基于紙品包裝廠房的消防水炮系統設置及關鍵技術分析*

卓西潔，狄育慧，蔣 婧

（西安工程大學城市規劃與市政工程學院，西安 710660）

0 引言

工業廠房是具有多種使用功能的大空間區域，隨著經濟的快速發展，工業廠房紛紛建立起來。但從目前廠房消防安全現狀來看，防火設計的效果并不樂觀。2020年12月，武漢市東西湖區一工業園區某廠房發生火災，此次火災源于廠房防火設計不當，過火面積約10 m2，造成巨大的經濟損失?；馂牡陌l生警示：要結合廠房特點有針對性的進行防火設計，才能避免火災的發生。

基于工業廠房具有大空間、鋼柱子、鋼屋架的構造特點，通過分析，提出在工業廠房中采用消防水炮系統能夠實現針對性滅火，保證廠房建筑的消防安全。對于工業生產類廠房的防火設計，如何讓滅火設備符合規范設計要求，同時又能布置合理，節約廠房空間，達到針對性滅火要求，以某工業生產廠房為例，對水炮供水系統、電氣系統、聯動控制系統等關鍵技術進行分析，為類似工業廠房設計提供了新的思路。

1 案例概述

1.1 廠房

工業廠房位于西安市鄠邑區加工園區內，用于生產加工包裝紙箱，廠房有大型包裝生產設備，設備在工作時會產生的大量的熱，且生產的紙品屬于易燃物品。共兩個廠房，總面積：50 616 m2，其中大廠房地上一層，局部為二層辦公區，小廠房地上一層，兩個廠房主體均為門式鋼架結構，使用年限為50年，耐火等級二級，火災危險性類別為丁類。廠區消防控制室設于廠區門口，內有火災報警及消火栓系統控制柜，現有消防系統設置簡單，不符合現行消防規范要求，故改造需求：能夠實現針對性滅火，保證廠房消防設置符合現行規范要求。

1.2 水炮系統

適用于工業廠房的智能消防水炮特點突出、優勢顯著。該系統具有較大的保護范圍，并且不會產生水霧，擁有極強的穿透性，能夠更好地節約水量，有更高的滅火效率，精準確定火源位置，對非受災區進行有效保護；操作全自動，后期維護方便，無盲區無死角，能夠在最大程度上保護廠房建筑[1]。

消防水炮是集控制技術、紅外傳感探測技術、機械轉動控制技術、圖像傳輸技術為一體的新型滅火技術[2]，水炮主要由供水、執行及控制3個系統組成，如表1所示。

表1 消防水炮各系統組成及功能

安裝此水炮的廠房一旦發生火災，火災產生的紅外信號會立即被水炮上的啟動傳感器感知，經控制器相關裝置組件分析處理后，啟動裝置在各方向進行掃描，紅外傳感器將接收到火災報警信號，裝置會停止水平旋轉，同時打開垂直傳動機構，帶動射流噴嘴，完成了對報警火源處的定位，隨后打開電動閥，啟動水泵進行噴射滅火，直到將火撲滅，隨后通過紅外傳感器掃描，關閉電動閥停止噴射[3]。

2 消防水炮設置及關鍵技術

2.1 設計依據及要求

自動消防水炮設置依據：根據GB 25204—2010《自動跟蹤定位射流滅火系統》、CECS263:2009《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》，在廠房內設置消防水炮，根據相關設計規范要求，廠區內任意部位均應在兩門水炮的保護半徑內，其中每門消防水炮流量為30 L/s，水炮系統設計水量為60 L/s[4]。

自動消防水炮設置要求[5-6]如下。

（1）每個被保護區內的消防水炮布置數量應大于2門，且2門消防水炮的水流能夠同時到達被保護區內的任何位置，發生火災發生時保證可以一備一用。

（2）廠區內的手動控制盤應設置在靠近出口或便于疏散的地方，方便消防專業人員應急操作。

（3）由于生產原因，廠房內部分區域臨時堆放尺寸較高的包裝原紙，故消防炮的俯仰角、水平回轉角應滿足實際使用要求，布置高度應保證水炮工作時水流噴射不受物體阻擋。

2.2 廠房水炮系統設置

結合廠房凈高、包裝生產設備及水炮自身安裝高度要求等限制條件（一般考慮安裝高度為6～25 m），確定合理的水炮安裝高度。水炮布置應考慮部分臨時堆放在廠房內的包裝原紙等障礙物的影響，避免形成水柱保護不到的盲區[7]，保證消防水炮在噴射水流時不受影響。

廠區內兩個廠房均需要布置水炮，廠房建筑最大凈空高度約18 m，部分臨時堆放區紙品高度不超過15 m。消防水炮設置在不保證鋼結構穩定情況下，標高定在10 m左右，在水炮安裝時應保證支架或平臺不影響消防炮的自由旋轉動作。自動消防水炮分別沿著廠房中心軸對稱布置，在小廠房對稱設置2排，共6門消防水炮，在大廠房內對稱設置2排，共16門消防水炮，兩個廠房共設置22門水炮，平面布置如圖1所示。

圖1 消防水炮平面布置

2.3 水炮電氣系統關鍵技術

廠房內一旦火災發生，由自動跟蹤定位滅火裝置紫外傳感器啟動裝置，由紅外傳感器定位火源，工作方式有手動和自動，手動時通過現場視頻采用人機配合滅火，自動時通過自動啟閥啟泵方式滅火[8]。滅火裝置工作電壓為DC24V，由電源接線盒提供，電源接線盒電源由現場手動控制箱提供，現場手動控制箱電源由消防控制室滅火裝置集中控制柜供給，將兩個廠房的控制線纜最終接入消防控制室火災報警系統。

（1）從消防水炮集中控制柜至現場手動控制箱布線方式：裝置電源線（AC220V）：ZR-BV3×2.5，CAN總線通訊信號線：ZR-RVSP2×1.5。

（2）從現場手動控制箱到水炮電源接線盒布線方式，裝置電源線（AC220V）：ZR-BV3×2.5，RS485總線通訊信號線：ZR-RVSP2×1.5。

圖2 消防水炮電氣單體接線圖

（3）從電源接線盒至水炮及電動閥布線方式至水炮：專用線束航空插頭連接；電動閥、電源盒接線端子1、2至電動閥門1、2：ZR-BVR2×1.5。

（4）從滅火裝置集中控制柜至裝置視頻系統布線方式：光纜：GYTA-4B每個防火分區至集中控制柜一根，視頻線：ZR-SYV75-5（每臺裝置對應1路）與電源接線盒連接。

2.4 水炮供水系統關鍵技術

廠區的大空間智能型主動噴水滅火系統裝置采用HG55型水炮。消防水炮的相關技術參數如下：工作電壓AC220 V，定位時間小于或等于60 s，射水流量30 L/s，水平回轉角-120°～+120°，工作壓力為0.8 MPa，俯仰角-90°～+30°，水炮保護半徑為55 m，水炮自身質量21 kg，安裝高度6～20 m，具體安裝示意如圖3所示。

圖3 消防炮安裝示意圖（正、側面）

經計算，水炮系統最大設計流量按2臺水炮噴水計算；系統設計流量為Q=60 L/S；火災延續時間按60 min計算；消防水池為原廠房大型儲水箱，儲水量V=216 m3，滿足消防供水要求。

選用管道：采用內外壁熱鍍鋅鋼管，當管道DN≤100采用螺紋連接，管道DN＞100采用卡箍連接。管道安裝后試驗壓力不得低于1.4 MPa，對管道進行壓力試驗后，管道須進行沖洗。

兩個廠房與廠區室內外消火栓系統的工作壓力相差較大，設計時應充分考慮供水壓力，廠區內消防水炮系統設置了穩壓泵，保證系統的供水壓力。

系統中設有水流指示器與信號閥，智能消防水炮系統與消火栓系統合用一套供水系統時獨立設置水流指示器，且在自動噴水滅火系統濕式報警閥前將管道分開，在小廠房管網最不利點處設置模擬末端試水裝置[9]，應設置在衛生間或設備間，便于操作和處理測試后的排水。在水泵出水管設置安全泄壓閥，供水系統設置如圖4所示。

圖4 消防水炮系統

2.5 消防聯動系統關鍵技術

與火災自動報警系統的聯網：自動消防炮系統為獨立系統，當需要與消防報警主機聯網時，需安裝1個輸入模塊與消防主機通訊。水炮集中控制柜提供啟泵、關泵、火警的無源開閉點[10]。

全自動掃描定位滅火裝置的聯動由系統主機完成的，啟動方式有控制室自動和現場應急兩種啟動方式。

在消防控制室內設置滅火裝置集中控制管理系統，為消防水炮對應的控制管理系統，能夠為滅火等裝置提供可控的AC220V電源，以CAN總線通訊的方式管理滅火裝置現場手動控制箱，現場手動控制箱以總線的通訊方式管理每個廠房，多臺自動定位射流滅火裝置。

該系統可在手動狀態下，對滅火裝置進行上、下、左、右、柱狀噴射或霧狀噴射及手動啟閉泵閥控制，視頻監控管理系統接收滅火裝置提供的視頻信號，顯示視頻信息，記錄存儲滅火裝置的管理信息。使用該主機可以通過安防等視頻系統配合查看兩個廠房內的火情，可以實時記錄現場的設備信息，并可通過手動控制滅火裝置進行滅火。

廠區消防值班人員應組織學習消防聯動系統常用操作方法、消防控制設備的使用和簡單的故障排除，增強消防安全意識。廠房位于西安市鄠邑區，冬季室外溫度較低，消防室外管道應做好保溫，定期進行消防檢查，落實消防設施維護保養制度、重點部位的防火安全。

圖5 自動消防水炮安裝、噴射演示圖

3 結束語

工業廠房一旦發生火災會對人的生命財產安全構成嚴重威脅。一場大火有時會吞噬幾十人甚至幾百人的生命，火災產生的高溫高熱將造成建筑結構的破壞，因長時間受火勢威脅內部構件失去穩定性，最終導致坍塌。將自動消防水炮運用到大空間廠房內，對比傳統自動噴水滅火系統，消防水炮有自身火災檢測和自動滅火的可靠性，極大地保證了大空間廠房的消防安全。

設置消防水炮時結合廠房層高、平面分區、使用性質等因素的條件下，充分考慮水炮滅火系統的特點及消防安全防護的可靠性，選用水炮系統，不僅滿足高大空間的消防安全，而且解決了工藝設備安裝帶來的管道安裝難度，捕捉火源迅速、精準，噴射水量大，及時發出警報，火源撲滅后能夠自動恢復至初始位置，從而在滿足規范要求的前提下確保建筑的消防安全[11]。

本研究是基于紙品包裝廠房的消防水炮設計，敘述了消防水炮系統的關鍵技術，為類似消防工程提供新的思路及參考經驗。隨著消防智能化領域的不斷發展，消防水炮使用成本也在不斷降低[12]，因此在高大空間的工業廠房建筑中，自動消防水炮技術的應用前景將會更加廣闊。