[文章]：南京国际展览中心消防给水设计

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南京国际展览中心消防给水设计


  
1  工程概况
    南京国际展览中心坐落在南京市区的东北部，东接紫金山，西邻玄武湖，是按照当代国际展览功能和标准建设的大型展览场馆，具有承办单项国际博览会和全国性贸易洽谈会的能力。工程占地11.57hm2，总建筑面积10.8万m2，建筑总高度43m，建筑南北长约290m，东西宽约120m。建筑的1～2层设有6个大型展览大厅，拥有2 068个国际标准展位；与展览大厅连在一起的5层辅房内，设有多功能厅、商务洽谈、商务办公、餐饮、地下汽车停车库和地下机房等配套设施；此外，室外还设有大型展览广场。整个建筑属于综合性的高层展览建筑。
    工程设计完成于1999年底，整个工程于2001年初竣工并通过了消防验收。消防给水系统共设有消火栓系统、闭式自动喷水灭火系统、自动喷水-泡沫联用系统、水喷雾系统和雨淋系统。以下结合大空间展览大厅的消防给水设计，着重介绍雨淋系统设计及采用的设计参数、地下消火栓的作法，以及施工和验收的一些情况。
2  展览大厅消防给水系统
2．1  展览大厅的特点和消防给水系统设计原则
    本工程展览大厅的建筑特点是面积大，室内净空高，为了满足大型展览的需要，每个展览大厅的面积均在8 000～9 000 m2，并按一个防火分区设计。展览大厅采用大跨度结构，一层为27m柱距的大跨度展厅，二层则为无柱大空间展厅。一层展览大厅的净空高度在6～8m，二层展览大厅净空高度达13～34m，屋面为75m大跨度的圆弧形钢管桁(网)架系统，其剖面见图1。




图1 二层展厅横向剖面
    6个展览大厅根据展览规模可以独立或合并使用，展览时由于人流量大，有大量的可燃和易燃物品展出，加上设有中央空调系统，火灾的危险性大。尤其是二层3个作为主要展厅的展览大厅，除了举办普通展览外，还将作为举办大型多功能活动(如会展表演、信息发布等)的场所，因此，火灾的危险性更大。
    展览大厅的上述特点，对建筑防火和消防给水设计提出了更高的要求，消防主管部门要求二层展览大厅必须采取有效的自动消防灭火设施，否则应将防火分区面积严格控制在防火规范规定的范围之内。
    为此，我们确定如下的消防给水系统设计原则：第一，当展览大厅净高不超过8m时，采用闭式自动喷水灭火系统；对净高超过8 m的二层展览大厅则另找其他有效的自动水消防系统。第二，在无墙、柱的大面积展览大厅中央区域设置室内消火栓时，既要满足消防要求，又要不影响展览大厅的多功能使用。
2．2  展览大厅自动水消防系统的确定
    通过工程调研和收集到的有关信息资料，并通过对《自动喷水灭火系统设计规范》1998年修订本送审稿(以下简称规范送审稿)的学习，我们认识到对室内净空高度超过8 m的高大空间，可供采用的自动水消防系统有三种型式：第一种是采用快速响应早期抑制喷头的闭式自动喷水灭火系统；第二种是由摄像机实时监测、微机控制的高压大流量全自动消防水炮系统；第三种是雨淋系统。上述三种系统中，第一种国内已有工程实例，如某大型国际会展中心，在高度超过10m的展览大厅内就采用了这种系统，而第二种和第三种则未见到工程实例的报道。
    通过分析比较发现，采用快速响应早期抑制喷头的闭式自动喷水灭火系统，不适用于本工程二层展览大厅。该喷头公称直径20mm，流量系数K=200，其特点是喷头开启动作快，要求的最低工作压力高，至少在0.34～0.50 MPa，因而喷出的水滴直径大，穿透力强，水滴在下落过程中不会过早雾化，能够扑灭净高12m以内的火灾，主要用于保护高堆垛和高货架仓库，可有效地控制及补灭仓库内朝竖向或水平方向蔓延的火灾。而展览大厅的特点是高大空间，与高架库房不同，火灾产生的热气流会在上升过程中快速降温，因而会推迟喷头开启的时间；圆弧形的屋面形状会使热气流先聚集到屋架的最高处，而不一定在着火点的正上方；空调送风气流分布的影响以及高大的空间易使上升的热气流发生横向飘移，也会使热气流偏离着火区上空。
    同样，自动消防水炮系统也不适用。该系统是消防水炮和自动控制技术相结合的新产品，消防水炮依靠高压大流量的供水系统，可产生长达数10 m的充实水柱，能自动和远距离扑灭火灾，但它对在场人员具有一定的危害性，所以不应当用在人员密集的场馆。况且，自动消防水炮当时只有国外进口产品，一台就需人民币约100万元，如果采用该系统，仅此一项的工程造价就需好几百万元。
    因此，雨淋系统是最佳的选择了。雨淋系统常用在火灾蔓延迅速、火灾危险性大的场所和部位，其特点是系统动作快，可以在设计作用面积内瞬间开启所有的喷头，喷头喷出的密集水流如同暴雨般地快速覆盖整个作用面积，从而实现控制火势并扑灭火灾。一般工程中雨淋系统保护的面积仅为几百m2，技术上是成熟的，而本工程中需要保护的面积高达数千m2，且均为高大空间，技术上有难度，必须采取一系列切实可行、安全有效的技术措施。
2．3  雨淋系统
    经过综合比较和技术可行性论证，在多次与消防主管部门协商交换意见后，确定了雨淋系统的设计方案，并通过了消防部门审查。
2．3．1  雨淋系统设计参数
    二层每个展览大厅需设雨淋系统保护的面积约5 200 m2，如此大的面积当然不可能直接作为雨淋系统的设计作用面积。首先必须解决如何划分系统作用面积及确定系统设计参数的问题。我们参照规范送审稿的有关规定，确定展览大厅火灾危险等级为中危险Ⅱ级，雨淋系统设计喷水强度采用8 L／(min·m2)，系统最小作用面积为160 m2(即雨淋系统中一组喷头同时喷水的最小作用面积)，每个展览大厅面积分成32个系统最小作用面积(以下简称单元面积)，全部展览大厅共分成96个单元面积；系统最大作用面积定为640 m2，它是按灭火时最不利情况确定的：即当着火点刚好发生在4个相邻单元面积的交点处时，为保证该点处的喷水强度符合灭火要求，并能阻止火灾向四周蔓延，需要该点处的4个单元面积的雨淋喷头同时喷水灭火。这样做提高了雨淋系统的安全可靠性，对大面积的场所很有必要。
    雨淋系统最大设计流量为Q=1.2×8× 640=6 144 L／min≈100 L／s。
2．3．2  雨淋系统的自动控制
    雨淋系统有三种自动控制型式：易熔锁封传动系统、闭式喷头传动系统和感光、感烟、感温的火灾探测电动控制系统。根据本工程建筑造型的特点，前两种自动控制型式显然不适用，只能采用第三种自动控制型式，而第三种自动控制型式中，普通的感烟和感温探测系统，由于高大空间的原因，也难于及时准确探测到着火的部位，只有依赖于更先进的自动探测系统了，因此本工程采用了红外线火灾探测系统。随之而来的问题是如何去准确判定火灾发生的区域，以准确控制雨淋系统及时启动并喷水灭火，这是雨淋系统能否成功灭火的关键。
    经过与消防电气工程设计人员共同协商论证和相互密切配合，找到了解决这类问题的办法：将红外线探测器的探测-接受系统，按正交的方式布置，并保证在任何一个雨淋灭火单元面积(160 m2)内，均有两个相互垂直的红外线火灾探测信号通过。这样，红外线火灾探测系统只要同时探测到来自两个方向的火灾信号，就能够准确判定火灾发生的区域，同步控制雨淋系统对此区域实施喷水灭火。
    雨淋系统工作的主要流程是：红外线火灾探测系统探测并判定火灾区域→发出火警信号→开启通往失火区域的雨淋供水主管上的电动阀门→消防控制中心确认→开启通往失火区域雨淋阀上的电磁阀→通往失火区域的雨淋阀开启→同时启动雨淋泵。
2．3．3  雨淋阀数量和布置
    按规范送审稿有关条文，每个雨淋阀控制的喷水作用面积不宜大于系统作用面积，本工程有96个160m2的单元面积，应当相应设置96个雨淋阀。然而，由于受到了建筑结构等方面因素的限制，设置96个雨淋阀所需的雨淋阀间的面积和位置难以得到满足，每个屋面圆弧形钢管主桁架上敷设12根DNl50口径的雨淋供水干管也难以做到，只能将雨淋阀的数量减少一半，即每1个雨淋阀控制2个单元面积(320 m2)，并在每个单元面积(160 m2)的雨淋供水主管上，设置1个电动阀门，这样一来共设置了48个雨淋阀，问题得到了解决。
    雨淋阀位置应当尽可能靠近雨淋系统配水管网，以减少管道水头损失，使水流尽快充满整个配水管网，从而保证系统能够及时快速喷水灭火；同时，雨淋阀间的位置，也要考虑便于人员灭火时的手动操作和平时的维护管理。综合上述因素，决定在建筑标高30.75 m处设置于4个雨淋阀间，每个雨淋阀间内安装12个雨淋阀。   
2．3．4  雨淋泵和管道系统
    雨淋系统共设有3台雨淋泵，2用1备，雨淋泵采用XBD系列变流稳压建筑用消防泵[1]，单台水泵的主要性能参数为：Q=0～55L／s，H=90 m，N=90 kW。雨淋泵组有2路DN250出水管与雨淋系统的环状供水总管连接。雨淋系统共设置6个消防水泵接合器。
    雨淋泵启动是由红外线火灾探测系统来控制的，同时工作的雨淋泵数量，则由开启的雨淋阀数量所决定：当有1个雨淋阀开启时，只有1台泵工作，如随后有第2个雨淋阀开启，才能使2台泵并联工作。如果火灾只发生在1个单元面积(160m2)时，只有1台泵工作，虽然单台泵的最大供水量大大超过实际需要流量，但由于采用了变流稳压建筑用消防泵，该泵从零流量到设计最大流量范围内变化时，其扬程变化在5％以内，因此在小流量时雨淋系统不会出现超压现象。
    雨淋阀前的供水总管布置成环状；阀后的供水干管沿着屋面圆弧形钢管主桁架敷设，每个主桁架上有6根DN150雨淋供水干管，再通过雨淋配水管及配水支管和雨淋喷头连接。雨淋阀以后二层屋盖下的供配水系统示意见图1，雨淋系统原理见图2。


2．4  室内地下消火栓设置
    室内消火栓是建筑内最基本的水消防系统，按消防设计规范的要求，本建筑内无墙、柱的展览大厅中部区域必须设置消火栓。为便于消防队员及早发现和快速投入灭火战斗，消防设计规范规定了室内消火栓口离地面高度为1.1 m，显然是指应采用地上式消火栓箱。
    在一层展览大厅，我们将地上式消火栓箱设置在靠走道的固定展位旁边，箱体用型钢直接安装在地面上；在二层展览大厅，为了不影响展览大厅的多功能用途，经征得消防主管部门同意，决定采用地下式消火栓，于是在标准层位间走道的地坪下共设置了18个地下消火栓井，详见图3。地下消火栓井地坑尺寸为1m×lm×lm，地坑顶面设置和地面相平齐的不锈钢盖板，盖板上可承受人和其他物体的重量，如做成一整块则不便于开启，为此将盖板分成2块，盖板上面用醒目的荧光颜料标明"地下消火栓"字样，以引起人们注意保护和便于消防队员灭火时寻找。地下消火栓井内消火栓、水枪和水带等配件的布置，考虑了使用的快捷和方便，消防队员可以在短时间内完成启动消火栓泵、取出水枪和水带、打开消火栓并投入灭火等一系列的操作。同时在地下消火栓井设置了消防卷盘，以便于普通工作人员使用。地下消火栓井内设置了消防排水地漏，为防止室外排水管中的臭味和有害气体通过地漏串入室内，采用了可快速打开的密闭式地漏，平时关闭，消防时打开。


图3  室内地下消火栓井示意
3  消防给水系统的施工和验收情况
    整个工程施工周期不到一年半，时间相当紧迫，留给消防给水系统施工的时间很有限。由于水消防系统种类多，安装现场的风管及电缆等其他管线又错综复杂，有时还需同时或交叉施工，很多的施工操作场所又在离地很高处，其安装施工的难度可想而知。我们在设计时已预见到这一点，并相应采取一些便于施工的技术措施，如对直径DNl00及以上的热镀锌钢管的连接方式，就首次采用了新型的沟槽式卡箍连接方式，这种新型接口不会损伤钢管镀锌层，连接方便快速而且可靠。本工程消防给水镀锌钢管的安装工程量相当大，其中仅直径DN150需弧形连接(沿屋面敷设)的管道就长2 000多m，施工单位反映，若不采用卡箍接口，采用法兰连接很难施工，根本不可能在短时间内高质量地完成这部分管道的安装；采用卡箍接口，对于整个消防给水管道安装的按期完成，起到了很好的作用。
    在消防给水系统竣工验收前，消防部门要求对雨淋系统实施喷水试验，我们也非常希望检验一下该系统的实际喷水效果。工程建设指挥部对此相当重视，为避免在雨淋系统实施喷水试验时，喷淋水对埋设在展览大厅地坪下的各种电线插座造成不利的水渍影响，在试水区域的地面预先铺设了防水布，并做好排水的准备。雨淋系统喷水试验区域选定在最不利处的1个单元面积内进行，采用手动控制的方式，当水流在160m2范围内从离地约30m高处喷泻而下时，如同一场大暴雨，其场景颇为壮观，在场的消防验收人员一致对喷水的效果感到满意。
4  结语
    在大面积、大空间建筑的自动消防给水设计中，如何选择合适的系统及其设计参数等问题，是我们共同面临的新课题，其中对于净高超过8m的场所，采用雨淋系统是完全可行的。
    在今后的设计中，自动水消防系统的排水和水渍影响问题应引起重视。在建筑功能不受影响的前提下，可采取一些措施加以解决：如地面适当起坡，坡向大门入口、通向室外的楼梯间、卫生间、靠外墙的方向等，必要时设置一些消防排水专用地漏，再排入室外雨水明沟或散水坡；地下层则应设置足够的排水设施排水。
    在无墙、柱的大面积场所设置地下消火栓，虽然是解决消火栓布置与建筑使用功能相矛盾时的一种有效作法，但不宜提倡，其主要原因是①不符合消防设计规范对室内消火栓设计的要求；②火灾时地下消火栓的寻找和实际使用，均不如地上式的消火栓快速和方便。今后对于类似情况，我们建议有关部门通过试验来确定：能否将地上消火栓的设置间距适当加大，增加消防水龙带的长度，并提高消火栓的出口水压。


信息来源：《给水排水2002年08期》