大空间建筑消防系统的设计

2005年11月CHINAWATER&WASTEWATERNov.2005

大空间建筑消防系统的设计

杨　民

(同济大学建筑设计研究院,上海200092)

　　摘　要:　大空间高层建筑的空间分隔大,防火分区多,设计中应针对不同条件,根据各消防系统的特点采用合适的灭火系统。各灭火系统还应该满足大空间建筑内火灾烟气模拟分析和疏散分析中提出的要求,即通过消防性能化的设计来确认各灭火系统在火灾中的作用。此外还阐述了工程设计体会,并指出需逐一计算各防火分区内消防系统同时使用的水量,得出一次火灾最大用水量。　　关键词:　大空间高层建筑;　消防系统;　性能化消防设计;　防火分区;　消防用水量

中图分类号:TU892　　文献标识码:C　　文章编号:1000-4602(2005)11-0067-03

DesignforFireSystemofLargeSpaceBuilding

YANGMin

(ArchitecturalDesign&ResearchInstitute,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

　　Abstract:　Thelargespacehigh2risebuildingischaracterizedbylargespacingandmorefiresub2areas.Theproperfireextinguishingsystemshallbeadoptedaccordingtodifferentconditionsandcharac2teristicsofeachfiresystem.Allextinguishingsystemsshallmeettherequirementinmakingsmokesimu2lationanalysisandevacuationanalysis,thatis,thefunctionofeachfireextinguishingsysteminafiredisastershallbeconfirmedthroughfirecharacterizationdesign.Theexperiencesintheengineeringdesignweredescribed,anditisproposedthattotalwaterconsumptionforallfiresystemsusedsimultaneouslyshallbeaddedup,soastoobtainthemaximumwaterconsumptioninonefiredisaster.

　　Keywords:　largespacehigh2risebuilding;　firesystem;　firecharacterizationdesign;　firesub2areas;　firewaterconsumption

　　对以大空间为主、小空间为辅的高层建筑进行消防设计时,应考虑如何兼顾大空间消防系统的有效性和经济性,如何保证建筑物整体美观性和消防设施的安装维护,所以应该在现行规范的基础上,比较各系统的优缺点,结合消防性能化的意见选出合适的系统。在此将建筑内的大空间定义为:民用和工业建筑物内净空高度超过8m、仓库建筑物内净

2

空高度超过12m、建筑面积超过4000m的场所。1　消防系统的选择

111　自动消防水炮系统(firemonitorextinguishing

system)

与其他灭火系统相比,在大空间采用水灭火系

统依然是最适合的,但是受空间高度的影响,一般自动喷水系统的灭火效果受高度影响大,而且安装维护困难,在可燃物不很集中或者被水作用后损失较大的大空间场所,大面积安装自动喷水系统则结构布置不合理,而且灭火带来的二次损失较大。因此,近年来自动消防水炮被越来越多地运用在大空间场所。自动消防炮系统的特点是火灾早期阶段即可实现自动报警,并自动控制消防炮扫描着火点,进行空间定位、定点灭火,由于仅对火灾区域喷洒灭火,减少了对无火灾区域的影响,很大程度上减少了火灾造成的损失。另外消防炮的射程远(可达50m,甚至更远),所以控制的范围大,适合于大空间消防要

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第11期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　　　　　　　第21卷

求。

自动消防炮系统由两部分组成:数控消防炮和控制系统,常用的消防水炮的流量为20L/s,射程为50m。

　　相对于消防水炮而言,智能型自动灭火装置就

好比缩小的和分散的微型水炮,流量、水压较小,因此灭火装置容易结合建筑要求布置,管路也较小,便于铺设;相对于喷淋系统而言,智能型自动灭火装置就好比可以转动的喷头,直接面对火源喷水,因此使用的水量较小,针对性强,缩短了灭火时间。

笔者参与设计的东莞大剧院(原名)工程,其中观众厅有观众席1600座,空间高度为18m,原设计采用快速响应早期抑制喷头系统,按仓库I级危险等级设计,设计水量为75L/s,后来国内出现了智能型主动喷水灭火装置,征得当地消防部门的同意,决定改为自动扫描射水高空水炮灭火装置,观众厅内吊顶下设置二组,设计水量为10L/s。2　消防性能化设计笔者参与设计的东莞国际会议中心工程是典型的大空间建筑,其中底层有一个近1×10m的无柱大空间展厅,净高为28m,采用消防水炮系统,设

计共设2台中规模消防水炮(进口产品),每台水炮的保护半径≥65m。该系统具有360°范围内自动旋转、自动对焦功能并可和报警系统联动,后决定采用国产水炮,共设置4台,按2台水炮同时工作设计,设计流量为120L/s。

112　大空间智能型主动喷水灭火系统(large2space

intelligentauto2sprinklersystem)

2003年广东省颁布了《大空间智能型主动喷水4

2

灭火系统设计规范》,2004年4月1日实施。该系统的采用为大空间消防提供了更为有效的手段。智能型主动喷水灭火系统包括:①智能型灭火装置(大空间智能灭火装置、自动扫描射水灭火装置、自动扫描射水高空水炮灭火装置);②信号阀组;③水流指示器;④供水管道及供水设备。智能型灭火装置包括:①智能型红外探测组件;②大空间大流量喷头;③电磁阀。不同类型智能型自动灭火装置的性能见表1。

表1　不同类型智能型自动灭火装置的性能

Tab.1　Qualificationfordifferentintelligentauto2sprinkler

equipments

目前,我国建筑防火设计一直沿用传统的“处

方式”设计,是根据不同的建筑类别(如厂房、库房、民用建筑等)和使用功能对照规范条款进行设计,这种方法具有很大的局限性,无法充分体现建筑的个体特性,满足功能需要。

性能化防火设计是在对某一特定的建筑进行综合防火性能评估的基础上,设计出特定的符合该建筑的防火安全模式,根据建筑的结构、功能需要、火灾荷载等选择能满足消防安全的各种防火措施,并将这些措施有机地综合、组织起来,构成该建筑的总体防火设计方案,再对该建筑的火灾危险性和危害性进行定量预测和评估,得出一个最优化的方案,以确保在火灾情况下人员和财产不受侵害。以性能为基础的设计方案主要优势在于,把试验研究和计算机模拟得到的关于在一定条件下火蔓延和烟气运动的确定性规律,与从火灾数据统计和概率分析得到的关于火灾发生及其后果的随机性规律进行综合,建立火灾规律的确定性和随机性相结合的理论模型,实现火灾风险的量化及动态评估。它能够精简安全系统设计,并将系统要求及相关成本降至最低。

性能化消防设计包括:确立消防安全目标,建立可量化的性能要求,分析建筑物及内部情况,设定性能设计指标,建立火灾场景和设计火灾,选择工程分析计算方法和工具,对设计方案进行安全评估,制定设计方案并编写设计报告等8个步骤。在设计过程中,需要对建筑物可能发生的火灾进行量化分析,并对典型火灾场景下火灾及烟气的发展蔓延过程进行模拟计算,因此计算的工作量以及各类基础数据的

接口标准喷标准保喷头安设置场所

灭火装直径水流量/护半径装高度净空间最喷水方式

置名称/mm(L・s-1)/m/m大高度/m大空间智能灭DN40火装置自动扫描射水DN20灭火装置

5

<6

2<6

自动扫描射水高空水DN25炮灭火装置

5<20

顶部安装着火点及周<25,架空边圆形区域安装不限扫描洒水顶部安装<6,架空

安装不限,着火点及周>2.5

边墙安装边扇形区域<6

不限,退层扫描洒水平台安装不限顶部安装<20,架空

安装不限,着火点及周>6

边墙安装边矩形区域<20

不限,退层扫描洒水平台安装不限

>6<25

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第11期杨　民:大空间建筑消防系统的设计第21卷

需要量非常大,往往需要采用大型CFD(计算流体

力学)软件等分析和计算工具。

在性能化设计体系中,应将水灭火系统与其他灭火系统以及建筑防火体系联系起来综合考虑,相辅相成。水灭火系统应能够及时灭火,控制火源蔓延,并能减小烟气流动对人员疏散的影响,保证足够的疏散时间。

一门水炮下方区域将只能有另一门水炮扑救,不能满足规范要求,故常常在区域内设置三门水炮。如果炮口采用雾化装置,则在水炮的喷射角度内本门水炮也能扑救自身下方区域的火灾,这时也能采用二门水炮区域保护的方式。4　消防系统设计用水量

消防工程设计体会3　

311　室内消火栓系统

在大空间建筑平面上布置消火栓时,大空间中间部分的室内消火栓无法靠墙或靠柱布置,故应采用落地式消火栓箱,消火栓给水管可埋地或在吊顶

内铺设。

由于大空间建筑内部空间大、分隔复杂,上下层的防火分区往往错位,故消火栓的布置会上下对不齐,造成消防立管多或者消防横支管偏长,为此可采用分层横向成环的管网布置系统,各层和各防火分区内的消火栓可就近接自本层消防横干管,这可大大减少支管数量及长度,而各层消防横干管上需间隔设置检修阀门以保证系统的安全性。312　自动喷水灭火系统

由于大空间建筑空间的划分复杂,每个防火分

区内所包含的消防系统,特别是自动喷水灭火系统会不只一个,因此在计算建筑物一次最大灭火水量时,要逐一计算每个防火分区内的消防水量,得出一个最大值来作为消防水池的储水量。以东莞国际会议中心为例,各消防设施设计用水量见表2。

表2　各消防设施设计用水量Tab.2　Designwaterdemandsofeveryfireextinguishing

facilitym

3

自动喷水自动喷水

室内消防火灭火系统灭火系统雨淋灭消防消防设计火栓

(普通闭(快速响应早火系统水炮用水量分区系统

式喷头)期抑制喷头)一二三四五六七八九十

324

108

348

360360

1296360360

6846841968684684672672672672672

由于建筑内各分割空间的大小、高度、用途等各不相同,故分别采用各种形式喷头的灭火系统。在通常的设计中一组消防泵对应一种系统,而有时一组消防泵会对应二种或更多的系统,如普通闭式喷淋和快速响应早期抑制喷头系统合用一组消防泵。在计算水泵设计扬程及水量时,则应该分别计算系统最不利点的设计水压和系统的最大流量,通过对不同系统的水力计算得出各个系统的设计参数,从而选出合适的水泵参数。同时,由于大空间高层建筑内防火分区的落差较大,同一个系统在不同层数的水压要求不同,会使较低层的出水量大,不到设定的时间消防储水就会用完,这就需要设置减压阀,合理分区供水,另外宜使用恒压切线泵以减小系统中的水压波动。313　消防水炮系统

　　同时作用消防设施设计水量最大值为1968m。

3

由于市政给水管网能够保证二路供水,且供水能力能满足室外消火栓系统用水量,故室外消火栓系统用水由市政管网直接供给,消防水池的贮水量按同时作用消防设施设计用水量确定为1968m,

另按最大合计贮水量的10%加计未预计量(即200

33

m),故消防水池的容积确定为2200m。

3

结论5　

在对大空间建筑进行水灭火系统设计时,应依据现行规范,同时以性能化防火设计方法为重要手段,构建综合的防火体系,并选择有效的灭火系统。

电话:(021)65987788×6042

E-mail:23ym@tjadri.com

根据《固定消防灭火系统设计规范》的要求,室

内消防炮的布置数量不应少于两门,布置高度应保证炮的射流不受上部建筑构件的影响,并应能使两门水炮的水射流同时到达被保护区域的任一部位,相当于消火栓的布置要求。实际设计中,如果只设置二门水炮且为水柱射流,考虑到水炮的喷射角度,

收稿日期:2005-07-07

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