某大型商業(yè)綜合體中庭高大空間消防給水設計

摘要：大型商業(yè)綜合體中庭高大空間因凈空高、結(jié)構(gòu)復雜等，對消防給水設計的安全性與適用性提出挑戰(zhàn)。以濟南某綜合體為例，聚焦中庭消防給水系統(tǒng)，系統(tǒng)分析其組成架構(gòu)與設計參數(shù)，重點探討水源保障、管網(wǎng)優(yōu)化及設施選型等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以期通過系統(tǒng)性設計，為同類項目提供路徑，助力解決中庭高大空間消防給水設計的共性問題。

關(guān)鍵詞：大型商業(yè)綜合體；高大空間；消防給水

中圖分類號：TU892" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）07-0096-03

0 引言

大型商業(yè)綜合體為追求空間的開放性與商業(yè)價值，常設置跨越多樓層的中庭高大空間，此類區(qū)域具有凈空高、結(jié)構(gòu)通透、人員密集等特點，但也面臨火災蔓延速度快、撲救難度大等挑戰(zhàn)[1]?，F(xiàn)行GB55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》、GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等，雖對消防設施布置提出原則性要求，但針對中庭豎向鏤空不一致、玻璃屋頂?shù)忍厥鈽?gòu)造，缺乏具體的設計指引[2]，對消防給水系統(tǒng)的精細化設計，需結(jié)合工程案例深入分析。

1 項目基本概況

項目位于濟南市核心商圈，是總建筑面積約25.6萬m2的大型綜合體，包含2棟超高層塔樓、6層裙樓商業(yè)及3層地下室。裙樓設置8處凈空高度9.2～32.7m的中庭，平面形狀不規(guī)則且存在樓板豎向錯位現(xiàn)象，部分區(qū)域凈高超25m，導致傳統(tǒng)噴頭覆蓋困難。依據(jù)《建筑防火通用規(guī)范》及《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，項目需設室內(nèi)消火栓、自動噴水及噴射型自動射流滅火系統(tǒng)，其中消火栓需滿足兩股水柱保護，自動噴水系統(tǒng)按8～15L/（min·m2）噴水強度分區(qū)設計，超18m的區(qū)域采用噴射裝置交叉覆蓋，消防水池的有效容積為1080m3，以保障水量需求。

2 消防給水系統(tǒng)組成與設計參數(shù)

2.1" 系統(tǒng)架構(gòu)與功能定位

項目消防給水系統(tǒng)采用三級防控、協(xié)同聯(lián)動架構(gòu)?；A供水層由市政管網(wǎng)、消防水池及高位水箱組成，負責水源儲存與初期供水。系統(tǒng)傳輸層包括消火栓泵、自噴泵、射流泵及環(huán)狀管網(wǎng)。末端滅火層由室內(nèi)消火栓、灑水噴頭、自動射流滅火裝置組成。

2.2" 設計流量與用水量計算

2.2.1" 消火栓系統(tǒng)

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，一類高層公共建筑室內(nèi)消火栓設計流量40L/s，火災延續(xù)時間3h，用水量：

V1=40×3×3600/1000=432m3

2.2.2" 自動噴水滅火系統(tǒng)

按中庭不同高度分區(qū)設計：

8～12m區(qū)域：噴水強度12L/（min·m2），作用面積160m2，設計流量：

Q1=12×160/60=32L/s

12～18m區(qū)域：噴水強度15L/（min·m2），作用面積200m2，設計流量：

Q2=15×200/60=50L/s

取最大分區(qū)流量50L/s，持續(xù)時間1h，用水量：

V2=50×1×3600/1000=180m3

2.2.3" 噴射型自動射流滅火系統(tǒng)

針對＞18m區(qū)域，單臺裝置流量10L/s，2臺同時工作，設計流量20L/s，持續(xù)時間1h，用水量：

V3=20×1×3600/1000=72m3

2.2.4" 消防水池總?cè)莘e?

考慮同時火災起數(shù)為1起，總用水量：?

V=V1+V2+V3=432+180+72=684m3

結(jié)合規(guī)范要求的富余量，最終確定消防水池有效容積1200m3（分兩座，每座600m3）。

2.3" 系統(tǒng)獨立性與協(xié)同設計

2.3.1" 豎向分區(qū)策略

因建筑高度達135m，采用轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)分區(qū)供水：

低區(qū)：系統(tǒng)工作壓力≤1.2MPa，由地下室消防水泵直接供水。

高區(qū)：通過15層轉(zhuǎn)輸水箱及轉(zhuǎn)輸泵接力供水，確保高區(qū)最不利點消火栓動壓≥0.35MPa。

2.3.2" 多系統(tǒng)管網(wǎng)互聯(lián)

消火栓系統(tǒng)與自動滅火系統(tǒng)共用地下室環(huán)狀干管，但在各樓層分支管處設置獨立閥門：消火栓管網(wǎng)沿中庭結(jié)構(gòu)柱敷設DN150豎管，每層設置2組消火栓。自噴與射流管網(wǎng)，在中庭頂部設置獨立環(huán)狀管網(wǎng)，射流裝置供水管與自噴管網(wǎng)通過單向閥連接。

3 水源及水量保障關(guān)鍵技術(shù)

3.1" 高位消防水箱設置

根據(jù)規(guī)范，一類高層公共建筑高位水箱有效容積≥50m3，項目設置2座不銹鋼水箱，布置于塔樓屋頂，水箱最低有效水位與裙樓6層最不利消火栓高差45m，提供靜壓0.45MPa。

補水系統(tǒng)采用兩路DN50進水管，分別連接市政管網(wǎng)與消防水池，浮球閥與電動閥聯(lián)動控制，補水時間≤8h。

穩(wěn)壓裝置配置變頻穩(wěn)壓泵組及氣壓罐，維持系統(tǒng)壓力0.4～0.45MPa，壓力波動控制在±0.01MPa以內(nèi)。

3.2" 消防水池容積與補水策略

引入雨水回收系統(tǒng)，將中庭玻璃屋頂雨水經(jīng)處理后接入消防水池，初期棄流30m3，有效回收量360m3，可替代40%的消防用水量，最終消防水池容積調(diào)整為720m3。

兩座消防水池通過DN200連通管及電動閥連接，平時獨立運行，火災時聯(lián)動開啟閥門實現(xiàn)互為備用[3]。水池內(nèi)設液位傳感器與報警系統(tǒng)，當單池水位低于設計值50%時自動啟動補水泵。

3.3" 市政供水與備用電源保障

項目接入兩路市政供水，在地下室設置DN300水表井，水表前設置倒流防止器與泄壓閥。室外消火栓系統(tǒng)與市政管網(wǎng)直接連接，火災時優(yōu)先使用市政水源，不足時啟動消防水泵從水池吸水。消防水泵房、高位水箱間及報警閥間設置雙電源切換裝置，備用電源采用柴油發(fā)電機，重要設備設置UPS備用電源。

4 消防管網(wǎng)布置設計策略

4.1" 環(huán)狀管網(wǎng)布局與冗余設計

在中庭各樓層走道吊頂內(nèi)敷設DN200熱鍍鋅鋼管環(huán)狀管網(wǎng)，管道間距≤50m，形成雙環(huán)互通結(jié)構(gòu)。內(nèi)環(huán)沿中庭周邊結(jié)構(gòu)柱布置，距玻璃幕墻1.5m，連接消火栓與近區(qū)噴頭。外環(huán)沿商鋪背面墻體敷設，連接遠區(qū)噴頭及報警閥組，內(nèi)外環(huán)通過4組DN150聯(lián)絡管連接，確保任意管段檢修時，其余管網(wǎng)仍能滿足70%設計流量[4]。在中庭四角結(jié)構(gòu)柱內(nèi)設置4組DN150立管，立管采用溝槽式連接，每層設置檢修閥，立管間距25～30m，滿足“立管間距≤50m”的要求[5]。

4.2" 分區(qū)供水與壓力控制

根據(jù)系統(tǒng)工作壓力限值，低區(qū)直接由地下室消火栓泵（H=150m）供水，在4層設置減壓閥組，將1～2層消火栓動壓控制在0.5MPa以內(nèi)。高區(qū)通過15層轉(zhuǎn)輸水箱及轉(zhuǎn)輸泵接力供水，高區(qū)管網(wǎng)工作壓力1.5MPa，最不利點消火栓動壓0.4MPa。

在水泵出水管設置微阻緩閉止回閥與水錘消除器，當水泵突然停轉(zhuǎn)時，止回閥在1～2s內(nèi)緩慢關(guān)閉，水錘消除器吸收管路中瞬時高壓[6]。

4.3" 水力計算

水流速度：消火栓管網(wǎng)≤2.5m/s，自噴管網(wǎng)≤5m/s，射流管網(wǎng)≤10m/s。?

沿程水頭損失：采用海曾-威廉公式，DN200管道流量40L/s時，比摩阻0.012MPa/m。

局部水頭損失：按沿程損失的20%計算，管網(wǎng)總水頭損失控制在0.5MPa以內(nèi)。

5 消防給水設施選型與安裝

5.1" 消火栓系統(tǒng)適應性設計

5.1.1" 無墻體區(qū)域消火栓暗裝

針對1～2層玻璃幕墻區(qū)域無實體墻體的問題，選用超薄型不銹鋼消火栓箱，嵌入結(jié)構(gòu)柱凹槽內(nèi)[7]。箱門采用與幕墻同材質(zhì)的鋁合金框架防火玻璃門，開啟角度≥120°[8]。箱內(nèi)配置DN65消火栓、25m襯膠水帶、φ19mm水槍及DN25消防軟管卷盤，水帶采用魔術(shù)貼固定。

5.1.2" 高凈空區(qū)域消火栓布置

在凈空＞20m的中庭A周邊，按“上下錯位、交叉覆蓋”原則布置消火栓：1～3層消火栓間距20m，安裝高度1.1m；4～6層消火栓間距25m，安裝高度1.3m，確保任意點有兩股水柱夾角≥30°、≤150°，覆蓋范圍無盲區(qū)。

5.2" 自動滅火系統(tǒng)協(xié)同覆蓋技術(shù)

5.2.1" 噴頭與射流裝置分區(qū)配置

針對中庭豎向高度差異，采用“三段式”覆蓋策略。低層區(qū)：布置下垂型大流量噴頭，間距3.6m×3.6m，距玻璃幕墻0.8m，避免幕墻玻璃破裂對噴頭的影響。中層區(qū)：采用特殊響應噴頭，間距3.0m×3.0m，噴頭濺水盤距吊頂0.3m，確保熱煙氣有效觸發(fā)。高層區(qū)：設置自動跟蹤定位射流裝置，安裝于屋頂鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下方，距玻璃屋頂1.5m。

5.2.2" 高溫環(huán)境噴頭選型?

針對玻璃屋頂下方夏季高溫，選用公稱動作溫度79℃的噴頭。同時在噴頭上方設置100mm×100mm金屬防護板。

5.3" 報警閥組與水泵接合器布置

5.3.1" 報警閥組分區(qū)控制

按防火分區(qū)設置濕式報警閥組，每個閥組控制噴頭數(shù)≤800只，中庭區(qū)域單獨設置12組報警閥，布置于每層管道井內(nèi)，尺寸2m×1.5m×2m，距離水力警鈴≤15m，報警閥進出口壓力差控制在0.05MPa以內(nèi)，確保水流指示器與壓力開關(guān)聯(lián)動信號準確。

5.3.2" 水泵接合器設置?

在中庭周邊市政道路旁均勻布置8臺水泵接合器，間距15m，距室外消火栓30m，采用墻壁式安裝，并在接合器上方設置防雨罩。接合器與室內(nèi)管網(wǎng)連接管采用DN150熱鍍鋅鋼管，管長≤10m。

6 技術(shù)難點解決方案與實施效果

針對中庭高大空間消防給水設計中的典型難題，采取了針對性解決方案：對于豎向鏤空錯位導致的噴頭保護盲區(qū)，在中庭B的2層挑空邊緣增設上噴式噴頭、5層對應位置設置下噴式噴頭，使該區(qū)域噴水強度達12L/（min·m2），滿足中危險級Ⅱ級要求；針對玻璃幕墻區(qū)域消火栓安裝與建筑外立面的沖突，采用結(jié)構(gòu)柱暗裝消火栓箱與幕墻龍骨一體化設計，經(jīng)實測開啟阻力≤50N，兼顧功能與美觀；針對超凈高區(qū)域滅火效率問題，在中庭A頂部設置4臺自動射流裝置，與下層噴頭形成“立體交叉覆蓋”，實體火災試驗顯示，裝置45s內(nèi)定位火源并啟動射流，120s內(nèi)控制火勢，有效解決了特殊構(gòu)造下的消防覆蓋與效率難題。

7 結(jié)束語

本文構(gòu)建了中庭高大空間消防給水設計的技術(shù)框架，提出的水源保障、管網(wǎng)及設施選型策略已在工程實踐中驗證有效性，實現(xiàn)了消火栓全覆蓋、噴頭與射流裝置協(xié)同滅火的目標。未來研究可聚焦智慧消防技術(shù)應用，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)實時監(jiān)測與智能調(diào)控，為大型商業(yè)綜合體消防安全提供更完善的技術(shù)支撐。

參考文獻

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