高空水炮噴水滅火，噴水覆蓋區域較大，因此對于步行街中所對應的保護區域均是全覆蓋。因此，高空水炮適用于輕、中危險級的各種場所，滿足其噴水強度和保護面積的要求。

(2)百貨、KTV、影院自動扶梯中庭高空水炮設置點

百貨、KTV、影院場所所處區域的空間形式及場地危險等級、噴水強度、作用面積等設計參數和噴水滅火保護思路與步行街中庭的滅火工況有雷同之處，故此類場地的相關設計參數可按上述分析確定。

(3)影院的巨幕廳和層高大于12m的影廳

影院的巨幕廳(層高約為15m～17m)和層高大于12m的部分影廳，由于其高度已大于非倉庫類高大凈空場所的范圍，故相應設計參數已不適用。設計中通常按《性能化報告》中的要求，以噴水強度8L/min·m2、作用面積不小于260m2確定(相對《噴水規》的設計參數值，其噴水強度有所增加)。當這些場所采用高空水炮替代閉式自動噴水滅火系統時，與上述高空水炮的滅火工況相同，其保護能力均已超過相關設計參數的要求，滿足火場滅火需要。

3 高空水炮設計問題分析

3.1 高空水炮系統用水量的問題

城市商業綜合體中應用高空水炮的場所，如何確定系統用水量，在部分工程設計案例中尚存在概念不夠明確、選用錯誤的情況。在筆者遇到的部分項目中，系統用水量采用5L/s 、10L/s、20L/s甚至40L/s，隨意性較大，而不是根據相關規范和高空水炮布設情況確定。高空水炮用水量按10L/s選用的主要原因是概念上受消火栓給水系統兩股充實水柱同時達到要求的影響，認為同一位置應按開啟兩門高空水炮進行滅火。而用水量按40L/s選用的主要原因是未完全了解高空水炮啟用的原理，認為在區域內的高空水炮均應全部開啟滅火，未按相關規范來確定系統用水量。

根據自動掃描射水高空水炮的動作原理和組件型式，高空水炮的滅火動作由其配置的探測件探測信號控制，在火災發生位置周邊能夠探測到火險影像的探測件均可控制歸屬的高空水炮實行開啟動作，而每個探測件所控制的高空水炮臺數由設計配置時確定。因此，高空水炮開啟數量和系統用水量由探測件探測工況所確定。在現行的協會標準《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》中有明確的規定：要求按高空水炮探測件的行列布置方式和探測件控制水炮臺數確定，由高空水炮和探測件的工況確定高空水炮在同一火點的開啟臺數，從而計算系統用水量。只有按規范要求和場地高空水炮行列的布設形式，才能確定高空水炮的運行情況，準確選定系統用水量。

3.2 高空水炮布設距離的問題

在部分工程設計中，相鄰的兩個保護區域距離較近，使各高空水炮布置的距離也較短。從滅火角度分析，這似乎增加了滅火強度和可靠性，但在高空水炮的開啟和系統用水量判定上會帶來不確定因素。高空水炮的開啟數和系統用水量系根據同一區域布置的行列數確定，并未考慮相鄰滅火區域。如果兩區域火點在相鄰高空水炮探測件探測范圍，則有可能引發相鄰區域的高空水炮動作，使高空水炮開啟數和系統用水量上有所增加。所以項目設計中應認真分析高空水炮布置的具體情況，合理考慮特殊因素的存在，準確確定開啟數和系統用水量，保證系統安全、可靠的正常運行。

3.3 高空水炮布設位置的問題

高空水炮的動作有一定的仰俯角，因此在掃描射水滅火中存有一定的盲區，特別是高空水炮設置點的下方和后側均為自身射水的盲區，故需采用一定的方式予以彌補。部分工程項目在商業綜合體步行街中庭設有兩門以上的高空水炮，但其在布置上采用一字型布置方式。這樣在各自的位置下方和后側就可能存在射水盲區，未能達到完全覆蓋的要求。如果在設計中能夠采用相對布置的方式，則能既滿足保護區域內射水覆蓋的要求，又可相互保護相鄰高空水炮的下方和后側，減少盲區產生，達到更好的保護效果。

4 結語

自動掃描射水高空水炮由于其自身的特點和主動型滅火因素，在城市綜合商業建筑中的部分場所已得到普遍的應用，也形成了定式。但是由于高空水炮為新型滅火技術和裝置，在設置上仍應嚴格執行相關規范，因此，唯有準確、合理地布置高空水炮和確定探測組件的控制，方可達到完美的效果和預期的滅火目的。

[1] 李永強.大空間建筑消防設計[J].科技信息，2012(5): 571-572.

[2] 陳寶瓏.大空間建筑消防設計探析[J].中國高新技術企業，2012(Z2): 24-26.

[3] CECS 236:2009 大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程[S].北京：中國計劃出版社,2009.

[4] 程宏偉，劉德明，黃文忠.淺析消防炮滅火系統的應用[J].福建建設科技， 2011(01): 5-7.

Discussion on design and application of large scale city commercial complex elevated fire monitor

CHENGHongwei1LIUDeming2

(1.Fujian Provincial Institute of Architectural Design & Research,Fuzhou 35000;2.College of Civil Engineering of Fuzhou University,Fuzhou 350108)

Starting from the fire characteristic of large space building, this paper highlights the key technology of automatic-scanning elevated fire monitor extinguishing device, and analyze some technical problems encountered in the practical application.

Large space building; Automatic-scanning elevated fire monitor extinguishing device; Design points; Problem Analysis

程宏偉(1955.9- )，男，教授級高級工程師。

E-mail:392902229@qq.com

2016-04-01

TU998.1

A

1004-6135(2016)10-0001-03