金鹰国际消火栓系统设计方案

郭朝毅

（山西建设投资集团有限公司，山西 太原 030002）

1 室内消防用水量说明

在消防系统设计上，采用消火栓和自动喷水灭火系统设计方式，两种灭火方式同属于消防供水系统，在消防用水计量当中采用系统同时开始计量的方式进行，需要满足所有消火栓及自动喷水灭火系统开启需要。所以，在计算的过程中以最大用水量作为消防供水系统设计的标准。经过认真核算，最终确定消火栓用水量为30L/s，竖管的最小流量为15L/s，自动喷淋系统的按照相同标准计算，这样才能满足消防系统的运行需要。

2 室内消火栓系统设计原则

①消防供水设计中，一般采用双供水原则，消防供水需要有两条或者以上的供水管与城市供水系统或者消防供水连接，并且每一条供水管网在设计上都能满足消防系统的要求，一条出现故障依然能够满足消防供水需要；②本项目属于典型的高层建筑，按照要求采用闭环、独立供水的方式进行消防系统设计，生活用水与消防供水严格分开；③室内消防竖管直径不应小于DN100；④室内消防管道需要采用分段设计，并使用阀门进行控制，高层建筑的消防管道是按照层数进行控制的，一般每隔3 层设置一个阀门进行控制，消防栓需要定期检修，但是要控制检修的数量，室内检修不能超过5 个，同时在检修的过程中关闭的竖管不能超过一根，也就是至少要保持一个供水买到能够满足供水的要求，当然如果供水管道超过3 个，可以关闭2 个竖管；⑤消防用水与其他用水合用的室内管道供水量需要同时满足消防用水与其他用水的最大需求；⑥高架仓库和体积大于25000m3的商店、体育馆、影剧院、会堂、展览建筑等，不应小于13.0m；其他建筑，不宜小于7m，但是具体要根据建筑规划进行，其中每一层的消火栓不能少于2 个，并且在管道长度上能够覆盖所有区域，这一点需要根据建筑规划及室内建筑空间划分等进行布置；⑦高层厂房（仓库）和高位消防水箱静压不能满足最不利点消火栓水压要求，应该设置直接启动水泵设备，这样才能确保消防水压满足灭火的需要。

3 室内消火栓系统设计方案

3.1 设计参数选定

3.1.1 建筑设计参数

建筑总面积：70897.0m2；建筑体积：约300000m2；建筑高度：39.9m；地下二层层高：5.5m；地下一层层高：4.5m；地上一层（首层）层高：5.4m；地上二层至七层层高：4.5m。

3.1.2 消防设计参数

每支水枪的计算流量不应小于5L/s；消火栓给水管道设计流速不宜超过2.5m/s。

3.1.3 水枪充实水柱长度的确定

上倾斜角按45°计算，则按下式计算充实水柱长度：

Sk=1.414×（H1-H2）

式中：Sk-水枪充实水柱长度，m；H1-室内最高点离地面的高度，m；H2-栓口离地面的高度，取1.1m。

计算结果：

地下二层：Sk＝1.414×（5.5-1.1）＝6.22m；地下一层：Sk＝1.414×（4.5-1.1）＝4.81m；地上一层（首层）：Sk＝1.414×（5.4-1.1）＝6.08m；地上二层至八层：Sk＝1.414×（4.5-1.1）＝4.81m。

根据《建范》中的规定“体积大于25000m3的商店水枪的充实水柱长度不应小于13m”，则金鹰国际购物中心的室内消火栓水枪充实水柱长度为13m。

3.1.4 水枪喷嘴的压力计算

Hq=α×Sk

式中：Hq-水枪喷嘴压力，KPa；Sk-水枪充实水柱长度，m；α-与水枪喷嘴口径和充实水柱长度有关，取13.5KPa/m。计算结果：Hq＝13.5×13＝175.5KPa。

3.1.5 每支水枪设计流量的计算

式中：qf-每支水枪的设计流量，L/s；Hq-水枪喷嘴压力，KPa；β-水枪喷嘴系数，数值见表1。计算结果：口径取19mm，qf=

表1 水枪喷嘴系数

3.2 室内消火栓系统布置

3.2.1 室内消火栓的保护半径

Rf=Ld+Lk

式中：Rf-板保护半径；Ld-水带铺设长度，考虑到项目的内部空间布置，消防栓的设计位置，综合考虑之下取25m 作为铺设长度；Lk-水枪充实水柱在平面上的投影长度，其值可按Lk=Skcosα计算。根据前章节已知Sk为13m，α 为45°，则Lk=13×0.707=9.191m。计算结果：Rf=0.9×25+9.191=31.691m。

3.2.2 室内消火栓的间距

根据《建筑设计防火规范》的要求，以及本项目室内空间设置情况下，综合考虑室内消防的需要，采用消防分区的设置方式，每一个分区内的消火栓需要满足该区域之内的消防需要，并覆盖消防区域之内的所有地点，不存在消防覆盖空白点。所以选择选择各防火分区布置两排消火栓，同一排消火栓间距可按下式计算：

S=0.6Rf

S=0.8Rf

式中：S-一排消火栓两股水柱的消火栓间距，m；Rf-室内消火栓的保护半径，m。已知Rf为31.691m。

靠墙相邻两个消火栓间距计算结果为19.02m，往后的计算结果为25.35m。由于消火栓需要安置在墙体上或立柱上，所以间距有所调整，但不影响保护范围，依然符合要求。首层防火分区Ⅰ设置2 排，一排4 支，另一排5 支；防火分区Ⅲ设置2 排，每排3 支；二层及二层以上（标准层）的消火栓布置都相同且与首层相似，见图1。

图1 首层消火栓平面布置

3.3 消防水喉设备的数量与布置

考虑室内灭火的需要，该建筑内的消火栓水喉设备设计直径为25mm，考虑早期灭火需要，所以选择了使用相对来说比较简单自救式消火栓，室内工作人员经过简单的培训以后就可以使用。其中喷嘴直径6mm，供水管直径25mm，输入压力为0.1MPa，有效射程6.75～15.30m。消防栓水喉采用与消火栓1:1 配置，并且共同存放的模式，这样可以在最短的时间内完成早期灭火，并为消防栓的使用做好相应的准备，确保灭火的连续性。

4 室内消火栓系统水力计算

金鹰国际购物中心建筑高度约40m，每层建筑面积超过1500m2，其消火栓用水量为30L/s，同时使用的水枪数按3 支算，竖管的最小流量为15L/s，每支水枪最小流量为5L/s。

4.1 管网管径的确定

式中：D-室外给水管道直径，mm；Q-室内消防用水量，L/s；ν-进水管水流速，一般不超过2.5m/s，环状管网取2m/s。

根据规现行管型确定本工程中，进水管为DN150，水平干管为DN150，竖管为DN100，配水支管为DN65。

4.2 选择最不利点消火栓计算管路

最不利电的消火栓是否能够正常使用，在某种程度上决定了整个消防灭火系统的作用，所以需要以此为基础来计算整个消防系统的管理。本项目经过细致分析以后确定了3 处，然后再计算每个管段的实际长度。

4.3 局部水头损失

管道局部水头损失一般用百分数来计算，与消火栓管的长度有一定的关系，综合考虑之下本项目确定为10%，内径与管材厚度相关，确定为2mm。

4.4 消火栓栓口处所需压力

式中：hd-消防水带水头损失，mH2O；Hq-水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压，mH2O；Ad-水带的比阻，取0.0043；Ld-水带的长度，m，取25m；qxh-水枪喷嘴射出的流量，L/s，取5L/s；B-水流特性系数，当水枪枪嘴直径为13mm 时，B=0.346；为16mm时，B=0.793；为19mm 时，B=1.577。

已知Ad=0.0043，Ld=25m，B=1.577，q1=5L/s，竖管直径为100mm，水平干管3-5 为150mm，首层层高5.4m，标准层层高4.5m，水平干管高7.9m，消火栓距地面高1.1m。

最不利消火栓的栓口压力：H1=AdLd/B=0.0043×25×52+52/1.557=18.54mH2O。

表2 各管段计算参数

根据表2 的沿程阻力损失∑h＝0.01+0.34+0.65＝1mH2O，则管网系统所需总压力按下式计算：H=H1+∑h+H0＝18.54+1+38.8＝58.34mH2O，其中H0为重力损失。

5 总结

消防设施是建筑工程中不可或缺的重要装备，合理设置消防设施不仅是满足消防验收，更重要的是关系到人员生命和财产安全。本方案主要目的在于对建筑消火栓设计方案的探讨，根据水力计算可以进一步确定消防水池、消防水箱、水泵等规格选型，在此不再论述。