大型公交停车库喷淋系统设计探讨

计 欣

（上海城市交通设计院有限公司，上海市 200025)

0 前言

随着城市化进程加快，公共交通行业供需矛盾日益明显，尤其是作为城市主要公共交通手段之一的公交车更是如此。近年来上海地区新建了大批大型公交停车保养场，其中公交立体车库有体量大，为敞开式停车库，结构柱网密度大，消防要求高的特点。下面专门针对公交立体停车库喷淋系统设计做一些技术探讨。

1 喷淋头布置

喷头布点设计主要考虑的是作用面积内的喷水强度，以及喷水的均匀性和喷头的适时开放。喷头布点不合理，可能产生盲区，影响消防安全功能，也可能喷洒区域过多重复，造成浪费。因此合理布置喷淋头是喷淋系统安全性和经济性的综合体现。

以上海地区某公交立体停车库（以下简称“某车库”）为例，“某车库”层高5.4 m，共4层，单层面积14 426 m2。根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-1997）（以下简称《车规》)第5.1.1条规定，共分为12个防火分区，每层3个防火分区，各个防火分区之间开口用特级防火卷帘分隔。结构柱网间距为12.4 m×12.8 m，主梁和次梁交叉形成的网格尺寸为6.4 m×2.48 m，主梁断面尺寸（最大值）为350 mm×1 200 mm，次梁断面尺寸（最大值）为250 mm×850 mm，楼板厚度为200 mm。如果按照《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2001）（以下简称《喷规》）第7.1.2条规定的最大间距和最小间距进行喷头布置，喷头布置时仅考虑主梁的影响而忽略次梁的影响。这种布置方式的优点是布置出的喷头数量较少，但是由于忽略了次梁的影响，很多喷头必定不能满足《喷规》7.2.1条的规定。对“某车库”，直接在结构梁形成的网格中间对称位置布置喷头，得出喷头的间距为3.2 m，相邻配水支管的间距为2.48 m，刚好满足《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2001）（以下简称《喷规》）中第7.1.2条不宜小于2.4 m的规定，并由此推算一只喷头的保护面积为7.936 m2。

再来分析主次梁高度对喷头溅水盘与顶板距离的影响。根据上面采用的喷头布置方式，喷头与主梁水平间距1 400 mm，与次梁水平间距1 115 mm。根据《喷规》7.2.1条，靠近主梁的喷头溅水盘距离梁底的最大垂直距离为0.35 m，次梁附近喷头溅水盘距离梁底的最大垂直距离为0.24 m。由此得出喷头溅水盘距离顶板的最小距离分别为650 mm和410 mm。根据《喷规》7.1.3条第2款黑体字内容：“当在梁间布置喷头时，应符合本规范7.2.1条的规定。确有困难时，溅水盘与顶板的距离不应大于550 mm。梁间布置的喷头，喷头溅水盘与顶板距离达到550 mm仍不能符合7.2.1条规定时，应在梁底面的下方增设喷头。”由于该条款内容为强制性规定，设计必须执行。根据“某车库”的实际情况，可以推算出在结构主次梁形成的网格间距不变的情况下，当主梁高度不超过1 100 mm时可以满足规范要求。否则需要对主梁两侧喷头位置进行微调，在微调仍不能满足要求时应在主梁底面下方增设喷头。主梁下部多数为车行通道不适宜增加喷头等障碍物，且个别主梁超高不多，采用将超高主梁两侧喷头向远离主梁一侧位移适当距离的方法来控制喷头高度，以不出现喷水盲区为标准。对于位于结构伸缩缝两侧的喷头且喷头间距本来已达到4.0 m的情况，就需要在伸缩缝主梁下部增设喷头。图1为喷头调整示意图。

2 喷淋系统水力计算

图1 喷头调整示意图

根据《喷规》和上海市地方规范《民用建筑水灭火系统设计规程》（DGJ 08-94-2007）（以下简称《水规》）可以确定汽车库火灾危险等级为中危险级II级。喷头采用68℃标准玻璃球喷头，喷头流量系数K=80，作用面积实际为166.4 m2，设计喷水强度为不小于8 L/min·m2。根据《喷规》7.1.2条，当喷水强度为8 L/min·m2时，一只喷头的最大保护面积为11.5 m2，根据喷头流量计算公式q=K（10P）1/（2q为喷头流量，L/min；P为喷头工作压力，MPa；K为喷头流量系数）反推喷头工作压力为不小于0.132 MPa已远大于规范要求的不低于0.05 MPa。“某车库”喷头的保护面积前面已计算出为7.936 m2，若最不利喷头工作压力取《水规》推荐值0.1 MPa，则设计喷水强度为10.08 L/min·m2。若保证喷水强度不小于8 L/min·m2，最不利喷头工作压力应为不小于0.063 MPa（取0.065 MPa）。

图2 喷头布置计算图

图2为喷头布置计算图。

以这两种最不利喷头工作压力分别进行管网水力计算：

当最不利喷头压力取0.1 MPa时，系统流量、压力计算见表1所列。

系统总流量Q=37.74 L/s，作用面积内配水干管入口压力为0.34MPa，平均喷水强度为13.61L/min·m2。

表1 管网水力计算表-（喷头压力0.1MPa）

当最不利喷头压力取0.065 MPa，系统流量、压力计算见表2所列。

系统总流量Q=30.47 L/s，作用面积内配水干管入口压力为0.22 MPa，平均喷水强度为10.98 L/min·m2。

从以上两组计算数据比较可以看出，直接采用规范推荐的最不利喷头压力0.1 MPa时，由于设计人员习惯采用的中危险级II级系统设计流量为28～30 L/s，小于系统实际作用面积内产生的流量，在选泵时会导致选取的水泵压力满足要求，但流量不满足系统要求的情况。“某车库”如按30 L/s流量选泵实际流量保证率只有79.5%，影响了系统的灭火效率。反观表2如果作用面积内系统总流量为30 L/s，实际最不利喷头压力应为0.065 MPa。产生此种问题的原因，笔者分析主要是由于“某车库”结构主次梁交叉密度较大，喷头布置间距较密为3 200 mm×2 480 mm，作用面积内的喷头数量较多，为21个，当最不利喷头压力增大时必然系统流量偏大。

另外《水规》6.4.7条规定轻危险级和中危险级的自动喷水灭火系统设计流量可按照公式Qs=(1.15～1.30)QL(Qs为系统设计流量，L/s；QL为设计喷水强度与作用面积的乘积，L/s）进行估算。“某车库”估算结果为：

最不利喷头压力0.1 MPa时，Qs=（1.15～1.30）·（10.088 L/min·m2×166.4 m2）=32.2～36.4 L/s。

最不利喷头压力 0 .065 MPa时，Qs=（1.15～1.30）·（88 L/min·m2×166.4 m2）=25.5～28.8 L/s。

以上数据应取上限，且较实际管网水力计算结果偏小。“某车库”最终选取的计算结果为，最不利喷头压力0.1 MPa，系统流量38 L/s。根据《水规》6.4.14条自动喷水灭火系统中消防泵的扬程计算公式：

式中：∑hp——自动喷水灭火系统管道沿程水头损失和局部水头损失总和，取0.30 MPa；

ho——最不利喷头工作压力，取0.1 MPa；

hr——报警阀和水流指示器局部水头损失，取0.06MPa；

Zp——最不利点喷头与消防泵吸水的消防水池最低水位或市政进水管中心线的高程差，取22 m；

hc——从城市市政管网直接抽水时城市管网的最低水压（上海地区消防用水可直接从管网中抽取），取0.1MPa。

表2 管网水力计算表二（喷头压力0.065MPa）

计算得喷淋主泵的扬程为H=0.58 MPa。根据《水规》6.3.6条和《喷规》8.0.5条，中危险级场所自动喷水灭火系统各配水管入口压力均不宜大于0.4 MPa。“某车库”底层和二层均超压应设减压阀，减压阀的计算及选取这里不再冗述。

3 系统控制原理

要说明喷淋系统的控制原理必须先明确喷淋给水系统的类型。目前可以采用的较为常见的系统类型有稳高压系统和临时高压系统两种。从安全性上来说稳高压系统由于始终能满足系统最不利喷头的压力和流量要求，系统更安全可靠。但仍存在几个难于掌控的点：

（1）“某车库”喷淋管网系统过于庞大，如采用稳高压系统，平时管网渗漏量较大容易导致稳压泵频繁启动。

（2）施工和日常维护管理要求高，系统常年运行费用高。

因而“某车库”采用临时高压消防给水系统。停车库屋面设18 m3消防水箱，为便于管理将喷淋增压泵、稳压水罐与喷淋主泵均放置于底层水泵房内。喷淋系统稳压罐有效水容积为150 L，喷淋增压泵的流量取1 L/s，扬程取主泵扬程的1.1～1.2倍。该系统的控制图如图3所示。

图3 临时高压自动喷水灭火系统控制图示

4 防火卷帘的防护冷却

“某车库”各个防火分区除车辆通道外均由防火隔墙进行分隔，车辆通道处采用防火卷帘分隔。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2006）（以下简称《建规》）7.5.3条规定，采用的防火卷帘是满足背火面温升的判定条件还是背火面辐射热的判定条件直接决定了是否需要增设自动喷水灭火系统保护。并且规定了如需设置自喷系统保护应符合《喷规》的有关规定，且火灾延续时间不应小于3.0 h。该条强制性规范严格规定了防火卷帘闭式喷淋保护系统的持续喷水时间也应为3.0 h，而普通自动喷水灭火系统的工作时间仅为1 h。按照以往惯常做法会对防火卷帘处喷头进行加密处理，喷头间距取2.0 m，喷头与卷帘距离为0.5 m，其设计喷水强度、作用面积和喷头工作压力与其所在自动喷水灭火系统一并计算，不另增加流量。因此并未将防火卷帘闭式管路及所带加密喷头视为一套单独的系统，喷淋水泵的流量、扬程、工作时间仅需满足建筑内普通的自动喷水灭火系统要求即可。但该条强制性规定的出台，导致应设置独立的保护防火卷帘防护冷却系统，该系统具有独立的水泵机组、湿式报警阀组和水流指示器等消防部件。“某车库”由于防火卷帘采用的是满足《门和卷帘耐火试验方法》（GB7633）背火面温升的判定条件，可以不设自动喷水灭火系统保护。

5 湿式报警阀组及水流指示器设置

根据《喷规》6.2.3条自动喷水灭火系统的报警阀设置要求一个湿式报警阀组控制的喷头数不宜超过800只。“某车库”实际每层喷头数为1 800个左右，基本按照防火分区来设置报警阀数量，湿式报警阀总数为12组。

《喷规》6.3.1条规定了水流指示器的设置原则，由于“某车库”的湿式报警阀是按防火分区设置，水流指示器数量可以与湿式报警阀等同。但笔者认为为了更好地反应火灾发生的具体部位，可以在适当区域增设水流指示器，如在车辆上下车坡道处、底层局部修车区等区域。适当增加水流指示器的设置数量对于大型停车库而言有利于及时判断着火点及喷头状况。

6 结语

消防湿式系统是自动喷水灭火系统中最典型、最普遍应用的系统，对于控制和扑灭初期火灾具有很高的成功率。设计人员在设计时往往习惯凭经验或惯例来设计，容易忽略一些细节问题。比如：

（1）喷头与梁的间距对喷头安装高度的影响，对需要增设喷头的部位进行校核，以保证布水无盲区。

（2）应根据实际作用面积内最不利喷头压力校核系统实际流量。虽然《水规》6.4.8条只规定了严重危险级的自动喷水灭火系统设计流量应按此方法校核。但由于“某车库”火灾危险级别较高、结构柱网密导致实际作用面积内喷头数量较多，如单凭经验估算容易导致水泵参数选取产生偏差，影响系统灭火效率，不利于系统安全。

（3）在自动控制越来越发达的今天，应适当考虑尽量多地设置水流指示器，一方面能够更及时准确地判断着火点，另一方面有利于掌握喷头情况，对维护管理更有帮助。

总之应加强湿式自动喷水灭火系统的设计和施工质量管理，确保火灾状态下系统能够发挥其应有的作用，减少和降低火灾危害，保障国家和人民生命财产安全。

[1] GB50067-97，汽车库、修车库、停车场设计防火规范[S].

[2] GB50084-2001（2005年版），自动喷水灭火系统设计规范[S].

[3] GB50016-2006，建筑设计防火规范[S].

[4] DGJ08-94-2007，民用建筑水灭火系统设计规程[S].