近年来,随着国家经济的高速增长,建筑行业迅猛发展,大型公共建筑无论是数量还是体量上都在不断刷新记录。为满足人们对建筑空间的不同使用功能需求,这类建筑内部普遍布局有大量大空间场所(一般是指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12 m的场所)。大空间场所一般具有人员密集、火势蔓延快、火灾扑救和人员疏散困难等特点,选择设置高效快速的自动灭火系统对此类场所消防安全至关重要。依据目前国内民用建筑标准技术规范,对于净空高度在8~12m非仓库类高大净空场所,可选用闭式自动喷水灭火系统保护;而12m以上大空间场所的自动灭火系统,可选用雨淋系统、固定消防水炮灭火系统或大空间智能型主动喷水灭火系统等解决方案。本文拟对在民用建筑大空间场所中应用较为广泛的固定消防水炮和自动扫描射水高空水炮灭火装置(以下均简称消防水炮)的选择和应用进行分析总结,希望能够为民用建筑大空间场所自动灭火系统的设计应用提供参考。

　　 《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014,以下简称“建规”):

　　 “第8.3.5条根据本规范要求难以设置自动喷水灭火系统的展览厅、观众厅等人员密集的场所和丙类生产车间、库房等大空间场所,应设置自动灭火系统,并宜采用固定消防炮等灭火系统。”

　　 《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2001,2005年版,以下简称“喷规”):

　　 “第6.1.1条采用闭式系统场所的最大净空高度不应大于表6.1.1的规定,仅用于保护室内钢屋架等建筑构件和设置货架内置喷头的闭式系统,不受此表规定的限制。”

　　 “第4.2.5条具有下列条件之一的场所,应采用雨淋系统:1火灾的水平蔓延速度快、闭式喷头的开放不能及时使喷水有效覆盖着火区域;2室内净空高度超过本规范6.1.1条的规定,且必须迅速扑救初期火灾;3严重危险级Ⅱ级。”

　　 《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》(CECS 263-2009,以下简称“大空间规”):

　　 “第3.0.3条凡按照国家有关消防设计规范的要求应设置自动喷水灭火系统,火灾类别为A类,但由于空间高度较高,采用其他自动喷水灭火系统难以有效探测、扑灭及控制火灾的大空间场所应设置大空间智能型主动喷水灭火系统。”

　　 根据以上规范条文,对于净空高度在8~12m非仓库类高大净空场所,自动灭火系统可选用闭式自动喷水灭火系统,但需要增加系统作用面积,减小喷头布置间距及增加喷水强度等方式以提高消防安全度和灭火可靠性;而对于12m以上大空间场所,则可选择的自动灭火系统主要有雨淋系统、固定消防炮灭火系统以及大空间智能型主动喷水灭火系统。由于“喷规”限定每个雨淋阀控制的喷水作用面积较小,系统阀门设置过多,要求水量较大,占用面积较多,经济适用性较差;故对于较大面积的大空间场所目前解决方案主要还是固定消防水炮和大空间智能型主动喷水灭火系统,而大空间智能型主动喷水灭火系统中又以自动扫描射水高空水炮灭火装置应用最为广泛。表1为笔者近年完成的部分典型工程案例中,此类场所应用两种灭火装置情况统计。

　　 表1所列举的项目有的已经投入使用,有的正在施工,有的正在报审阶段,报审阶段的也基本通过当地消防审查。抛开非技术因素,除个别安装位置、安装高度及保护场所净空高度限制自动扫描射水高空水炮灭火装置的应用外,两种灭火装置均适用于表1所述大空间场所的自动灭火。大空间智能型主动喷水灭火系统现在实际应用广泛,却一直无相关国家标准,各地标准又不统一;相关产品种类较多,设计人员常常按照各厂家生产的产品标准进行设计,各家产品标准也不统一;还有更甚者直接按照《固定消防炮灭火系统设计规范》(GB 50338-2003,以下简称“炮规”)的要求设计大空间智能型主动喷水灭火系统,过度设计。各地消防审查部门也没有统一标准,让设计人员无所适从,不知道如何设计。

　　 从表1中选取2个典型工程案例,通过对工程案例中消防水炮灭火系统的应用进行分析总结如下。

　　 案例1:杭州奥体中心体育游泳馆项目,游泳馆观众厅依据“炮规”,采用固定消防炮灭火系统保护,共设置6台固定消防水炮,系统设计用水量为40L/s,火灾延续时间按1h设计。水炮的设置保证两门水炮的水射流同时到达被保护区域的任一部位。单台水炮喷射流量为20L/s,工作压力0.8MPa,最大保护半径50m,安装高度24m,保护场所室内净高29m。水炮平面布置及立面安装示意见图1。

　　 案例2:金隅万科城A1地块商业综合体项目,室内商业步行街中庭依据“大空间规”,采用大空间智能型主动喷水灭火系统保护,共设置8台大空间自动扫描射水高空水炮灭火装置,主要技术参数如下:射水流量5L/s,额定工作压力0.60 MPa,最大保护半径20m,安装高度16m,保护场所室内净高34m。系统设计最大用水量按6台大空间自动扫描射水高空水炮灭火装置同时喷水计算,设计流量为30L/s,火灾延续时间按1h设计。保护场所总建筑面积为1 600 m²,平均喷水强度约为1.5L/(min·m²)。水炮平面布置及立面安装示意见图2。

　　 针对上述案例1和案例2,对两种灭火装置在工程中的具体应用分析比较如下。

　　 案例1灭火装置安装在观众厅周边侧墙顶部;规范对其安装高度及保护场所的净空高度没有具体要求,分析认为由于固定消防水炮属于喷射型灭火,灭火机理有隔离、窒息和降温3种作用,保护区域只要在水炮喷射的充实水柱有效射程内即可,如保护场所的净空高度或装置安装高度较高时,可选用额定工作压力及设计流量较大的产品来满足要求,故可不做要求。案例2灭火装置安装在中间楼层侧墙处,则主要考虑大空间自动扫描射水高空水炮灭火装置属于喷洒型灭火,灭火机理主要为降温冷却作用,安装位置过高,水雾飘损严重,降低喷水强度,影响灭火效果;而安装高度过低,则保护半径较小,不经济,故安装高度要求限定在6~20m范围。同样原因要求保护场所净空高度不大于20m,当灭火装置为边墙式或悬空式安装,且装置安装位置以上空间无可燃物时,保护场所的净空高度可无限制。

　　 两种灭火装置的额定工作压力分别为0.8MPa和0.6MPa,对应的流量分别为20L/s和5L/s,保护半径为50m和20m。系统设计流量计算:固定消防水炮灭火系统按照两门水炮的水射流同时到达防护区任一部位的要求计算,即按两台消防水炮流量之和计算;而大空间智能型主动喷水灭火系统则按同时启动的自动扫描射水高空水炮灭火装置的流量之和计算,同时启动装置数量按平面布置行列数确定。固定消防水炮布置原则与室内消火栓布置原则类同,但意义完全不同。消火栓属于手动操作灭火装置,需人员现场操作,这就存在灭火时,有些位置的消火栓灭火人员无法靠近,因此两股水柱同时到达的布置原则,主要是避免此类情况出现。在民用建筑中应用的固定消防水炮灭火系统,主要为替代自动喷水灭火系统的一种自动灭火系统,仍然要求两门水炮覆盖,个人理解主要有两方面原因:一是提高灭火强度;二是单门水炮保护面积过大(理论面积达7 850m²),一旦故障,影响较大,故设置两门可互为备用,符合消防冗余原则。

　　 在两个案例中,固定消防水炮灭火系统单独储存了消防用水量,大空间智能型主动喷水灭火系统与自喷比较取大值储存消防用水量。行业内普遍做法为固定消防水炮灭火系统应单独储存消防用水量,相关规范也有规定。而关于大空间智能型主动喷水灭火系统消防储水问题,则仁者见仁智者见智;有些地方明文规定单独储存;有些地方不做要求,根据设计人员的理解自行决定。其中有一种观点是,如果系统设置与闭式自动喷水灭火系统同处一个物理空间,则水量需与自动喷水灭火系统叠加计算;否则,取两者中较大水量储存,理由是物理隔断导致两者不会同时启动,有一定道理,但建筑内物理隔断墙根据设置位置不同耐火极限要求不一,耐火极限较低的物理隔断不足以阻止两种系统同时启动,应增加物理隔断的耐火极限不小于系统火灾延续时间1h的要求。个人认为大空间智能型主动喷水灭火系统可作为闭式自动喷水灭火系统的一种大空间场所的补充系统,还是闭式系统;这两种系统在一个场所内共存作用的时候,是互相辅助的,任何一个系统作用,都会相应阻隔抑制火灾,减少另外一个系统末端喷水装置启动数量;故不应按叠加计算其储水量,而应该按照喷水强度和作用面积去计算其储水量,但应按照大空间场所的作用面积和喷水强度去复核系统设计流量和消防储存水量是否满足消防要求。

　　 案例1固定消防水炮灭火系统设置了专用消防泵和独立的水泵接合器,案例2大空间智能型主动喷水灭火系统与自动喷水灭火系统共用消防泵,共用水泵接合器(有些地方要求独立设置水泵及接合器)。固定消防炮一般由于工作压力和系统流量均较高,与其他系统差异较大,独立设置较合理。而大空间智能型主动喷水灭火系统应根据经济合理、安全可靠等原则综合分析对比确定,不可设置过多限制。

　　 除此之外,系统其他设置基本一致。通过以上几方面对比,我们发现大空间智能型主动喷水灭火系统一般可不单独设置加压水泵、水泵接合器、消防储水容积等;工作压力小,可理解为一种特殊的自动喷水灭火系统,可以与自喷系统合并设置,经济实用;但安装空间、安装位置和保护场所净空高度有限制,对于小面积、净空低的大空间场所具有一定优势。而体育场馆、航站楼、车站码头等建筑大空间场所面积一般较大,空间高度较高,选用大保护半径的固定消防水炮灭火系统,减少装置数量,更经济合理。

　　 笔者在这些项目的设计过程中一直存在几个疑问:①从规范严格程度:地标>行标>国标,从规范执行效力:国标>行标>地标;“建规”、“炮规”、“大空间规”等众多相关大空间场所自动灭火系统的设计规范,存在冲突的地方如何执行?②固定消防水炮与自动扫描射水高空水炮灭火装置均适用大空间场所自动灭火,设计人员选择原则是什么?③固定消防水炮与自动扫描射水高空水炮灭火装置工作原理类同,均适用于大空间场所,本质上有何区别?是否可以统一?

　　 由于规范的适用范围与法规效力的不同,原则上应按“建规”要求,所有难以设置自动喷水灭火系统的大空间场所,需要设置自动灭火系统时,应优先选用固定消防水炮灭火系统。但据了解,近些年民用建筑大空间场所的自动灭火系统的选择,设计人员根据安全可靠、经济适用等情况综合考虑,采取两种灭火系统皆有之,且以大空间智能型主动喷水灭火系统应用最为广泛。所以笔者认为,首先应从国家规范修订上,整合有关大空间场所自动灭火系统相关设计规范,给予应用范围较广的大空间智能型主动喷水灭火系统以合法地位。将大空间智能型主动喷水灭火系统作为一种自喷系统:按照喷水强度和作用面积进行限定[如案例2中系统计算作用面积很大,但平均喷水强度仅为1.5L/(min·m²),远小于常规中危险Ⅰ级场所最小喷水强度6L/(min·m²)要求,不利于初期火灾的扑救和控制];技术要求纳入自喷规范体系;或与固定消防炮灭火系统合并,两种系统均作为替代自动喷水灭火系统,在大空间场所中加以利用,规范统一,名称统一。

　　 其次,应该对两种系统或两种产品适应范围进行原则性限定,引导技术产品的合理利用,提高建筑消防安全的同时,促进消防水炮技术的发展。在大空间场所适应范围上进行一些模拟试验,根据试验数据对其进行使用限定。比如:对于12 m以上空间,20m以下空间或净空高度大于20 m,但20 m以上空间无可燃物的可采用大空间智能型主动喷水灭火系统保护,依据“大空间规”设计。对于20m以上空间,应采用固定消防炮灭火系统保护,其设置可参考“炮规”执行,按照喷射型技术参数要求进行系统设计与应用。

　　 以上为本人对近年参与设计完成的一些实际工程案例进行归纳分析,对民用建筑大空间场所自动灭火系统的选择与应用,尤其是固定消防水炮和自动扫描射水高空水炮灭火装置在民用建筑大空间场所中的应用,提出一点个人想法与经验总结,在此分享以供探讨。