城市综合体是将城市中的商业、办公、居住、酒店、展览、餐饮、会议和文娱等城市生活空间的3项以上进行组合,其具备了现代化城市的全部功能,每种功能有其特定的运行时间范围,将不同时间段的功能组织在一起,使其保持24小时的繁荣,各部分间建立相互依存、相互助益的能动关系,从而形成一个多功能、高效率的综合体。

　　 城市综合体中纵向建筑如办公、住宅、酒店等建筑高度多数超过100m,而横向建筑如大型商场等体量巨大,整体建筑功能复杂,人员密集,火灾隐患多,一旦发生火灾,火势蔓延迅速,火情难以控制,人员疏散困难,对消防扑救难度很大。如何把握城市综合体建筑的自身特点,合理选择消防措施,既能满足现代化综合体建筑使用功能的需求,又能保证其消防的安全性,是消防给水设计的重要内容。

　　 山东鲁能领秀城综合体项目是以甲级办公、五星级酒店和大型商业为一体的城市综合体建筑,总建筑面积约为41 万m²,其中办公楼建筑总高度为144.80m,地上30层,地下4层,避难层设置在5层和18层;酒店及酒店式公寓建筑总高度为184.90m,地上40层,地下4 层,避难层设置在5 层、17 层和32层;裙房商业建筑总高度为28.5m,地上5层,地下4层,商业业态主要为服装主力店、超市、精品店、影城、KTV娱乐、大型餐饮、儿童乐园等组成,商业建筑总建筑面积超过15万m²。

　　 消防给水水源为市政自来水,根据消防要求,由市政两路供水管上各引入1根DN300进水管,在基地内形成DN300 供水环网,供基地内室内外消防用水。本项目属民用建筑,且建筑总面积不大于50万m²,按同一时间内发生一次火灾设计,消防用水量见表1。

　　 整个建筑低区为大范围商业布局,酒店、办公两座塔楼各自独立,在功能分区上酒店和办公在建筑低区与裙房、地下室车库连通,相互融合,建筑高区各自独立,建筑功能分区物理上未完全分隔。如考虑每栋建筑设置一套独立的消防供水系统,在两座建筑连通位置发生火灾时,需考虑2个系统同时打开对物业的管理带来不便;2座塔楼虽然建筑高度不同,但均属于小于200m的超高层建筑,如考虑重力供水系统则经济性又较差。综合以上信息,结合建筑整体特点,本项目消防给水形式采用低区共用消防水池+消防泵,高区分别设置转输水箱+消防泵的串联分区加压给水方式。

　　 地下室消防水池储水量828 m³;酒店楼17 层和办公楼18层设置中间消防转输水箱,储存78m³消防水量,满足10min高区及5min低区消防用水量;办公塔楼19 层设置窗喷专用高位水箱,储存72m³消防水量,满足1h钢化玻璃自动喷水防护冷却灭火系统消防用水量;酒店楼及办公楼屋顶层各设置高位消防水箱,储存45m³消防水量,满足10min消防用水量,分区示意见图1。

　　 本项目根据《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)要求,设置了临时高压室内消火栓系统、自动喷水灭火系统和大空间智能型主动喷水灭火系统,整个建筑消防供水系统结合两座塔楼避难层的设置高度,利用办公楼18层和酒店楼17层两个避难层设接力泵站,消防供水系统在竖向分成高低区两个大的供水段,高区供水通过中间水箱和转输接力水泵串联供水,低区供水由地下室集中消防泵房内的低区消防泵从消防水池吸水供给。就建筑本身来看,出现了建筑在上下一体和水平方向一体化的形式,对整个地块的地下空间一起开发,在上部分别设各栋高层建筑的情况下,消防给水系统采用集中和分散的供水形式,既满足了消防供水系统的安全性,同时也更合理做到了结合建筑特点的适应性,方便物业的运行维护和管理。消火栓供水系统原理见图2。

　　 本项目商场为了给顾客带来更好的购物环境,在建筑造型上达到高大、空阔、舒适的使用要求,空间和视觉上更加具有通透性,在建筑内部设置了室内步行街,步行街区域由公共走道和两侧商铺组成,公共走道宽度不小于9.0m,空间高度超过15m,4层叠加,由10个中庭将上下层商业连通,整个商场围绕室内步行街布置。室内步行街平时仅作为顾客流通和休息使用,不摆设商品和可燃物,火灾时提供人员暂时避难、较长时间停留及行走,作为人员二次疏散的疏散路径,此区域通过对沿街商铺内部可燃物的控制及周围临近区域防火分隔,介于室外绝对安全场所和室内火灾隐患场所之间,可视为亚安全区,见图3。

　　 室内步行街外走廊一侧是面积不大于300 m²的店铺,每个店铺作为一个独立的防火单元,每2个防火单元之间采用防火墙分隔,店铺与步行街的连接处如果全面采用防火卷帘进行防火分隔,需要大量大跨度的防火卷帘,一旦发生火灾消防安全性难以保证,且根据消防性能化分析报告及消防设计专家评审会议意见,商铺与步行街之间采用防火卷帘的长度比例不应大于30%,故既要保证亚安全区的安全,同时避免相邻商业分区发生火灾,又要最大化保证商场的通透感和立体感,亚安全区和商铺之间采用了喷淋保护的钢化玻璃作为防火分隔。

　　 商业建筑中采用钢化玻璃作为防火分隔物来替代防火墙和防火卷帘,虽能满足建筑美观及视觉通透的使用效果,但是难以满足规范对防火分隔体的耐火极限要求。本项目按照公安部四川消防研究所的性能化分析报告,委托国家消防工程技术研究中心对“钢化玻璃+闭式窗喷系统”作为防火分隔的有效性进行试验,通过试验得出相关结论,并得到当地消防主管部门的认可。下面就试验结论结合实际项目进行说明与分析。

　　 钢化玻璃属于建筑用安全玻璃,与普通玻璃相比,具有力学强度高、抗冲击能力强的特点,就耐火性能而言,钢化玻璃的热稳定性优于普通玻璃,能耐受的温度为普通玻璃的2~3倍,12mm厚的钢化玻璃可耐受250~300℃以上的温差。调研本项目室内沿街商铺内部招商情况,选取12mm厚钢化玻璃进行试验,分别采用木垛火、汽油火和服装火模拟不同类型商铺火灾,在无喷淋保护情况下的钢化玻璃,通过火源点距钢化玻璃0.5m、1.0m、2.1m进行多次试验,试验结果(见图4)表明,12mm厚钢化玻璃在4~7min内发生变形,15~24min内玻璃破坏。

　　 采用窗式喷头和普通边墙型喷头测试对比,从试验结果看(见图5),普通边墙型喷头动作后的水流到达玻璃后,玻璃的上边缘左右两侧角落均有盲区;而采用窗式喷头时,水流到达玻璃后,布水均匀,基本不存在盲区,玻璃基本上能被完全保护。因此,窗式喷头的覆盖面积最大,布水效果比较理想。

　　 喷头的安装高度不同,会直接影响布水的效果,如图6所示,当喷头的溅水盘低于玻璃上檐100mm时,形成的水帘不能完全覆盖玻璃,存在盲区;当喷头的溅水盘与玻璃上檐平齐时,布水效果最好,可完全覆盖玻璃。

　　 针对钢化玻璃自动喷水系统选取工作压力0.05 MPa和0.1 MPa及0.2 MPa进行比较,当喷头工作压力为0.05 MPa时,喷头出水的初速度较小,到达钢化玻璃上时,竖向位移下降过大,难以在钢化玻璃表面形成较好的保护帘面(见图7a);当喷头工作压力为0.1 MPa时,玻璃上形成的水帘基能够覆盖钢化玻璃全部(见图7b);当喷头工作压力为0.2 MPa时与0.1 MPa相比布水效果改善不明显,因此本项目钢化玻璃系统采用工作压力不小于0.1MPa的喷头做为窗喷最低工作压力。

　　 步行街两侧的商铺多以经营餐饮和服装为主,分别采用木垛、汽油和服装作为火源,根据本项目亚安全区走廊一侧商铺所使用的钢化玻璃分隔构造,采用砖混结构搭建试验房间进行火灾模拟试验,通过调整火源与钢化玻璃之间的距离,测量钢化玻璃表面及背火面的温度,观察窗式喷头启动时间及钢化玻璃的保护效果,从而确定窗式喷头保护钢化玻璃的有效性。实体火灾模拟试验工况见表2。

　　 通过试验证明(见图8),钢化玻璃在火灾高温情况下由于水的冷却保护作用不会因温度过高而发生破裂,窗型喷头具有良好的保护性能,火灾时能顺利启动并保护钢化玻璃,钢化玻璃完整性保持良好,背火面温度较低,不会影响亚安全区逃生人员的疏散,从而证明“钢化玻璃+闭式窗喷”的方式是有效的防火分隔措施。

　　 根据消防性能化分析报告及试验结果,自动喷水冷却系统的窗式喷头安装位置必须设置吊顶,吊顶宽度不得小于500 mm,喷头的溅水盘应距离吊顶150~300 mm,且应不低于玻璃上檐,喷头间距应为1.8~2.0 m,且与玻璃的水平距离不应大于0.3m(见图9)。

　　 窗喷系统属于水幕系统,建议喷水点高度小于4m,喷水强度不小于0.5L/(s·m)计,本项目沿街玻璃铺面最长的店铺按40 m计算,设计用水量为20L/s,持续喷水时间不小于3.0h(保护长度按沿街玻璃铺面最长店铺实际长度的1.5倍确定)。

　　 钢化玻璃自动喷水冷却系统需采用闭式系统,且应独立设置,包括独立的水泵和管网系统。本项目在地下室消防泵房设2台钢化玻璃自动喷水冷却系统加压泵,从地下室消防水池吸水加压后供给,利用办公楼19层设置的窗喷专用高位水箱经减压后稳压,办公楼19 层设置窗喷专用高位水箱,储存72m³的消防水量,满足1h窗喷系统消防用水量。

　　 商场室内步行街(亚安全区)的大中庭挑空区域设置大空间智能型主动喷水灭火系统,步行街走廊和店铺内均设置自动喷水灭火系统,采用68 ℃、RTI≤ 50(m·s)^0.5的快速响应喷头。步行街周围的防火分区,步行街的走廊、中庭区域内同时设置火灾报警和机械排烟系统。

　　 本文以灭火安全性、适用性和经济性为目标,结合实际工程案例,对大型城市综合体建筑消防水灭火系统进行分析。我国幅员辽阔,城市综合体建筑的出现是城市形态发展到一定程度的必然产物,随着建筑规模的发展越来越大,建筑面积从几万到几十万平方米,建筑高度也不断刷新,已远远超过了城市消防的补救能力,对于此类体积庞大且功能复杂的建筑物,消防系统应立足于以自救为主,对于消防新技术的应用,还需要根据建筑物自身的特点,进一步进行相关试验性研究,对技术性问题进行总结和完善。