張希卿

摘 要：隨著當(dāng)前建筑物規(guī)模與數(shù)量逐漸增加，對(duì)消防滅火體系提出了新的需求，因此，一般的消防滅火體系已無(wú)法滿足基本消防任務(wù)，而消防水炮憑借其自身優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)當(dāng)前建筑物消防滅火任務(wù)的新需求。基于此，文章簡(jiǎn)要分析了自動(dòng)消防水炮滅火體系設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題，以期對(duì)完善消防滅火體系建設(shè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)消防水炮;滅火系統(tǒng);設(shè)計(jì)初探

中圖分類號(hào)：TU892 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）04--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.039

自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)是一個(gè)高效消防系統(tǒng)，克服了手動(dòng)噴射消防系統(tǒng)在高大空間無(wú)法高效防火的弊端。隨著該體系的快速發(fā)展，不同類型的水炮和各類配套的探測(cè)滅火設(shè)備迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)該系統(tǒng)的規(guī)范剛剛建立，設(shè)計(jì)單位、施工單位在實(shí)際工作中還存在一些問(wèn)題。

1 滅火系統(tǒng)發(fā)展概況

消防系統(tǒng)首先從手動(dòng)式逐漸發(fā)展到半自動(dòng)式，后來(lái)逐步發(fā)展成主動(dòng)式噴水消防系統(tǒng)，大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段[1]。與以室內(nèi)消火栓為主體的手動(dòng)式滅火系統(tǒng)相比，主動(dòng)式噴水消防系統(tǒng)從火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)、確定、系統(tǒng)啟動(dòng)、開(kāi)始噴水及消防完成的整個(gè)流程都是自動(dòng)完成的，具有安全、反應(yīng)快速、滅火效率高等特點(diǎn)。當(dāng)前，上述幾類消防系統(tǒng)在消防領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。

消防炮通常指噴射流量超過(guò)16 L/s的噴射消防裝置，主要分為自動(dòng)型和固定型。自動(dòng)型消防炮通常是紅外傳感器技術(shù)、信號(hào)處理和通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等前沿科技的有機(jī)結(jié)合，流量覆蓋范圍一般在20 L/s～40 L/s，射程約50 m～70 m。當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)滅火炮流量覆蓋范圍一般在40 L/s～200 L/s，射程則可以達(dá)到40 m～130 m。

2 消防水炮應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 固定消防水炮的應(yīng)用

固定消防水炮主要應(yīng)用于室內(nèi)場(chǎng)所，是手動(dòng)滅火系統(tǒng)的補(bǔ)充，二者共同組成了室內(nèi)消防系統(tǒng)。在石油化工企業(yè)的大型裝置區(qū)等區(qū)域，由于裝置過(guò)高、過(guò)大，室外消火栓、消防水槍水柱射程有限，很難達(dá)到保護(hù)效果，這時(shí)就會(huì)用到固定消防水炮。與室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)相比，固定消防水炮流量大、射程遠(yuǎn)、滅火效率高。

在室內(nèi)的消防用水總量方面，要依照固定消防水炮使用量情況測(cè)算，并滿足《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，撲救室內(nèi)一般固體物質(zhì)火災(zāi)的供給強(qiáng)度應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其用水量應(yīng)按兩門(mén)水炮的水射流同時(shí)到達(dá)防護(hù)區(qū)任一部位的要求計(jì)算。民用建筑的用水量不應(yīng)小于40 L/s，工業(yè)建筑的用水量不應(yīng)小于60 L/s。

2.2 自動(dòng)消防水炮的應(yīng)用

自動(dòng)消防水炮具有與固定消防水炮相同的流量與射程，完全可以發(fā)揮固定消防水炮在室內(nèi)外場(chǎng)所中的作用[2]。

第一，自動(dòng)消防水炮與室內(nèi)消防栓系統(tǒng)相輔相成，具有固定消防水炮的優(yōu)點(diǎn)，且沒(méi)有死角。但是，消火栓系統(tǒng)是基本的保護(hù)措施，所有兼職專職消防員都能使用，可確保其有效性。所以，在較大的空間、場(chǎng)地，設(shè)有消防炮滅火系統(tǒng)的同時(shí)應(yīng)設(shè)置室內(nèi)消防栓滅火系統(tǒng)，確保在建筑物內(nèi)或其他場(chǎng)所都能起到保障作用。

第二，固定消防水炮由于性能上的不足，無(wú)法徹底取代自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，而自動(dòng)消防水炮是手動(dòng)消防系統(tǒng)的有益補(bǔ)充，能夠自行或主動(dòng)地實(shí)施撲救。

第三，當(dāng)自動(dòng)消防水炮作為室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的補(bǔ)充配置時(shí)，其消防用水量必須大于或等于室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的用水量，才能滿足消火栓撲救系統(tǒng)的用水量需求。如果將自動(dòng)消防水炮用作自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的替代設(shè)備，其噴射強(qiáng)度要超過(guò)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中所有危險(xiǎn)等級(jí)的噴射強(qiáng)度。那么單純從滅火效果考慮，自動(dòng)消防水炮完全能夠取代自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

目前國(guó)內(nèi)大型物流倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目中，超過(guò)自動(dòng)噴水系統(tǒng)要求的凈空高度場(chǎng)所，已經(jīng)在使用自動(dòng)消防水炮，以替代場(chǎng)所中不適用的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，例如唐山蘇寧物流倉(cāng)儲(chǔ)中心項(xiàng)目。

3 自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)的工作原理

自動(dòng)消防水炮及滅火控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，模仿人的視覺(jué)控制系統(tǒng)，并與新一代人工智能控制技術(shù)結(jié)合，保證火勢(shì)可以得到檢測(cè)、掃描，確保滅火變得自動(dòng)化、智能化，適合于凈高6 m～20 m的空間。其具體原理是如果出現(xiàn)重大火災(zāi)事故，可以及時(shí)動(dòng)態(tài)分析火災(zāi)事故的特征信號(hào)，將相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制器，并利用現(xiàn)場(chǎng)控制器管理的消防炮轉(zhuǎn)向火源位置，完成初期監(jiān)測(cè)和定時(shí)滅火[3]。其系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)實(shí)際動(dòng)火間隔，自行變換噴水方法;系統(tǒng)劣勢(shì)則是在圖片數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，影響了實(shí)時(shí)化速度和定位的準(zhǔn)確性。

火苗在爆炸工作過(guò)程中產(chǎn)生快速和連續(xù)的氧化現(xiàn)象，具有色彩鮮明、形態(tài)不規(guī)則和閃爍等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)火災(zāi)圖像中的火焰特征加以研究分析，可以運(yùn)用火苗的動(dòng)作特性鑒定火勢(shì)特征，能夠滿足視頻火災(zāi)事故檢測(cè)的實(shí)時(shí)性、魯棒性和準(zhǔn)確性的檢測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)分為監(jiān)測(cè)與告警模塊和消防給水模塊，自動(dòng)消防水炮滅火的工作原理：使用報(bào)警探測(cè)模塊檢測(cè)火源，將火源信號(hào)傳送到消防給水模塊，再按照檢測(cè)到動(dòng)火的坐標(biāo)方位和水炮車當(dāng)前情況計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)角度，最后開(kāi)啟電動(dòng)閥門(mén)和自動(dòng)滅火泵滅火。

由于自動(dòng)消防水炮應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)處理能力大幅提高，可以有效管控所有數(shù)據(jù)，包括記錄控制系統(tǒng)的操作，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后立即切換現(xiàn)場(chǎng)圖像及監(jiān)視器，并對(duì)火災(zāi)撲救全過(guò)程進(jìn)行錄像，同時(shí)調(diào)出圖像及信息模塊，標(biāo)出火警區(qū)域，提供處理向?qū)Вǖ却斯ぬ幚恚?。如果?zhí)勤人員未在規(guī)定時(shí)限內(nèi)處置，則計(jì)算機(jī)將進(jìn)入手動(dòng)處置階段，撥通相關(guān)部門(mén)主管領(lǐng)導(dǎo)電話、開(kāi)啟相關(guān)滅火設(shè)備并告警，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)狀況、火警時(shí)間、處置方法等作出記載[4]。

聯(lián)合撲救是通過(guò)使用聯(lián)合模塊實(shí)現(xiàn)的，聯(lián)合模塊負(fù)責(zé)撲救裝置與計(jì)算機(jī)之間的協(xié)同工作，及時(shí)反饋計(jì)算機(jī)的所有指令，例如開(kāi)啟警鈴、消防廣播、消防水泵、報(bào)警閥門(mén)、防火卷簾等。

自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)的開(kāi)啟方法包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)開(kāi)啟是值班人員在現(xiàn)場(chǎng)找到著火地點(diǎn)后，按下自動(dòng)報(bào)警按鍵，或通過(guò)手動(dòng)控制盤(pán)遙控自動(dòng)水炮，使水炮對(duì)準(zhǔn)著火地點(diǎn)，然后系統(tǒng)水壓降低后，通過(guò)設(shè)置在消防水泵房消防泵出水干管上的壓力開(kāi)關(guān)，自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵，保證系統(tǒng)正常工作所需的壓力、流量。自動(dòng)開(kāi)啟是監(jiān)控計(jì)算機(jī)在收到探測(cè)器的報(bào)警信息后，直接掃描起火點(diǎn)，完成控制系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，開(kāi)啟滅火用消防水泵和管道電控閥門(mén)，記錄消防處理全過(guò)程并存檔，都由系統(tǒng)監(jiān)控并自主完成。

4 自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)適應(yīng)現(xiàn)代大空間建筑的消防需求

自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)代大空間建筑的消防工作要求，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、紅外線和紫外線信號(hào)處理、通信、機(jī)器傳動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理等現(xiàn)代信息技術(shù)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化的現(xiàn)代建筑消防工作理念。自動(dòng)消防水炮控制器主要由火源檢測(cè)器、火勢(shì)定位器（設(shè)在水炮口上）、消防水炮、譯碼器、電磁閥控制器、自動(dòng)控制盤(pán)、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、程序和管道控制器等構(gòu)成，具有遙控、自控、自鎖功能，能夠?qū)ζ鸹瘘c(diǎn)自行灑水，連接火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，使用雙波段的圖像火災(zāi)自動(dòng)偵測(cè)與大空氣位置補(bǔ)救科技和高光截面圖像感煙火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大空間火災(zāi)事故應(yīng)急報(bào)警，同時(shí)具備監(jiān)控距離遠(yuǎn)、防護(hù)面積大、反應(yīng)速度快、安全性能高等特點(diǎn)。

《自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51427—2021）已于2021年10月1日正式實(shí)施。目前，自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)一般應(yīng)用在體育場(chǎng)、展覽中心、影劇院、購(gòu)物場(chǎng)所、候車（機(jī)）廳等人員密度大的場(chǎng)所，部分企業(yè)還成功地將自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)消防，例如首都體育館、東莞國(guó)際會(huì)展中心、深圳會(huì)展中心、天津國(guó)際汽車城等。

5 自動(dòng)消防水炮設(shè)計(jì)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題

5.1 噴水強(qiáng)度問(wèn)題

使用自動(dòng)消防水炮時(shí)，噴射強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)滿足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)和噴射型自動(dòng)射流滅火系統(tǒng)應(yīng)保證至少2臺(tái)滅火裝置的射流到達(dá)被保護(hù)區(qū)域的任一部位。

自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)用于撲救民用建筑內(nèi)火災(zāi)時(shí)，單臺(tái)炮的流量不應(yīng)小于20 L/s;用于撲救工業(yè)建筑內(nèi)火災(zāi)時(shí)，單臺(tái)炮的流量不應(yīng)小于30 L/s。此條規(guī)范與固定消防水炮對(duì)流量的要求一致。

5.2 后坐力問(wèn)題

當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)廠房通常是單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，按照常規(guī)的噴淋管試驗(yàn)體系，噴頭工作壓強(qiáng)不能形成太大的后坐力，如果使用消防炮，系統(tǒng)壓強(qiáng)必須超過(guò)0.6 MPa，形成的后坐力也較大。例如，某工廠制造的流速為20 L/s的消防炮，后坐力約為1 000 N;流速為30 L/S的消防炮，后坐力約為1 300 N。消防炮如果吊裝在梁下，使用時(shí)還會(huì)產(chǎn)生杠桿效應(yīng)，進(jìn)一步增加其后坐力，導(dǎo)致對(duì)廠房建筑破壞的加劇，這也是需要考慮的重要問(wèn)題。

自動(dòng)消防水炮滅火控制系統(tǒng)主要包括探測(cè)報(bào)警和滅火設(shè)備。探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)通常分為前端紅外探測(cè)、控制中心和消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。自動(dòng)消防水炮的流量范圍主要在20 L/s～40 L/s，與之相應(yīng)的入口工作水壓為0.8 MPa～0.9 MPa，最大射程為50 m～70 m。自動(dòng)消防水炮安置在建筑高處，噴射曲線為拋物線，其炮身結(jié)構(gòu)和固定消防水炮之間的技術(shù)參數(shù)通常應(yīng)保持一致，但是它能夠連接自動(dòng)定位系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)自動(dòng)掃描、自動(dòng)定位、自動(dòng)完成滅火任務(wù)。

6 消防水炮設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

6.1 消防水炮的合理選型

通常情況下，消防水炮的射程與其炮口壓強(qiáng)及空氣流速成正比，在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮空氣流速大小和系統(tǒng)水壓等因素，另外，還要考慮周圍建筑平面的影響因素，避免水炮射程過(guò)大，射程越大，則水炮口的壓強(qiáng)與流速也要增大，對(duì)水量及消防泵的要求也越高，這種情況會(huì)增加建設(shè)投入。在選擇消防水炮時(shí)，要根據(jù)保護(hù)對(duì)象高度及其與水炮的距離等因素，保證水炮的流量、射程滿足滅火需求。

6.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消防水炮控制系統(tǒng)主要由火災(zāi)檢測(cè)器、火焰測(cè)位器、消防水炮、譯碼器、電磁閥控制器、手動(dòng)控制盤(pán)、數(shù)據(jù)處理電子計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和管路控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

滅火裝置安裝設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：安裝位置滿足滅火裝置正常使用和維護(hù)的要求，固定支架或安裝平臺(tái)滿足滅火裝置的噴射、噴灑反作用力要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足滅火裝置正常使用的要求。

探測(cè)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：采用復(fù)合探測(cè)方式，有效探測(cè)和判定保護(hù)區(qū)域內(nèi)的火源;監(jiān)控半徑應(yīng)與對(duì)應(yīng)滅火裝置的保護(hù)半徑或保護(hù)范圍相匹配;探測(cè)裝置的布置保證保護(hù)區(qū)域內(nèi)無(wú)探測(cè)盲區(qū);探測(cè)裝置滿足相應(yīng)使用環(huán)境的防塵、防水、抗現(xiàn)場(chǎng)干擾等要求。

控制主機(jī)應(yīng)具有與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和其他聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備的通信接口。

控制主機(jī)具有消防水泵、滅火裝置、自動(dòng)控制閥、信號(hào)閥和水流指示器等的狀態(tài)顯示功能;現(xiàn)場(chǎng)控制箱具有消防水泵、自動(dòng)控制閥等的狀態(tài)顯示功能。此外，控制主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)控制箱還應(yīng)具有下列功能：控制自動(dòng)消防水炮或噴射型自動(dòng)射流滅火裝置的水平、俯仰回轉(zhuǎn)動(dòng)作、射流狀態(tài)轉(zhuǎn)換;控制自動(dòng)控制閥的開(kāi)啟和關(guān)閉;遠(yuǎn)程啟動(dòng)消防水泵，但不會(huì)自動(dòng)和遠(yuǎn)程停止消防水泵;控制主機(jī)在自動(dòng)控制狀態(tài)下，按設(shè)定程序控制滅火裝置動(dòng)作。

控制主機(jī)應(yīng)具有下列功能：自檢功能，聲、光報(bào)警功能，故障報(bào)警功能，消聲復(fù)位功能，報(bào)警信息顯示、記憶和打印功能，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄功能。

現(xiàn)場(chǎng)控制箱應(yīng)符合下列規(guī)定：設(shè)置在滅火裝置的附近，便于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，并能觀察到滅火裝置動(dòng)作;具有防止誤操作的措施。

保護(hù)區(qū)內(nèi)應(yīng)均勻設(shè)置聲、光報(bào)警器，可與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)合用;聲、光報(bào)警器的聲壓級(jí)不應(yīng)小于60 dB;在環(huán)境噪聲大于60 dB的場(chǎng)所，其聲壓級(jí)應(yīng)高于背景噪聲15 dB。

水流指示器應(yīng)符合下列規(guī)定：每臺(tái)自動(dòng)消防水炮及噴射型自動(dòng)射流滅火裝置、每臺(tái)噴灑型自動(dòng)射流滅火裝置的供水支管上設(shè)置水流指示器，且安裝在手動(dòng)控制閥的出口后;水流指示器的公稱壓力不小于系統(tǒng)工作壓力的1.2倍;水流指示器安裝在便于檢修的位置，當(dāng)安裝在吊頂時(shí)，吊頂預(yù)留檢修孔;水流指示器的公稱直徑與供水支管的管徑相同。

每個(gè)保護(hù)區(qū)管網(wǎng)的最不利點(diǎn)處應(yīng)設(shè)模擬末端試水裝置，并便于排水。

模擬末端試水裝置應(yīng)由探測(cè)部件、壓力表、自動(dòng)控制閥、手動(dòng)試水閥、試水接頭及排水管組成，試水接頭的流量系數(shù)（K值）應(yīng)與滅火裝置相同。

7 消防炮發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，由于工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，自動(dòng)消防水炮滅火控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠較好滿足現(xiàn)代消防的需求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。首先，智能化特征凸顯，智能消防炮已經(jīng)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。其次，建設(shè)成本必須調(diào)整到人們接受的范圍，如果消防炮費(fèi)用高昂，會(huì)直接影響其推廣和應(yīng)用，因此，降低成本造價(jià)將是另一主要發(fā)展趨勢(shì)。

同時(shí)，為適應(yīng)不同環(huán)境的使用要求，產(chǎn)品需要不斷更新以適應(yīng)不同環(huán)境的變化。例如，石油化工等爆炸環(huán)境場(chǎng)所要求自動(dòng)消防水炮提高防爆等級(jí)，高速公路隧道等潮濕、粉塵場(chǎng)所要求自動(dòng)消防水炮完善防水、防塵等功能，某些特殊場(chǎng)所需要自動(dòng)移動(dòng)式消防炮，因此對(duì)軌道、水源接管等提出了要求。

8 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，隨著建筑規(guī)模的逐步增加，普通的消防滅火系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足滅火任務(wù)，而自動(dòng)消防水炮滅火控制系統(tǒng)憑借其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，滿足了現(xiàn)階段現(xiàn)代建筑物的消防滅火要求。同時(shí)需要注意的是，自動(dòng)消防水炮滅火控制系統(tǒng)在研制、應(yīng)用與推廣過(guò)程中還存在很多問(wèn)題，工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員要對(duì)其給予高度重視，深入研究完善滅火設(shè)備，切實(shí)做好優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步提高消防救援的質(zhì)量和水平。

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