民用建筑中12～18 m高大空间场所自动灭火系统设计

权向科

（山东省济南市消防救援支队，山东 济南 250000）

近些年随着城镇人口大量聚集，建筑行业迎来更大发展空间，为了满足日常需求，高层建筑等成为首选。但与此同时，高层建筑火灾事故频发，成为威胁财产安全、健康安全的重要因素。高层建筑中电缆井分布广泛，且电缆井火灾是常见类型，该类型火灾在高层建筑呈现特殊性，由于结构的复杂性，一旦电缆井发生火灾，很容易形成“烟囱”效应，在很短时间内火势会迅速蔓延向各层级，扑救难度较大，如果未及时采取正确、完善、规范的救援措施，很容易导致严重后果。因此，文章在探究民用建筑中12～18 m高大空间场所自动灭火系统设计时，需要关注电缆井火灾特点和发生源头。同时结合《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2017)分析，该文件的实施对高大空间自动灭火系统设计和建设提供更多参考。因此，文章结合实际，以具体工程项目为例进行思考，并提出建议对促进民用建筑高大空间场所消防安全防护能力有积极作用。

1 工程案例阐述

文章研究探讨的工程案例是一所大型商业综合体建筑，属于xx市的标志性建筑，建筑主体为两栋单体建筑，其中包含多层超高层办公楼，单层楼高为4.2 m，总体建筑高度为150.3 m。剩余部分以商业辅楼为主，总共分为五层，其中包含一个三层通高达到17.5 m的商业中庭，该区域作为交通空间，同时商业辅楼每层高度在6 m左右，第四层作为公共影院层，楼高9 m左右，该层中部分区域作为IMAX影厅，高度达到15 m。

基于工程建设特点、结构设计、主要职能来看，一旦电缆井出现火灾事故，会造成严重的伤亡事故和财产损失。结合《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB50016-2014)文件分析，电缆井、排烟井等为保证安全性，均采用单独设置方式进行建设。同时电缆井与其他通道、走道之间的空隙需要用防火材料进行封堵，日常管理中应加强安全管控，对于发现的安全隐患督促整改，且持续监督后续，跟踪整改结果。另外，想要实现及时救援，借助现代化技术、自动化技术，围绕消防安全、建筑结构设计等构建自动灭火系统具有实用价值，在此以阐述的项目案例为对象，探究自动灭火系统设计要点和建设关键内容，进而为提升民用建筑消防安全防护水平提供支持。

2 高大空间场所自动灭火系统分析

结合国家提出的相关规范性文件要求分析，民用建筑12～18 m的高大空间场所自动消防灭火系统设计过程中可以采用两种设计思路进行分析：第一，以自动喷水灭火系统为主；第二，以大空间智能型主动喷水灭火系统为主。结合上文阐述的工程案例项目结构特点和实用功能进行分析，从理论角度来看，两大高层建筑采用上述两种方法均可。为了提升工程的安全性、稳定性和降低成本支出，以上述案例中的商业中庭（17.50 m）和IMAX 影厅（15.00 m）为研究主体，结合具体结构等思考自动消防灭火系统最佳方案。

2.1 自动灭火系统设计方案比较分析

结合工程施工特点来看，该工程室内的消防系统依靠压力触发报警阀，进而发挥灭火系统优势。商业中庭和 IMAX 影厅位于辅楼区域，整体高度相较而言，位于整体工程系统中低区喷淋加压泵加压供水区域，因此在设计自动消防灭火方案时，着重关注低区消防系统。为了保证得出最优设计方案，以自动喷水灭火系统和大空间智能型主动喷水灭火系统为基础，提出三种设计方案假设思路，并对三种方案进行比较，从中选出最优方案。

方案1：考虑商业中庭的主要结构和IMAX影厅结构特点，以自动喷水灭火系统为主，设计当该系统被激活后，可以持续喷水1 h，且可以自动识别判断火灾发生时消防用水量，从而科学分配水资源给低区喷淋消防泵。

方案2：文章研究项目中商业中庭和IMAX影厅高大空间场所室内高度均超过12 m，危险等级达到中等，已经满足大空间智能型主动喷水灭火系统设置要求，所以可以设置该系统实现消防安全，基于现有的规范文件要求分析，在实践应用过程中，需要规范要求，设置标准型灭火装置并保证系统在火灾发生时，可以持续喷淋1 h以上，为了节约成本，可以与低区喷淋消防泵合用，不单独设置大空间灭火消防泵，但需要注意，两种灭火消防系统警报网络、管线等存在差异，需要在报警阀之前实现分类，如此才能充分发挥作用。

方案3：商业中庭及IMAX影厅空间较大，结合相关文件要求，需要设计持续时间在1 h以上的大空间智能型主动喷水灭火系统，同时为了保证应用效果，需要设置单独的灭火消防泵和管网系统。

综合来看，三种设计思路各有优缺点，对比来看如下表1所示。综合成本、技术能力、实用价值和设计可行性等因素进行分析，单独设计大空间智能型主动喷水灭火系统或者自动喷水灭火系统还需要进行其他设置，需要在灭火系统上增添火灾自动报警系统，实现双方有效联动，且一旦报警系统失灵，会导致灭火系统无法及时发挥作用。同时此种方案无形中增强施工难度，商业中庭和IMAX 影厅高度较大，人流量较为密集，因此需要保证自动灭火系统安全可靠，具有较高的成功率和及时响应能力，综合来看，以自动喷水灭火系统为主进行设计最为有利。

表1 自动灭火系统设计方案优缺点比较总结表

2.2 自动喷水灭火系统设计

2.2.1 设计思路

结合上文对商业中庭（17.50 m）和IMAX影厅（15.00 m）灭火系统设计方案比较分析，确定以设计自动喷水灭火系统为主要思路。设计工程中，基于建筑特点，需要保证快速、高效响应能力，以及持续喷水能力。综合来看，在电梯井和易发生火灾区域采用早期抑制快速响应喷头，持续喷水时间为1 h，喷头间距为2.4～3 m，系统设计流量为10 L/S。IMAX影厅采用标注面积覆盖喷头系统，顶板喷头喷水强度荧幕区域达到20 L/min·m2，持续喷水时间为2 h。观众区域设置10层喷头，内置喷头同顶板喷头，系统设计流量100 L/S。顶喷和内置喷头选择大水滴、大流量系统普通洒水喷头K=115，喷淋系统设计压力为0.98 MPa。

2.2.2 喷头布置

在进行自动灭火系统设计过程中，合理设置喷头分布位置，直接关乎火灾发生时，消防喷头能否及时发挥作用及喷头强度是否符合要求，关乎灭火效果。基于此，在设置喷头位置时，科学、合理设计是基本原则，需要确保喷头位置贴近火灾容易发生区域，例如电缆井附近，同时需要在容易接触火灾热烟气流位置设置喷头，从而确保报警装置可以及时发挥作用，迅速识别火情激活灭火系统。另外，需要关注喷头之间的距离，喷头间距是决定喷头保护面积的前提，如果喷头保护面积过大或者过小，均会影响喷头发挥作用时的效果和控火灭火作用。

基于现有规定分析，高大空间场所的喷头间距应在1.8≤S（m）≤3.0范围内，经过计算，最大喷头保护面积为9 m2，最小保护面积需要结合压力和最小间距进行计算。对于IMAX影厅而言，自动喷水灭火系统设计各项参数如下表2所示。

表2 IMAX影厅自动喷水灭火系统设计相关参数总结表

2.2.3 配水管道设计

想要保证灭火系统充分发挥作用，保证配水管道的强度和安全性是关键，而喷水强度与喷头工作压力、流量系数等有关，所以喷头类型、喷头设置分布等情况均会影响，而在上述因素确定情况下，如何设置分配管网，确定管路路径、设置形式等也是思考重点，会对最终灭火效果产生干扰。

通常基于灭火系统流量确定管网布置形式，流量越大，需要保证管网配水管径更大，反之亦然。从成本角度来看，分散设置报警阀，并在公共走廊和电缆井、楼梯、疏散通道等位置，分散设置管道，确保管线距离长度合理可有效保证消防安全。

2.2.4 自动喷水灭火系统消防流量设计

文章设计的消防系统方案喷头间距不超过3 m，采用分仓库型特殊应用喷头。由于喷头安装方式的差异，出于安全考虑需要确保系统流量大于设计喷头强度和作用面积的乘积。以研究案例为基础进行分析，商业中庭区域共布置26个喷头，IMAX影厅布置22个喷头。与此同时，在实际应用过程中，消防系统喷水流量会受到室内设计的影响，进而影响系统实际效用发挥，所以在设计流量时需要考虑这一问题。

最终易于发生火灾区域和电梯井附近需要确保系统流量达到10 L/S。IMAX影厅顶板喷头喷水强度荧幕区域达到20 L/min·m2，持续喷水时间为2 h。观众区域内置喷头同顶板喷头，系统设计流量100 L/S。

2.2.5 自动喷水灭火系统水力计算相关问题分析

在计算过程中，如果将一个最高点或者最远点作为最不利点进行计算，很容易导致计算出现失误，例如影厅内部结构复杂，管道线路为了满足消防灭火系统，呈现出2个“丰”字形结构，此时按照作用面积最高点或者最远点作为最不利点进行计算必然无法保证结果精确，此时需要针对实际情况，针对性进行分析。同时实际设计过程中，消防系统还包括辅助设置，例如防火分区、每个楼层设置流水指示牌等，为了保证安全，需要科学设置水流指示器，尤其是中庭的防火分区与其他区域存在差异，所以需要更为严格分析，设置水流指示器。另外，对于研究案例工程而言，中庭和IMAX影厅为了保证安全，自动喷水灭火和大空间灭火两个系统会同时发挥作用，此时消防水池的储量需要保证两个系统的需求，且新版《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2017）实施不久，虽然对民用建筑的喷头设计等提出相关要求，但市场上相关行业发展相对缓慢，很多喷头产品购买难度较大且成本较高，为了解决这一问题，施工方会建议相关方修改设计方案，这对于推动自动喷水灭火设计推广带来阻碍，虽然已经提出解决对策，但实际效果并不理想，仍为承包方或者供应商带来压力，此时需要在设计时做好三方信息交互，确保相关方提前做好准备，这对于严格按照设计方案施工、防止后续出现问题极为有利。

3 结语

综上所述，结合当前《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084—2017）中对高大空间场所自动灭火系统的要求，结合常见的火灾事故类型和事故发生特点，例如电缆井火灾事故等，探究现有的自动灭火系统设计思路可信性和实用价值，总结设计方案的优缺点，选择最佳设计思路，然后探究设计方案实践过程中面临的问题，提出应对策略，从而为同类型工程项目建设自动灭火系统提供借鉴。与此同时，由于工程结构和主要职能等存在差异，需要明确以往的设计经验和建设经验只具备参考价值，无法完全照搬，在实践应用过程中，仍需要基于具体工程项目的特点，在计算结果和具体要求指引下，确定最终的消防灭火设计方案，如此才能真正保证系统充分发挥价值，提升建筑消防安全。