超大體量建筑自動(dòng)消防設(shè)計(jì)探討

1、超大體量建筑自動(dòng)消防設(shè)計(jì)探討潘振欽提要：以單層廠房、貨運(yùn)中心、飛機(jī)維修中心為例，說(shuō)明應(yīng)根據(jù)建筑物（或構(gòu)筑物）的使用功能，火災(zāi)危險(xiǎn)性、建筑物體型高度等具體情況綜合考慮超大體量建筑防火設(shè)計(jì)方案和消防技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：超大體量建筑自動(dòng)消防設(shè)計(jì) 集熱板噴頭0概述隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，超大體量公共建筑、工業(yè)廠房、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)等不斷涌現(xiàn)。這些建筑物在體型大小、空間高度、使用功能、裝修標(biāo)準(zhǔn)等方面均較50至70年代修建的同類(lèi)型 建筑更具現(xiàn)代化、大型化、非標(biāo)準(zhǔn)化。高大空間的民用建筑如：大型劇場(chǎng)、會(huì)展中心、大會(huì)堂、博物館等；生產(chǎn)性建筑如：各種生產(chǎn)類(lèi)別的工業(yè)廠房、飛機(jī)維修庫(kù)、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間等。這些建筑不僅體

2、型大，高度高，除普通生產(chǎn)廠房和儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)外大都有較高的裝修標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是使用功能復(fù)雜、人員密集、火災(zāi)隱患大的建筑。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范第 4.3.2條規(guī)定："室內(nèi)凈空高度超過(guò)8.0m的大空間建 筑，在其頂板或吊頂下可 不設(shè)噴頭"。本條是參照日本消防法規(guī)關(guān)于大型劇場(chǎng)觀眾廳的噴頭布置而提出來(lái)的，主要考慮到噴頭安裝高度太高熱敏元件將達(dá)不到預(yù)期效果。作者認(rèn)為此條規(guī)定適用于某些建筑的中庭或是共享空間等場(chǎng)所，不適用于各種高、大空間建筑。無(wú)疑，在高大型建筑內(nèi)采用普通型噴頭的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到控火、滅火的目的，但亦不能套 用規(guī)范第4.3.2條的規(guī)定不設(shè)噴頭，不加保護(hù)。應(yīng)該根據(jù)建筑物

3、（或構(gòu)筑物）的使 用功能、火災(zāi)危險(xiǎn)性、建筑物體型高度等具體情況綜合考慮建筑防火設(shè)計(jì)方案和消防技術(shù)措施。建筑物的防火安全設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性科學(xué)，是由多專(zhuān)業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、空調(diào)、電氣、給排水專(zhuān)業(yè)）共同采取防范措施的綜合體現(xiàn)，而直接參與撲滅火災(zāi)的當(dāng)屬各種自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)。鑒于國(guó)情和經(jīng)濟(jì)體制的關(guān)系，我國(guó)目前對(duì)于上述高大空間建筑在消防設(shè)計(jì)技術(shù)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和研制、火災(zāi)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制、規(guī)范管理等各方面與國(guó)外相比尚存在一定差距。以水為滅火劑的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在各種類(lèi)型建筑中（除不能用水撲救的建筑或部位外 ）都 是有效，也是最經(jīng)濟(jì)的。高大空間建筑自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的研究中，關(guān)鍵是噴頭構(gòu)造和性能的技術(shù)研究。因?yàn)閲?/p>

4、頭起著探測(cè)火災(zāi)、噴水滅火的作用，滅火效果在很大程度上 取決于噴頭的選擇和布置的合理性。因此,目前許多國(guó)家均在大力研制和開(kāi)發(fā)各種性能的噴頭，如快速響應(yīng)大水力噴頭、大水滴噴頭、自動(dòng)啟閉噴頭、大覆蓋面?zhèn)葔π蛧婎^等。有了具有各種特性的噴頭問(wèn)世，才能使自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣，滅火更 安全可靠。例如：目 前被美國(guó)消防協(xié)會(huì) NFPA 231認(rèn)可的ESFR噴頭的應(yīng)用，使得大型高架倉(cāng)庫(kù)以及空間 高度不超 過(guò)12.0m的大型建筑的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的功能更完善，滅火更安全可靠。列舉以下數(shù)例，意在說(shuō)明高度超過(guò) 8.0m的大型空間如何應(yīng)用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)加以保護(hù)的設(shè)計(jì)技術(shù)措施。另則呼吁有關(guān)科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)部門(mén)更多

5、地投入研制、開(kāi)發(fā)我國(guó)自己的特種性能?chē)婎^，以完善和提高自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)功能。1實(shí)例之一某工程單層廠房占地面積約 30000nt屬丙類(lèi)生產(chǎn)類(lèi)別，按建規(guī)規(guī)定該廠房除了應(yīng)設(shè)置消火栓滅火系統(tǒng)外，還應(yīng)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。廠房平均高度8.30m,廠房?jī)?nèi)有四處 采光天窗（兩處面積720nt兩處面積540品）。由于采用豎式天窗，故采光天窗處屋面比其他地方高出3.0m。該處噴頭若吊在屋面板下，則噴頭距地面高度8.0m,噴頭熱敏元件 的動(dòng)作會(huì)受到影響；若選用其他大水力噴頭或是快速響應(yīng)大 水滴噴頭的話(huà)，一方面國(guó)內(nèi)此類(lèi)產(chǎn)品匱乏；另一方面一個(gè)車(chē)間內(nèi)不宜搞二個(gè)不同壓力的噴淋系統(tǒng)（非采光天窗處仍為普通自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)），經(jīng)

6、多次研究比較決定采用加集熱板的輔助技術(shù)措施方案予以解決。集熱板系在高架倉(cāng)庫(kù)內(nèi)分層布置噴頭時(shí)， 當(dāng)分層板上有孔洞、縫隙時(shí)在該處噴頭上方設(shè)置。目的是當(dāng) 發(fā)生火災(zāi)時(shí)噴頭感溫元件能在其上方局部面積內(nèi)迅速聚熱而受到感應(yīng)及時(shí)開(kāi)放噴水。集熱板僅僅是一種輔助技術(shù)措施，最后確定方案如下：廠房?jī)?nèi)按中危險(xiǎn)級(jí)設(shè)防，滿(mǎn)鋪噴頭，噴頭安裝高度一律距地 7.68.1m,距屋面板內(nèi)底距離0 300mm俳 采光天窗處）；在采光天窗處下方噴頭則距采光天窗處屋面板內(nèi)底為03.3m ,噴頭的熱敏元件無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，為此該處噴頭（共約200多個(gè)）每個(gè)噴頭上方均加設(shè)集熱板。集熱板為鋁合金金屬板或白鐵皮板，每塊尺寸300mm： 400mm

7、規(guī)范規(guī)定集熱板面積不應(yīng)小于1200cn2,最小一邊不應(yīng)小于 200mm翻邊20mm例圖1）。板中鉆一小孔，孔徑略大于直徑25mm鍍鋅鋼管外徑，將板套在直徑25mm賁頭連接支管上，然后采用點(diǎn)焊，將板固定在噴頭連接支管上。噴頭距板內(nèi)底 距離為75150mm此時(shí)噴頭朝下安裝，而其它部位不加集熱板的噴頭均朝上安裝。因一圖1集熱板構(gòu)造示意2實(shí)例之二某貨運(yùn)中心原設(shè)計(jì)層高 8.1m,屋頂為金屬承重結(jié)構(gòu)，按有關(guān)規(guī)定設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)噴頭安裝標(biāo)高為距地 7.7m ,后因需要業(yè)主自行決定將鋼屋架連同自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道一起往上提高2.3m。這樣噴頭安裝高度變成距地 10.0m,消防部門(mén)不予驗(yàn)收。后經(jīng)多

8、方研究采用加層安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)方案，即原已安裝的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道及噴頭位置和高度不變，另在下方相同平面、不同高度再增設(shè)一層自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，其噴頭設(shè)在距地7.6m高度，吊在屋架下弦下面。 上面一層噴淋系統(tǒng)作為保護(hù)鋼屋架使用，噴頭朝上安裝，這樣鋼屋架可不再涂刷防火涂料等其他防火措施；下面新增的系統(tǒng)作為保護(hù) 地面上物資使用，但由于噴頭距上方屋面板距離達(dá)2.8m,超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的不大于 150mmi巨離要求。因此,在下面一層每個(gè)噴頭上方均加設(shè)一個(gè)集熱板，集熱板做法同上。3實(shí)例之三某飛機(jī)維修中心，總建筑面積13868nt長(zhǎng)152m,寬91.5m,屋頂為金屬承重構(gòu)件，坡屋面頂最高高度為35.0m

9、,最低31.5m,平均屋面高度33.25m,屬I(mǎi)類(lèi)機(jī)庫(kù)，可同時(shí)停放或維修兩架波音747飛機(jī)。由于屋面平均高度達(dá)33.25m,面積達(dá)13 868m：其保護(hù)對(duì)象又是價(jià)值連城的飛機(jī)，普通的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 是無(wú)能為力的。按飛機(jī)庫(kù)設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50284-98)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)規(guī))有關(guān)規(guī)定，針對(duì)I類(lèi)機(jī)庫(kù)這樣高大空間建筑鋼屋架要保護(hù)，地面停放或維修的飛機(jī)要保護(hù)，以及機(jī)庫(kù)建筑、工作人員和消防救援人員 的安全均應(yīng)得到 有效的保護(hù)。一般飛機(jī)進(jìn)庫(kù)時(shí)其油箱內(nèi)載有燃油，在維修過(guò)程中可能發(fā)生燃油火災(zāi)，其火災(zāi)危險(xiǎn)性大，蔓延速度快， 火災(zāi)損失大，屬?lài)?yán)重危險(xiǎn)級(jí)，按機(jī)規(guī)要求設(shè)置了以下自動(dòng)消防系統(tǒng)(1)泡沫水雨淋滅火系統(tǒng)。該系

10、統(tǒng)的任務(wù)是冷卻屋頂承重金屬構(gòu)件保護(hù)鋼屋架和撲滅機(jī)庫(kù)地面油火, 同時(shí)保護(hù)工作人員疏散和消防救援人員的安全。對(duì)飛機(jī)庫(kù)的滅火設(shè)計(jì)要求應(yīng)是快速反應(yīng)、快速滅火。美國(guó)消防協(xié)會(huì)NFPA 409飛機(jī)庫(kù)防火標(biāo)準(zhǔn)要求30s內(nèi)控制火災(zāi)，60s內(nèi)撲滅火災(zāi)。要在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到控火滅火的目的，唯有采用自動(dòng)化程度高，滅火效果好 的泡沫水雨淋系統(tǒng)。采用泡沫水雨淋系統(tǒng)冷卻屋頂承重金屬構(gòu)件可不再?lài)娡糠阑鸶魺嵬苛?，系一舉兩得的技術(shù)措施。由于飛機(jī)停放和維修區(qū)占地面積大，I類(lèi)機(jī)庫(kù)一個(gè)防火分區(qū)允許建筑面積為5 00030000m,如此大面積的機(jī)庫(kù)內(nèi)泡沫水雨淋滅火系統(tǒng)若不采取分區(qū)限量供水，其消防系統(tǒng)的計(jì)算流量非?？捎^。按機(jī)規(guī)規(guī)定，I類(lèi)機(jī)庫(kù)的

11、泡沫水雨淋系統(tǒng)的泡沫混合液供給強(qiáng)度為6.5L/(min m 2)(當(dāng)采用水成膜泡沫液時(shí))，滅火持續(xù)時(shí)間45min(泡沫混合液連續(xù)供給1 0min，隨后35min噴清水)。按上述規(guī)定系統(tǒng)計(jì)算流量相當(dāng)可 觀，因此宜在平面上進(jìn)行適當(dāng)分區(qū)。按機(jī)規(guī)要求，一個(gè)分區(qū)的最大保護(hù)地面面積不應(yīng)大于1400mt 每個(gè)分區(qū)應(yīng)由 一套 雨淋閥組控制。同時(shí)還規(guī)定泡沫 水雨淋系統(tǒng)的用水量必須滿(mǎn)足以火源點(diǎn)為中心 30m半徑水平范圍內(nèi)所有分區(qū)系統(tǒng) 的雨淋閥組同時(shí)啟動(dòng)的最大用水量。因此在機(jī)庫(kù)平面內(nèi)順長(zhǎng)度方向每10m左右劃成一個(gè)區(qū)共計(jì) 15個(gè)區(qū)，每區(qū)面積927.2m2<1400mL兩個(gè)機(jī)塢頭各分一個(gè)區(qū)，總共17個(gè)區(qū)由17組雨

12、淋閥組控制。 按最不 利著火點(diǎn)為中 心30.0mJP水平半徑范圍內(nèi)所有泡沫雨淋?chē)婎^同時(shí)灑水的要求，其雨淋系統(tǒng)的最大計(jì)算消防用水量為588L/S。(2)由于機(jī)翼面積大于280m2,按規(guī)定還應(yīng)設(shè)置翼下泡沫炮和泡沫槍滅火系統(tǒng)。翼下泡 沫炮滅火系統(tǒng) 是泡沫水雨淋系統(tǒng)的輔助滅火設(shè)施，其功能是將泡沫直接噴射到機(jī)翼和中央機(jī)翼下部的地面，控制和撲滅泄漏燃油發(fā)生的流散火，同時(shí)對(duì)機(jī)身下部有冷卻作用。當(dāng)采用 水成膜泡沫液時(shí)，泡沫混合液的設(shè)計(jì)供給強(qiáng)度不小于4.1L/(min -m2),連續(xù)供給時(shí)間不 小于10min。泡沫槍滅火系統(tǒng)可以與翼下泡沫炮滅火系統(tǒng)合 并設(shè)置，也可與普通消火栓滅火系統(tǒng)合并設(shè)置(此時(shí)應(yīng)自備泡沫液)

13、。泡沫槍采用室內(nèi)消火栓接口，公稱(chēng)直徑 DN 65mm消防水帶長(zhǎng)度不宜小于40.0m,對(duì)于任一著火點(diǎn)必須有兩支泡沫槍同時(shí)到達(dá)。當(dāng)采用水成膜泡沫液時(shí)，一支泡沫槍的泡沫混合液流量不小于4.0L/S ,連續(xù)供給時(shí)間不小于 20min。關(guān)于機(jī)庫(kù)各種滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)技術(shù)問(wèn)題不再一一介紹。4小結(jié)上述實(shí)例僅為了說(shuō)明在各種不同高大空間生產(chǎn)性建筑內(nèi)當(dāng)建筑高度超過(guò)8.0m時(shí)，如何完善自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)措施。對(duì)于儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)特別是高架倉(cāng)庫(kù)等嚴(yán)重危險(xiǎn)性建筑自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)（不能用水保護(hù)的儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)不在此列 ），更是當(dāng)前設(shè)計(jì)中的焦點(diǎn)。 以?xún)?chǔ)存丙類(lèi)物品為例，其儲(chǔ)存對(duì)象為閃點(diǎn) ）60C的液體和可燃固體，一旦發(fā)生火災(zāi)

14、不僅火災(zāi)發(fā)展迅速，蔓延速度快，造成的火災(zāi)損失也大。高架倉(cāng)庫(kù)由于層高高，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范第 4.2.3條要求：（I）設(shè)置在屋 面板下的噴頭 間距不應(yīng)大于2.0m； （U）貨架內(nèi)應(yīng)分層布置噴頭；（W）分層板上如有孔洞、縫隙，應(yīng)在該處噴頭上方設(shè)置集熱板。高架倉(cāng)庫(kù)分層設(shè)置噴頭，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安裝、維護(hù)管理諸方面都比普通庫(kù)房采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)投資大，要求嚴(yán)，維護(hù)管理工作量大。能否簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少投資，又能確保滅火安全，是目前許多國(guó)家正在進(jìn)行研究的一個(gè)課題。其核心是針對(duì)高危險(xiǎn)火災(zāi)且堆積很多貨物的大面積高空間的儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)， 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)采用什么噴頭的問(wèn)題。我國(guó)目前在這方面的技術(shù)投入幾乎是空白

15、，而英、美等國(guó)在這方面作了大量的研究工作。目前有美國(guó)可靠公司（Reloable）的早期滅火快速反應(yīng)（ESFR）噴頭；英國(guó)噴寶的LD型大水滴灑水頭和 ESFR 1型早期壓制快速動(dòng)作灑水頭等專(zhuān)為對(duì)付高危險(xiǎn)度的火災(zāi)。ESFR噴頭有一個(gè)快速反應(yīng)熱敏元件，此元件使該種噴頭比傳統(tǒng)普通噴頭反應(yīng)快得多 （當(dāng)庫(kù)房高度超過(guò) 8.0m時(shí)，熱敏元件的快速反應(yīng)尤其重要 ）o這對(duì)于保證噴頭能及時(shí)開(kāi)放噴水滅火至關(guān)重要，同時(shí)該噴頭在高壓下（噴頭處工作壓力不小于 0.35MPa）噴出大量的水（直彳至19mm賁嘴，在最小壓 力0.345MPa的作用下， ESFR噴頭出流量為6.3L/S） 有足夠的水流量抑制火災(zāi)。ESFR噴頭的另

16、一特點(diǎn)是噴頭在撲滅貨架上部火的同時(shí)，噴頭中心有一股強(qiáng)大的水柱，可以穿過(guò)貨架撲滅在噴頭下方貨架底部的火災(zāi)。因此，安裝了ESFR噴頭，就可以取消分層布置的噴頭，噴頭直接安裝在屋面板下，噴頭間距可達(dá)3.05mo這就大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)也提高了該系統(tǒng)控火、滅火的可靠性。 因?yàn)镋SFR噴頭是以噴出水流的動(dòng)量（高壓和大水滴）直接作用于火災(zāi)物體的表面。ESFR噴頭為自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在高大空間建筑尤其是高架倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用，提供了更完善、更可靠的保護(hù)。ESFR噴頭目前在中國(guó)（廈門(mén)）柯達(dá)工程，美國(guó)戴爾計(jì)算機(jī)（廈門(mén)）新工廠等工程中應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料， 美國(guó)對(duì)安裝ESFR噴頭的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的應(yīng)用條件作了限制。對(duì)于高架倉(cāng)庫(kù)而言：倉(cāng)庫(kù)高度不大于12.2m（40英尺），貨架高度低于10.7m（35英尺）。同時(shí)對(duì)ESFR噴頭的安裝作了極嚴(yán)格規(guī)定，目的是保證系 統(tǒng)更好地發(fā)揮作用。ESFR噴頭滅火系統(tǒng)與我國(guó)儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)等嚴(yán)重危險(xiǎn)等級(jí)建筑自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)比較見(jiàn)表1。表1系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)比較系統(tǒng)類(lèi)別ESFR噴頭系統(tǒng)嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)噴水強(qiáng)度(L/(min m2)40.8615.0作用面積（m2）111.6300噴頭工作壓力（MPa）0.350.10噴頭最大間距（m）3.052.30每個(gè)