方火明

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

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某大學(xué)新校區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

方火明

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

以浙江理工大學(xué)科技與藝術(shù)學(xué)院上虞校區(qū)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例,介紹了目前校區(qū)常見(jiàn)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,著重分析了區(qū)域集中消防系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)與自動(dòng)噴淋系統(tǒng)合用管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果表明：本工程采用區(qū)域集中消防系統(tǒng),校區(qū)統(tǒng)一設(shè)置消防水泵房、消防加壓設(shè)備并采用消防合用管網(wǎng)系統(tǒng),經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便,對(duì)今后類似的大型區(qū)域消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很好的借鑒價(jià)值。

校區(qū)消防給水系統(tǒng)；消防合用管網(wǎng)；消防系統(tǒng)控制

1　工程概況

浙江理工大學(xué)科技與藝術(shù)學(xué)院新校址位于紹興市東部上虞區(qū)濱海新城核心區(qū)域,校區(qū)總用地面積約36.67hm2,總建筑面積約23.5萬(wàn)m2,學(xué)校在校生規(guī)模為6 500人,教職員工600人。校區(qū)以圖書(shū)館結(jié)合景觀湖作為整個(gè)校園的中心,包括教學(xué)科研區(qū)、生活后勤區(qū)和文體活動(dòng)區(qū)三大功能區(qū)。見(jiàn)圖1、圖2。

圖1　校區(qū)平面布置圖

圖2　校區(qū)功能分區(qū)圖

2　校區(qū)消防給水系統(tǒng)

新校區(qū)內(nèi)除高層學(xué)生宿舍(14層,建筑高度49.3m)、集體宿舍(9層,建筑高度31.8m)、圖書(shū)館(10層,建筑高度74.1m)為高層建筑外,其余均為多層建筑。市政自來(lái)水管網(wǎng)供至本地塊的給水壓力為0.2MPa,水壓無(wú)法滿足校區(qū)內(nèi)各單體建筑物的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的給水水壓要求,故須設(shè)消防加壓給水系統(tǒng)。

2.1消防給水系統(tǒng)選擇

依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50016—2014)》[1]《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB50974—2014)》[2]《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50084—2001)》[3]，本工程各單體建筑均設(shè)有室內(nèi)消火栓系統(tǒng)；圖書(shū)館、高層宿舍樓及設(shè)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的且建筑面積大于3 000m2的各公共建筑均設(shè)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。本工程除多層宿舍、醫(yī)務(wù)站、看臺(tái)、西北組團(tuán)的實(shí)驗(yàn)樓與教學(xué)樓外,其余建筑均設(shè)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。

新校區(qū)占地面積大,單體分布廣、消防要求高。故校區(qū)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)需從技術(shù)可靠性、消防安全性和經(jīng)濟(jì)性等各方面進(jìn)行綜合比較后,選擇一個(gè)適合本工程特點(diǎn)的最優(yōu)消防供水方案。

根據(jù)校區(qū)平面布置圖(圖1)并結(jié)合目前的消防技術(shù)現(xiàn)狀,本工程可選擇的消防供水方案主要有：

方案一，各建筑單體消防獨(dú)立自成系統(tǒng),在各單體建筑內(nèi)分別設(shè)置消防加壓給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)技術(shù)可靠、消防獨(dú)立性好、安全性高，但需設(shè)置20多套加壓設(shè)備,設(shè)備用房將占用大量的建筑面積,造價(jià)高且后期系統(tǒng)維護(hù)工作量大。因此,本工程不宜采用該系統(tǒng)。

方案二，以圖書(shū)館為中心,內(nèi)湖和校區(qū)主干道為分界,以校區(qū)組團(tuán)為單位設(shè)置5套相對(duì)集中的消防加壓給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)以組團(tuán)為分區(qū),設(shè)備用房相對(duì)集中設(shè)置,消防供水獨(dú)立性較好,后期設(shè)備及管網(wǎng)維護(hù)時(shí)受影響的面積小。

方案三，校區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模為學(xué)生6 500人、教職工600人,依據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB50974—2014)》第3.2.2條,整個(gè)校區(qū)同一時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)按1次設(shè)計(jì)[2]，可考慮在校區(qū)中心的最高樓圖書(shū)館內(nèi)集中設(shè)置一套消防加壓系統(tǒng)供整個(gè)校區(qū)消防用水。該系統(tǒng)只須在圖書(shū)館樓設(shè)置屋頂消防水箱、穩(wěn)壓設(shè)備、消防水池、消防水泵房各一個(gè)即可。

綜合比較方案二與方案三，兩者的優(yōu)劣為：

1)在面積利用率方面,以本工程的性質(zhì)和規(guī)模,一套消防水池、消防水泵房、屋頂消防水箱間等消防設(shè)備用房共需約400m2建筑面積,故方案二共需設(shè)備用房面積約2 000m2,使得建筑有效可利用面積大大減少。

2)在經(jīng)濟(jì)性上,方案三雖在室外管網(wǎng)的工程量上會(huì)有少量增加,但消防設(shè)備用房的土建工程量和消防設(shè)備數(shù)量少很多,校區(qū)消防加壓系統(tǒng)的造價(jià)上會(huì)明顯優(yōu)于方案二。

3)從后期管理角度考慮,方案三室外管網(wǎng)系統(tǒng)更大,運(yùn)行過(guò)程中管網(wǎng)出現(xiàn)漏損的幾率更大,日后管網(wǎng)維護(hù)要求更高；但從另一個(gè)角度考慮,由于校區(qū)只設(shè)有一套集中消防加壓系統(tǒng),后期運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備的日常檢測(cè)與維護(hù)保養(yǎng)的工作量大大減少,系統(tǒng)控制更簡(jiǎn)單,給管理帶來(lái)了極大的便利。

通過(guò)上述分析,方案三既節(jié)約設(shè)備用房面積、節(jié)省造價(jià),又有利于后期管理,因此本工程選擇方案三作為新校區(qū)消防供水方案。

2.2室外消防管網(wǎng)系統(tǒng)

2.2.1室外消火栓給水系統(tǒng)管網(wǎng)

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB50974—2014)》第3.1.2條第3點(diǎn)“當(dāng)消防給水與生活、生產(chǎn)給水合用時(shí),合用系統(tǒng)的給水設(shè)計(jì)流量應(yīng)為消防給水設(shè)計(jì)流量與生活、生產(chǎn)用水最大小時(shí)流量之和”[2],室外低壓消防管網(wǎng)可與生活給水管網(wǎng)系統(tǒng)合用。

本工程室外消火栓用水量為40L/s,從地塊東側(cè)和南側(cè)的市政道路各引一路DN300給水總管接入校園并在校區(qū)內(nèi)連成環(huán)網(wǎng),供給校區(qū)生活、消防給水。該環(huán)狀管網(wǎng)的水量、水壓滿足相關(guān)的室外消防管網(wǎng)設(shè)計(jì)要求。

本工程室外消防采用生活消防合一的低壓制管網(wǎng),可節(jié)約一套獨(dú)立的DN200室外低壓消防管網(wǎng)系統(tǒng),在初投資上可節(jié)約至少150萬(wàn)元(由于校區(qū)面積大,室外低壓消防管網(wǎng)單獨(dú)設(shè)置時(shí)管網(wǎng)長(zhǎng)度將超過(guò)5km,設(shè)計(jì)管材為承壓1.0MPa的鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管),同時(shí)在日后的運(yùn)行過(guò)程中可減少一套管網(wǎng)的維護(hù)量。

2.2.2室內(nèi)消火栓、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)室外給水管網(wǎng)

集中的消防加壓給水系統(tǒng)根據(jù)校區(qū)的室外消防管網(wǎng)布置可分為室內(nèi)消火栓，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)分別獨(dú)立的管網(wǎng)系統(tǒng)和合用管網(wǎng)系統(tǒng)兩種。

新校區(qū)面積大,單體建筑分布廣,校區(qū)室外加壓消防管網(wǎng)規(guī)模大,單系統(tǒng)干管管長(zhǎng)超過(guò)6km,本工程設(shè)計(jì)采用室內(nèi)消火栓、自動(dòng)噴淋合用管網(wǎng)系統(tǒng),管網(wǎng)由室內(nèi)消火栓泵和自動(dòng)噴淋泵共同加壓給水。

2.2.2.1合用管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)

在現(xiàn)有已完成的實(shí)際工程中,室外消防管網(wǎng)合用系統(tǒng)應(yīng)用較少,在系統(tǒng)選用時(shí),需根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn),進(jìn)行分析比較后合理選用。

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB50974—2014)》第8.1.7條“室內(nèi)消火栓給水管網(wǎng)宜與自動(dòng)噴水等其它滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)分開(kāi)設(shè)置；當(dāng)合用消防泵時(shí),供水管路沿水流方向在報(bào)警閥前分開(kāi)設(shè)置”[2]。本工程各單體建筑設(shè)計(jì)時(shí)消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)完全分開(kāi),按照各自的消防要求獨(dú)立自成系統(tǒng),各系統(tǒng)分別設(shè)消防引入管接至室外消防加壓供水環(huán)網(wǎng)。新校區(qū)消防合用管網(wǎng)設(shè)計(jì)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.2.2.2合用管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

新校區(qū)室內(nèi)消火栓、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)室外加壓給水合用管網(wǎng)采用一套DN200(從消防泵房引出區(qū)域局部主干管DN250)的消防環(huán)網(wǎng),設(shè)計(jì)采用承壓1.6MPa的鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管,承插管件電熔連接。而傳統(tǒng)的消防獨(dú)立管網(wǎng)系統(tǒng)則需設(shè)兩套DN150消防環(huán)網(wǎng)(室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)各一套)。

1)在系統(tǒng)造價(jià)方面,本工程消防加壓給水管道室外埋地管網(wǎng)總長(zhǎng)度約為6km,根據(jù)工程預(yù)算,造價(jià)為200萬(wàn)元；而如果采用兩套DN150消防環(huán)網(wǎng),造價(jià)將達(dá)300萬(wàn)元左右。顯然，在經(jīng)濟(jì)性方面合用管網(wǎng)系統(tǒng)更優(yōu)。

2)在消防供水安全可靠性上,獨(dú)立管網(wǎng)因其具有完全分開(kāi)的特性,消防系統(tǒng)互不干擾,在小管網(wǎng)系統(tǒng)中供水更可靠；而對(duì)于類似本工程的大區(qū)域消防管網(wǎng)系統(tǒng)則可能存在離消防水泵房較遠(yuǎn)，建筑水頭損失偏大,對(duì)消防系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定性及消防水泵揚(yáng)程的選型均有一定的影響。而合用系統(tǒng),由于合用消防管網(wǎng)管徑較大,消防用水在輸送過(guò)程中水頭損失小,校區(qū)各單體建筑水壓均比較穩(wěn)定,消防供水安全性更高。

3)在管網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)方面,消防系統(tǒng)管網(wǎng)要求不管任何時(shí)間發(fā)生消防事件均能滿足消防用水要求,因其在日常運(yùn)行過(guò)程中一直處于備用狀態(tài),需定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查、試驗(yàn)、維護(hù),合用系統(tǒng)采用一套管網(wǎng)在維護(hù)方面工作量更小。且根據(jù)現(xiàn)有工程的項(xiàng)目反饋,室外埋地管網(wǎng)通常存在滲漏且不易發(fā)覺(jué)等問(wèn)題,合用系統(tǒng)在滲漏排查及維修方面工作量將大大減少。

2.3消防設(shè)施及消防系統(tǒng)控制

本工程集中消防水池水泵房設(shè)于圖書(shū)館地下1層,消防水池容量576m3(儲(chǔ)存3h室內(nèi)消火栓用水量及1h自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水量),火災(zāi)初期消防用水量由圖書(shū)館屋頂消防水箱(有效容積36m3)供給并設(shè)室內(nèi)消火栓和自動(dòng)噴淋消防合用增壓穩(wěn)壓設(shè)施(配2臺(tái)增壓水泵,單臺(tái)Q=5L/s，H=30m，N=3.0kW,氣壓罐調(diào)節(jié)容積300L)。消防水泵房?jī)?nèi)設(shè)室內(nèi)消火栓泵2臺(tái),1用1備,單臺(tái)性能參數(shù)Q=40L/s，H=110m，N=75kW；設(shè)自動(dòng)噴淋泵2臺(tái),1用1備,單臺(tái)性能參數(shù)Q=40L/s，H=110m，N=75kW。

2.3.1消火栓給水泵控制

1)水泵應(yīng)能手動(dòng)啟停和自動(dòng)啟動(dòng),不應(yīng)設(shè)置自動(dòng)停泵的控制功能,停泵應(yīng)由具有管理權(quán)限的工作人員根據(jù)火災(zāi)撲救情況確定。

2)水泵應(yīng)確保從接到啟泵信號(hào)到水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)間不應(yīng)大于2min。

3)消防水泵應(yīng)由消防水泵出水干管上設(shè)置的壓力開(kāi)關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)信號(hào)直接自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵。

4)穩(wěn)壓泵應(yīng)由消防給水管或氣壓水罐上設(shè)置的穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟停壓力開(kāi)關(guān)或壓力變送器控制。

5)消火栓按鈕不宜作為直接啟動(dòng)消防水泵的開(kāi)關(guān),但可作為發(fā)出報(bào)警信號(hào)的開(kāi)關(guān)。

2.3.2噴淋給水泵控制

1)火災(zāi)時(shí)噴頭動(dòng)作,噴頭所在區(qū)水流指示器動(dòng)作、向消防中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)并指示火災(zāi)位置,同時(shí)報(bào)警閥水力警鈴動(dòng)作、經(jīng)延時(shí)器后報(bào)警閥上的壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作直接連鎖自動(dòng)啟動(dòng)噴淋泵。

2)消防控制中心可遙控手動(dòng)啟動(dòng)噴淋泵。

3)消防水泵房可就地手動(dòng)啟動(dòng)噴淋泵。

3　校區(qū)消防系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題及建議

從本工程消防系統(tǒng)的特性出發(fā),結(jié)合已投入使用類似工程的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),以下就本系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題及建議進(jìn)行分析。

1)校區(qū)消防加壓管網(wǎng)系統(tǒng)大,管網(wǎng)滲漏幾率加大[4],且埋地管道漏水不易發(fā)現(xiàn),每年會(huì)造成大量的水資源浪費(fèi),甚至引起局部區(qū)域地下水土流失、塌方等,同時(shí)也不利于管網(wǎng)系統(tǒng)保壓。因此,在工程管道施工過(guò)程中,必須加強(qiáng)監(jiān)管,確保管網(wǎng)工程質(zhì)量。

2)消防泵啟動(dòng)控制問(wèn)題。消火栓泵由流量開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟泵,自動(dòng)噴淋泵由報(bào)警閥壓力開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟泵。對(duì)于設(shè)于消火栓及自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的建筑,在火災(zāi)初期,噴頭動(dòng)作,引起濕式報(bào)警閥動(dòng)作啟動(dòng)噴淋泵；同時(shí)消防管網(wǎng)合用系統(tǒng)消防水箱穩(wěn)壓出水管上的流量開(kāi)關(guān)會(huì)動(dòng)作,啟動(dòng)消火栓泵,而此時(shí)消防隊(duì)員還未能進(jìn)入火場(chǎng)取用消火栓,故此時(shí)作用滅火的系統(tǒng)僅為自動(dòng)噴淋系統(tǒng),進(jìn)而引起消防系統(tǒng)水壓升高,給系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。因此,在設(shè)計(jì)消防合用系統(tǒng)時(shí),須采取預(yù)防系統(tǒng)超壓的措施。首先,在管網(wǎng)承壓選型時(shí)須根據(jù)消防水泵的工況曲線合理選擇管道的承壓等級(jí),避免短時(shí)超壓引起系統(tǒng)管道破壞或是閥門(mén)漏水；其次，在消防水泵出水管上設(shè)超壓泄壓閥,將管網(wǎng)內(nèi)超壓消防用水泄壓回流至消防水池,這樣既能保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全性,又可保證消防用水的有效利用。

3)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)停用控制問(wèn)題?！断澜o水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB50974—2014)》第11.0.2條“消防水泵不應(yīng)設(shè)置自動(dòng)停泵的控制功能,停泵應(yīng)由具有管理權(quán)限的工作人員根據(jù)火災(zāi)撲救情況確定”替代了老規(guī)范中自動(dòng)噴淋系統(tǒng)工作1h后自動(dòng)停泵的規(guī)定,肯定了噴淋系統(tǒng)在滅火中后期的作用(主要表現(xiàn)為冷卻,減緩火災(zāi)蔓延)。但有時(shí)火情持續(xù)一段時(shí)間后,火勢(shì)非常迅猛,此時(shí)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)對(duì)滅火的效果已經(jīng)微乎其微,管理人員會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要手動(dòng)關(guān)停噴淋泵,讓消防水集中作用于室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。而采用消防合用系統(tǒng)時(shí)無(wú)法通過(guò)停泵來(lái)關(guān)閉系統(tǒng),消防水資源得不到高效利用。故在消防室外管網(wǎng)合用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),須采取合理措施避免上述情況出現(xiàn)。首先,單體建筑室外消防引入管須設(shè)明顯標(biāo)識(shí),并設(shè)消防進(jìn)水總閥,在必要時(shí)可通過(guò)該閥門(mén)切斷單體的噴淋系統(tǒng)供水。同時(shí),亦可在噴淋系統(tǒng)濕式報(bào)警閥前設(shè)置電磁閥,通過(guò)消控中心關(guān)閉著火區(qū)域的電磁閥有針對(duì)性地關(guān)閉相關(guān)區(qū)域噴淋系統(tǒng)。

4　結(jié)　語(yǔ)

通過(guò)對(duì)校區(qū)消防系統(tǒng)方案的綜合比較,新校區(qū)集中設(shè)置一套消防加壓系統(tǒng)，室外合用一套加壓消防給水管網(wǎng)，各單體室內(nèi)消火栓及自動(dòng)噴淋系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置是合理的,系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好、消防安全性高、運(yùn)行維護(hù)方便。

[1]公安部天津消防研究所.GB50016—2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2015．

[2]中國(guó)中元國(guó)際工程公司.GB50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2014．

[3]中華人民共和國(guó)公安部.GB50084—2001自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2005．

[4]陳激,王靖華,張鈞.浙江大學(xué)紫金港校區(qū)消防管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].給水排水,2004,30(10): 68-70．

Discussion on the Design of the Fire Extinguisher System in New Campus of a University

FANG Huoming

2016-05-27

方火明 (1983—)，男，江西婺源人，工程師，從事建筑給排水設(shè)計(jì)工作。

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