高大凈空場所消防系統設計分析

何梓翔

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著國民經濟的持續增長，我國已然成為世界的第二大經濟體。在我國的產業與需求的協調發展與持續優化中，我國的產業結構早已產生了深刻調整，從建國初期的農業增加值占國內生產總值比重超過50%，到如今第三產業的增加值比重已超50%。文體、醫療、商業等行業的蓬勃發展成為經濟增長的重要引擎。

而文體、醫療、商業等行業日新月異的態勢，帶來了包含高大凈空場所的公共建筑如雨后春筍般的發展趨勢。因此，住房和城建部于2017年5月發布的《自動噴水滅火系統設計規范》[1]中，關于高大凈空場所的噴淋設計的深化表述以及優化調整，是此版設計規范的重中之重。對于工程設計人員而言，在高大凈空場所的消防方案和設計中，如何更好地遵循國家的有關方針政策，執行國家規范，統籌兼顧消防系統設計的安全性、先進性、經濟性，以達成消防設計的合理性，一直是高大凈空場所公共建筑設計項目的重難點。本文結合若干室內兒童游樂場所的工程實例，對高大凈空場所的消防系統設計進行分析。

1 項目概況

1.1 長沙某大型室內兒童樂園項目

該項目坐落于湖南省長沙市，建設用地面積44.93萬m2，總建筑面積45.70萬m2，其中地上面積30萬m2，地下15萬m2。該項目主要建筑為多個文化娛樂類的室內兒童樂園，并配套綜合服務樓、能源中心等。

市政水源由附近3條市政道路3根市政自來水給水管網，分別引入4路DN250給水管，市政給水接入點壓力約為0.20 MPa（絕對標高55.45 m）。給水干管在園區內形成環狀管網，供園區的生活用水、應急生活水箱和消防水池補水。一號室內消防水池有效容積1000 m3，室內消防水池及其泵房位于某單體建筑地下一層。泵房設有室內消火栓系統加壓泵、自動噴水滅火系統加壓泵（與大空間智能型自動噴水滅火系統共用）、防火玻璃冷卻系統加壓泵、各系統穩壓泵，在另一單體建筑單獨設置有效容積360 m3的雨淋消防貯水池以及雨淋消防水泵房。

1.2 六安某大型室內兒童樂園項目

該項目位于安徽省六安市，項目總用地面積76.83萬m2。主要建筑由多個文化娛樂類室內兒童樂園及其配套設施所組成。

市政水源由附近3條市政道路規劃3根市政自來水給水管網，分別引入4路DN250給水管，市政給水接入點壓力約為0.25 MPa（絕對標高9.0 m）。給水干管在園區內形成DN300的環狀管網，供園區的生活用水、室外消火栓、應急生活水箱和室內消防水池補水。一號室內消防水池有效容積1000 m3，室內消防水池及其泵房位于某單體建筑地下一層。泵房設有室內消火栓系統加壓泵、自動噴水滅火系統加壓泵（與大空間智能型自動噴水滅火系統共用）、防火玻璃冷卻系統加壓泵、各系統穩壓泵，雨淋消防貯水池以及雨淋消防水泵房另外獨立設置。

2 方案分析

2.1 室外消火栓臨高壓系統與室外消火栓和生活給水共用管網方案對比

上述長沙某項目的市政水源壓力偏小，又因場地整平后園區內室外地坪略有高差起伏，再者考慮到沿程水頭損失等不利因素，會導致項目紅線內市政消火栓的工作壓力略顯不足，無法保障最不利點市政消火栓供水壓力0.10 MPa的下限值。因此，該項目室外消火栓采用臨高壓供水系統，以保證此占地面積頗大的項目園區室外消火栓管網壓力充足。

而上述六安某項目的市政水源引入園區后，在園區內形成DN300的環狀管網，室外消火栓和生活給水共用此套環網。此做法考慮到各單體建筑高度不高，除了最高一棟單體建筑約42 m高以外，其余單體建筑的高度均為20 m左右。另外該項目水源由3條不同的市政路分別引入4根供水干管，可滿足國家規范所要求的當市政給水管網連續供水時，消防給水系統可采用市政給水管網直接供水[2]，滿足消防給水水源必須安全可靠[3]的相關要求。因此，該項目采用室外消火栓和生活給水共用管網的方案，以求在已滿足安全適用性的情況下，積極響應國家節能的號召，致力于提高項目系統設計的經濟合理性，節約了臨高壓系統的供電，節省了另設一套環狀管網的管材。

2.2 自動掃描高空水炮系統設計

上述兩個項目中，水炮設置的主要目的是補充保護單體建筑內噴頭無法覆蓋保護凈高超過18 m的高大凈空區域，因此，項目中水炮系統的消防給水設計流量與自動噴水滅火系統的設計流量，無須疊加計算到室內消防總用水量當中。綜上所述，在項目的消防系統設計中，把水炮滅火裝置與自動噴水滅火系統合并加壓泵以及管網更為合理。圖1為水炮與噴淋系統共用加壓泵及管網系統原理（局部）。

圖1 水炮與噴淋系統共用加壓泵及管網系統原理（局部）

在敲定水炮與噴淋系統合并后，就需要考慮水炮選用面板控制、遠程控制的控制方式。結合《固定消防炮滅火系統設計規范》[4]經過多方多番討論和推敲，筆者認為既然項目中該系統的存在是為了保護普通噴頭無法覆蓋的區域，那么就應該更多地承擔自動噴水滅火系統的核心功能——盡量在更早期發現火情，比人更快更準確地做出反應，在火災初期及時做出動作，盡早撲滅火情或抑制火情蔓延。此外，為了更好地體現規范所倡導的消防系統設計的先進性，長沙和六安兩個大型室內兒童樂園項目最終選用了自動尋的噴頭[5]。另外由于項目是服務于兒童的樂園項目，為盡量避免水炮在滅火時給兒童帶來意外傷害，應盡量挑選水壓較小的智能型噴頭，其工作壓力為0.65 MPa，保護半徑為20 m，最大安裝高度20 m。

3 工程設計實例

3.1 六安某樂園項目子項兒童屋自動噴水滅火系統

該自動噴水滅火系統由閉式噴頭、管道、報警閥組、水流指示器和供水設施組成。場館內部高度并不一致，場館內高度在8 m以內的采用標準覆蓋面積灑水噴頭，K≥80；場館內高度在8~12 m的采用標準覆蓋面積灑水噴頭（快速響應噴頭），K≥115；場館內部高度在12~18 m的采用非倉庫型特殊響應噴頭，K≥161；場館內高度大于18 m的采用大空間智能型自動噴水滅火系統。

大空間智能型自動噴水滅火系統采用臨時高壓系統，在兒童屋地下室設一組自動噴水滅火系統加壓泵（與大空間智能滅火系統合用），每臺泵流量為80 L/s，一用一備，火災持續時間為1 h。自動噴水滅火系統與消火栓系統共用天面高位消防水箱，保證火災初期滅火用水。受到屋面造型影響，高位消防水箱最低水位不能滿足最不利點噴頭的壓力需求，因此，在屋頂消防水箱間設有自動噴水穩壓增壓系統，以滿足最不利點的壓力要求。

單體建筑內大空間智能型自動噴水滅火系統的消防給水從報警閥前的自動噴水滅火系統總管引入，該系統與自動噴水系統合用消防水泵接合器。火災初期的消防用水由天面消防水箱及其穩壓設備供給。滅火時由本棟地下一層消防水池及自動噴水滅火系統加壓泵供給。上述消防水池有效容積共1000 m3，其中大空間智能型自動噴水滅火系統滅火用水量為162 m3。自動噴水滅火系統與大空間智能型自動噴水滅火系統的平面布置（局部）分別如圖2、圖3所示。

圖2 自動噴水滅火系統平面布置（局部）

圖3 大空間智能型自動噴水滅火系統平面布置（局部）

設置大空間智能型自動噴水滅火系統的高大凈空區域一旦發生火情，火災產生的紅外信號會被裝置上的啟動傳感感知。經控制器組件分析處理后，啟動裝置在水平方向進行旋轉掃描，一旦水平傳感接收到火源信號，裝置立即停止水平旋轉，同時啟動垂直傳動機構帶動射水嘴和垂直傳感器沿垂直方向掃描，一旦垂直傳感器接收到火源信號，裝置立即停止垂直掃描。此時裝置完成了對火源的定位，打開電磁閥，啟動水泵進行射水滅火，直至將火撲滅，裝置發出信號關閉電磁閥。

3.2 長沙某樂園項目子項特技劇場雨淋系統

該項目所在地湖南省長沙市的室內最冷月均溫高于0℃，因此，該項目的自動噴水滅火系統擇優采用濕式閉式系統。本子項劇場在普通區域和舞臺及觀眾席上空的檢修馬道中，按中危險級Ⅱ級布置標準覆蓋面積灑水噴頭。此外，子項內高度超過18 m的高大凈空觀眾席，還設有自動掃描射水高空水炮滅火裝置系統。另外，本子項作為一個超過1500個座位的劇場，嚴格按照《建筑設計防火規范》[6]8.3.7條規定，在主舞臺和測舞臺的棚頂設置雨淋自動噴水滅火系統。雨淋系統所保護的舞臺共劃分為8個區域，分別設置雨淋閥控制區域內的雨淋自動噴水滅火系統。雨淋自動噴水滅火系統原理（局部）如圖4所示。

圖4 雨淋自動噴水滅火系統原理（局部）

由于該地塊僅本子項需要設置雨淋自動噴水滅火系統，若加壓泵組與其他消防加壓泵組一并設在遠處地下室的一號室內消防泵房，則需要拉設很長的室外埋地管道至該子項。所以本子項單體在負一層單獨設置3格有效容積共360 m3的雨淋消防水池及消防泵房，并在天面設有18 m3的高位消防水箱以及穩壓泵。雨淋自動噴水滅火系統流量為100 L/s，火災延續時間1 h。雨淋泵組參數如表1所示。

表1 雨淋泵組參數

4 結語

本文列舉兩個大型室內兒童樂園的工程實例，結合不同的前置條件與項目概況，進行生活給水與室外消火栓合并管網的方案分析，以及自動掃描高空水炮與自動噴水滅火合并系統和水炮選型的方案分析，并分享了代表性子項單體的部分設計成果。上述兩個項目的方案與設計廣受施工方的好評和業主方的認可，因此可為此后類似工程的方案和設計提供可靠參考與依據。

在高大凈空場所公共建筑的消防設計中，設計人員應結合項目前置條件和土建實際情況，參考本文工程方案和實例，通過合理的分析，厘清各消防系統的設計流量和系統工作壓力需求等，做出合適的選擇與設計，更好地規劃消防系統的方案，合理地布置消防設施，統籌兼顧消防系統設計的安全性、先進性、經濟性。