高大净空场所消防系统设计分析

何梓翔

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

随着国民经济的持续增长，我国已然成为世界的第二大经济体。在我国的产业与需求的协调发展与持续优化中，我国的产业结构早已产生了深刻调整，从建国初期的农业增加值占国内生产总值比重超过50%，到如今第三产业的增加值比重已超50%。文体、医疗、商业等行业的蓬勃发展成为经济增长的重要引擎。

而文体、医疗、商业等行业日新月异的态势，带来了包含高大净空场所的公共建筑如雨后春笋般的发展趋势。因此，住房和城建部于2017年5月发布的《自动喷水灭火系统设计规范》[1]中，关于高大净空场所的喷淋设计的深化表述以及优化调整，是此版设计规范的重中之重。对于工程设计人员而言，在高大净空场所的消防方案和设计中，如何更好地遵循国家的有关方针政策，执行国家规范，统筹兼顾消防系统设计的安全性、先进性、经济性，以达成消防设计的合理性，一直是高大净空场所公共建筑设计项目的重难点。本文结合若干室内儿童游乐场所的工程实例，对高大净空场所的消防系统设计进行分析。

1 项目概况

1.1 长沙某大型室内儿童乐园项目

该项目坐落于湖南省长沙市，建设用地面积44.93万m2，总建筑面积45.70万m2，其中地上面积30万m2，地下15万m2。该项目主要建筑为多个文化娱乐类的室内儿童乐园，并配套综合服务楼、能源中心等。

市政水源由附近3条市政道路3根市政自来水给水管网，分别引入4路DN250给水管，市政给水接入点压力约为0.20 MPa（绝对标高55.45 m）。给水干管在园区内形成环状管网，供园区的生活用水、应急生活水箱和消防水池补水。一号室内消防水池有效容积1000 m3，室内消防水池及其泵房位于某单体建筑地下一层。泵房设有室内消火栓系统加压泵、自动喷水灭火系统加压泵（与大空间智能型自动喷水灭火系统共用）、防火玻璃冷却系统加压泵、各系统稳压泵，在另一单体建筑单独设置有效容积360 m3的雨淋消防贮水池以及雨淋消防水泵房。

1.2 六安某大型室内儿童乐园项目

该项目位于安徽省六安市，项目总用地面积76.83万m2。主要建筑由多个文化娱乐类室内儿童乐园及其配套设施所组成。

市政水源由附近3条市政道路规划3根市政自来水给水管网，分别引入4路DN250给水管，市政给水接入点压力约为0.25 MPa（绝对标高9.0 m）。给水干管在园区内形成DN300的环状管网，供园区的生活用水、室外消火栓、应急生活水箱和室内消防水池补水。一号室内消防水池有效容积1000 m3，室内消防水池及其泵房位于某单体建筑地下一层。泵房设有室内消火栓系统加压泵、自动喷水灭火系统加压泵（与大空间智能型自动喷水灭火系统共用）、防火玻璃冷却系统加压泵、各系统稳压泵，雨淋消防贮水池以及雨淋消防水泵房另外独立设置。

2 方案分析

2.1 室外消火栓临高压系统与室外消火栓和生活给水共用管网方案对比

上述长沙某项目的市政水源压力偏小，又因场地整平后园区内室外地坪略有高差起伏，再者考虑到沿程水头损失等不利因素，会导致项目红线内市政消火栓的工作压力略显不足，无法保障最不利点市政消火栓供水压力0.10 MPa的下限值。因此，该项目室外消火栓采用临高压供水系统，以保证此占地面积颇大的项目园区室外消火栓管网压力充足。

而上述六安某项目的市政水源引入园区后，在园区内形成DN300的环状管网，室外消火栓和生活给水共用此套环网。此做法考虑到各单体建筑高度不高，除了最高一栋单体建筑约42 m高以外，其余单体建筑的高度均为20 m左右。另外该项目水源由3条不同的市政路分别引入4根供水干管，可满足国家规范所要求的当市政给水管网连续供水时，消防给水系统可采用市政给水管网直接供水[2]，满足消防给水水源必须安全可靠[3]的相关要求。因此，该项目采用室外消火栓和生活给水共用管网的方案，以求在已满足安全适用性的情况下，积极响应国家节能的号召，致力于提高项目系统设计的经济合理性，节约了临高压系统的供电，节省了另设一套环状管网的管材。

2.2 自动扫描高空水炮系统设计

上述两个项目中，水炮设置的主要目的是补充保护单体建筑内喷头无法覆盖保护净高超过18 m的高大净空区域，因此，项目中水炮系统的消防给水设计流量与自动喷水灭火系统的设计流量，无须叠加计算到室内消防总用水量当中。综上所述，在项目的消防系统设计中，把水炮灭火装置与自动喷水灭火系统合并加压泵以及管网更为合理。图1为水炮与喷淋系统共用加压泵及管网系统原理（局部）。

图1 水炮与喷淋系统共用加压泵及管网系统原理（局部）

在敲定水炮与喷淋系统合并后，就需要考虑水炮选用面板控制、远程控制的控制方式。结合《固定消防炮灭火系统设计规范》[4]经过多方多番讨论和推敲，笔者认为既然项目中该系统的存在是为了保护普通喷头无法覆盖的区域，那么就应该更多地承担自动喷水灭火系统的核心功能——尽量在更早期发现火情，比人更快更准确地做出反应，在火灾初期及时做出动作，尽早扑灭火情或抑制火情蔓延。此外，为了更好地体现规范所倡导的消防系统设计的先进性，长沙和六安两个大型室内儿童乐园项目最终选用了自动寻的喷头[5]。另外由于项目是服务于儿童的乐园项目，为尽量避免水炮在灭火时给儿童带来意外伤害，应尽量挑选水压较小的智能型喷头，其工作压力为0.65 MPa，保护半径为20 m，最大安装高度20 m。

3 工程设计实例

3.1 六安某乐园项目子项儿童屋自动喷水灭火系统

该自动喷水灭火系统由闭式喷头、管道、报警阀组、水流指示器和供水设施组成。场馆内部高度并不一致，场馆内高度在8 m以内的采用标准覆盖面积洒水喷头，K≥80；场馆内高度在8~12 m的采用标准覆盖面积洒水喷头（快速响应喷头），K≥115；场馆内部高度在12~18 m的采用非仓库型特殊响应喷头，K≥161；场馆内高度大于18 m的采用大空间智能型自动喷水灭火系统。

大空间智能型自动喷水灭火系统采用临时高压系统，在儿童屋地下室设一组自动喷水灭火系统加压泵（与大空间智能灭火系统合用），每台泵流量为80 L/s，一用一备，火灾持续时间为1 h。自动喷水灭火系统与消火栓系统共用天面高位消防水箱，保证火灾初期灭火用水。受到屋面造型影响，高位消防水箱最低水位不能满足最不利点喷头的压力需求，因此，在屋顶消防水箱间设有自动喷水稳压增压系统，以满足最不利点的压力要求。

单体建筑内大空间智能型自动喷水灭火系统的消防给水从报警阀前的自动喷水灭火系统总管引入，该系统与自动喷水系统合用消防水泵接合器。火灾初期的消防用水由天面消防水箱及其稳压设备供给。灭火时由本栋地下一层消防水池及自动喷水灭火系统加压泵供给。上述消防水池有效容积共1000 m3，其中大空间智能型自动喷水灭火系统灭火用水量为162 m3。自动喷水灭火系统与大空间智能型自动喷水灭火系统的平面布置（局部）分别如图2、图3所示。

图2 自动喷水灭火系统平面布置（局部）

图3 大空间智能型自动喷水灭火系统平面布置（局部）

设置大空间智能型自动喷水灭火系统的高大净空区域一旦发生火情，火灾产生的红外信号会被装置上的启动传感感知。经控制器组件分析处理后，启动装置在水平方向进行旋转扫描，一旦水平传感接收到火源信号，装置立即停止水平旋转，同时启动垂直传动机构带动射水嘴和垂直传感器沿垂直方向扫描，一旦垂直传感器接收到火源信号，装置立即停止垂直扫描。此时装置完成了对火源的定位，打开电磁阀，启动水泵进行射水灭火，直至将火扑灭，装置发出信号关闭电磁阀。

3.2 长沙某乐园项目子项特技剧场雨淋系统

该项目所在地湖南省长沙市的室内最冷月均温高于0℃，因此，该项目的自动喷水灭火系统择优采用湿式闭式系统。本子项剧场在普通区域和舞台及观众席上空的检修马道中，按中危险级Ⅱ级布置标准覆盖面积洒水喷头。此外，子项内高度超过18 m的高大净空观众席，还设有自动扫描射水高空水炮灭火装置系统。另外，本子项作为一个超过1500个座位的剧场，严格按照《建筑设计防火规范》[6]8.3.7条规定，在主舞台和测舞台的棚顶设置雨淋自动喷水灭火系统。雨淋系统所保护的舞台共划分为8个区域，分别设置雨淋阀控制区域内的雨淋自动喷水灭火系统。雨淋自动喷水灭火系统原理（局部）如图4所示。

图4 雨淋自动喷水灭火系统原理（局部）

由于该地块仅本子项需要设置雨淋自动喷水灭火系统，若加压泵组与其他消防加压泵组一并设在远处地下室的一号室内消防泵房，则需要拉设很长的室外埋地管道至该子项。所以本子项单体在负一层单独设置3格有效容积共360 m3的雨淋消防水池及消防泵房，并在天面设有18 m3的高位消防水箱以及稳压泵。雨淋自动喷水灭火系统流量为100 L/s，火灾延续时间1 h。雨淋泵组参数如表1所示。

表1 雨淋泵组参数

4 结语

本文列举两个大型室内儿童乐园的工程实例，结合不同的前置条件与项目概况，进行生活给水与室外消火栓合并管网的方案分析，以及自动扫描高空水炮与自动喷水灭火合并系统和水炮选型的方案分析，并分享了代表性子项单体的部分设计成果。上述两个项目的方案与设计广受施工方的好评和业主方的认可，因此可为此后类似工程的方案和设计提供可靠参考与依据。

在高大净空场所公共建筑的消防设计中，设计人员应结合项目前置条件和土建实际情况，参考本文工程方案和实例，通过合理的分析，厘清各消防系统的设计流量和系统工作压力需求等，做出合适的选择与设计，更好地规划消防系统的方案，合理地布置消防设施，统筹兼顾消防系统设计的安全性、先进性、经济性。