方火明

(浙江大學建筑設計研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

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某大學新校區(qū)消防系統(tǒng)設計探討

方火明

(浙江大學建筑設計研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

以浙江理工大學科技與藝術(shù)學院上虞校區(qū)的消防系統(tǒng)設計為例,介紹了目前校區(qū)常見的消防系統(tǒng)設計方案,著重分析了區(qū)域集中消防系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)與自動噴淋系統(tǒng)合用管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點。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)一設置消防水泵房、消防加壓設備并采用消防合用管網(wǎng)系統(tǒng),經(jīng)濟合理、技術(shù)安全可靠、運行維護方便,對今后類似的大型區(qū)域消防系統(tǒng)設計有很好的借鑒價值。

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

浙江理工大學科技與藝術(shù)學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m2,學校在校生規(guī)模為6 500人,教職員工600人。校區(qū)以圖書館結(jié)合景觀湖作為整個校園的中心,包括教學科研區(qū)、生活后勤區(qū)和文體活動區(qū)三大功能區(qū)。見圖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。市政自來水管網(wǎng)供至本地塊的給水壓力為0.2MPa,水壓無法滿足校區(qū)內(nèi)各單體建筑物的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)及自動噴淋系統(tǒng)的給水水壓要求,故須設消防加壓給水系統(tǒng)。

2.1消防給水系統(tǒng)選擇

依據(jù)《建筑設計防火規(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]《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范(GB50084—2001)》[3]，本工程各單體建筑均設有室內(nèi)消火栓系統(tǒng)；圖書館、高層宿舍樓及設有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的且建筑面積大于3 000m2的各公共建筑均設閉式自動噴水滅火系統(tǒng)。本工程除多層宿舍、醫(yī)務站、看臺、西北組團的實驗樓與教學樓外,其余建筑均設自動噴淋系統(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)設計需從技術(shù)可靠性、消防安全性和經(jīng)濟性等各方面進行綜合比較后,選擇一個適合本工程特點的最優(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，各建筑單體消防獨立自成系統(tǒng),在各單體建筑內(nèi)分別設置消防加壓給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)技術(shù)可靠、消防獨立性好、安全性高，但需設置20多套加壓設備,設備用房將占用大量的建筑面積,造價高且后期系統(tǒng)維護工作量大。因此,本工程不宜采用該系統(tǒng)。

方案二，以圖書館為中心,內(nèi)湖和校區(qū)主干道為分界,以校區(qū)組團為單位設置5套相對集中的消防加壓給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)以組團為分區(qū),設備用房相對集中設置,消防供水獨立性較好,后期設備及管網(wǎng)維護時受影響的面積小。

方案三，校區(qū)設計規(guī)模為學生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,整個校區(qū)同一時間內(nèi)的火災次數(shù)按1次設計[2]，可考慮在校區(qū)中心的最高樓圖書館內(nèi)集中設置一套消防加壓系統(tǒng)供整個校區(qū)消防用水。該系統(tǒng)只須在圖書館樓設置屋頂消防水箱、穩(wěn)壓設備、消防水池、消防水泵房各一個即可。

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備用房共需約400m2建筑面積,故方案二共需設備用房面積約2 000m2,使得建筑有效可利用面積大大減少。

2)在經(jīng)濟性上,方案三雖在室外管網(wǎng)的工程量上會有少量增加,但消防設備用房的土建工程量和消防設備數(shù)量少很多,校區(qū)消防加壓系統(tǒng)的造價上會明顯優(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,運行過程中管網(wǎng)出現(xiàn)漏損的幾率更大,日后管網(wǎng)維護要求更高；但從另一個角度考慮,由于校區(qū)只設有一套集中消防加壓系統(tǒng),后期運行過程中設備的日常檢測與維護保養(yǎng)的工作量大大減少,系統(tǒng)控制更簡單,給管理帶來了極大的便利。

通過上述分析,方案三既節(jié)約設備用房面積、節(jié)省造價,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“當消防給水與生活、生產(chǎn)給水合用時,合用系統(tǒng)的給水設計流量應為消防給水設計流量與生活、生產(chǎn)用水最大小時流量之和”[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)設計要求。

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150萬元(由于校區(qū)面積大,室外低壓消防管網(wǎng)單獨設置時管網(wǎng)長度將超過5km,設計管材為承壓1.0MPa的鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管),同時在日后的運行過程中可減少一套管網(wǎng)的維護量。

2.2.2室內(nèi)消火栓、自動噴淋系統(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，自動噴淋系統(tǒng)分別獨立的管網(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)干管管長超過6km,本工程設計采用室內(nèi)消火栓、自動噴淋合用管網(wǎng)系統(tǒng),管網(wǎng)由室內(nèi)消火栓泵和自動噴淋泵共同加壓給水。

2.2.2.1合用管網(wǎng)系統(tǒng)設計依據(jù)

在現(xiàn)有已完成的實際工程中,室外消防管網(wǎng)合用系統(tǒng)應用較少,在系統(tǒng)選用時,需根據(jù)項目的特點,進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)宜與自動噴水等其它滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)分開設置；當合用消防泵時,供水管路沿水流方向在報警閥前分開設置”[2]。本工程各單體建筑設計時消火栓系統(tǒng)和自動噴淋系統(tǒng)完全分開,按照各自的消防要求獨立自成系統(tǒng),各系統(tǒng)分別設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)設計滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.2.2.2合用管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)點

新校區(qū)室內(nèi)消火栓、自動噴淋系統(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),設計采用承壓1.6MPa的鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管,承插管件電熔連接。而傳統(tǒng)的消防獨立管網(wǎng)系統(tǒng)則需設兩套DN150消防環(huán)網(wǎng)(室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴淋系統(tǒng)各一套)。

1)在系統(tǒng)造價方面,本工程消防加壓給水管道室外埋地管網(wǎng)總長度約為6km,根據(jù)工程預算,造價為200萬元；而如果采用兩套DN150消防環(huán)網(wǎng),造價將達300萬元左右。顯然，在經(jīng)濟性方面合用管網(wǎng)系統(tǒng)更優(yōu)。

2)在消防供水安全可靠性上,獨立管網(wǎng)因其具有完全分開的特性,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，建筑水頭損失偏大,對消防系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定性及消防水泵揚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)的運行維護方面,消防系統(tǒng)管網(wǎng)要求不管任何時間發(fā)生消防事件均能滿足消防用水要求,因其在日常運行過程中一直處于備用狀態(tài),需定期對系統(tǒng)進行檢查、試驗、維護,合用系統(tǒng)采用一套管網(wǎng)在維護方面工作量更小。且根據(jù)現(xiàn)有工程的項目反饋,室外埋地管網(wǎng)通常存在滲漏且不易發(fā)覺等問題,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消防設施及消防系統(tǒng)控制

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

2.3.1消火栓給水泵控制

1)水泵應能手動啟停和自動啟動,不應設置自動停泵的控制功能,停泵應由具有管理權(quán)限的工作人員根據(jù)火災撲救情況確定。

2)水泵應確保從接到啟泵信號到水泵正常運轉(zhuǎn)的自動啟動時間不應大于2min。

3)消防水泵應由消防水泵出水干管上設置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管上的流量開關(guān)等開關(guān)信號直接自動啟動消防水泵。

4)穩(wěn)壓泵應由消防給水管或氣壓水罐上設置的穩(wěn)壓泵自動啟停壓力開關(guān)或壓力變送器控制。

5)消火栓按鈕不宜作為直接啟動消防水泵的開關(guān),但可作為發(fā)出報警信號的開關(guān)。

2.3.2噴淋給水泵控制

1)火災時噴頭動作,噴頭所在區(qū)水流指示器動作、向消防中心發(fā)出報警信號并指示火災位置,同時報警閥水力警鈴動作、經(jīng)延時器后報警閥上的壓力開關(guān)動作直接連鎖自動啟動噴淋泵。

2)消防控制中心可遙控手動啟動噴淋泵。

3)消防水泵房可就地手動啟動噴淋泵。

3　校區(qū)消防系統(tǒng)可能存在的問題及建議

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目經(jīng)驗,以下就本系統(tǒng)可能存在的問題及建議進行分析。

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),每年會造成大量的水資源浪費,甚至引起局部區(qū)域地下水土流失、塌方等,同時也不利于管網(wǎng)系統(tǒng)保壓。因此,在工程管道施工過程中,必須加強監(jiān)管,確保管網(wǎng)工程質(zhì)量。

2)消防泵啟動控制問題。消火栓泵由流量開關(guān)、壓力開關(guān)自動啟泵,自動噴淋泵由報警閥壓力開關(guān)自動啟泵。對于設于消火栓及自動噴淋系統(tǒng)的建筑,在火災初期,噴頭動作,引起濕式報警閥動作啟動噴淋泵；同時消防管網(wǎng)合用系統(tǒng)消防水箱穩(wěn)壓出水管上的流量開關(guān)會動作,啟動消火栓泵,而此時消防隊員還未能進入火場取用消火栓,故此時作用滅火的系統(tǒng)僅為自動噴淋系統(tǒng),進而引起消防系統(tǒng)水壓升高,給系統(tǒng)帶來安全隱患。因此,在設計消防合用系統(tǒng)時,須采取預防系統(tǒng)超壓的措施。首先,在管網(wǎng)承壓選型時須根據(jù)消防水泵的工況曲線合理選擇管道的承壓等級,避免短時超壓引起系統(tǒng)管道破壞或是閥門漏水；其次，在消防水泵出水管上設超壓泄壓閥,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)的運行安全性,又可保證消防用水的有效利用。

3)自動噴淋系統(tǒng)停用控制問題?！断澜o水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(GB50974—2014)》第11.0.2條“消防水泵不應設置自動停泵的控制功能,停泵應由具有管理權(quán)限的工作人員根據(jù)火災撲救情況確定”替代了老規(guī)范中自動噴淋系統(tǒng)工作1h后自動停泵的規(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,減緩火災蔓延)。但有時火情持續(xù)一段時間后,火勢非常迅猛,此時自動噴淋系統(tǒng)對滅火的效果已經(jīng)微乎其微,管理人員會根據(jù)現(xiàn)場需要手動關(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)時無法通過停泵來關(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)設計時,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明顯標識,并設消防進水總閥,在必要時可通過該閥門切斷單體的噴淋系統(tǒng)供水。同時,亦可在噴淋系統(tǒng)濕式報警閥前設置電磁閥,通過消控中心關(guān)閉著火區(qū)域的電磁閥有針對性地關(guān)閉相關(guān)區(qū)域噴淋系統(tǒng)。

4　結(jié)　語

通過對校區(qū)消防系統(tǒng)方案的綜合比較,新校區(qū)集中設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)消火栓及自動噴淋系統(tǒng)單獨設置是合理的,系統(tǒng)經(jīng)濟性好、消防安全性高、運行維護方便。

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

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

[3]中華人民共和國公安部.GB50084—2001自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范 [S]. 北京：中國計劃出版社,2005．

[4]陳激,王靖華,張鈞.浙江大學紫金港校區(qū)消防管網(wǎng)的優(yōu)化設計[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，從事建筑給排水設計工作。

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