大型城市商业综合体高空水炮设计及应用

程宏伟 刘德明

(1.福建省建筑设计研究院 福建福州 350000；2.福州大学土木工程学院 福建福州 350108)



大型城市商业综合体高空水炮设计及应用

程宏伟1刘德明2

(1.福建省建筑设计研究院 福建福州 350000；2.福州大学土木工程学院 福建福州 350108)

从大空间建筑的消防特点出发，着重介绍了自动扫描射水高空水炮灭火装置的技术要点，并分析了实际工程应用中遇到的一些现实问题。

大空间建筑；自动扫描射水高空水炮灭火装置；设计要点；问题分析

0 引言

近年来，各种高大空间建筑在全国各地不断兴建。传统的消防灭火设计方案难以满足此类建筑的消防要求，于是大空间智能型主动喷水灭火装置应运而生，自动扫描射水高空水炮灭火装置便是其中之一。自动扫描射水高空水炮(以下简称“高空水炮”)系智能型灭火装置，具有自动探测、判定火源、启动系统、主动灭火的功能，适用于空间高度高、容积大、火场温度升温慢、难以设置传统闭式自动喷水灭火系统的场所。高空水炮出现充实了建筑高大空间消防灭火的技术手段，在工程中逐步得到了推广应用，但同时也产生了如何掌握设计技术要点，正确、合理应用高空水炮，尤其在大空间建筑消防中应用等系列问题。本文将针对应用中一些现实问题进行总结和分析探讨，供工程设计参考。

1 大空间建筑消防特点

《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》[3]中对大空间场所的解释是民用和工业建筑物内净空高度大于8m，仓库建筑物内净空高度大于12m的场所。此类建筑功能多样，结构不同，但在消防方面也有一些共同的特点。比如大空间建筑通风性较好，可燃物往往较多，火灾蔓延迅速；人员密集，火灾时疏散困难；建筑本身多采用钢结构，随着火势的蔓延，若温度达到了钢的变形极限，建筑易发生崩塌。因此大空间建筑对消防安全提出了更加严格的要求，但是传统消防灭火方式在大空间建筑中进行应用存在局限。

传统建筑中，消火栓灭火系统因为满足保护距离的要求，消火栓一般布设在楼梯间、走廊以及靠近柱、墙的位置。但是大空间建筑跨度大、占地面积大，消火栓如果仅仅布置在靠墙的位置，场地中心区域则会因满足不了消火栓保护距离的要求而成为防火盲区。其次，根据我国现行规范，采用自动喷水灭火系统的一般民用建筑的净空高度不应超过8m，会展中心等建筑的净空高度不应超过12m。很显然，大空间建筑不在此列。若在其顶端安装自动喷水灭火系统，相对于过高的空间，火苗的烟气温度往往难以使其启动。即便能够启动，喷头喷出的水滴直径和流速都比较小，通常还未达到目标就已经被烟气冲散蒸发，很难起到灭火作用。由此，高空水炮等大空间智能型主动灭火系统的应用愈发广泛，以保证大空间建筑的消防安全。

2 高空水炮技术要点

2.1 高空水炮设计要点

高空水炮装置由智能型探测组件、自动扫描射水高空水炮、机械传动装置、电磁阀组四大部分组成。其中，智能型红外探测组件、自动扫描射水高空水炮和机械传动装置为一体化设置。装置的安装高度为6m～20m，单门水炮的标准喷水流量为5L/s，标准保护半径为20m，标准圆保护面积为1 256m2，标准工作压力为0.6MPa，在大型城市商业综合体中多应用于诸如步行街内的中庭，百货、KTV、影院内垂直交通的自动扶梯旁的竖向贯穿空间、影院的巨幕厅(Imax)和层高大于12m的影厅及其他设有共享空间的区域等超过规定净空高度的场所。

高空水炮作为主动型灭火装置，灭火动作由配套的智能型探测组件感应火点和启动灭火，其启动方式和系统用水量与消火栓系统、自动喷水灭火系统不同，因此在水炮动作和系统用水量的确定上，高空水炮系统应按探测组件的探测工况和保护区域高空水炮布设的具体情况判定。在高大空间中，它替代的是闭式自动喷水灭火系统，而非消火栓系统，故不应按消火栓的灭火思路考虑[4]。那么在考虑系统用水量时，可将高空水炮系统计入湿式自动喷水灭火系统，按两系统中最大一个的设计水量、水压及一次灭火用水量进行确定。当高空水炮的管网与湿式自动喷水灭火系统合并设置时，应同时满足两个系统的其他要求，并能独立运行。

若高空水炮系统为非常高压系统，应设置高位水箱或气压供水装置稳压。高位水箱的安装高度应大于最高一个灭火装置的安装高度1m(仅稳压作用)，水箱容积不应小于1m3，出水管径不小于50mm。高位水箱可与消防水箱合用，水量及高度符合高空水炮供水条件的要求即可。当无条件设置水箱或水箱高度不符合要求时，应设隔膜式气压供水稳压装置。气压罐的有效调节容积不应小于150L，压力应保证最不利一个灭火装置处的最低工作压力要求(较仅设消防水箱稳压的要求高)，稳压泵的流量宜为1个高空水炮的标准喷水流量。此外，当水箱高度无法提高且与水炮高度间距相差不大时，可适当降低高空水炮的安装高度。

2.2 高空水炮布置要点

(1)步行街中庭高空水炮设置点

步行街中庭净高度8m～12m时，如按非仓库类高大净空场所考虑，其闭式自动喷水灭火系统套用国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》的设计参数，喷水强度应为6L/min·m2，作用面积应为260m2。若采用高空水炮，其喷水强度和喷头启动时间便不同于闭式自动喷水灭火系统(喷水强度大，启动时间相对快)。故对于步行街中庭的喷水强度和保护面积可不按空间影响因素(探测、喷水要求等)确定，而是根据周边场地的业态及商场性质，即中危险Ⅱ级喷水强度8L/min·m2、作用面积160m2确定较为合理。

实际上，高空水炮的灭火工况已完全能够达到自动喷水灭火系统的各项保护要求。根据相关资料介绍，高空水炮为集束水流，5L/s集束水流的最远点覆盖面约2.67m2，其喷水强度达到112.35L/min·m2，已超过自动喷水灭火系统要求的最大喷水强度。在保护面积方面，高空水炮为旋转喷射，保护半径为20m，相应的保护面积为1 256m2，同样远大于自动喷水灭火系统的保护面积。同时，高空水炮的开启由探测件启动，其保护区域内所能探测火点的探测组件均能开启高空水炮喷水灭火，喷水覆盖区域较大，因此对于步行街中所对应的保护区域均是全覆盖。因此，高空水炮适用于轻、中危险级的各种场所，满足其喷水强度和保护面积的要求。

(2)百货、KTV、影院自动扶梯中庭高空水炮设置点

百货、KTV、影院场所所处区域的空间形式及场地危险等级、喷水强度、作用面积等设计参数和喷水灭火保护思路与步行街中庭的灭火工况有雷同之处，故此类场地的相关设计参数可按上述分析确定。

(3)影院的巨幕厅和层高大于12m的影厅

影院的巨幕厅(层高约为15m～17m)和层高大于12m的部分影厅，由于其高度已大于非仓库类高大净空场所的范围，故相应设计参数已不适用。设计中通常按《性能化报告》中的要求，以喷水强度8L/min·m2、作用面积不小于260m2确定(相对《喷水规》的设计参数值，其喷水强度有所增加)。当这些场所采用高空水炮替代闭式自动喷水灭火系统时，与上述高空水炮的灭火工况相同，其保护能力均已超过相关设计参数的要求，满足火场灭火需要。

3 高空水炮设计问题分析

3.1 高空水炮系统用水量的问题

城市商业综合体中应用高空水炮的场所，如何确定系统用水量，在部分工程设计案例中尚存在概念不够明确、选用错误的情况。在笔者遇到的部分项目中，系统用水量采用5L/s 、10L/s、20L/s甚至40L/s，随意性较大，而不是根据相关规范和高空水炮布设情况确定。高空水炮用水量按10L/s选用的主要原因是概念上受消火栓给水系统两股充实水柱同时达到要求的影响，认为同一位置应按开启两门高空水炮进行灭火。而用水量按40L/s选用的主要原因是未完全了解高空水炮启用的原理，认为在区域内的高空水炮均应全部开启灭火，未按相关规范来确定系统用水量。

根据自动扫描射水高空水炮的动作原理和组件型式，高空水炮的灭火动作由其配置的探测件探测信号控制，在火灾发生位置周边能够探测到火险影像的探测件均可控制归属的高空水炮实行开启动作，而每个探测件所控制的高空水炮台数由设计配置时确定。因此，高空水炮开启数量和系统用水量由探测件探测工况所确定。在现行的协会标准《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》中有明确的规定：要求按高空水炮探测件的行列布置方式和探测件控制水炮台数确定，由高空水炮和探测件的工况确定高空水炮在同一火点的开启台数，从而计算系统用水量。只有按规范要求和场地高空水炮行列的布设形式，才能确定高空水炮的运行情况，准确选定系统用水量。

3.2 高空水炮布设距离的问题

在部分工程设计中，相邻的两个保护区域距离较近，使各高空水炮布置的距离也较短。从灭火角度分析，这似乎增加了灭火强度和可靠性，但在高空水炮的开启和系统用水量判定上会带来不确定因素。高空水炮的开启数和系统用水量系根据同一区域布置的行列数确定，并未考虑相邻灭火区域。如果两区域火点在相邻高空水炮探测件探测范围，则有可能引发相邻区域的高空水炮动作，使高空水炮开启数和系统用水量上有所增加。所以项目设计中应认真分析高空水炮布置的具体情况，合理考虑特殊因素的存在，准确确定开启数和系统用水量，保证系统安全、可靠的正常运行。

3.3 高空水炮布设位置的问题

高空水炮的动作有一定的仰俯角，因此在扫描射水灭火中存有一定的盲区，特别是高空水炮设置点的下方和后侧均为自身射水的盲区，故需采用一定的方式予以弥补。部分工程项目在商业综合体步行街中庭设有两门以上的高空水炮，但其在布置上采用一字型布置方式。这样在各自的位置下方和后侧就可能存在射水盲区，未能达到完全覆盖的要求。如果在设计中能够采用相对布置的方式，则能既满足保护区域内射水覆盖的要求，又可相互保护相邻高空水炮的下方和后侧，减少盲区产生，达到更好的保护效果。

4 结语

自动扫描射水高空水炮由于其自身的特点和主动型灭火因素，在城市综合商业建筑中的部分场所已得到普遍的应用，也形成了定式。但是由于高空水炮为新型灭火技术和装置，在设置上仍应严格执行相关规范，因此，唯有准确、合理地布置高空水炮和确定探测组件的控制，方可达到完美的效果和预期的灭火目的。

[1] 李永强.大空间建筑消防设计[J].科技信息，2012(5): 571-572.

[2] 陈宝珑.大空间建筑消防设计探析[J].中国高新技术企业，2012(Z2): 24-26.

[3] CECS 236:2009 大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程[S].北京：中国计划出版社,2009.

[4] 程宏伟，刘德明，黄文忠.浅析消防炮灭火系统的应用[J].福建建设科技， 2011(01): 5-7.

Discussion on design and application of large scale city commercial complex elevated fire monitor

CHENGHongwei1LIUDeming2

(1.Fujian Provincial Institute of Architectural Design & Research,Fuzhou 35000;2.College of Civil Engineering of Fuzhou University,Fuzhou 350108)

Starting from the fire characteristic of large space building, this paper highlights the key technology of automatic-scanning elevated fire monitor extinguishing device, and analyze some technical problems encountered in the practical application.

Large space building; Automatic-scanning elevated fire monitor extinguishing device; Design points; Problem Analysis

程宏伟(1955.9- )，男，教授级高级工程师。

E-mail:392902229@qq.com

2016-04-01

TU998.1

A

1004-6135(2016)10-0001-03