基于紙品包裝廠房的消防水炮系統(tǒng)設(shè)置及關(guān)鍵技術(shù)分析*

卓西潔，狄育慧，蔣 婧

（西安工程大學(xué)城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，西安 710660）

0 引言

工業(yè)廠房是具有多種使用功能的大空間區(qū)域，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)廠房紛紛建立起來。但從目前廠房消防安全現(xiàn)狀來看，防火設(shè)計(jì)的效果并不樂觀。2020年12月，武漢市東西湖區(qū)一工業(yè)園區(qū)某廠房發(fā)生火災(zāi)，此次火災(zāi)源于廠房防火設(shè)計(jì)不當(dāng)，過火面積約10 m2，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失?；馂?zāi)的發(fā)生警示：要結(jié)合廠房特點(diǎn)有針對(duì)性的進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，才能避免火災(zāi)的發(fā)生。

基于工業(yè)廠房具有大空間、鋼柱子、鋼屋架的構(gòu)造特點(diǎn)，通過分析，提出在工業(yè)廠房中采用消防水炮系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)性滅火，保證廠房建筑的消防安全。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)類廠房的防火設(shè)計(jì)，如何讓滅火設(shè)備符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求，同時(shí)又能布置合理，節(jié)約廠房空間，達(dá)到針對(duì)性滅火要求，以某工業(yè)生產(chǎn)廠房為例，對(duì)水炮供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為類似工業(yè)廠房設(shè)計(jì)提供了新的思路。

1 案例概述

1.1 廠房

工業(yè)廠房位于西安市鄠邑區(qū)加工園區(qū)內(nèi)，用于生產(chǎn)加工包裝紙箱，廠房有大型包裝生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的大量的熱，且生產(chǎn)的紙品屬于易燃物品。共兩個(gè)廠房，總面積：50 616 m2，其中大廠房地上一層，局部為二層辦公區(qū)，小廠房地上一層，兩個(gè)廠房主體均為門式鋼架結(jié)構(gòu)，使用年限為50年，耐火等級(jí)二級(jí)，火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類。廠區(qū)消防控制室設(shè)于廠區(qū)門口，內(nèi)有火災(zāi)報(bào)警及消火栓系統(tǒng)控制柜，現(xiàn)有消防系統(tǒng)設(shè)置簡單，不符合現(xiàn)行消防規(guī)范要求，故改造需求：能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)性滅火，保證廠房消防設(shè)置符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

1.2 水炮系統(tǒng)

適用于工業(yè)廠房的智能消防水炮特點(diǎn)突出、優(yōu)勢(shì)顯著。該系統(tǒng)具有較大的保護(hù)范圍，并且不會(huì)產(chǎn)生水霧，擁有極強(qiáng)的穿透性，能夠更好地節(jié)約水量，有更高的滅火效率，精準(zhǔn)確定火源位置，對(duì)非受災(zāi)區(qū)進(jìn)行有效保護(hù)；操作全自動(dòng)，后期維護(hù)方便，無盲區(qū)無死角，能夠在最大程度上保護(hù)廠房建筑[1]。

消防水炮是集控制技術(shù)、紅外傳感探測(cè)技術(shù)、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)控制技術(shù)、圖像傳輸技術(shù)為一體的新型滅火技術(shù)[2]，水炮主要由供水、執(zhí)行及控制3個(gè)系統(tǒng)組成，如表1所示。

表1 消防水炮各系統(tǒng)組成及功能

安裝此水炮的廠房一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)產(chǎn)生的紅外信號(hào)會(huì)立即被水炮上的啟動(dòng)傳感器感知，經(jīng)控制器相關(guān)裝置組件分析處理后，啟動(dòng)裝置在各方向進(jìn)行掃描，紅外傳感器將接收到火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，裝置會(huì)停止水平旋轉(zhuǎn)，同時(shí)打開垂直傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)射流噴嘴，完成了對(duì)報(bào)警火源處的定位，隨后打開電動(dòng)閥，啟動(dòng)水泵進(jìn)行噴射滅火，直到將火撲滅，隨后通過紅外傳感器掃描，關(guān)閉電動(dòng)閥停止噴射[3]。

2 消防水炮設(shè)置及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及要求

自動(dòng)消防水炮設(shè)置依據(jù)：根據(jù)GB 25204—2010《自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)》、CECS263:2009《大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》，在廠房內(nèi)設(shè)置消防水炮，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，廠區(qū)內(nèi)任意部位均應(yīng)在兩門水炮的保護(hù)半徑內(nèi)，其中每門消防水炮流量為30 L/s，水炮系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量為60 L/s[4]。

自動(dòng)消防水炮設(shè)置要求[5-6]如下。

（1）每個(gè)被保護(hù)區(qū)內(nèi)的消防水炮布置數(shù)量應(yīng)大于2門，且2門消防水炮的水流能夠同時(shí)到達(dá)被保護(hù)區(qū)內(nèi)的任何位置，發(fā)生火災(zāi)發(fā)生時(shí)保證可以一備一用。

（2）廠區(qū)內(nèi)的手動(dòng)控制盤應(yīng)設(shè)置在靠近出口或便于疏散的地方，方便消防專業(yè)人員應(yīng)急操作。

（3）由于生產(chǎn)原因，廠房內(nèi)部分區(qū)域臨時(shí)堆放尺寸較高的包裝原紙，故消防炮的俯仰角、水平回轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足實(shí)際使用要求，布置高度應(yīng)保證水炮工作時(shí)水流噴射不受物體阻擋。

2.2 廠房水炮系統(tǒng)設(shè)置

結(jié)合廠房凈高、包裝生產(chǎn)設(shè)備及水炮自身安裝高度要求等限制條件（一般考慮安裝高度為6～25 m），確定合理的水炮安裝高度。水炮布置應(yīng)考慮部分臨時(shí)堆放在廠房內(nèi)的包裝原紙等障礙物的影響，避免形成水柱保護(hù)不到的盲區(qū)[7]，保證消防水炮在噴射水流時(shí)不受影響。

廠區(qū)內(nèi)兩個(gè)廠房均需要布置水炮，廠房建筑最大凈空高度約18 m，部分臨時(shí)堆放區(qū)紙品高度不超過15 m。消防水炮設(shè)置在不保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況下，標(biāo)高定在10 m左右，在水炮安裝時(shí)應(yīng)保證支架或平臺(tái)不影響消防炮的自由旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。自動(dòng)消防水炮分別沿著廠房中心軸對(duì)稱布置，在小廠房對(duì)稱設(shè)置2排，共6門消防水炮，在大廠房內(nèi)對(duì)稱設(shè)置2排，共16門消防水炮，兩個(gè)廠房共設(shè)置22門水炮，平面布置如圖1所示。

圖1 消防水炮平面布置

2.3 水炮電氣系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

廠房內(nèi)一旦火災(zāi)發(fā)生，由自動(dòng)跟蹤定位滅火裝置紫外傳感器啟動(dòng)裝置，由紅外傳感器定位火源，工作方式有手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)視頻采用人機(jī)配合滅火，自動(dòng)時(shí)通過自動(dòng)啟閥啟泵方式滅火[8]。滅火裝置工作電壓為DC24V，由電源接線盒提供，電源接線盒電源由現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱提供，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱電源由消防控制室滅火裝置集中控制柜供給，將兩個(gè)廠房的控制線纜最終接入消防控制室火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

（1）從消防水炮集中控制柜至現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱布線方式：裝置電源線（AC220V）：ZR-BV3×2.5，CAN總線通訊信號(hào)線：ZR-RVSP2×1.5。

（2）從現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱到水炮電源接線盒布線方式，裝置電源線（AC220V）：ZR-BV3×2.5，RS485總線通訊信號(hào)線：ZR-RVSP2×1.5。

圖2 消防水炮電氣單體接線圖

（3）從電源接線盒至水炮及電動(dòng)閥布線方式至水炮：專用線束航空插頭連接；電動(dòng)閥、電源盒接線端子1、2至電動(dòng)閥門1、2：ZR-BVR2×1.5。

（4）從滅火裝置集中控制柜至裝置視頻系統(tǒng)布線方式：光纜：GYTA-4B每個(gè)防火分區(qū)至集中控制柜一根，視頻線：ZR-SYV75-5（每臺(tái)裝置對(duì)應(yīng)1路）與電源接線盒連接。

2.4 水炮供水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

廠區(qū)的大空間智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)裝置采用HG55型水炮。消防水炮的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：工作電壓AC220 V，定位時(shí)間小于或等于60 s，射水流量30 L/s，水平回轉(zhuǎn)角-120°～+120°，工作壓力為0.8 MPa，俯仰角-90°～+30°，水炮保護(hù)半徑為55 m，水炮自身質(zhì)量21 kg，安裝高度6～20 m，具體安裝示意如圖3所示。

圖3 消防炮安裝示意圖（正、側(cè)面）

經(jīng)計(jì)算，水炮系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)流量按2臺(tái)水炮噴水計(jì)算；系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為Q=60 L/S；火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按60 min計(jì)算；消防水池為原廠房大型儲(chǔ)水箱，儲(chǔ)水量V=216 m3，滿足消防供水要求。

選用管道：采用內(nèi)外壁熱鍍鋅鋼管，當(dāng)管道DN≤100采用螺紋連接，管道DN＞100采用卡箍連接。管道安裝后試驗(yàn)壓力不得低于1.4 MPa，對(duì)管道進(jìn)行壓力試驗(yàn)后，管道須進(jìn)行沖洗。

兩個(gè)廠房與廠區(qū)室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)的工作壓力相差較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮供水壓力，廠區(qū)內(nèi)消防水炮系統(tǒng)設(shè)置了穩(wěn)壓泵，保證系統(tǒng)的供水壓力。

系統(tǒng)中設(shè)有水流指示器與信號(hào)閥，智能消防水炮系統(tǒng)與消火栓系統(tǒng)合用一套供水系統(tǒng)時(shí)獨(dú)立設(shè)置水流指示器，且在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)濕式報(bào)警閥前將管道分開，在小廠房管網(wǎng)最不利點(diǎn)處設(shè)置模擬末端試水裝置[9]，應(yīng)設(shè)置在衛(wèi)生間或設(shè)備間，便于操作和處理測(cè)試后的排水。在水泵出水管設(shè)置安全泄壓閥，供水系統(tǒng)設(shè)置如圖4所示。

圖4 消防水炮系統(tǒng)

2.5 消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)：自動(dòng)消防炮系統(tǒng)為獨(dú)立系統(tǒng)，當(dāng)需要與消防報(bào)警主機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，需安裝1個(gè)輸入模塊與消防主機(jī)通訊。水炮集中控制柜提供啟泵、關(guān)泵、火警的無源開閉點(diǎn)[10]。

全自動(dòng)掃描定位滅火裝置的聯(lián)動(dòng)由系統(tǒng)主機(jī)完成的，啟動(dòng)方式有控制室自動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急兩種啟動(dòng)方式。

在消防控制室內(nèi)設(shè)置滅火裝置集中控制管理系統(tǒng)，為消防水炮對(duì)應(yīng)的控制管理系統(tǒng)，能夠?yàn)闇缁鸬妊b置提供可控的AC220V電源，以CAN總線通訊的方式管理滅火裝置現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制箱以總線的通訊方式管理每個(gè)廠房，多臺(tái)自動(dòng)定位射流滅火裝置。

該系統(tǒng)可在手動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)滅火裝置進(jìn)行上、下、左、右、柱狀噴射或霧狀噴射及手動(dòng)啟閉泵閥控制，視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)接收滅火裝置提供的視頻信號(hào)，顯示視頻信息，記錄存儲(chǔ)滅火裝置的管理信息。使用該主機(jī)可以通過安防等視頻系統(tǒng)配合查看兩個(gè)廠房內(nèi)的火情，可以實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備信息，并可通過手動(dòng)控制滅火裝置進(jìn)行滅火。

廠區(qū)消防值班人員應(yīng)組織學(xué)習(xí)消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)常用操作方法、消防控制設(shè)備的使用和簡單的故障排除，增強(qiáng)消防安全意識(shí)。廠房位于西安市鄠邑區(qū)，冬季室外溫度較低，消防室外管道應(yīng)做好保溫，定期進(jìn)行消防檢查，落實(shí)消防設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)制度、重點(diǎn)部位的防火安全。

圖5 自動(dòng)消防水炮安裝、噴射演示圖

3 結(jié)束語

工業(yè)廠房一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。一場(chǎng)大火有時(shí)會(huì)吞噬幾十人甚至幾百人的生命，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫高熱將造成建筑結(jié)構(gòu)的破壞，因長時(shí)間受火勢(shì)威脅內(nèi)部構(gòu)件失去穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致坍塌。將自動(dòng)消防水炮運(yùn)用到大空間廠房內(nèi)，對(duì)比傳統(tǒng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，消防水炮有自身火災(zāi)檢測(cè)和自動(dòng)滅火的可靠性，極大地保證了大空間廠房的消防安全。

設(shè)置消防水炮時(shí)結(jié)合廠房層高、平面分區(qū)、使用性質(zhì)等因素的條件下，充分考慮水炮滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)及消防安全防護(hù)的可靠性，選用水炮系統(tǒng)，不僅滿足高大空間的消防安全，而且解決了工藝設(shè)備安裝帶來的管道安裝難度，捕捉火源迅速、精準(zhǔn)，噴射水量大，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，火源撲滅后能夠自動(dòng)恢復(fù)至初始位置，從而在滿足規(guī)范要求的前提下確保建筑的消防安全[11]。

本研究是基于紙品包裝廠房的消防水炮設(shè)計(jì)，敘述了消防水炮系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為類似消防工程提供新的思路及參考經(jīng)驗(yàn)。隨著消防智能化領(lǐng)域的不斷發(fā)展，消防水炮使用成本也在不斷降低[12]，因此在高大空間的工業(yè)廠房建筑中，自動(dòng)消防水炮技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。