民用建筑高大空間自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：在大型民用建筑，尤其是高大空間建筑的設(shè)計(jì)中，前期自動噴水滅火系統(tǒng)規(guī)劃的合理性，直接關(guān)系到建筑本體的安全運(yùn)營以及人員和財(cái)產(chǎn)的安全。以某大型美術(shù)館中央展廳為例，聚焦其自動噴水滅火設(shè)計(jì)難點(diǎn)，完成了下方自動掃描射水高空水炮的設(shè)備選型及布置規(guī)劃工作。同時，對上方濕式自動噴水滅火系統(tǒng)基于面積作用法進(jìn)行了給水管網(wǎng)水壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了自動掃描射水高空水炮裝置和常規(guī)濕式自動噴水滅火系統(tǒng)在實(shí)際案例中的應(yīng)用，為同類民用建筑高大空間場景的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：高大空間；高空水炮；自動噴水滅火系統(tǒng)

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）10-0099-03

0 引言

根據(jù)GB50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡稱《建規(guī)》），高層建筑的定義為建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的非單層廠房、倉庫和其他民用建筑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有高層民用建筑約100萬棟[1]，這一現(xiàn)狀也使得火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。數(shù)據(jù)表明，火災(zāi)煙霧通過高大建筑豎向管井的蔓延速度可達(dá)2.25～4.5m/s[2]。因此，高層建筑火災(zāi)防范主要依靠其內(nèi)部滅火設(shè)施自救。高層建筑大空間因凈空高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，對自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性與適用性提出挑戰(zhàn)[3]。本文主要對民用建筑高大空間的自動噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

1 項(xiàng)目簡介

選取國內(nèi)某座大型美術(shù)館作為研究對象，整座美術(shù)館建筑空間面積近40000m2，主體結(jié)構(gòu)包含13間常規(guī)展廳和1間高達(dá)34.4m的巨型中央展廳（基底17m×17m，高34.4m）[4]，此超大凈空是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)，主要用途為高大藝術(shù)品布展。此外，因無法限定展品的外形尺寸和耐火等級，整個中央展廳的立體空間均為自動滅火的需求范圍。同時，按照《建規(guī)》規(guī)定，該美術(shù)館劃分為高層民用建筑，且屬于可能造成重大人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和嚴(yán)重社會影響的重要公共建筑。由于館內(nèi)人員密集、參展藝術(shù)品往往具有不可替代的文化價(jià)值等特殊性，需要對該大型美術(shù)館中央展廳的自動噴水滅火方案進(jìn)行專門設(shè)計(jì)和定制。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)難點(diǎn)

水基滅火的機(jī)理是通過水接觸燃燒物攝取熱量，起到冷卻作用；同時產(chǎn)生水蒸氣隔絕空氣，進(jìn)一步阻止燃燒。此外，水槍噴射的壓力水流沖擊力可沖散燃燒物，顯著減弱燃燒趨勢[1]。因此，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范選取對應(yīng)的滅火系統(tǒng)，否則，當(dāng)超過設(shè)計(jì)高度時，可能達(dá)不到滅火效果。依據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》）和《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對于凈空高度在12m以下的建筑，可選閉式自動噴水滅火系統(tǒng)（包括濕式、干式、預(yù)作用系統(tǒng)）進(jìn)行保護(hù)；而12m以上大空間場所的自動噴水滅火系統(tǒng)，可選用雨淋系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、固定消防水炮滅火系統(tǒng)或大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)等技術(shù)方案。對本項(xiàng)目中央展廳進(jìn)行場景分析后發(fā)現(xiàn)，雨淋系統(tǒng)無法適用，原因是若出現(xiàn)誤報(bào)警引發(fā)全域淋雨，會導(dǎo)致珍貴藝術(shù)品全面受淋，進(jìn)而產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)損失，甚至文化破壞。對于水幕系統(tǒng)，其形成的水簾幕主要用于分隔和冷卻，無法直接滅火；固定消防炮射程一般高達(dá)50m，且流量較大，遠(yuǎn)超展廳的實(shí)際需求，固定炮需手動調(diào)整，滅火響應(yīng)的及時性相對較差。可見，單獨(dú)選擇某種滅火技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中央展廳的超高凈空保護(hù)高度需求。

為解決此設(shè)計(jì)難點(diǎn)，計(jì)劃引入“模塊化拆分設(shè)計(jì)”解決思路，將復(fù)雜的高大空間自動滅火整體系統(tǒng)，拆解為具備獨(dú)立功能的“局部模塊”，通過模塊的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化適配與協(xié)同聯(lián)動，最終實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。具體來講，就是基于“高低結(jié)合，分層滅火”的原則，分區(qū)域單獨(dú)配置自動噴水滅火系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對高大中央展廳的自動噴水滅火全覆蓋。

3 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1" 方案規(guī)劃

中央展廳下部空間計(jì)劃采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置，其原理為通過探測系統(tǒng)實(shí)時掃描感知火災(zāi)信號，經(jīng)處理器智能識別確認(rèn)坐標(biāo)，驅(qū)動機(jī)械機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)火源，最終噴射水柱實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)滅火。根據(jù)《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，自動掃描射水高空水炮滅火裝置用于撲救中危險(xiǎn)級場所火災(zāi)時，單臺裝置流量不小于10L/s，保護(hù)半徑為28m，且至少有2臺裝置的射流能同時到達(dá)任一保護(hù)部位[5]。經(jīng)中國消防產(chǎn)品信息網(wǎng)查詢，項(xiàng)目場景可選多種產(chǎn)品型號，其保護(hù)半徑均超34m，但垂直俯仰角度最大僅120°，即使按最大安裝高度22m、仰角按30°計(jì)算，側(cè)壁滅火覆蓋高度可達(dá)31.8m，中軸線頂部滅火高度僅26.9m，其上方空間無法實(shí)現(xiàn)自動噴水滅火；同時，發(fā)生火災(zāi)后熱氣流會上升聚集到空間頂部，造成頂部遮陽簾熱源聚集，加重火災(zāi)再生風(fēng)險(xiǎn)。

為解決此問題，需引入另一種自動滅火裝置，聯(lián)合負(fù)責(zé)上方空間的滅火作業(yè)，選擇常規(guī)濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，并將其安裝在頂部吊頂下方，實(shí)現(xiàn)對吊頂下方垂直8m范圍內(nèi)的自動滅火覆蓋。然而，該系統(tǒng)以下的空間超出了系統(tǒng)保護(hù)范圍，噴頭出水沖擊作用減弱，無法達(dá)到滅火效果。因此，針對8m以下空間，在展廳兩側(cè)墻壁距離地面22m處安裝2臺自動掃描射水高空水炮，以實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控與滅火管控，當(dāng)裝置探測到上方火情時，會自動掃描火點(diǎn)，鎖定噴嘴角度，并對準(zhǔn)火點(diǎn)精準(zhǔn)射水。兩種滅火系統(tǒng)的具體布置見圖1，可實(shí)現(xiàn)中央展廳高大空間的上方和下方的自動滅火全覆蓋。

3.2" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

對于民用建筑自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了上述方案規(guī)劃布置外，還應(yīng)對選定方案開展設(shè)備選型工作，并進(jìn)行詳細(xì)的水力計(jì)算。

根據(jù)項(xiàng)目場景，自動掃描射水高空水炮的型號為ZDMS0.7/10S-FLD353，額定流量為10L/s，額定壓力0.7MPa，保護(hù)半徑35m，噴射水平旋轉(zhuǎn)360°，垂直仰角30°、俯角90°，對應(yīng)的給水管道按產(chǎn)品安裝說明配置，即可滿足圖1規(guī)劃要求。吊頂上方自動噴水滅火系統(tǒng)需進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括噴水強(qiáng)度、作用面積、持續(xù)噴水時間等，本文主要聚焦于整個上方系統(tǒng)給水管道水壓的設(shè)計(jì)。

根據(jù)《噴規(guī)》要求，噴水強(qiáng)度為6L/（min·m2），作用面積F為160m2，形狀呈長方形。在作用面積內(nèi)，布置噴頭數(shù)n為15個，噴頭處壓力為0.1MPa，安裝標(biāo)高按36.4m（給水管中心線標(biāo)高以-2m計(jì)），布置形式見圖2。

采用作用面積法[6]進(jìn)行管道水力計(jì)算。民用建筑高大空間場所，當(dāng)采用閉式系統(tǒng)且保護(hù)高度范圍處于8～12m時，可選用K=115的快速響應(yīng)噴頭[7]。結(jié)合噴頭壓力，可計(jì)算每個噴頭的噴水量q0=K=1.91L/s，進(jìn)而得到作用面積內(nèi)的設(shè)計(jì)秒流量為28.65L/s，大于理論秒流量17.28L/s。同時，根據(jù)圖2布置圖，作用面積內(nèi)最不利點(diǎn)處4個噴頭所組成的保護(hù)面積F4為46.08m2，每個噴頭的保護(hù)面積F1為11.52m2，其平均噴水強(qiáng)度為：q==9.98L/（min·m2）＞6.0L/（min·m2），說明設(shè)備選型和布置符合工程參數(shù)要求。

根據(jù)布置圖，計(jì)算管段壓力總損失為：∑Pp=1.2×（25+22+49+40+16+5+7+4+2+8）+20=233.6kPa，進(jìn)而計(jì)算系統(tǒng)入口所需的水壓H：

H=（1.2～1.4）∑Pp+P0+Z=（1.2～1.4）×233.6+0.1×100+36.4×10≥744.3kPa；

式中：∑Pp——管道的沿程和局部水頭損失的累計(jì)值，kPa；

P0——最不利點(diǎn)處噴頭的工作壓力，kPa；

Z——最不利點(diǎn)處噴頭與消防水池的最低水位或系統(tǒng)入口管水平中心線之間的高程差，kPa；

上方濕式自動噴水滅火系統(tǒng)的給水管網(wǎng)壓力需達(dá)到744.3kPa，可滿足整個上方8m空間的自動噴水滅火需求。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，上方濕式自動噴水滅火系統(tǒng)和下方自動掃描射水高空水炮滅火裝置形成了“立體交叉覆蓋”的全域滅火保護(hù)空間。經(jīng)與當(dāng)?shù)叵拦芾聿块T合議確認(rèn)，此方案充分考慮了中央展廳高大空間的特殊自動滅火需求，符合國家現(xiàn)行的消防法規(guī)。

4 結(jié)束語

本文以大型美術(shù)館中央展廳為研究對象，對民用建筑高大空間的自動噴水滅火系統(tǒng)展開了詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)劃，考慮了中央展廳實(shí)際場景下滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，提出采用濕式自動噴水滅火系統(tǒng)和自動掃描射水高空水炮滅火裝置聯(lián)合應(yīng)用的滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，完成了自動噴水滅火方案的聯(lián)合規(guī)劃布置圖繪制。同時，完成兩種自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)備選型，基于作用面積法對濕式滅火系統(tǒng)給水管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算。文章提出一種以“高低結(jié)合，分層滅火”為原則的自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了對民用建筑高大空間自動滅火的全覆蓋，致力于構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)時代下的“智慧消防”體系[8]。未來將在施工層面進(jìn)一步開展深入研究和迭代，為民用建筑高大空間的消防滅火系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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