自動消防水炮滅火系統(tǒng)設(shè)計初探

張希卿

摘 要：隨著當(dāng)前建筑物規(guī)模與數(shù)量逐漸增加，對消防滅火體系提出了新的需求，因此，一般的消防滅火體系已無法滿足基本消防任務(wù)，而消防水炮憑借其自身優(yōu)點，能夠適應(yīng)當(dāng)前建筑物消防滅火任務(wù)的新需求?；诖耍恼潞喴治隽俗詣酉浪跍缁痼w系設(shè)計的相關(guān)問題，以期對完善消防滅火體系建設(shè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：自動消防水炮;滅火系統(tǒng);設(shè)計初探

中圖分類號：TU892 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.039

自動消防水炮滅火系統(tǒng)是一個高效消防系統(tǒng)，克服了手動噴射消防系統(tǒng)在高大空間無法高效防火的弊端。隨著該體系的快速發(fā)展，不同類型的水炮和各類配套的探測滅火設(shè)備迅速發(fā)展，我國對該系統(tǒng)的規(guī)范剛剛建立，設(shè)計單位、施工單位在實際工作中還存在一些問題。

1 滅火系統(tǒng)發(fā)展概況

消防系統(tǒng)首先從手動式逐漸發(fā)展到半自動式，后來逐步發(fā)展成主動式噴水消防系統(tǒng)，大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段[1]。與以室內(nèi)消火栓為主體的手動式滅火系統(tǒng)相比，主動式噴水消防系統(tǒng)從火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)、確定、系統(tǒng)啟動、開始噴水及消防完成的整個流程都是自動完成的，具有安全、反應(yīng)快速、滅火效率高等特點。當(dāng)前，上述幾類消防系統(tǒng)在消防領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。

消防炮通常指噴射流量超過16 L/s的噴射消防裝置，主要分為自動型和固定型。自動型消防炮通常是紅外傳感器技術(shù)、信號處理和通信技術(shù)、計算機技術(shù)等前沿科技的有機結(jié)合，流量覆蓋范圍一般在20 L/s～40 L/s，射程約50 m～70 m。當(dāng)前，國產(chǎn)滅火炮流量覆蓋范圍一般在40 L/s～200 L/s，射程則可以達到40 m～130 m。

2 消防水炮應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 固定消防水炮的應(yīng)用

固定消防水炮主要應(yīng)用于室內(nèi)場所，是手動滅火系統(tǒng)的補充，二者共同組成了室內(nèi)消防系統(tǒng)。在石油化工企業(yè)的大型裝置區(qū)等區(qū)域，由于裝置過高、過大，室外消火栓、消防水槍水柱射程有限，很難達到保護效果，這時就會用到固定消防水炮。與室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)相比，固定消防水炮流量大、射程遠、滅火效率高。

在室內(nèi)的消防用水總量方面，要依照固定消防水炮使用量情況測算，并滿足《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，撲救室內(nèi)一般固體物質(zhì)火災(zāi)的供給強度應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準的規(guī)定，其用水量應(yīng)按兩門水炮的水射流同時到達防護區(qū)任一部位的要求計算。民用建筑的用水量不應(yīng)小于40 L/s，工業(yè)建筑的用水量不應(yīng)小于60 L/s。

2.2 自動消防水炮的應(yīng)用

自動消防水炮具有與固定消防水炮相同的流量與射程，完全可以發(fā)揮固定消防水炮在室內(nèi)外場所中的作用[2]。

第一，自動消防水炮與室內(nèi)消防栓系統(tǒng)相輔相成，具有固定消防水炮的優(yōu)點，且沒有死角。但是，消火栓系統(tǒng)是基本的保護措施，所有兼職專職消防員都能使用，可確保其有效性。所以，在較大的空間、場地，設(shè)有消防炮滅火系統(tǒng)的同時應(yīng)設(shè)置室內(nèi)消防栓滅火系統(tǒng)，確保在建筑物內(nèi)或其他場所都能起到保障作用。

第二，固定消防水炮由于性能上的不足，無法徹底取代自動噴水滅火系統(tǒng)，而自動消防水炮是手動消防系統(tǒng)的有益補充，能夠自行或主動地實施撲救。

第三，當(dāng)自動消防水炮作為室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的補充配置時，其消防用水量必須大于或等于室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的用水量，才能滿足消火栓撲救系統(tǒng)的用水量需求。如果將自動消防水炮用作自動噴水滅火系統(tǒng)的替代設(shè)備，其噴射強度要超過自動噴水滅火系統(tǒng)中所有危險等級的噴射強度。那么單純從滅火效果考慮，自動消防水炮完全能夠取代自動噴水滅火系統(tǒng)。

目前國內(nèi)大型物流倉儲項目中，超過自動噴水系統(tǒng)要求的凈空高度場所，已經(jīng)在使用自動消防水炮，以替代場所中不適用的自動噴水滅火系統(tǒng)，例如唐山蘇寧物流倉儲中心項目。

3 自動消防水炮滅火系統(tǒng)的工作原理

自動消防水炮及滅火控制系統(tǒng)利用計算機技術(shù)，模仿人的視覺控制系統(tǒng)，并與新一代人工智能控制技術(shù)結(jié)合，保證火勢可以得到檢測、掃描，確保滅火變得自動化、智能化，適合于凈高6 m～20 m的空間。其具體原理是如果出現(xiàn)重大火災(zāi)事故，可以及時動態(tài)分析火災(zāi)事故的特征信號，將相關(guān)數(shù)據(jù)信號傳送到現(xiàn)場控制器，并利用現(xiàn)場控制器管理的消防炮轉(zhuǎn)向火源位置，完成初期監(jiān)測和定時滅火[3]。其系統(tǒng)優(yōu)勢是可以根據(jù)實際動火間隔，自行變換噴水方法;系統(tǒng)劣勢則是在圖片數(shù)據(jù)處理過程中，影響了實時化速度和定位的準確性。

火苗在爆炸工作過程中產(chǎn)生快速和連續(xù)的氧化現(xiàn)象，具有色彩鮮明、形態(tài)不規(guī)則和閃爍等特點。經(jīng)過對火災(zāi)圖像中的火焰特征加以研究分析，可以運用火苗的動作特性鑒定火勢特征，能夠滿足視頻火災(zāi)事故檢測的實時性、魯棒性和準確性的檢測系統(tǒng)。自動消防水炮滅火系統(tǒng)分為監(jiān)測與告警模塊和消防給水模塊，自動消防水炮滅火的工作原理：使用報警探測模塊檢測火源，將火源信號傳送到消防給水模塊，再按照檢測到動火的坐標(biāo)方位和水炮車當(dāng)前情況計算轉(zhuǎn)動角度，最后開啟電動閥門和自動滅火泵滅火。

由于自動消防水炮應(yīng)用了計算機技術(shù)，數(shù)據(jù)處理能力大幅提高，可以有效管控所有數(shù)據(jù)，包括記錄控制系統(tǒng)的操作，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后立即切換現(xiàn)場圖像及監(jiān)視器，并對火災(zāi)撲救全過程進行錄像，同時調(diào)出圖像及信息模塊，標(biāo)出火警區(qū)域，提供處理向?qū)Вǖ却斯ぬ幚恚?。如果?zhí)勤人員未在規(guī)定時限內(nèi)處置，則計算機將進入手動處置階段，撥通相關(guān)部門主管領(lǐng)導(dǎo)電話、開啟相關(guān)滅火設(shè)備并告警，同時對計算機內(nèi)部系統(tǒng)狀況、火警時間、處置方法等作出記載[4]。

聯(lián)合撲救是通過使用聯(lián)合模塊實現(xiàn)的，聯(lián)合模塊負責(zé)撲救裝置與計算機之間的協(xié)同工作，及時反饋計算機的所有指令，例如開啟警鈴、消防廣播、消防水泵、報警閥門、防火卷簾等。

自動消防水炮滅火系統(tǒng)的開啟方法包括手動和自動兩種。手動開啟是值班人員在現(xiàn)場找到著火地點后，按下自動報警按鍵，或通過手動控制盤遙控自動水炮，使水炮對準著火地點，然后系統(tǒng)水壓降低后，通過設(shè)置在消防水泵房消防泵出水干管上的壓力開關(guān)，自動啟動消防水泵，保證系統(tǒng)正常工作所需的壓力、流量。自動開啟是監(jiān)控計算機在收到探測器的報警信息后，直接掃描起火點，完成控制系統(tǒng)自動報警，開啟滅火用消防水泵和管道電控閥門，記錄消防處理全過程并存檔，都由系統(tǒng)監(jiān)控并自主完成。

4 自動消防水炮滅火系統(tǒng)適應(yīng)現(xiàn)代大空間建筑的消防需求

自動消防水炮滅火系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)代大空間建筑的消防工作要求，將計算機技術(shù)、紅外線和紫外線信號處理、通信、機器傳動、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理等現(xiàn)代信息技術(shù)有機融合，實現(xiàn)了高度自動化的現(xiàn)代建筑消防工作理念。自動消防水炮控制器主要由火源檢測器、火勢定位器（設(shè)在水炮口上）、消防水炮、譯碼器、電磁閥控制器、自動控制盤、數(shù)據(jù)處理計算機、程序和管道控制器等構(gòu)成，具有遙控、自控、自鎖功能，能夠?qū)ζ鸹瘘c自行灑水，連接火災(zāi)探測系統(tǒng)，使用雙波段的圖像火災(zāi)自動偵測與大空氣位置補救科技和高光截面圖像感煙火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)大空間火災(zāi)事故應(yīng)急報警，同時具備監(jiān)控距離遠、防護面積大、反應(yīng)速度快、安全性能高等特點。

《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準》（GB 51427—2021）已于2021年10月1日正式實施。目前，自動消防水炮滅火系統(tǒng)一般應(yīng)用在體育場、展覽中心、影劇院、購物場所、候車（機）廳等人員密度大的場所，部分企業(yè)還成功地將自動消防水炮滅火系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)消防，例如首都體育館、東莞國際會展中心、深圳會展中心、天津國際汽車城等。

5 自動消防水炮設(shè)計過程中的常見問題

5.1 噴水強度問題

使用自動消防水炮時，噴射強度應(yīng)當(dāng)滿足國家有關(guān)標(biāo)準要求。自動消防水炮滅火系統(tǒng)和噴射型自動射流滅火系統(tǒng)應(yīng)保證至少2臺滅火裝置的射流到達被保護區(qū)域的任一部位。

自動消防水炮滅火系統(tǒng)用于撲救民用建筑內(nèi)火災(zāi)時，單臺炮的流量不應(yīng)小于20 L/s;用于撲救工業(yè)建筑內(nèi)火災(zāi)時，單臺炮的流量不應(yīng)小于30 L/s。此條規(guī)范與固定消防水炮對流量的要求一致。

5.2 后坐力問題

當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)廠房通常是單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，按照常規(guī)的噴淋管試驗體系，噴頭工作壓強不能形成太大的后坐力，如果使用消防炮，系統(tǒng)壓強必須超過0.6 MPa，形成的后坐力也較大。例如，某工廠制造的流速為20 L/s的消防炮，后坐力約為1 000 N;流速為30 L/S的消防炮，后坐力約為1 300 N。消防炮如果吊裝在梁下，使用時還會產(chǎn)生杠桿效應(yīng)，進一步增加其后坐力，導(dǎo)致對廠房建筑破壞的加劇，這也是需要考慮的重要問題。

自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)主要包括探測報警和滅火設(shè)備。探測報警系統(tǒng)通常分為前端紅外探測、控制中心和消防聯(lián)動系統(tǒng)。自動消防水炮的流量范圍主要在20 L/s～40 L/s，與之相應(yīng)的入口工作水壓為0.8 MPa～0.9 MPa，最大射程為50 m～70 m。自動消防水炮安置在建筑高處，噴射曲線為拋物線，其炮身結(jié)構(gòu)和固定消防水炮之間的技術(shù)參數(shù)通常應(yīng)保持一致，但是它能夠連接自動定位系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時會自動掃描、自動定位、自動完成滅火任務(wù)。

6 消防水炮設(shè)計注意事項

6.1 消防水炮的合理選型

通常情況下，消防水炮的射程與其炮口壓強及空氣流速成正比，在設(shè)計時，要考慮空氣流速大小和系統(tǒng)水壓等因素，另外，還要考慮周圍建筑平面的影響因素，避免水炮射程過大，射程越大，則水炮口的壓強與流速也要增大，對水量及消防泵的要求也越高，這種情況會增加建設(shè)投入。在選擇消防水炮時，要根據(jù)保護對象高度及其與水炮的距離等因素，保證水炮的流量、射程滿足滅火需求。

6.2 系統(tǒng)設(shè)計

消防水炮控制系統(tǒng)主要由火災(zāi)檢測器、火焰測位器、消防水炮、譯碼器、電磁閥控制器、手動控制盤、數(shù)據(jù)處理電子計算機、控制系統(tǒng)和管路控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

滅火裝置安裝設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：安裝位置滿足滅火裝置正常使用和維護的要求，固定支架或安裝平臺滿足滅火裝置的噴射、噴灑反作用力要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足滅火裝置正常使用的要求。

探測裝置的設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：采用復(fù)合探測方式，有效探測和判定保護區(qū)域內(nèi)的火源;監(jiān)控半徑應(yīng)與對應(yīng)滅火裝置的保護半徑或保護范圍相匹配;探測裝置的布置保證保護區(qū)域內(nèi)無探測盲區(qū);探測裝置滿足相應(yīng)使用環(huán)境的防塵、防水、抗現(xiàn)場干擾等要求。

控制主機應(yīng)具有與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和其他聯(lián)動控制設(shè)備的通信接口。

控制主機具有消防水泵、滅火裝置、自動控制閥、信號閥和水流指示器等的狀態(tài)顯示功能;現(xiàn)場控制箱具有消防水泵、自動控制閥等的狀態(tài)顯示功能。此外，控制主機和現(xiàn)場控制箱還應(yīng)具有下列功能：控制自動消防水炮或噴射型自動射流滅火裝置的水平、俯仰回轉(zhuǎn)動作、射流狀態(tài)轉(zhuǎn)換;控制自動控制閥的開啟和關(guān)閉;遠程啟動消防水泵，但不會自動和遠程停止消防水泵;控制主機在自動控制狀態(tài)下，按設(shè)定程序控制滅火裝置動作。

控制主機應(yīng)具有下列功能：自檢功能，聲、光報警功能，故障報警功能，消聲復(fù)位功能，報警信息顯示、記憶和打印功能，火災(zāi)現(xiàn)場視頻實時監(jiān)控和記錄功能。

現(xiàn)場控制箱應(yīng)符合下列規(guī)定：設(shè)置在滅火裝置的附近，便于現(xiàn)場手動操作，并能觀察到滅火裝置動作;具有防止誤操作的措施。

保護區(qū)內(nèi)應(yīng)均勻設(shè)置聲、光報警器，可與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)合用;聲、光報警器的聲壓級不應(yīng)小于60 dB;在環(huán)境噪聲大于60 dB的場所，其聲壓級應(yīng)高于背景噪聲15 dB。

水流指示器應(yīng)符合下列規(guī)定：每臺自動消防水炮及噴射型自動射流滅火裝置、每臺噴灑型自動射流滅火裝置的供水支管上設(shè)置水流指示器，且安裝在手動控制閥的出口后;水流指示器的公稱壓力不小于系統(tǒng)工作壓力的1.2倍;水流指示器安裝在便于檢修的位置，當(dāng)安裝在吊頂時，吊頂預(yù)留檢修孔;水流指示器的公稱直徑與供水支管的管徑相同。

每個保護區(qū)管網(wǎng)的最不利點處應(yīng)設(shè)模擬末端試水裝置，并便于排水。

模擬末端試水裝置應(yīng)由探測部件、壓力表、自動控制閥、手動試水閥、試水接頭及排水管組成，試水接頭的流量系數(shù)（K值）應(yīng)與滅火裝置相同。

7 消防炮發(fā)展趨勢

當(dāng)前，由于工程規(guī)模不斷擴大，自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠較好滿足現(xiàn)代消防的需求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。首先，智能化特征凸顯，智能消防炮已經(jīng)是未來發(fā)展趨勢。其次，建設(shè)成本必須調(diào)整到人們接受的范圍，如果消防炮費用高昂，會直接影響其推廣和應(yīng)用，因此，降低成本造價將是另一主要發(fā)展趨勢。

同時，為適應(yīng)不同環(huán)境的使用要求，產(chǎn)品需要不斷更新以適應(yīng)不同環(huán)境的變化。例如，石油化工等爆炸環(huán)境場所要求自動消防水炮提高防爆等級，高速公路隧道等潮濕、粉塵場所要求自動消防水炮完善防水、防塵等功能，某些特殊場所需要自動移動式消防炮，因此對軌道、水源接管等提出了要求。

8 結(jié)語

當(dāng)前，隨著建筑規(guī)模的逐步增加，普通的消防滅火系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足滅火任務(wù)，而自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)憑借其特點和優(yōu)勢，滿足了現(xiàn)階段現(xiàn)代建筑物的消防滅火要求。同時需要注意的是，自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)在研制、應(yīng)用與推廣過程中還存在很多問題，工程設(shè)計技術(shù)人員要對其給予高度重視，深入研究完善滅火設(shè)備，切實做好優(yōu)化調(diào)整，進一步提高消防救援的質(zhì)量和水平。

參考文獻

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