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消防给水系统在大空间场所的应用
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作者:pmof22837
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发布时间: 2019-05-08
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着我国社会经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，民用建筑工程建设中的室内大空间场所类别也越来越多，如会展中心、体育馆、剧院、火车站等等。为保证人民的人身及财产的安全，作为给排水工程设计人员，正确选择大空间场所内消防系统进行消防设计是达到这一目标的基本保障。本文结合现行各类消防系统的设计规范中的相关条文，针对民用建筑室内大空间场所，如展厅、剧院、中庭、自动扶梯上空等部位的消防给水系统的设计的选择，进行了分析、比较，以便和广大同行共同探讨学习。
着我国社会经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，民用建筑工程建设中的室内大空间场所类别也越来越多，如会展中心、体育馆、剧院、火车站等等。为保证人民的人身及财产的安全，作为给排水工程设计人员，正确选择大空间场所内消防系统进行消防设计是达到这一目标的基本保障。本文结合现行各类消防系统的设计规范中的相关条文，针对民用建筑室内大空间场所，如展厅、剧院、中庭、自动扶梯上空等部位的消防给水系统的设计的选择，进行了分析、比较，以便和广大同行共同探讨学习。
1 大空间场所
作为本文探讨的重点，首先要正确的定义大空间场所的概念。现行的各消防系统设计规范，在系统设置场所或设计参数中对其内容均有部分涉及，但并无完整的说明。如《建筑设计防火规范》GB50016-2006（以下简称《建规》）中，在8.5.7条的条文说明中提出了建筑物内空间高度大于8m时，宜设置固定消防炮等灭火系统；《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）（以下简称《喷规》）中，在5.0.1A条提出了非仓库类高大净空场所的概念，内容为净空高度8～12m的中庭、影剧院、音乐厅、会展中心、多功能体育馆、自选商场等场所；《固定消防炮灭火系统设计规范》GB50338-2003（以下简称《固定炮规》）中，在3.0.2.5条提出了高度超过8m，且火灾危险性较大的场所；《自动消防炮灭火系统技术规程》CECS245:2008（以下简称《自动炮规》）中，在3.2.1.1条提出了建筑物净空高度大于8m的场所；而在广东省地方标准《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》DBJ15-34-2004（以下简称《空规》）中，在第2.1.1条明确提出了大空间场所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12m的场所。
综上所述，可见各现行国家规范虽然没有明确大空间场所的含义，但确定了高大净空场所的高度界限为8m。在《建规》8.5.7.1条的条文说明中，对8米的高度界限解释为：建筑物内空间高度大于8m时，早期火灾的烟气羽流温度通常很难达到自动喷水灭火系统的启动温度，依靠温度变化而启动的洒水喷头及其安装高度不能有效发挥早期火灾响应和灭火的作用。故我们可以以此为基础按《空规》来确定大空间场所的概念，即民用和工业建筑物的室内净空高度大于8m，仓库建筑物的室内净空高度大于12m的场所。
2 消防给水系统的选择
依我国目前城市给水管网的建设程度及已建或在建的建筑物消防系统的设计方式，同时，因城市供水水源及建筑物结构要求的限制，几乎所有的消防给水系统均为临时高压制给水系统，即通过屋顶高位消防水箱或稳高压装置、消防水池及消防主泵来满足消防时灭火用水的要求，这点对大空间场所消防给水系统设计来讲也不例外。
从前述相关大空间场所概念的内容来看，适用大空间场所的现行消防规范为《建规》、《喷规》、《固定炮规》、《自动炮规》及《空规》。
按《建规》8.5.7条规定，建筑面积大于3000 m²且无法采用自动喷水灭火系统的展览厅、体育馆观众厅等人员密集场所，建筑面积大于5000 m²且无法采用自动喷水灭火系统的丙类厂房，宜设置固定消防炮等灭火系统。本条明确了当大空间场所不能采用自动喷水灭火系统时，应设置相应的固定消防炮等替代灭火系统，为大空间场所内的消防设计起到了提纲挈领的作用，也为促进后续各类高科技消防产品的开发打下了坚实的理论依据。
下面依据现行的消防系统设计规范就各消防系统的设计选择、特点及设置方式逐一进行分析和说明。
2.1消火栓消防给水系统
消火栓为建筑物内基本的消防设施，无论是《建规》还是《高层民用建筑设计规范》GB50045-95(2005年版)，都有“设置室内消火栓的建筑物，除无可燃物的设备层外，其各层均应设置消火栓”的要求。而其中的大空间场所亦无例外，应按规范条文设置室内消火栓消防给水系统。
2.2自动喷水灭火系统
大空间场所适宜采用湿式自动喷水灭火系统的净空高度，按《喷规》5.0.1A条规定为12m及以下范围。该条同时规定了8～12m的非仓库类高大净空场所内，喷头设置的间距为3m，并应依不同的场所确定喷水强度、选择不同流量系数的喷头，也就是通过布置加密喷头及规定喷水强度，来满足湿式自动喷水灭火系统的启动温度和保证有效发挥系统的灭火作用。
因为自动喷水灭火系统具有使用历史悠久、经济实用、灭火成功率高等优点，是当今世界上公认的有效的、应用广泛的和造价低廉的自动灭火系统，建议当大空间场所可以满足喷头布置的要求、系统适用高度的范围时，优先采用湿式自动喷水灭火系统。
2.3固定消防炮灭火系统
固定消防炮灭火系统是由固定消防炮和相应配置的系统组件组成的，一般固体可燃物大空间场所应采用水炮系统。该系统特点为大流量（《固定炮规》4.3.4.1条规定，水炮灭火系统用水量应按两门水炮的水射流同时到达防护区任一部位的要求计算，民用建筑的用水量不应小于40L/s，也就是说单门水炮的流量不应小于20 L/s），高扬程（水炮小额定压力达0.80MPa），保护半径大（射程小为50m），灭火为水平射流和抛物线射流。
设置方式按《固定炮规》4.2.1条的规定为：布置高度应保证消防炮的射流不受上部建筑构件的影响（此条为满足抛物线射流灭火的要求）；设置消防炮平台的结构强度应能满足消防炮喷射反力的要求，结构设计应能满足消防炮正常使用的要求（此点是消防炮高扬程造成的后果）。同时《固定炮规》5.2.1条规定“远控消防炮应同时具有手动功能”，条文说明为“远控消防炮应能在现场操作”。以上《固定炮规》规范条文明确了固定消防炮应设于建筑物的可受力墙体上，设置高度应便于消防人员能及时赶到现场操作进行灭火和满足抛物线灭火射流的水柱覆盖要求。现在有些设计师将消防炮设置在室内顶板下的做法是错误的。
固定消防炮灭火为水平射流或抛物线射流灭火，工作压力高，喷射反力大，对建筑物、人身和财产的安全有一定威胁，这点决定了该系统设置的场所有一定的局限性。在考虑上述特点的前提下，设置本系统的大空间场所主要为顶部设置网架结构的会展中心展厅，顶部因为美观要求不便设置其它灭火装置的体育馆等建筑物；在寒冷地区无法采用湿式灭火系统的大空间场所，可采用干式固定消防炮灭火系统，如飞机场的通透性行李房内。
2.4自动消防炮灭火系统
自动消防炮灭火系统是在保留固定消防炮灭火系统基本功能的基础上，应用了高科技火灾探测装置及控制系统的一种自动灭火系统，是《固定炮规》中的远控消防炮系统的升级换代产品，其执行的标准为《自动消防炮灭火系统技术规程》，而不是以规范的名称出现，原因也是由此而来。
目前民用建筑内采用的均为自动消防炮系统，《自动炮规》关于该系统的系统选择、系统组件及系统设计等基本要求和《固定炮规》中的相关要求大同小异，具体内容可参见上述固定消防炮灭火系统，这里不再细述。
2.5大空间智能型主动喷水灭火系统
大空间智能型主动喷水灭火系统是为了满足在大空间场所内无法设置自动喷水灭火系统时的替代灭火设施，是近年来由我国科技人员独自研制开发的一种高科技自动喷水灭火系统，采用了自动探测、判定火源、启动系统及定位的主动喷水灭火的灭火方式。因高科技技术及产品发展的特殊性，在本系统的设置依据方面造成了地方规程的发布超前于国家规范的制定的情形。在现阶段对该系统的设计，国内各省市基本按广东省地方标准《空规》执行。
大空间智能型主动喷水灭火系统按喷头形式及性能参数的不同，分为大空间智能灭火装置、自动扫描射水灭火装置和自动扫描射水高空水炮灭火装置三种类型。作为自动喷水灭火系统的替代灭火系统，各类型的大空间智能型主动喷水灭火系统设置场所的火灾类别、火灾危险等级划分、设计流量及保护面积确定应满足《喷规》的相关规定。
大空间智能灭火装置喷头安装高度为6～25m，流量为5（8.8）L/s，保护半径≤6（8）m，标准工作压力为0.25MPa；设置方式为顶部或架空安装，平面按《喷规》要求地面不留空白漏喷点布置；喷水方式类似自动喷水灭火系统喷头，为圆形面，水滴为离心抛射后垂直均匀洒落。主要用于火灾类别为A类、火灾危险性大、可燃物较多、火灾时容易引起猛烈燃烧并可能迅速蔓延的严重危险级场所，如舞台的葡萄架下部、演播室、电影摄影棚的上方、仓库等场所。
自动扫描射水灭火装置喷头安装高度为2.5～6m，流量为2L/s，保护半径≤6m，标准工作压力为0.15MPa；设置方式为顶部、架空、边墙或退层平台安装，平面按《喷规》要求地面不留空白漏喷点布置；喷水方式类似消火栓，为扇形面，喷水水量较集中，对着火范围较小的火灾有迅速发现并集中水量扑灭的能力。主要用于火灾类别为A类、火灾危险等级为轻危险级或中危险级场所，如体育馆、影剧院的多层观众厅看台及其他因建筑美观要求不宜设置自动喷水灭火系统喷头的场所。
自动扫描射水高空水炮灭火装置水炮安装高度为6（8）～20（35）m，流量为5（10）L/s，保护半径≤20（32、35）m，标准工作压力为0.60MPa；设置方式为顶部、架空、边墙或退层平台安装，平面按《喷规》要求地面不留空白漏喷点布置；喷水方式类似消火栓，为矩形面，喷水水量较集中，对着火范围较小的火灾有迅速发现并集中水量扑灭的能力。主要用于火灾类别为A类、火灾危险等级为轻危险级或中危险级场所，如中庭、影剧院、音乐厅、会展中心、多功能体育馆、自选商场及自动扶梯上空等场所。同时，因水炮工作压力较高达0.60 MPa，具体设计时应注意设置水炮处受力体的结构强度应能满足水炮喷射反力的要求，结构设计应能满足水炮正常使用的要求。
3 结语
综前所述，针对不同大空间场所的特点正确了解、选择、设计消防系统，对及时扑救火灾、保证人身及生命财产的安全有极其重要的意义。科学技术的进步推动了各类工业产品的快速更新换代，这意味着要求我们应该不断地提升对新技术、新产品的掌握和了解，进一步提高自身的专业设计水平，尽快的将本专业的高新科技技术融入到实际工作中，走在应用科学的前沿，为保障人民生命财产的安全更好的尽到我们应有的义务。
1 大空间场所
作为本文探讨的重点，首先要正确的定义大空间场所的概念。现行的各消防系统设计规范，在系统设置场所或设计参数中对其内容均有部分涉及，但并无完整的说明。如《建筑设计防火规范》GB50016-2006（以下简称《建规》）中，在8.5.7条的条文说明中提出了建筑物内空间高度大于8m时，宜设置固定消防炮等灭火系统；《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）（以下简称《喷规》）中，在5.0.1A条提出了非仓库类高大净空场所的概念，内容为净空高度8～12m的中庭、影剧院、音乐厅、会展中心、多功能体育馆、自选商场等场所；《固定消防炮灭火系统设计规范》GB50338-2003（以下简称《固定炮规》）中，在3.0.2.5条提出了高度超过8m，且火灾危险性较大的场所；《自动消防炮灭火系统技术规程》CECS245:2008（以下简称《自动炮规》）中，在3.2.1.1条提出了建筑物净空高度大于8m的场所；而在广东省地方标准《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》DBJ15-34-2004（以下简称《空规》）中，在第2.1.1条明确提出了大空间场所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12m的场所。
综上所述，可见各现行国家规范虽然没有明确大空间场所的含义，但确定了高大净空场所的高度界限为8m。在《建规》8.5.7.1条的条文说明中，对8米的高度界限解释为：建筑物内空间高度大于8m时，早期火灾的烟气羽流温度通常很难达到自动喷水灭火系统的启动温度，依靠温度变化而启动的洒水喷头及其安装高度不能有效发挥早期火灾响应和灭火的作用。故我们可以以此为基础按《空规》来确定大空间场所的概念，即民用和工业建筑物的室内净空高度大于8m，仓库建筑物的室内净空高度大于12m的场所。
2 消防给水系统的选择
依我国目前城市给水管网的建设程度及已建或在建的建筑物消防系统的设计方式，同时，因城市供水水源及建筑物结构要求的限制，几乎所有的消防给水系统均为临时高压制给水系统，即通过屋顶高位消防水箱或稳高压装置、消防水池及消防主泵来满足消防时灭火用水的要求，这点对大空间场所消防给水系统设计来讲也不例外。
从前述相关大空间场所概念的内容来看，适用大空间场所的现行消防规范为《建规》、《喷规》、《固定炮规》、《自动炮规》及《空规》。
按《建规》8.5.7条规定，建筑面积大于3000 m²且无法采用自动喷水灭火系统的展览厅、体育馆观众厅等人员密集场所，建筑面积大于5000 m²且无法采用自动喷水灭火系统的丙类厂房，宜设置固定消防炮等灭火系统。本条明确了当大空间场所不能采用自动喷水灭火系统时，应设置相应的固定消防炮等替代灭火系统，为大空间场所内的消防设计起到了提纲挈领的作用，也为促进后续各类高科技消防产品的开发打下了坚实的理论依据。
下面依据现行的消防系统设计规范就各消防系统的设计选择、特点及设置方式逐一进行分析和说明。
2.1消火栓消防给水系统
消火栓为建筑物内基本的消防设施，无论是《建规》还是《高层民用建筑设计规范》GB50045-95(2005年版)，都有“设置室内消火栓的建筑物，除无可燃物的设备层外，其各层均应设置消火栓”的要求。而其中的大空间场所亦无例外，应按规范条文设置室内消火栓消防给水系统。
2.2自动喷水灭火系统
大空间场所适宜采用湿式自动喷水灭火系统的净空高度，按《喷规》5.0.1A条规定为12m及以下范围。该条同时规定了8～12m的非仓库类高大净空场所内，喷头设置的间距为3m，并应依不同的场所确定喷水强度、选择不同流量系数的喷头，也就是通过布置加密喷头及规定喷水强度，来满足湿式自动喷水灭火系统的启动温度和保证有效发挥系统的灭火作用。
因为自动喷水灭火系统具有使用历史悠久、经济实用、灭火成功率高等优点，是当今世界上公认的有效的、应用广泛的和造价低廉的自动灭火系统，建议当大空间场所可以满足喷头布置的要求、系统适用高度的范围时，优先采用湿式自动喷水灭火系统。
2.3固定消防炮灭火系统
固定消防炮灭火系统是由固定消防炮和相应配置的系统组件组成的，一般固体可燃物大空间场所应采用水炮系统。该系统特点为大流量（《固定炮规》4.3.4.1条规定，水炮灭火系统用水量应按两门水炮的水射流同时到达防护区任一部位的要求计算，民用建筑的用水量不应小于40L/s，也就是说单门水炮的流量不应小于20 L/s），高扬程（水炮小额定压力达0.80MPa），保护半径大（射程小为50m），灭火为水平射流和抛物线射流。
设置方式按《固定炮规》4.2.1条的规定为：布置高度应保证消防炮的射流不受上部建筑构件的影响（此条为满足抛物线射流灭火的要求）；设置消防炮平台的结构强度应能满足消防炮喷射反力的要求，结构设计应能满足消防炮正常使用的要求（此点是消防炮高扬程造成的后果）。同时《固定炮规》5.2.1条规定“远控消防炮应同时具有手动功能”，条文说明为“远控消防炮应能在现场操作”。以上《固定炮规》规范条文明确了固定消防炮应设于建筑物的可受力墙体上，设置高度应便于消防人员能及时赶到现场操作进行灭火和满足抛物线灭火射流的水柱覆盖要求。现在有些设计师将消防炮设置在室内顶板下的做法是错误的。
固定消防炮灭火为水平射流或抛物线射流灭火，工作压力高，喷射反力大，对建筑物、人身和财产的安全有一定威胁，这点决定了该系统设置的场所有一定的局限性。在考虑上述特点的前提下，设置本系统的大空间场所主要为顶部设置网架结构的会展中心展厅，顶部因为美观要求不便设置其它灭火装置的体育馆等建筑物；在寒冷地区无法采用湿式灭火系统的大空间场所，可采用干式固定消防炮灭火系统，如飞机场的通透性行李房内。
2.4自动消防炮灭火系统
自动消防炮灭火系统是在保留固定消防炮灭火系统基本功能的基础上，应用了高科技火灾探测装置及控制系统的一种自动灭火系统，是《固定炮规》中的远控消防炮系统的升级换代产品，其执行的标准为《自动消防炮灭火系统技术规程》，而不是以规范的名称出现，原因也是由此而来。
目前民用建筑内采用的均为自动消防炮系统，《自动炮规》关于该系统的系统选择、系统组件及系统设计等基本要求和《固定炮规》中的相关要求大同小异，具体内容可参见上述固定消防炮灭火系统，这里不再细述。
2.5大空间智能型主动喷水灭火系统
大空间智能型主动喷水灭火系统是为了满足在大空间场所内无法设置自动喷水灭火系统时的替代灭火设施，是近年来由我国科技人员独自研制开发的一种高科技自动喷水灭火系统，采用了自动探测、判定火源、启动系统及定位的主动喷水灭火的灭火方式。因高科技技术及产品发展的特殊性，在本系统的设置依据方面造成了地方规程的发布超前于国家规范的制定的情形。在现阶段对该系统的设计，国内各省市基本按广东省地方标准《空规》执行。
大空间智能型主动喷水灭火系统按喷头形式及性能参数的不同，分为大空间智能灭火装置、自动扫描射水灭火装置和自动扫描射水高空水炮灭火装置三种类型。作为自动喷水灭火系统的替代灭火系统，各类型的大空间智能型主动喷水灭火系统设置场所的火灾类别、火灾危险等级划分、设计流量及保护面积确定应满足《喷规》的相关规定。
大空间智能灭火装置喷头安装高度为6～25m，流量为5（8.8）L/s，保护半径≤6（8）m，标准工作压力为0.25MPa；设置方式为顶部或架空安装，平面按《喷规》要求地面不留空白漏喷点布置；喷水方式类似自动喷水灭火系统喷头，为圆形面，水滴为离心抛射后垂直均匀洒落。主要用于火灾类别为A类、火灾危险性大、可燃物较多、火灾时容易引起猛烈燃烧并可能迅速蔓延的严重危险级场所，如舞台的葡萄架下部、演播室、电影摄影棚的上方、仓库等场所。
自动扫描射水灭火装置喷头安装高度为2.5～6m，流量为2L/s，保护半径≤6m，标准工作压力为0.15MPa；设置方式为顶部、架空、边墙或退层平台安装，平面按《喷规》要求地面不留空白漏喷点布置；喷水方式类似消火栓，为扇形面，喷水水量较集中，对着火范围较小的火灾有迅速发现并集中水量扑灭的能力。主要用于火灾类别为A类、火灾危险等级为轻危险级或中危险级场所，如体育馆、影剧院的多层观众厅看台及其他因建筑美观要求不宜设置自动喷水灭火系统喷头的场所。
自动扫描射水高空水炮灭火装置水炮安装高度为6（8）～20（35）m，流量为5（10）L/s，保护半径≤20（32、35）m，标准工作压力为0.60MPa；设置方式为顶部、架空、边墙或退层平台安装，平面按《喷规》要求地面不留空白漏喷点布置；喷水方式类似消火栓，为矩形面，喷水水量较集中，对着火范围较小的火灾有迅速发现并集中水量扑灭的能力。主要用于火灾类别为A类、火灾危险等级为轻危险级或中危险级场所，如中庭、影剧院、音乐厅、会展中心、多功能体育馆、自选商场及自动扶梯上空等场所。同时，因水炮工作压力较高达0.60 MPa，具体设计时应注意设置水炮处受力体的结构强度应能满足水炮喷射反力的要求，结构设计应能满足水炮正常使用的要求。
3 结语
综前所述，针对不同大空间场所的特点正确了解、选择、设计消防系统，对及时扑救火灾、保证人身及生命财产的安全有极其重要的意义。科学技术的进步推动了各类工业产品的快速更新换代，这意味着要求我们应该不断地提升对新技术、新产品的掌握和了解，进一步提高自身的专业设计水平，尽快的将本专业的高新科技技术融入到实际工作中，走在应用科学的前沿，为保障人民生命财产的安全更好的尽到我们应有的义务。
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