基于纸品包装厂房的消防水炮系统设置及关键技术分析*

卓西洁，狄育慧，蒋 婧

（西安工程大学城市规划与市政工程学院，西安 710660）

0 引言

工业厂房是具有多种使用功能的大空间区域，随着经济的快速发展，工业厂房纷纷建立起来。但从目前厂房消防安全现状来看，防火设计的效果并不乐观。2020年12月，武汉市东西湖区一工业园区某厂房发生火灾，此次火灾源于厂房防火设计不当，过火面积约10 m2，造成巨大的经济损失。火灾的发生警示：要结合厂房特点有针对性的进行防火设计，才能避免火灾的发生。

基于工业厂房具有大空间、钢柱子、钢屋架的构造特点，通过分析，提出在工业厂房中采用消防水炮系统能够实现针对性灭火，保证厂房建筑的消防安全。对于工业生产类厂房的防火设计，如何让灭火设备符合规范设计要求，同时又能布置合理，节约厂房空间，达到针对性灭火要求，以某工业生产厂房为例，对水炮供水系统、电气系统、联动控制系统等关键技术进行分析，为类似工业厂房设计提供了新的思路。

1 案例概述

1.1 厂房

工业厂房位于西安市鄠邑区加工园区内，用于生产加工包装纸箱，厂房有大型包装生产设备，设备在工作时会产生的大量的热，且生产的纸品属于易燃物品。共两个厂房，总面积：50 616 m2，其中大厂房地上一层，局部为二层办公区，小厂房地上一层，两个厂房主体均为门式钢架结构，使用年限为50年，耐火等级二级，火灾危险性类别为丁类。厂区消防控制室设于厂区门口，内有火灾报警及消火栓系统控制柜，现有消防系统设置简单，不符合现行消防规范要求，故改造需求：能够实现针对性灭火，保证厂房消防设置符合现行规范要求。

1.2 水炮系统

适用于工业厂房的智能消防水炮特点突出、优势显著。该系统具有较大的保护范围，并且不会产生水雾，拥有极强的穿透性，能够更好地节约水量，有更高的灭火效率，精准确定火源位置，对非受灾区进行有效保护；操作全自动，后期维护方便，无盲区无死角，能够在最大程度上保护厂房建筑[1]。

消防水炮是集控制技术、红外传感探测技术、机械转动控制技术、图像传输技术为一体的新型灭火技术[2]，水炮主要由供水、执行及控制3个系统组成，如表1所示。

表1 消防水炮各系统组成及功能

安装此水炮的厂房一旦发生火灾，火灾产生的红外信号会立即被水炮上的启动传感器感知，经控制器相关装置组件分析处理后，启动装置在各方向进行扫描，红外传感器将接收到火灾报警信号，装置会停止水平旋转，同时打开垂直传动机构，带动射流喷嘴，完成了对报警火源处的定位，随后打开电动阀，启动水泵进行喷射灭火，直到将火扑灭，随后通过红外传感器扫描，关闭电动阀停止喷射[3]。

2 消防水炮设置及关键技术

2.1 设计依据及要求

自动消防水炮设置依据：根据GB 25204—2010《自动跟踪定位射流灭火系统》、CECS263:2009《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》，在厂房内设置消防水炮，根据相关设计规范要求，厂区内任意部位均应在两门水炮的保护半径内，其中每门消防水炮流量为30 L/s，水炮系统设计水量为60 L/s[4]。

自动消防水炮设置要求[5-6]如下。

（1）每个被保护区内的消防水炮布置数量应大于2门，且2门消防水炮的水流能够同时到达被保护区内的任何位置，发生火灾发生时保证可以一备一用。

（2）厂区内的手动控制盘应设置在靠近出口或便于疏散的地方，方便消防专业人员应急操作。

（3）由于生产原因，厂房内部分区域临时堆放尺寸较高的包装原纸，故消防炮的俯仰角、水平回转角应满足实际使用要求，布置高度应保证水炮工作时水流喷射不受物体阻挡。

2.2 厂房水炮系统设置

结合厂房净高、包装生产设备及水炮自身安装高度要求等限制条件（一般考虑安装高度为6～25 m），确定合理的水炮安装高度。水炮布置应考虑部分临时堆放在厂房内的包装原纸等障碍物的影响，避免形成水柱保护不到的盲区[7]，保证消防水炮在喷射水流时不受影响。

厂区内两个厂房均需要布置水炮，厂房建筑最大净空高度约18 m，部分临时堆放区纸品高度不超过15 m。消防水炮设置在不保证钢结构稳定情况下，标高定在10 m左右，在水炮安装时应保证支架或平台不影响消防炮的自由旋转动作。自动消防水炮分别沿着厂房中心轴对称布置，在小厂房对称设置2排，共6门消防水炮，在大厂房内对称设置2排，共16门消防水炮，两个厂房共设置22门水炮，平面布置如图1所示。

图1 消防水炮平面布置

2.3 水炮电气系统关键技术

厂房内一旦火灾发生，由自动跟踪定位灭火装置紫外传感器启动装置，由红外传感器定位火源，工作方式有手动和自动，手动时通过现场视频采用人机配合灭火，自动时通过自动启阀启泵方式灭火[8]。灭火装置工作电压为DC24V，由电源接线盒提供，电源接线盒电源由现场手动控制箱提供，现场手动控制箱电源由消防控制室灭火装置集中控制柜供给，将两个厂房的控制线缆最终接入消防控制室火灾报警系统。

（1）从消防水炮集中控制柜至现场手动控制箱布线方式：装置电源线（AC220V）：ZR-BV3×2.5，CAN总线通讯信号线：ZR-RVSP2×1.5。

（2）从现场手动控制箱到水炮电源接线盒布线方式，装置电源线（AC220V）：ZR-BV3×2.5，RS485总线通讯信号线：ZR-RVSP2×1.5。

图2 消防水炮电气单体接线图

（3）从电源接线盒至水炮及电动阀布线方式至水炮：专用线束航空插头连接；电动阀、电源盒接线端子1、2至电动阀门1、2：ZR-BVR2×1.5。

（4）从灭火装置集中控制柜至装置视频系统布线方式：光缆：GYTA-4B每个防火分区至集中控制柜一根，视频线：ZR-SYV75-5（每台装置对应1路）与电源接线盒连接。

2.4 水炮供水系统关键技术

厂区的大空间智能型主动喷水灭火系统装置采用HG55型水炮。消防水炮的相关技术参数如下：工作电压AC220 V，定位时间小于或等于60 s，射水流量30 L/s，水平回转角-120°～+120°，工作压力为0.8 MPa，俯仰角-90°～+30°，水炮保护半径为55 m，水炮自身质量21 kg，安装高度6～20 m，具体安装示意如图3所示。

图3 消防炮安装示意图（正、侧面）

经计算，水炮系统最大设计流量按2台水炮喷水计算；系统设计流量为Q=60 L/S；火灾延续时间按60 min计算；消防水池为原厂房大型储水箱，储水量V=216 m³，满足消防供水要求。

选用管道：采用内外壁热镀锌钢管，当管道DN≤100采用螺纹连接，管道DN＞100采用卡箍连接。管道安装后试验压力不得低于1.4 MPa，对管道进行压力试验后，管道须进行冲洗。

两个厂房与厂区室内外消火栓系统的工作压力相差较大，设计时应充分考虑供水压力，厂区内消防水炮系统设置了稳压泵，保证系统的供水压力。

系统中设有水流指示器与信号阀，智能消防水炮系统与消火栓系统合用一套供水系统时独立设置水流指示器，且在自动喷水灭火系统湿式报警阀前将管道分开，在小厂房管网最不利点处设置模拟末端试水装置[9]，应设置在卫生间或设备间，便于操作和处理测试后的排水。在水泵出水管设置安全泄压阀，供水系统设置如图4所示。

图4 消防水炮系统

2.5 消防联动系统关键技术

与火灾自动报警系统的联网：自动消防炮系统为独立系统，当需要与消防报警主机联网时，需安装1个输入模块与消防主机通讯。水炮集中控制柜提供启泵、关泵、火警的无源开闭点[10]。

全自动扫描定位灭火装置的联动由系统主机完成的，启动方式有控制室自动和现场应急两种启动方式。

在消防控制室内设置灭火装置集中控制管理系统，为消防水炮对应的控制管理系统，能够为灭火等装置提供可控的AC220V电源，以CAN总线通讯的方式管理灭火装置现场手动控制箱，现场手动控制箱以总线的通讯方式管理每个厂房，多台自动定位射流灭火装置。

该系统可在手动状态下，对灭火装置进行上、下、左、右、柱状喷射或雾状喷射及手动启闭泵阀控制，视频监控管理系统接收灭火装置提供的视频信号，显示视频信息，记录存储灭火装置的管理信息。使用该主机可以通过安防等视频系统配合查看两个厂房内的火情，可以实时记录现场的设备信息，并可通过手动控制灭火装置进行灭火。

厂区消防值班人员应组织学习消防联动系统常用操作方法、消防控制设备的使用和简单的故障排除，增强消防安全意识。厂房位于西安市鄠邑区，冬季室外温度较低，消防室外管道应做好保温，定期进行消防检查，落实消防设施维护保养制度、重点部位的防火安全。

图5 自动消防水炮安装、喷射演示图

3 结束语

工业厂房一旦发生火灾会对人的生命财产安全构成严重威胁。一场大火有时会吞噬几十人甚至几百人的生命，火灾产生的高温高热将造成建筑结构的破坏，因长时间受火势威胁内部构件失去稳定性，最终导致坍塌。将自动消防水炮运用到大空间厂房内，对比传统自动喷水灭火系统，消防水炮有自身火灾检测和自动灭火的可靠性，极大地保证了大空间厂房的消防安全。

设置消防水炮时结合厂房层高、平面分区、使用性质等因素的条件下，充分考虑水炮灭火系统的特点及消防安全防护的可靠性，选用水炮系统，不仅满足高大空间的消防安全，而且解决了工艺设备安装带来的管道安装难度，捕捉火源迅速、精准，喷射水量大，及时发出警报，火源扑灭后能够自动恢复至初始位置，从而在满足规范要求的前提下确保建筑的消防安全[11]。

本研究是基于纸品包装厂房的消防水炮设计，叙述了消防水炮系统的关键技术，为类似消防工程提供新的思路及参考经验。随着消防智能化领域的不断发展，消防水炮使用成本也在不断降低[12]，因此在高大空间的工业厂房建筑中，自动消防水炮技术的应用前景将会更加广阔。