由于苏州市城市化进程的不断推进, 原有苏州乐园的位置现在变成了市中心, 交通拥挤, 不再适合接待大流量的游玩人员。并且随着游乐设施的更新换代, 老乐园内的游乐设施已经跟不上人们的游乐需求。因此, 苏州乐园搬迁至城郊, 重新建设并设置新的游乐项目。游乐项目消防设计最主要的难点是没有针对性的相关消防设计规范, 如室内消防水量如何确定、室内消防设施如何选用等, 只能通过规范的类比与推演来选定具体参数。另外新苏州乐园选址为山丘地形, 对消防给水设计带来很多困难。本文通过新苏州乐园项目, 对游乐设施的消防设计进行梳理, 为其他类似项目提供参考。

新苏州乐园森林世界项目占地40万m², 分为3大区域:乐园区、酒店区和商业区;乐园区为一期, 酒店区和商业区属于二期;乐园区有47个单体, 其中包含有游乐、商售、餐饮、后勤、办公培训等, 乐园区室内游乐项目最高的是影视跳楼机, 建筑高度为35.65 m, 属单层建筑。新苏州乐园所在区域为小山丘地貌, 乐园外室外市政道路标高6.0 m (85高程, 下同) , 乐园区地面标高6～23.5 m, 酒店区地面标高6～11 m, 商业区地面标高约7.0 m。

酒店区属于二期建设范围, 为酒店管理公司单独运营, 与业主反复商讨后, 确定酒店区的消防系统独立设置, 乐园区和商业区统一设置1套消防系统。酒店区消防设计相对简单, 此处不再赘述, 仅针对乐园区的消防设计做详细介绍。

室外有2路不同市政给水管接口, 管径为DN300, 给水压力为0.25 MPa。受场地地貌的影响, 市政给水压力只能满足酒店区和商业区室外消防给水压力要求;乐园区部分区域地面标高较高, 市政给水压力不能满足乐园内所有区域室外消防给水需要的最小10 mH₂O压力要求;为保证乐园区室外消防灭火需求, 在园区内不同位置分设2座室外消防水池, 供给室外消火栓环网, 此环网完全由消防水池供水, 不与市政给水连接。

(1) 一路室外消防水池。利用乐园内地貌的差别, 在地面标高为23.5 m的后勤楼屋面设置高位重力消防水池, 屋面标高39 m, 消防水池为成品不锈钢水箱, 水箱高度3 m, 有效水深2.15 m, 水池底标高为40 m, 最低水位为标高40.35 m, 水池最高水位标高42.5 m。室外场地最不利点地面标高为23.5 m, 此处最小静水压16.85 m, 满足此处室外消火栓使用。室外消火栓设计水量为40 L/s, 火灾延续时间为2 h, 设计一次用水量为288 m³, 重力高位水池设计有效容积288 m³, 室外高位消防水池补水由设在后勤综合楼地下室消防泵房内的低位消防水池补水泵提升补水;水箱设有就地液位显示, 且水位信号连至消防控制室, 设有低水位报警信号, 时刻监控水池水位, 保证平时水池的正常水位。由地下消防泵房出水管上压力表P1测得管网压力监控水池水位, 出水管管中心标高13.5 m, 无稳压设备最高液位时P1=0.425-0.135=0.29 (MPa) , 最低液位时P1=0.4035-0.135=0.265 (MPa) 。

(2) 另一路室外消防水池。在格林号列车火车站地下室设有消防水池, 有效容积100 m³, 该处0.00 m地面 (85标高为14.15 m) 、进水管标高-1.3 m (85标高为12.85 m) , 该消防水池可由2路市政给水补水, 补水管接至室外的2路市政给水管环网。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014) 4.3.4条规定, 当消防水池采用2路消防供水且在火灾情况下连续补水能满足消防要求时, 消防水池的有效容积应根据计算确定, 但不应小于100 m³。室外消防水池采用2根DN150补水管, 补水管平均流速为1.5 m/s, 平均流量25 L/ (s·d) , 单根补水管火灾延续时间内可补充水量为190 m³, 火灾延续时间内可使用水量为290 m³, 超过室外消防火灾延续时间内288 m³的用水需求。此处消防泵房内设室外消火栓加压给水泵及室外消火栓稳压泵组, 室外消火栓加压泵组参数为Q=40 L/s, H=60 m, N=37 kW。

室外2个消防水池在设计上考虑互为备用, 火灾时2个消防水池的使用有以下2种模式。

(1) 临时高压优先使用, 屋面高位水箱平时不用, 此时稳压泵的扬程要高于屋面水箱, 以保证消防主泵启动的压力要高于屋面水箱的最高净水压。稳压泵扬程为H=42 m, 高于水箱最高静水压10 mH₂O, 平时管网压力P1为0.39 MPa。当管网压力P1为0.35 MPa时, 稳压泵启动, 当管网压力P1为0.39 MPa时稳压泵停泵, 当管网压力P1低于0.30 MPa时, 室外消火栓主泵开启;此时的管网压力仍然是大于屋面重力水池的最高静水压0.29 MPa。如此可以保证平时临时高压优先使用, 在临时高压系统水池检修的情况下, 重力水箱可以作为备用消防水源给室外消火栓供水。

(2) 高位重力水箱优先使用, 地下消防水池的临时高压系统作为备用水源。此时消防主泵启动的压力要低于屋面水箱的最低净水压, 以保证平时重力水箱在使用过程中地下室消防主泵不动作, 否则会影响其正常运作。稳压泵扬程为H=37 m, 管网平时压力P1为0.35 MPa, 比高位水池正常液位高5 m。管网压力P1为0.30 MPa时, 稳压泵启动, 当管网压力为0.35 MPa时稳压泵停泵。当高位水箱检修放空时, 稳压泵仍然维持管网压力, 但管网压力低于0.25 MPa时, 此时最不利点室外消火栓出口压力为0.15 MPa, 室外消火栓主泵开启。

本次设计采用的是第二种设计模式, 重力优先, 原因是重力系统的可靠性比临时高压高。重力系统平时维护仅需要监控水位以及2个出水管上的闸阀。阀门采用带启闭装置的闸阀, 且带有锁具, 保证平时常开, 不被误关, 且采用2条出水管, 可靠性更高。室外消防设置示意见图1。

由于地块内多为石头山, 乐园区内只有后勤楼处为自然土壤地貌, 也设置了地下室, 其他单体由于体量小, 且场地石头爆破量过大, 均没有设置地下室。所以消防水池从建造成本和便利性, 以及和建筑物自身更好地结合等方面来考虑, 室内的消防水池设置在后勤楼地下室, 与屋面高位的室外重力消防水池设置在同一栋楼内。

室内消防水池的进水管标高为22.35 m (85高程) , 与市政道路 (85高程6 m) 的高差为16.35 m, 市政压力25 mH₂O, 在初期可由市政补水。另从生活加压泵房内增设1条加压供水管道供至水池, 水池后期由于检修或其他原因重新补水时, 如市政管网由于地块用水量过大, 水压下降到无法及时补充水源时, 可由生活水池加压管道对水池进行补水。室内消防水池存有一次消防用水的室内消火栓、自动喷水 (简称喷淋) 、水炮的总用水量。

室内消防给水采用临时高压消防给水系统, 室内消防水池和消防水泵房设于后勤楼地下室, 消防水池有效容积为700 m³, 屋顶消防水箱设于乐园内最高建筑影视跳楼机屋顶 (屋顶标高为55.85 m) , 设置消防及喷淋系统稳压泵各1套, 水箱容积50 m³ (按二期商业区水量考虑) 。

此项目场地占地39万m², 消防环网管线较长, 室外多为岩石地貌, 为减少室外管线, 节约管道成本以及岩石爆破的成本, 考虑将喷淋和消防炮水泵合用。原因如下:地块内最大建筑室内消火栓水量为40 L/s, 喷淋的最大水量为70 L/s (按高大空间考虑或者商业的仓库考虑) , 如果消火栓和喷淋合用, 则合用水泵的流量为110 L/s, 流量过大, 室外管径过大, 不够经济。由于喷淋水量已经达到70 L/s, 最大自动消防炮和喷淋同时使用的水量为70 L/s (冻土层低温场馆区, 下有详述) , 水泵的流量按70 L/s即可。消防炮的扬程远大于喷淋所需扬程, 这样室外管网的水头损失和流速可以考虑大一点, 每几栋楼的喷淋报警阀集中设置在某栋楼的报警阀间室内, 报警阀前设减压阀。

乐园内游玩建筑的层高都比较高, 大多都超过8 m, 面积不大, 体积却不小, 而且里面游玩人数根据设备而定, 远小于一般商业游玩项目内部游玩人数, 所以这个建筑设计对照的是展示馆、车站类高大建筑, 然后再根据此游乐设施一次性服务的人数复核参照体育馆、剧院、电影院类建筑人数的消防水量。影视跳楼、冻土层低温场馆区、飞行影院室内消防系统详见3.3节单项介绍。

惊悚逃脱 (鬼屋) :建筑面积3 271.45 m², 其中餐饮面积为700 m², 总体积为28 000 m³, 餐饮体积约为4 200 m³。运营商提供的同时游玩人数为302人, 按人数考虑室内消火栓水量为10 L/s, 但由于建筑体积过大, 综合考虑, 室内消防水量取15 L/s, 满足按人数要求, 也满足展示馆车站码头此类建筑体积要求。

疯狂摆臂:建筑定性按影院定性, 面积6 970 m², 层高15 m, 建筑体积为90 000 m³, 参考展示馆室内消防水量取20 L/s, 根据运营商提供的人数, 排队区349人, 娱乐人数467人, 同时运营人数为816人, 按此总人数的剧院影院类消防水量为10 L/s, 小于展厅需要的消防水量, 因此室内消火栓水量取20 L/s。

建筑面积7 374 m², 其中低温区4 179 m², 常年温度为-3 ℃, 主要功能为小型滑雪场及其他冰上娱乐活动, 低温区为单层, 层高为12 m。常温区按正常消火栓和湿式喷淋设置。低温区由于常年温度为-3 ℃, 且没有什么可燃物, 面积也比较小, 同时参考国内部分现行营业滑雪场的室内消防设施, 这块区域可以只设灭火器, 但为了加强消防的安全性, 设计增加了室内消火栓和消防炮作为加强保护措施。低温区的消火栓采用湿式消火栓系统, 环网埋地设在室外, 每个消火栓支管接入、进入的支管采用橡塑保温加电伴热方式。消防炮自动灭火系统干管、电磁阀、水流指示器等可设置于屋面, 并设保温, 支管管径为DN100, 在室内设保温加电伴热。室内自动灭火系统没有选择自动喷水灭火系统作为加强措施, 主要是因为:①湿式喷淋只能用于4 ℃以上地方, 本项目中如果使用要采用保温加电伴热, 喷头短支管过多, 施工安装复杂, 且耗电量大 (根据公式预估为18 kW) , 电价按平均0.7元/ (kW·h) 算, 一年电费为10.78万元, 不经济。②干式喷淋可用于温度低于4 ℃的场所, 但是对于超过8 m以上大空间内设置的干式系统没有设计参数, 且公共游乐区域的喷头宜采用快速响应喷头, 但干式系统不能采用快速响应喷头。③预作用喷淋系统可代替干式系统用于高大空间, 设计流量大, 充水时间需2 min, 报警阀多, 内部游乐空间布置受影响, 且同样也不能采用快速响应喷头。综上, 权衡考虑后采用消防炮作为低温场馆区的消防加强保护措施之一。

场馆内设置自动消防炮4台, 每台流量20 L/s, 射程50 m, 消防炮按同时2股水柱到达, 则自动消防炮的设计流量为40 L/s, 同区域内设备机房为常温区, 设置湿式喷淋, 中Ⅰ危险级, 喷淋水量30 L/s, 总水量为70 L/s。

影视跳楼机为单层建筑, 建筑面积1 158 m², 建筑高度35.65 m。建筑中间从地面到屋面是跳楼机的设备, 四周为检修马道。建筑内一层和每层的检修马道设消火栓;马道下方设置喷淋;中间的设备采用大空间自动扫描射水高空水炮灭火装置保护。由于中间设备的高度也超过了高空水炮设置的最高高度20 m, 所以在马道附近最高一层以及中间15.6 m标高分别设置高空水炮, 按2股水柱同时保护设置。图2为影视跳楼机消防设置剖面。

建筑面积1 466 m², 局部2层, 影院部分层高18 m, 单层, 吊顶高度控制在18 m以内。该建筑的特殊性在于银幕是个碗状并向观众席倾斜。每层马道上, 观众厅等所有适宜用水扑救的地方均设置消火栓和喷淋。喷淋选择根据喷头到被保护物体的高度不同分别设置, 8 m以内的采用普通快速响应喷头, 8～12 m采用K=115快速响应喷头, 12～18 m采用K=161非仓库特殊响应喷头。由于屏幕成碗状, 材质为穿孔铝板, 孔径1.2 mm左右, 穿孔率不足30%, 局部罩在座位上, 屏幕下方无法设置喷淋保护, 屏幕上方的喷淋水无法完全到达座位上, 所以在被屏幕覆盖的观众席增加大空间自动扫描水高空水炮灭火装置保护, 同样考虑2股水柱同时到达。飞行影院消防设置剖面见图3。

(1) 加强室外消火栓给水可靠性, 设置2个室外消防水池, 确保室外消防灭火用水。

(2) 单体建筑的面积小、体积大, 消防给水参照展览及车站的设计参数, 同时兼顾游玩人数, 参考了影院体育馆等参数, 取大值。

(3) 所有游乐单体建筑内均设置室内消火栓及喷淋系统, 有马道的单体建筑, 马道上也均设置消火栓及喷淋系统。

(4) 对冻土层的低温场馆区消防设施进行加强, 采用室内湿式消火栓系统及自动消防炮, 消火栓及消防炮主管道均在室外埋地或屋面敷设, 仅支管设在室内区域, 室内部位的管道做保温加电伴热。

(5) 飞行影院内除常规消火栓和喷淋外, 屏幕下方设置消防炮保护观众席。

(6) 室外占地面积大, 综合考虑采用了消防炮和喷淋共用管网及水泵。

根据以上分析, 各单体室内外消防用水量见表1, 室外消防水量单独储存, 室内消防水量最大一栋楼为612 m³, 消防水池储存水量700 m³; 消防水箱设在跳楼机屋面, 容积50 m³, 设消火栓、喷淋稳压泵。

新苏州乐园消防给水系统设计主要特殊性在于:①室外地面为山丘地貌, 市政直供水源无法满足室外消防用水要求。②特殊室内游乐设施地块面积大, 建筑单体多, 且多为多层建筑。特殊游乐设施人流量大, 功能特殊等特点, 很难对应参照现有的规范条文。设计应根据防火的具体特点, 从面积、体积、人数、疏散禀赋等进行分析, 选定室内外消防用水量及消防措施, 不能盲目仅按面积和体积进行套用。