随着我国经济的高速发展, 汽车社会保有量逐年增长, 已经远超过城市基础设施建设的发展速度, 停车难成为城市发展中一个亟待解决的问题。机械停车系统作为解决上述矛盾的技术方案应运而生, 这种系统具有车辆存取方便、安全性高、占地面积少、缓解堵车等特点, 大大提高了单位面积的停车数量, 逐步成为停车库的发展趋势, 也是解决城市停车难的有效途径。但是由于地下机械停车库火灾具有火场温度高、发烟量大、人员疏散困难、泄爆能力差等特点, 从而提高了整个地下空间的消防灭火难度, 其火灾后果更为严重。自动喷水灭火系统具有结构形式简单, 灭火速度快, 控火效率高等优点, 是地下停车场类场所火灾扑救初期主要依靠的自动消防设施。

现行建筑设计防火规范中可供地下机械停车库参考的设计依据较少且较为笼统, 不能完全满足实际工程的设计需求。本文就自动喷水灭火系统在地下机械停车库中的实际运行情况展开计算分析, 并为同类型停车库的自动灭火系统设计提供借鉴。

本工程位于北京市西三环附近, 独栋办公建筑, 地上10层, 地下3层;地上部分为大堂、报告厅、标准办公区等, 地下部分为餐厅、设备用房、人防及机械停车库等。本建筑为二类高层公共建筑, 建筑高度为45.4m。

由于本工程地面停车位较为紧张, 在主楼南侧设置地下机械停车库, 结构形式为钢筋混凝土剪力墙, 工作形式为平面移动式的立体车库。共有地下6层停车平台, 根据车辆大小, 设置不同高度的停车层, 层高分别为 (地下1~6层) 1.95 m、2.1 m、2.1m、1.91m、2.1m、2.1m (地下1层与地下4层作为中小型汽车的专用停车层) 。每层可停放8辆车, 共可停放48辆车。

对于多层机械停车库, 根据《汽车库、修车库、停车库设计防火规范》 (GB 50067-2014) 7.2.6.1条规定:喷头应设置在汽车库停车位的上方或侧上方, 对于机械式汽车库, 尚应按停车的载车板分层布置, 且应在喷头的上方设置集热板, 因此系统的设计流量应为天花和车架内置喷头灭火用水量之和。若按此方法计算, 在设计系统流量时, 则需同时计算作用面积内6层停车位的用水量, 这样势必会增大消防水池的容积和消防加压供水设备的初期投资, 造成管理不便和投资的浪费。故在前期设计中, 与机械停车库供货厂家及建筑方案进行多次对比论证, 在本工程机械停车库的地下3层与4层之间增设了350mm厚的防火隔板, 将本机械停车库分割为上下两个工作单元, 每个工作单元设置3层停车位, 这样既可满足停车机械流程的需要又减少了系统的设计流量。

由于车库内未设置采暖系统, 因此将本车库设计为单联锁带低气压监测的预作用自动喷水灭火系统:平时预作用阀后管网充满低压空气, 能随时发现系统中管网的渗漏和损坏情况, 火灾自动报警系统对早期火情能够起到有效的监测, 提高了系统的安全可靠性。

根据《自动喷水灭火系统设计规范》 (GB 50084-2001, 2005年版, 以下简称“喷规”) 中附录A的火灾危险等级分类, 地下机械停车库按中危Ⅱ级设计, 喷水强度为8L/ (min·m²) , 作用面积160m², 火灾延续时间为1.0 h, 最不利点喷头工作压力为0.05 MPa。

机械停车库的停车位置既固定又随着车辆存取的机械传送流程进行移动, 而且库房和升降井道较高, 为了保证自动喷水灭火系统的有效性, 根据机械停车库内的不同部位设置不同类型的喷头加以保护。机械停车架内采用下垂型 (易熔合金) 72℃喷头, 升降井道内采用快速响应边墙型扩展覆盖 (K=115) 68℃喷头, 为了保证喷头的动作, 喷头上方设置集热罩, 防止上层喷头动作水喷洒到下层喷头的热敏元件而导致下层喷头不能按预定情况动作, 从而保证喷头的反应灵敏度。

车架内置喷头的布置数量不同会对系统设计流量产生一定的差异, 本工程每个停车托板的尺寸为5.6m×2.2m, 按照中危Ⅱ级的设计标准, 在每个停车托板上方前后布置2只喷头可满足灭火要求, 喷头布置见图1~图4。

机械停车库由于停车机械流程的需要, 无法用传统的隔墙将其空间进行分隔来限制火灾及烟气的蔓延, 需要采用特殊的消防设计来保障灭火的有效性。为了能够及时报告发生火灾的部位, 在每个工作单元均设置一个水流指示器, 并在每层配水管道的末端设置电动快速排气阀, 系统示意详见图5。当发生火灾时, 火灾探测器报警后, 自动控制系统控制阀门快速排气、充水, 管网由干式系统迅速转变为湿式准工作状态。当着火点温度达到开启喷头温度后, 开始喷水灭火。

管网的水力计算是确保消防设计安全的关键, 本工程采用“喷规”中推荐的作用面积法进行相关的管网水力计算。

按照“喷规”5.0.1条的规定, 选定系统中最不利工作作用面积160m², 从最不利点喷头开始, 依次计算各管段的流量和水头损失, 直至作用面积内的最后一只喷头, 作用面积外的管道只计算管道的水头损失不再叠加喷头的流量。

系统管径按“喷规”表8.0.7确定后, 计算过程中发现多处管段流速大于5m/s, 入口处管段流速高达10.8m/s。较高的管道流速不利于均衡管道系统的水力特性并增大了水头损失。为了保证最不利喷头压力达到0.05 MPa, 入口需要87.87m的压力, 不能满足“喷规”8.0.5条中配水管入口压力不宜大于0.40 MPa的规定。适当放大部分管段的管径将系统流速控制在5 m/s以内, 可使整个系统的能耗大大降低, 本工程使用的管径和喷头控制数见表1, 系统水力计算结果见表2。

通过以上计算得出:当系统采用经济流速后, 系统的水头损失大大降低。因为作用面积内有3层机械车库需要同时计算流量, 故系统的设计流量较大为64.53L/s, 入口所需压力为23.94m。

(1) 自动喷水灭火系统管道一般随机械车架进行敷设, 安装在车架上, 静载、动载给机械车架的设计带来较高的难度。另外, 需要特别考虑地震等动载因素对管道破坏作用, 因此安装时应按《建筑机电工程抗震设计规范》 (GB 50981-2014) 中的相关规定对主干管做好抗震安装。

(2) 自动喷水灭火系统的管道、喷头及末端排气阀等元件在机械车架内进行安装时, 须在前期设计时做好管线的综合工作, 预留系统管道和喷头的安装空间。施工承包商也应与机械停车库供货方密切合作, 合理安排施工进度和设备、器材、管道的设置, 避免碰撞和返工。

该设计方案应用于此类平面移动式的立体停车库具有系统简单、造价低、检修管理方便等优点。

对于不同形式的机械停车库平面布置、结构形式和停车数量, 设计人员应结合实际情况确定相应系统形式、喷头布置形式并通过水力计算确定系统的设计流量, 确保自动喷水灭火系统的有效性。