水利工程消防設計研究

摘要：水利工程在我國國民經濟發展中具有重要的地位，其主要功能是防洪、灌溉、水力發電等。然而，隨著水利工程規模的擴大和復雜性的增加，其消防安全問題日益受到關注。本文從水利工程消防設計的必要性、設計原則、關鍵技術、典型案例分析及未來發展方向等方面，系統探討了水利工程中的消防設計問題，以期為相關領域的研究和實踐提供參考。

關鍵詞：水利水電工程；消防電氣設計；疏散指示

引言

水利工程是以水資源為對象的重大基礎設施，包括水庫、大壩、渠道、泵站等多種類型。這些工程往往涉及大量設備和人員，一旦發生火災，可能造成重大財產損失甚至人員傷亡。因此，在水利工程的規劃、設計和建設過程中，消防設計顯得尤為重要^[1]。

一、水利工程消防設計的必要性

（一）火災風險分析

水利工程面臨著多樣化的火災風險，主要源于以下幾個方面。首先，電氣設備密集帶來的風險，如變壓器、配電柜、電纜等設備可能因線路老化、負載過重或短路引發火災；其次，機械設備運行產生的風險，水泵、發電機組等設備在長期運轉過程中可能因摩擦生熱、潤滑油泄漏等原因造成火災隱患；最后，易燃易爆物品儲存帶來的風險，如機油、柴油等物質的儲存和使用都需要特別警惕。此外，人為因素也不容忽視，如違規動火作業、吸煙等行為都可能引發火災。特別是在地下廠房、狹長隧洞等特殊空間內，一旦發生火災，煙氣快速積聚，極易造成人員傷亡。

（二）對水利工程的影響

火災對水利工程的影響是多方面且深遠的。首先，直接經濟損失巨大，包括建筑物損毀、設備燒毀等有形資產損失；其次，火災可能導致工程運行中斷，影響灌溉、供水、發電等基本功能的正常發揮，造成連鎖反應，影響周邊地區的生產生活；最后，某些關鍵設施一旦遭受火災破壞，可能影響整個水利樞紐的安全，如控制系統、通信設備的損毀會削弱工程的應急響應能力。此外，火災還可能造成環境污染，如有毒氣體釋放、消防廢水污染等問題。因此，作好消防設計對于保障水利工程安全運行、維護社會公共利益具有重要意義。

二、水利工程消防設計原則

（一）以預防為主

預防為主的原則體現在水利工程消防設計的各個環節中，需要通過全方位的設計策略來減少火災風險。在空間布局方面，應科學劃分防火分區，根據功能需求和安全等級設置防火分隔設施，如防火門、防火卷簾、防火墻等，確保火災發生時能夠有效控制火勢蔓延范圍，為撲救工作爭取時間。在材料選擇方面，應優先采用具有良好防火性能的建筑材料和裝飾材料，特別是在重要設備周圍、疏散通道、配電室等關鍵部位，必須嚴格執行相關規范要求。電纜、管道等穿越防火分區處應采用防火封堵措施，確保防火分區的完整性。在設備配置方面，應統籌規劃火災自動報警系統、消防聯動控制系統等預警設施的布置，實現火災早期發現和快速響應。系統設計應具有較高的可靠性和穩定性，避免誤報和漏報。同時，在管理措施方面，設計時應考慮日常檢查維護的便利性，如預留必要的操作空間、設置便于檢修的平臺等，為后期運行管理提供良好的硬件支持。此外，預防性設計還應包括完善的應急疏散方案和必要的消防設施配置。疏散通道的寬度、疏散距離等應符合規范要求，配置足夠的消防設施并確保其可靠性。通過這些綜合措施，構建起全方位的火災預防體系。

（二）綜合性與系統性

水利工程消防設計必須立足于整體性原則，通過多系統協調配合來實現全面的消防安全保障。這種綜合性體現在建筑防火、電氣防火、消防給水、煙氣控制等多個系統的協同設計中，要求各個子系統既能獨立發揮作用，又能在火災情況下形成有機整體，共同應對火災威脅。在具體實施中，消防水系統的設計要充分考慮建筑布局特點，科學布置室內外消火栓，確保消防栓的覆蓋范圍滿足規范要求，并保證任何防火分區都能得到有效的消防水源保護。通風系統與防排煙系統的設計需要統籌考慮，在日常運行中保證良好的通風效果，在火災時能夠迅速轉換為防排煙模式，有效控制煙氣流向，為人員疏散和火災撲救創造有利條件。消防控制室的設置位置要進行充分論證，既要便于日常監控，又要確保在發生火災時能夠有效進行統一指揮調度。此外，系統性還要體現在工程全生命周期的設計理念上，需要同時考慮施工期、運行期和維護期的消防安全需求，確保在不同階段都能保持良好的消防安全性能。這種全周期的設計思路有助于提高消防設計的實用性和可持續性。

（三）安全與經濟并重

在確保安全的前提下，消防設計還需考慮經濟性。這要求在設計中合理確定防火等級、優化消防設施配置、選擇適當的技術方案。例如，根據不同區域的火災風險等級，采取差異化的防護措施，避免過度設計；在消防系統選型時，既要滿足規范要求，又要考慮投資效益；在消防水源規劃時，可結合工程自身特點，充分利用現有水源，減少專門的消防水池建設。同時，經濟性考慮還應包括后期運行維護成本的控制，選擇穩定可靠、維護簡便的消防設施和設備。

三、水利工程消防設計的關鍵技術

（一）火災探測技術

水利工程火災探測技術是整個消防系統的前端，其性能直接影響火災預警和應急響應的效果。現代水利工程中普遍采用多種探測器協同工作的方式，通過不同類型探測器的優勢互補，構建全方位的火災探測網絡。主要探測設備包括感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器等，每種探測器都有其特定的應用場景和技術特點。

在地下廠房等封閉空間由于通風條件受限，煙氣擴散速度較慢，采用吸氣式感煙探測系統最為適合。該系統通過主動采樣分析，能夠在火災發生初期及時發現隱患，為撲救贏得寶貴時間。在變壓器、油罐等重要設備區域，由于可能發生快速燃燒的油火，需配置紫外線或紅外線火焰探測器，這類探測器能夠通過識別特定波長的輻射，實現毫秒級的快速響應。在電纜隧道等線性場所，考慮到空間狹長的特點，采用線型感溫火災探測器最為經濟有效，可實現全線無死角監控。

為提高探測系統的可靠性，需要建立完善的火災報警控制系統。該系統采用智能算法對各類探測信號進行綜合分析和判斷，通過多重邏輯判斷和環境因素補償，最大限度減少誤報和漏報。同時，系統還應具備自診斷功能，能夠及時發現和報告探測器故障，確保系統始終處于正常工作狀態。在系統設計時，必須充分考慮水利工程環境的特殊性。例如，潮濕環境下選用防水等級較高的探測器，易積塵區域采用防塵設計，溫度波動大的場所使用溫度補償型探測器等。探測器的安裝位置和方式也需要特別注意，要避開氣流擾動區域，并考慮日常維護的便利性。此外，探測系統的供電要求雙回路設計，確保在任何情況下都能持續工作。通過對這些細節的把控，最終確保探測系統的可靠性和穩定性。

（二）消防滅火系統

水利工程的滅火系統設計需要針對不同場所和保護對象的特點，選擇合適的滅火介質和方式，以實現最優的滅火效果。根據水利工程各功能區域的特點，采用差異化的滅火策略是確保消防安全的關鍵所在。對于變壓器、配電室等電氣設備區域，由于這些區域的特殊性，不能使用常規的水系滅火設施，通常采用氣體滅火系統。常用的氣體滅火劑包括七氟丙烷、二氧化碳等，這些系統具有滅火速度快、無殘留、不導電等優點。在系統設計時，要特別注意密閉性要求，確保氣體滅火劑的濃度能夠在較短時間內達到設計要求。同時，還要考慮設置合適的排氣裝置，保證滅火后的通風換氣需求。

對于機械設備區域，如水輪機層、泵房等場所，可采用自動噴水滅火系統作為主要滅火設施。這類系統要根據不同區域的火災危險等級，選擇適當的噴頭型式和布置方式。在存在油類火災風險的區域，需要配置泡沫滅火設備作為補充，并設置相應的泡沫儲存裝置和輸送系統。在電纜隧道等特殊區域，考慮到傳統噴水滅火系統可能造成較大水損，可采用細水霧滅火系統。細水霧具有良好的冷卻和窒息效果，同時用水量小，能夠在確保滅火效果的同時，最大限度減少水損。系統設計時需要特別注意壓力要求和噴頭布置，確保細水霧能夠有效覆蓋保護區域。

滅火系統的布置必須考慮操作維護的便利性，包括控制閥門的位置、管網的布置、設備間的布局等。系統的所有組件都應便于日常檢查和維護，確保在緊急情況下能夠快速可靠啟動。同時，要建立完善的聯動控制機制，將火災探測、報警、滅火系統進行有機結合，實現自動化控制。控制系統還應具備手動操作功能，作為自動控制的補充和備份。在系統設計時，還需要充分考慮環境因素對滅火效果的影響，如環境溫度對氣體滅火劑的充裝量計算、通風條件對滅火劑濃度的影響等，都需要在設計中給予充分考慮。通過合理確定系統參數和保護范圍，最終確保滅火系統能夠在火災發生時發揮最大效能。

（三）消防供水系統

水利工程消防供水系統的設計需要確保供水可靠性和充足性。系統水源可采用工程自身的水資源，如上游水庫、調節池等，需要設置專用取水口和消防水泵，確保消防用水不受工程運行水位變化的影響。供水管網的布置要形成環狀，提高供水可靠性，并在適當位置設置消火栓和消防水泵接合器。對于高危場所，需要設置高位消防水箱或增壓設施。消防泵房的設置應考慮防洪要求，確保在極端情況下仍能正常運行。供水系統的壓力和流量要滿足最不利點的要求，并考慮多處同時用水的情況。在寒冷地區，還需采取防凍措施，確保系統全天候可用。系統設計還應包括備用電源和備用泵的配置，形成雙路供水保障。

（四）應急疏散與救援

水利工程的應急疏散與救援設計必須充分考慮工程布局復雜、空間狹長等特點。疏散通道的設置要確保安全距離滿足規范要求，并設置明顯的疏散指示標志和應急照明設施。在地下廠房等場所，要特別注意防煙排煙系統的設計，確保疏散通道的環境安全。救援設施的配置要考慮消防車的通行條件，設置足夠的救援場地。在重要區域設置消防電梯，方便救援人員快速到達火災現場。應急照明和通信系統要確保在火災情況下仍能正常工作，支持疏散引導和救援指揮。對于特殊場所，如油庫、化學品庫等，要制定專門的應急預案，配置相應的個人防護裝備和救援器材^[2]。

四、水利工程消防設計的發展方向

（一）智能化與自動化

水利工程消防設計的智能化與自動化是未來發展的重要趨勢。通過引入物聯網技術，實現消防設施的在線監測和智能管理，包括設備運行狀態監測、故障預警、維護提醒等功能。采用人工智能技術進行火災早期預警，通過大數據分析提高火災識別的準確性，減少誤報和漏報。建立智能化的消防控制中心，實現消防系統與其他系統的協同聯動，如與視頻監控、門禁系統的集成，提高火災處置的效率。同時，發展基于BIM技術的消防設計和管理平臺，實現消防設施的可視化管理和優化配置。智能化系統還應具備自學習能力，能夠根據歷史數據不斷優化響應策略，提高系統的適應性和可靠性。

（二）新型滅火材料與技術

隨著科技的進步，新型滅火材料和技術不斷涌現，為水利工程消防設計提供了新的選擇。環保型滅火劑的研發和應用，如新型清潔氣體滅火劑、水基型滅火劑等，既能確保滅火效果，又能減少環境影響。納米材料在防火材料領域的應用，提高了防火性能和使用壽命。新型滅火技術如超細干粉、壓縮空氣泡沫等，在特殊場所的火災防控中發揮重要作用。同時，要注重新材料、新技術的實際應用效果評估，建立完善的技術標準和應用規范。在環保要求日益嚴格的背景下，綠色環保的滅火材料將成為研究重點。

（三）綜合防災體系

未來水利工程的消防設計將更加注重與其他防災系統的整合，構建綜合防災體系。這包括火災、洪水、地震等多災種的協同防控，實現信息共享和聯動響應。在設計階段，要考慮各類災害的相互影響，如洪水對消防設施的影響、地震對消防水源的破壞等，采取相應的防護措施。建立統一的災害風險評估體系，科學確定防護等級和措施。發展應急資源的智能調度技術，提高多災種情況下的應急處置能力。加強與周邊區域防災減災體系的銜接，形成區域聯防聯控機制。同時，注重防災設施的韌性設計，提高系統在極端情況下的生存能力。

結語

水利工程的消防設計是保障其安全運行的重要環節，必須綜合考慮火災風險、工程功能及經濟性。在設計過程中，需結合工程特點，合理選擇消防技術和設備，同時注重后期的運行與維護管理。未來，隨著技術的不斷進步，水利工程消防設計將朝著更加智能化、綜合化的方向發展，為水利工程的安全運行提供更有力的保障^[3]。

參考文獻

[1]任福田，等編著.交通工程學（第二版）[M].人民交通出版社，2008.

[2]王煒，陳學武編著.交通規劃[M].人民交通出版社，2007.

[3]莊嚴，羅輯.促進城市交通發展、走城市交通可持續發展之路[J].交通工程通訊，2002（02）：45-47.

作者簡介：樂貴培（1987— ），男，彝族，云南鳳慶人，本科，中級職稱，研究方向：水利工程消防。