保障消防救援的水消防設(shè)計技術(shù)

文/李向軍

1.前言

城市里用地越來越緊張，高層和超高層建筑越來越多，高層住宅作為高火險和難疏散場所也受到越來越多重視。高層建筑的火災(zāi)救援是一個國際性難題，其防范火災(zāi)措施目前主要立足于內(nèi)部的自動消防設(shè)施和自防自救。

在火災(zāi)發(fā)生后，保證人的生命安全是最終目的。高層住宅建筑著火后救援和逃生的難度較多層住宅難度增大，很多家庭因為有老人和孩子，疏散逃生比較困難，結(jié)果只能在家里等待救援。合理布置室內(nèi)安全的避難場所和保障室外救援通道的暢通，成為消防研究和設(shè)計的一個新方向。

2.建筑外保溫做法

民用建筑外保溫系統(tǒng)在節(jié)能增效的同時，也是造成火災(zāi)事故頻發(fā)的原因之一。節(jié)能給消防帶來了一個新課題。2009年央視新址大樓火災(zāi)，2010年上海膠州路教師公寓11.15大火，以及2011年沈陽皇朝萬鑫酒店火災(zāi)，都是因為外保溫在火災(zāi)中燃燒蔓延，燃燒迅猛，無法再短時間內(nèi)控制火情，實施救援。

2011年公安部發(fā)布“關(guān)于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知”（稱為65號文）要求民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級不燃材料。2012年公安部取消65號文的執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行公安部、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合下發(fā)的《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》（公通字（2009）46號，簡稱“46號文件”）。46號文中針對住宅建筑外保溫有下列規(guī)定：1、高度大于等于100m的建筑，其保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級。2、高度大于等于60m小于100m的建筑，其保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B2級。當(dāng)采用B2級保溫材料時，每層應(yīng)設(shè)置水平防火隔離帶。3、高度大于等于24m小于60m的建筑，其保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B2級。當(dāng)采用B2級保溫材料時，每兩層應(yīng)設(shè)置水平防火隔離帶。4、高度小于24m的建筑，其保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B2級。其中，當(dāng)采用B2級保溫材料時，每三層應(yīng)設(shè)置水平防火隔離帶。

對于建筑外保溫系統(tǒng)， A級為不燃材料，主要有巖棉和礦棉，屬于無機保溫材料，此類材料本身資源有限，外墻保溫使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國節(jié)能防火的需要而且生產(chǎn)耗能大，對人危害性大。目前我國百米以下住宅使用的都是B2級可燃材料，主要是以聚苯乙烯泡沫塑料（包括聚苯乙烯膨脹泡沫塑料EPS板和擠塑聚苯乙烯泡沫材料XPS板）、聚氨酯和酸性酚醛樹脂為代表的有機保溫材料。有機材料耐熱差，容易燃燒，高層建筑外墻一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢就會沿外墻迅速蔓延，與室內(nèi)火災(zāi)形成立體火災(zāi)，給消防救援帶來極大困難。在燃燒同時產(chǎn)生有毒氣體，不利于被困人員和救援人員。

回顧2010年上?！?1·15”特大火災(zāi)可以看出，建筑物外墻一旦著火，由于室外氧氣充足，火災(zāi)燃燒猛烈，且火勢由下向上蔓延速度驚人。普通的鋼化玻璃外窗只能承受可承受250～300℃的溫差，玻璃爆裂后，火勢和燃燒的有毒煙氣通過爆裂的外窗隨即進入室內(nèi)，室內(nèi)成為不安全空間，給被困人員造成傷害。

3.自動噴水滅火系統(tǒng)

經(jīng)驗和試驗表明，自動噴水滅火系統(tǒng)由良好的滅火效果，尤其是冷卻煙氣溫度和消除煙氣迷漫效果很明顯，應(yīng)積極推廣使用，保證人民生命財產(chǎn)安全。根據(jù)目前消防設(shè)計規(guī)范《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2005年版)GB50045-95第7.6.2條規(guī)定：建筑高度不超過100米的一類高層建筑及其裙房，除游泳池、溜冰場、建筑面積小于5.00m2的衛(wèi)生間、普通住宅、設(shè)集中空調(diào)的住宅的戶內(nèi)用房和不宜用水撲救的部位外，均應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。

目前的規(guī)范對高層公共建筑如旅館、酒店和辦公樓等要求設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。所有國內(nèi)的住宅樓目前設(shè)計按規(guī)范均沒有設(shè)置自動噴淋滅火系統(tǒng)。一般住宅樓，尤其塔樓，每層居住戶數(shù)較多，而近二十年的老房子，走道可能都擺了很多可燃物，有可能引發(fā)火災(zāi)或者引起火災(zāi)蔓延，對火災(zāi)中人員疏散極為不利。

其次，住宅居民火災(zāi)發(fā)生時沒有專業(yè)的防煙工具，在火災(zāi)發(fā)生后，逃生者往往在短短的幾秒鐘之內(nèi)就會出現(xiàn)眼睛流淚、頭暈?zāi)垦?、呼吸困難等癥狀，甚至窒息。而有統(tǒng)計報告顯示，火災(zāi)中因缺氧窒息和中毒死亡的，占總數(shù)的72.5%。噴淋系統(tǒng)可以在火災(zāi)初期有效的阻止煙氣進入人員所處空間，保證人員的安全。

再者，消防車一般在5～20分鐘左右到達火災(zāi)現(xiàn)場，消防救援和滅火時，消防隊員一般利用云梯車和曲臂車的最大舉高高度，首先搶救和疏散被困人員，其次利用車上的固定消防水炮最大限度的控制室外火勢的擴大蔓延，此時如不能有效地從外部加以控制，則在短時間內(nèi)整棟大樓就會變成火柱，對室外消防外墻豎向通道救援通道造成困難。登高云梯此時既擔(dān)負(fù)著升降救援的任務(wù)，同時又要利用云梯上的消防設(shè)備向外墻噴水滅火，故在救援的同時，間歇性的滅火又可能使火災(zāi)死灰復(fù)燃貽誤戰(zhàn)機。

另者單靠移動消防裝備向作戰(zhàn)陣地供水，既消耗大量的人力和裝備，又實施困難，直接影響作戰(zhàn)任務(wù)的完成，撲救高層建筑外墻體火災(zāi)還必須堅持“固移結(jié)合”的作戰(zhàn)原則。而建筑消防滅火系統(tǒng)全部安裝于樓內(nèi)，其設(shè)計安裝時并未考慮外部控火和滅火需要，因此對建筑外墻火災(zāi)無能為力，而且，因此在設(shè)計中，要設(shè)計固定消防管線等消防設(shè)施為移動消防設(shè)施創(chuàng)造滅火有利條件。

4.技術(shù)方案介紹

針對該種情況，對于外保溫采用B2級保溫材料的高層住宅建筑增設(shè)外墻干式噴淋系統(tǒng)。結(jié)合室外外墻式干式噴淋系統(tǒng)在住宅內(nèi)部設(shè)置一間具有自動噴淋系統(tǒng)的臨時避難場所，那么發(fā)生火災(zāi)后萬一不能從房門逃出，可以先到避難場所暫時躲避，等待樓內(nèi)或樓外的消防救援。

水消防系統(tǒng)是消防設(shè)計中的重要部分。我國消防給水管道一般采用濕式系統(tǒng)。但在北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)的室外，消防管道在冬季會凍結(jié)，采用管道外保溫措施要求高，而且保溫材料及保護層材料燃燒等級也要求為不燃。而且采用保溫存在一些缺陷，如電伴熱的供電繳費問題、安全問題等等，既增加工程投資，增加運營成本，同時也浪費電能。管道位于室外，容易受到破壞出現(xiàn)漏水，影響業(yè)主。所以最大限度的減少投資，節(jié)約能源，杜絕事故隱患是設(shè)計中需要解決的問題。參照GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第8.4.2條：嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)非采暖的廠房（倉庫）及其他建筑的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，可采用干式系統(tǒng)，但在進水管上應(yīng)設(shè)置快速啟閉裝置，管道應(yīng)設(shè)置自動排氣閥。此條款提出了干式系統(tǒng)使用的可行性。規(guī)范此處的快速啟閉裝置指的是電動閥或現(xiàn)場手動控制閥門。與濕式系統(tǒng)相比，干式系統(tǒng)主要優(yōu)點是管路內(nèi)平時無水，可以確保在外界氣溫較低時不凍結(jié)，因此不需要采取保溫措施，減少了保溫材料的潛在危險和節(jié)約了電能消耗；由于平時管道無水，即使個別管道接口不夠嚴(yán)密或產(chǎn)生裂縫，也不會因漏水影響業(yè)主的正常生活。

干式系統(tǒng)主要由電動閥，手動控制閥，快速排氣裝置以及必備的消防組件組成；以手動電動閥為界，閥入口側(cè)接水源，管道里布滿水；閥出口側(cè)接室外消防管網(wǎng)，該管網(wǎng)平時為空管，電動閥和手動控制閥門平時處于關(guān)閉狀態(tài)。

具體做法如下：普通住宅建筑在消防登高面?zhèn)龋诖翱诟浇线m位置結(jié)合建筑立面設(shè)置干式管道，形同室外雨水管道和空調(diào)冷凝水管道。在住宅有外窗的房間從下到上，在窗口室外上方兩側(cè)開式噴頭，在室外的窗口頂部設(shè)置火災(zāi)探測系統(tǒng)，火災(zāi)發(fā)生時，火災(zāi)報警系統(tǒng)接到報警信號，開啟電動閥，同時向中控室發(fā)出開泵和報警信號，消防泵啟動后管道內(nèi)空氣迅速排除，管道在短時間內(nèi)由干式轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷?。因為平時管道內(nèi)無水，需要一定的充水時間。所以在設(shè)計時考慮分區(qū)，從而減少充水時間和一次開啟系統(tǒng)的用水量。火災(zāi)發(fā)生時，也可通過現(xiàn)場手動應(yīng)急開啟手動控制閥門。這樣保證任何情況下都能開啟供水滅火。按照消防水泵在30秒內(nèi)開啟供水，計算噴頭出水時間大約正常情況下為1.5～2分鐘。

同時以建筑自身的消防給水系統(tǒng)為水源，在地下或頂層設(shè)置管線連接，電動控制室外噴淋系統(tǒng)開啟，實施噴水控火滅火。同時在每個單元樓前設(shè)置水泵接合器，可以通過消防車直接供水給外墻干式噴淋系統(tǒng)?！冻鞘邢勒窘ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)（1998）207號）規(guī)定:普通消防站水罐消防車出水性能應(yīng)滿足出口壓力1.0Mpa時流量40L/s,出口壓力1.8Mpa時流量20L/s.對于100米以下住宅建筑，直接采用消防車直接供水即可滿足要求。

圖1 室外干式噴淋系統(tǒng)及噴頭設(shè)置示意

本系統(tǒng)室外部分噴頭采用ZSTK-15雙臂下垂型開式噴頭，參照華北標(biāo)準(zhǔn)圖91SB12-1（2007年）用于保護玻璃幕墻、建筑外墻玻璃窗自動噴水系統(tǒng)的安裝方法，開式噴頭設(shè)置在窗口頂下50mm處，噴頭間距不應(yīng)小于1.8米，向斜下方成45度角射向玻璃和墻面。流量系數(shù)K=80.單個噴頭設(shè)計流量約為1.33L/s.持續(xù)噴水時間參照自動噴淋系統(tǒng)局部應(yīng)用系統(tǒng)按0.5h設(shè)計。噴水強度參照防火冷卻水幕，不應(yīng)大于1L/s.m.

本技術(shù)高度50米以上各層采用隔層設(shè)置外墻式噴淋系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)接自外墻設(shè)置的干式噴淋管道上，管道在地下或頂層和室內(nèi)高區(qū)消火栓管網(wǎng)相連接，連接處設(shè)置過濾器、電動閥，管道設(shè)置旁通管，旁通管設(shè)置手動控制閥門3，閥門3常閉。著火時，通過信號開啟電動閥或火災(zāi)現(xiàn)場可以人工開啟手動閥門3，接通噴淋系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)開始噴水。在電動閥前后設(shè)置常開檢修閥門1和2，供消防隊員趕到時，手動關(guān)閉控制閥門3，噴淋系統(tǒng)停止噴水。然后有消防車從水泵接合器連接向管網(wǎng)供水，進行滅火。水泵接合器應(yīng)設(shè)在便于同消防車連接的地方，其周圍15～40m內(nèi)應(yīng)設(shè)置室外消火栓或消防水池。

5.工程設(shè)計

圖2 50米及以上室外干式噴淋系統(tǒng)及噴頭設(shè)置示意

圖3 50米以下室外干式噴淋系統(tǒng)及噴頭設(shè)置示意

圖4 室外干式噴淋及噴頭剖面安裝示意

圖5 噴頭保護鋼化玻璃設(shè)置示意

高層普通住宅，隔層設(shè)置外墻式噴淋系統(tǒng)，每處采用2個開式噴頭，50～100米之間樓層最多一共設(shè)置八層，共16個噴頭，流量21.28L/s.對于高層住宅消火栓設(shè)計流量為20L/s，基本滿足水量要求。對于新建住宅可以考慮消防水池貯水量可增加36.0噸噴淋水，如果是已有建筑，直接利用消防水池內(nèi)原來貯存的兩個小時的消火栓水量即可。

開式噴頭無探測火災(zāi)和開啟水流的功能，只具有噴水功能。室外火災(zāi)探測裝置探測到火災(zāi)后，開啟管網(wǎng)中水的控制閥門，噴頭噴水滅火。開式噴頭一旦噴水，便整個防護區(qū)域噴頭全部噴水，并且自動探測裝置比閉式噴頭的感溫元件對燃燒反應(yīng)得快，噴頭能更早地噴水滅火。

本系統(tǒng)室內(nèi)采用的是邊墻型ZSTB-15閉式噴頭，帶感溫玻璃球，流量系數(shù)為K=80,利用火災(zāi)煙氣的溫度爆破玻璃球，噴頭噴水。對所有層的住宅內(nèi)用于避難間的房間均設(shè)置閉式噴頭。50米以上住宅避難房間內(nèi)自動噴淋系統(tǒng)和外墻式開式噴頭系統(tǒng)共用室外干式噴淋立管。50米以下住宅避難房間內(nèi)自動噴淋系統(tǒng)在室外單獨設(shè)置室外干式噴淋立管，管道在地下或頂層和室內(nèi)低區(qū)消火栓管網(wǎng)相連接，連接處設(shè)置過濾器、電動閥，管道設(shè)置旁通管。閥門控制要求同高區(qū)外墻式噴淋系統(tǒng)。

根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-95(2005年版)第7.4.6.5條規(guī)定：消火栓栓口的靜水壓力不應(yīng)大于1.00MPa,當(dāng)大于1.00MPa時，應(yīng)采取分區(qū)給水系統(tǒng)。所以如下情況存在：例如建筑物地下兩層，建筑高度50～80米，可能消火栓系統(tǒng)設(shè)計不存在高區(qū)和低區(qū)，所以此時50米以下外墻式噴淋系統(tǒng)管線連接地下消火栓管網(wǎng)時，在控制閥和消火栓管線之間增加減壓裝置，保證閥后壓力0.65～0.70MPa左右，保證最不利噴頭處壓力0.1MPa。

地下一層或頂層和消火栓管網(wǎng)相連接的控制閥采用電動蝶閥，法蘭連接。電動執(zhí)行器：智能調(diào)節(jié)式；工作電壓：AC 220V。電動閥和控制閥后管道最低點設(shè)置泄水閥，冬季泄空防凍。

詳細(xì)系統(tǒng)及做法見附圖1～5。

6.優(yōu)點及推廣意義

如果對全樓外立面設(shè)置噴淋系統(tǒng)，勢必增加造價，并且對建筑外立面影響很大。采用局部外墻式噴淋系統(tǒng)設(shè)置的目的是對于建筑物救援通道的室外保溫局部初期火災(zāi)能夠很好的進行控制，有效避免火災(zāi)的蔓延擴展，同時對住宅各層的避難場所范圍進行有效保護，對人員救援贏得時間。

6.1 采用開式噴頭對玻璃進行保護，均勻地向玻璃噴灑冷卻水，以有效降低玻璃的溫度，增長耐火時間。多種試驗表明該種措施在火災(zāi)時具有一定的防火能力。

6.2 保證對住宅避難場所室內(nèi)的控火和防煙霧；另外，對外墻救援人員進行火災(zāi)時降溫和煙氣消散，保證外墻的救援豎向通道的安全性。

6.3 系統(tǒng)直接利用原消防加壓泵組，增加的費用是室外管道及水泵接合器費用、噴淋頭、電磁閥和過濾器的費用。室外火災(zāi)報警系統(tǒng)和每層的電梯間的信號相連，以及電磁閥信號均通過弱電總線和消防控制室聯(lián)系，在弱電控制上幾乎沒有增加造價。

利用室外干式室外噴淋系統(tǒng)增強固定消防設(shè)施與消防裝備的“固移結(jié)合”能力，形成了一條墻體室外豎向救援安全通道，解決高層住宅建筑外墻火災(zāi)救援和滅火所面臨的問題，切實提高高層建筑抗御火災(zāi)的能力，為高層火災(zāi)救援的安全性提高提供一條途徑。同時將自動噴水滅火理念延伸到住宅室外，擴大了建筑物室內(nèi)噴水滅火系統(tǒng)的適用范圍，結(jié)合消防時外部救援進行消防車加壓供水滅火或冷卻，具有很大實用性，值得推廣。

[1]《高層民用建筑設(shè)計規(guī)范》（GB50045-95）（2005年版）中國計劃出版社2005

[2]《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2012（送審稿） 2012年2月2日

[3]《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50084-2001 （2005年版）中國計劃出版社2005

[4]《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50166-98 中國計劃出版社

[5]《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》GB50222-95（2001年版）

[6]楊慶,謝曉剛,胡忠日.防火玻璃性能化設(shè)計方法的應(yīng)用分析.消防科學(xué)與技術(shù).2005年01期