西安国际商展中心消防设计

中国建筑西北设计研究院　 王研
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　　提要：本文讨论了超大空间建筑的消防设计，并对三种消防系统的设计进行了分析总结。
　　关键词：超大空间建筑 消火栓系统 自喷系统 水炮系统 特级防火卷帘

　　西安商贸中心展销大厦位于南郊电视塔东侧，建筑面积4.7万m²，地下一层，地上三层，主展厅（中厅）建筑面积4700m²，为无柱通高27m，跨度为78.3m，屋面为钢管结构空间桁架，是典型的超大空间民用建筑，也是西安的标志性建筑。
　　对于这样的大空间民用公共建筑，在建筑方案设计阶段，由于主展厅为单层，围绕主展厅的周边为三层，根据《建规》总则的规定，建筑高度超过24m的单层公共建筑属《建规》设计范畴。但消防部门持不同意见，坚持按《高规》执行。这样，给设计带来了许多制约，尤其在防火分区上，后经与消防部门多次磋商，并召开了专家论证，最后得出如下结论，两翼侧厅最高处降至23.71m，主展厅最高处27.0m，并增设水量大、射程远的消防水炮给水系统。
　　由于该建筑特有的超高，超宽的内部空间条件所限，在室内消防设计时带来了一定的困难，由于四周外墙均为玻璃幕墙，而室内多为大空间或简易隔墙，布置消火栓十分棘手，局部地方难以保证两股水柱的要求。关于自动喷淋系统，由于每层的建筑面积较大，若采取一个系统，管网过大，管路过长，使整个系统的灵敏度及安全度有所下降。为了解决这个问题，将建筑物从中间一分为二，分成左、右两个区，使系统缩小了一倍，也便于消防中心的运行管理。水炮消防给水系统设置在1号主展厅，主要是解决消火栓系统保护不到的地方，以及无法设置自喷系统的场合，是消火栓和自喷系统的延伸和补充。以下是笔者就三种消防给水系统在超大空间的民用建筑中的一些设计体会，有不妥之处，请设计同仁给予指正。

1.消火栓给水系统

　　由于该系统是最常见的亦是最基本的消防给水形式，是设计中首要考虑的，本次设计与以往设计的相同点是：室内管网横向、竖向连成环状，并设有两台专用水泵及两组水泵结合器向室内环状供水，水泵的启动可通过消火栓处的遥控按钮，消防中心控制或泵房的手动控制。本次设计与以往民用建筑消火栓系统设计所不同之处大体有三个方面（1）系统可算准常高压给水系统，由于建筑物屋面为造型别致的弧形金属屋面，不可能设置传统形式的高位水箱，但又必须保证初期10min消防水量，这也是《建规》中明确指出的，为此，在地下室消防泵房设三组气压罐，每个气压罐的规格为：2200×3500（φ×H）。三组气压罐贮存火灾初期10min的消防量，总共为12m³，并设有两台稳压泵以维持整个管网平时所需的压力，当火灾发生时，打开消火栓灭火，系统压力会迅速下降，当压降超出稳压装置控制范围时，气压罐可及时提供满足压力的供消火栓初期用水，并可自动开启消火栓系统主泵灭火。缺点是，由于稳压设备设置于地下室，管网系统平时维持较高的压力，考虑到建筑物本身不及30m高，管道系统不至于承受过高的压力，但对于高层建筑，应合理使用此种系统形式。（2）充实水柱长度，《建规》中规定，一般民用建筑的充实水柱为10m，对于高层工业建筑的充实水柱应保证13m，考虑到本建筑的特点，且最高点已超过24m，为了更加有效地发挥消火栓的作用，本次设计将消火栓充实水柱定为13m。（3）消火栓箱的形式。平时设计时常见的为箱式和柜式，可明装或嵌墙暗装，可是这次设计中，建筑物内空间大，墙体少，寻找安装消火栓的位置十分困难。最后决定靠柱设置柜式消火栓，为了美观并使柜式消火栓安装牢固，我们设计一种特殊柜式，将消防立管藏于柜中，这样既达到美观的目的，又可使柜式消火栓依靠立管而安装牢固。

2.自动喷水系统

　　如前所述，该建筑为长方形，长为165m，宽为81m，如是设计成一个系统，是必造成管路过长，水头损失过大，水流指示器的灵敏度下降等诸多不利因素，为此，我们将建筑物从中轴线一分为二，左、右两个区基本上为不对称分布，这样一来，系统比原来减小了一倍。水泵所须的扬程及其它不利因素都大大降低，每层每区各设2～3个末端实验装置。
　　虽然每层的管网是分开的，但供应整个系统的自喷消防主泵仍为两台，平时维持管网的压力由一太稳压设备提供。根据《自喷规范》的条款，对于中危险级的建筑物中设有稳压水泵或气压给水装置的不可设消防水箱，所以，该系统仅设稳压设备（附带压力罐）是满足规范要求的。
　　除中厅通常无法设置喷头外，其余部位仍应该布置喷头（不宜用水扑救的部位除外）。由于三层（即顶层）直接为纲结构网架的斜屋面，屋面距地板的高度，在7.0-9.0m范围内变化，消防部门的意见水对超过8.0m高度的屋面下亦设置喷头，这样，给喷头安装上增加了难度，因没有吊顶，喷头及连接管要露明安装，喷头安装低了，需加集热板，妨碍美观，喷头贴屋面安装，个别地方喷头距地面高度＞8.0m，喷头的人敏元件又难以起到应有的作用，经过再三考虑，喷头统一安装于屋面下15cm的标高上，始终与弧形屋面保持平行，这样屋面可起到集热的作用，可省去集热板。对于超过8.0m层高的部位，采用ESFR快速放映喷头。

3.消防水炮给水系统

　　该系统多用于石化行业的露天油库灭火，且为泡沫灭水系统，以扑救油类火灾，用于室内大空间的飞机维修库，仍为泡沫灭火系统，用于民用建筑的则实为少见。由于本展览中心多民用商品等的展览，无特别的要求，无需设泡沫罐，仅用清水水炮灭火系统即可。
　　下面简要介绍一下消防水炮的系统形式，管网为枝状型，独立系统，系统内设置两台消防专用主泵，管网平时靠稳压设备充满水并保证一定的压力，在主展厅的二层平台的四个角均有炮位，共计四门炮，炮口方向可根据现场的实际情况由手动或红外线遥控的方式控制，炮口回转角度的范围±135°，俯仰角度的范围为-70～+40或-30～+70，每门炮的额定流量为40L/s，最大射程62m，炮头上设有双手柄，可调节射程和雾化角。该系统的消防水量为80L/s，即火灾时按同时开启两门炮考虑，消防水池贮存1h的消防水量，即288m³，由于该系统射程远且保护面积大，对消火栓和自喷难以保护的部位起到了极好的补充作用，使该工程的消防设计更趋完善。
　　除此之外，其他的防火措施有：所有钢屋架涂刷防火涂料，所有部位按规定配置灭火器，由于内部空间大，在分割防火区时，许多地方采取的防火卷帘形式，最长的防火卷帘长达36m，如果采取普通的防火卷帘，需要贮存的水幕水量是非常大的，大约500m³。为此，在施工图设计阶段，所有防火卷帘采用特级防火卷帘，本工程采用了两种特级防火卷帘，在地下室及一层采用汽舞式钢质防火卷帘，在二、三层采用双轨双帘无机复合防火卷帘，后者无需用水，前者则需要用水，但用水量都很小，汽雾式防火卷帘帘板平均不水强度1.6L/m₂，该大厦最大防火分区的防火卷帘面积为205m₂，则该防火分区防火卷帘的用水量为：Q=（205m×1.6L/m².min×180/min）/1000=59.04m3，每小时用水量为19.68m3。因此，汽雾式防火卷帘用水量由消火栓管道系统直接提供，但消防水池应贮存该水量，关于这一点，应在设计中引起重视。
　　综上所述，重要的大空间民用建筑的消防设计应慎之又慎，因为一旦发生火灾，不仅火灾发展迅速，蔓延速度快，造成的火灾也大，在今后超大空间的民用建筑还会时常遇到，如大型剧场，会展中心，侯机大楼等，而且更具时代感，非标准化，并具有较高的装修标准，而我国目前对于上述超大空间建筑在消防规范的编制上，消防设计技术的应用上，产品开发和研制，火灾报警的联动控制等诸多方面与发达国家相比尚存在一定差距，忠心希望我国的消防科研企业多出好的产品，以适应现代化社会的发展。
　　以上是这次设计西安商贸中心展销大厦工程的一点消防设计体会，如有不妥之处，请设计同人给予指正。