某大型商業(yè)綜合體中庭高大空間消防給水設(shè)計(jì)

摘要：大型商業(yè)綜合體中庭高大空間因凈空高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等，對(duì)消防給水設(shè)計(jì)的安全性與適用性提出挑戰(zhàn)。以濟(jì)南某綜合體為例，聚焦中庭消防給水系統(tǒng)，系統(tǒng)分析其組成架構(gòu)與設(shè)計(jì)參數(shù)，重點(diǎn)探討水源保障、管網(wǎng)優(yōu)化及設(shè)施選型等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以期通過(guò)系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，為同類項(xiàng)目提供路徑，助力解決中庭高大空間消防給水設(shè)計(jì)的共性問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：大型商業(yè)綜合體；高大空間；消防給水

中圖分類號(hào)：TU892" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）07-0096-03

0 引言

大型商業(yè)綜合體為追求空間的開放性與商業(yè)價(jià)值，常設(shè)置跨越多樓層的中庭高大空間，此類區(qū)域具有凈空高、結(jié)構(gòu)通透、人員密集等特點(diǎn)，但也面臨火災(zāi)蔓延速度快、撲救難度大等挑戰(zhàn)[1]?，F(xiàn)行GB55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》、GB50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等，雖對(duì)消防設(shè)施布置提出原則性要求，但針對(duì)中庭豎向鏤空不一致、玻璃屋頂?shù)忍厥鈽?gòu)造，缺乏具體的設(shè)計(jì)指引[2]，對(duì)消防給水系統(tǒng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)，需結(jié)合工程案例深入分析。

1 項(xiàng)目基本概況

項(xiàng)目位于濟(jì)南市核心商圈，是總建筑面積約25.6萬(wàn)m2的大型綜合體，包含2棟超高層塔樓、6層裙樓商業(yè)及3層地下室。裙樓設(shè)置8處凈空高度9.2～32.7m的中庭，平面形狀不規(guī)則且存在樓板豎向錯(cuò)位現(xiàn)象，部分區(qū)域凈高超25m，導(dǎo)致傳統(tǒng)噴頭覆蓋困難。依據(jù)《建筑防火通用規(guī)范》及《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，項(xiàng)目需設(shè)室內(nèi)消火栓、自動(dòng)噴水及噴射型自動(dòng)射流滅火系統(tǒng)，其中消火栓需滿足兩股水柱保護(hù)，自動(dòng)噴水系統(tǒng)按8～15L/（min·m2）噴水強(qiáng)度分區(qū)設(shè)計(jì)，超18m的區(qū)域采用噴射裝置交叉覆蓋，消防水池的有效容積為1080m3，以保障水量需求。

2 消防給水系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1" 系統(tǒng)架構(gòu)與功能定位

項(xiàng)目消防給水系統(tǒng)采用三級(jí)防控、協(xié)同聯(lián)動(dòng)架構(gòu)?；A(chǔ)供水層由市政管網(wǎng)、消防水池及高位水箱組成，負(fù)責(zé)水源儲(chǔ)存與初期供水。系統(tǒng)傳輸層包括消火栓泵、自噴泵、射流泵及環(huán)狀管網(wǎng)。末端滅火層由室內(nèi)消火栓、灑水噴頭、自動(dòng)射流滅火裝置組成。

2.2" 設(shè)計(jì)流量與用水量計(jì)算

2.2.1" 消火栓系統(tǒng)

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，一類高層公共建筑室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)流量40L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間3h，用水量：

V1=40×3×3600/1000=432m3

2.2.2" 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

按中庭不同高度分區(qū)設(shè)計(jì)：

8～12m區(qū)域：噴水強(qiáng)度12L/（min·m2），作用面積160m2，設(shè)計(jì)流量：

Q1=12×160/60=32L/s

12～18m區(qū)域：噴水強(qiáng)度15L/（min·m2），作用面積200m2，設(shè)計(jì)流量：

Q2=15×200/60=50L/s

取最大分區(qū)流量50L/s，持續(xù)時(shí)間1h，用水量：

V2=50×1×3600/1000=180m3

2.2.3" 噴射型自動(dòng)射流滅火系統(tǒng)

針對(duì)＞18m區(qū)域，單臺(tái)裝置流量10L/s，2臺(tái)同時(shí)工作，設(shè)計(jì)流量20L/s，持續(xù)時(shí)間1h，用水量：

V3=20×1×3600/1000=72m3

2.2.4" 消防水池總?cè)莘e?

考慮同時(shí)火災(zāi)起數(shù)為1起，總用水量：?

V=V1+V2+V3=432+180+72=684m3

結(jié)合規(guī)范要求的富余量，最終確定消防水池有效容積1200m3（分兩座，每座600m3）。

2.3" 系統(tǒng)獨(dú)立性與協(xié)同設(shè)計(jì)

2.3.1" 豎向分區(qū)策略

因建筑高度達(dá)135m，采用轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)分區(qū)供水：

低區(qū)：系統(tǒng)工作壓力≤1.2MPa，由地下室消防水泵直接供水。

高區(qū)：通過(guò)15層轉(zhuǎn)輸水箱及轉(zhuǎn)輸泵接力供水，確保高區(qū)最不利點(diǎn)消火栓動(dòng)壓≥0.35MPa。

2.3.2" 多系統(tǒng)管網(wǎng)互聯(lián)

消火栓系統(tǒng)與自動(dòng)滅火系統(tǒng)共用地下室環(huán)狀干管，但在各樓層分支管處設(shè)置獨(dú)立閥門：消火栓管網(wǎng)沿中庭結(jié)構(gòu)柱敷設(shè)DN150豎管，每層設(shè)置2組消火栓。自噴與射流管網(wǎng)，在中庭頂部設(shè)置獨(dú)立環(huán)狀管網(wǎng)，射流裝置供水管與自噴管網(wǎng)通過(guò)單向閥連接。

3 水源及水量保障關(guān)鍵技術(shù)

3.1" 高位消防水箱設(shè)置

根據(jù)規(guī)范，一類高層公共建筑高位水箱有效容積≥50m3，項(xiàng)目設(shè)置2座不銹鋼水箱，布置于塔樓屋頂，水箱最低有效水位與裙樓6層最不利消火栓高差45m，提供靜壓0.45MPa。

補(bǔ)水系統(tǒng)采用兩路DN50進(jìn)水管，分別連接市政管網(wǎng)與消防水池，浮球閥與電動(dòng)閥聯(lián)動(dòng)控制，補(bǔ)水時(shí)間≤8h。

穩(wěn)壓裝置配置變頻穩(wěn)壓泵組及氣壓罐，維持系統(tǒng)壓力0.4～0.45MPa，壓力波動(dòng)控制在±0.01MPa以內(nèi)。

3.2" 消防水池容積與補(bǔ)水策略

引入雨水回收系統(tǒng)，將中庭玻璃屋頂雨水經(jīng)處理后接入消防水池，初期棄流30m3，有效回收量360m3，可替代40%的消防用水量，最終消防水池容積調(diào)整為720m3。

兩座消防水池通過(guò)DN200連通管及電動(dòng)閥連接，平時(shí)獨(dú)立運(yùn)行，火災(zāi)時(shí)聯(lián)動(dòng)開啟閥門實(shí)現(xiàn)互為備用[3]。水池內(nèi)設(shè)液位傳感器與報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)單池水位低于設(shè)計(jì)值50%時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵。

3.3" 市政供水與備用電源保障

項(xiàng)目接入兩路市政供水，在地下室設(shè)置DN300水表井，水表前設(shè)置倒流防止器與泄壓閥。室外消火栓系統(tǒng)與市政管網(wǎng)直接連接，火災(zāi)時(shí)優(yōu)先使用市政水源，不足時(shí)啟動(dòng)消防水泵從水池吸水。消防水泵房、高位水箱間及報(bào)警閥間設(shè)置雙電源切換裝置，備用電源采用柴油發(fā)電機(jī)，重要設(shè)備設(shè)置UPS備用電源。

4 消防管網(wǎng)布置設(shè)計(jì)策略

4.1" 環(huán)狀管網(wǎng)布局與冗余設(shè)計(jì)

在中庭各樓層走道吊頂內(nèi)敷設(shè)DN200熱鍍鋅鋼管環(huán)狀管網(wǎng)，管道間距≤50m，形成雙環(huán)互通結(jié)構(gòu)。內(nèi)環(huán)沿中庭周邊結(jié)構(gòu)柱布置，距玻璃幕墻1.5m，連接消火栓與近區(qū)噴頭。外環(huán)沿商鋪背面墻體敷設(shè)，連接遠(yuǎn)區(qū)噴頭及報(bào)警閥組，內(nèi)外環(huán)通過(guò)4組DN150聯(lián)絡(luò)管連接，確保任意管段檢修時(shí)，其余管網(wǎng)仍能滿足70%設(shè)計(jì)流量[4]。在中庭四角結(jié)構(gòu)柱內(nèi)設(shè)置4組DN150立管，立管采用溝槽式連接，每層設(shè)置檢修閥，立管間距25～30m，滿足“立管間距≤50m”的要求[5]。

4.2" 分區(qū)供水與壓力控制

根據(jù)系統(tǒng)工作壓力限值，低區(qū)直接由地下室消火栓泵（H=150m）供水，在4層設(shè)置減壓閥組，將1～2層消火栓動(dòng)壓控制在0.5MPa以內(nèi)。高區(qū)通過(guò)15層轉(zhuǎn)輸水箱及轉(zhuǎn)輸泵接力供水，高區(qū)管網(wǎng)工作壓力1.5MPa，最不利點(diǎn)消火栓動(dòng)壓0.4MPa。

在水泵出水管設(shè)置微阻緩閉止回閥與水錘消除器，當(dāng)水泵突然停轉(zhuǎn)時(shí)，止回閥在1～2s內(nèi)緩慢關(guān)閉，水錘消除器吸收管路中瞬時(shí)高壓[6]。

4.3" 水力計(jì)算

水流速度：消火栓管網(wǎng)≤2.5m/s，自噴管網(wǎng)≤5m/s，射流管網(wǎng)≤10m/s。?

沿程水頭損失：采用海曾-威廉公式，DN200管道流量40L/s時(shí)，比摩阻0.012MPa/m。

局部水頭損失：按沿程損失的20%計(jì)算，管網(wǎng)總水頭損失控制在0.5MPa以內(nèi)。

5 消防給水設(shè)施選型與安裝

5.1" 消火栓系統(tǒng)適應(yīng)性設(shè)計(jì)

5.1.1" 無(wú)墻體區(qū)域消火栓暗裝

針對(duì)1～2層玻璃幕墻區(qū)域無(wú)實(shí)體墻體的問(wèn)題，選用超薄型不銹鋼消火栓箱，嵌入結(jié)構(gòu)柱凹槽內(nèi)[7]。箱門采用與幕墻同材質(zhì)的鋁合金框架防火玻璃門，開啟角度≥120°[8]。箱內(nèi)配置DN65消火栓、25m襯膠水帶、φ19mm水槍及DN25消防軟管卷盤，水帶采用魔術(shù)貼固定。

5.1.2" 高凈空區(qū)域消火栓布置

在凈空＞20m的中庭A周邊，按“上下錯(cuò)位、交叉覆蓋”原則布置消火栓：1～3層消火栓間距20m，安裝高度1.1m；4～6層消火栓間距25m，安裝高度1.3m，確保任意點(diǎn)有兩股水柱夾角≥30°、≤150°，覆蓋范圍無(wú)盲區(qū)。

5.2" 自動(dòng)滅火系統(tǒng)協(xié)同覆蓋技術(shù)

5.2.1" 噴頭與射流裝置分區(qū)配置

針對(duì)中庭豎向高度差異，采用“三段式”覆蓋策略。低層區(qū)：布置下垂型大流量噴頭，間距3.6m×3.6m，距玻璃幕墻0.8m，避免幕墻玻璃破裂對(duì)噴頭的影響。中層區(qū)：采用特殊響應(yīng)噴頭，間距3.0m×3.0m，噴頭濺水盤距吊頂0.3m，確保熱煙氣有效觸發(fā)。高層區(qū)：設(shè)置自動(dòng)跟蹤定位射流裝置，安裝于屋頂鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下方，距玻璃屋頂1.5m。

5.2.2" 高溫環(huán)境噴頭選型?

針對(duì)玻璃屋頂下方夏季高溫，選用公稱動(dòng)作溫度79℃的噴頭。同時(shí)在噴頭上方設(shè)置100mm×100mm金屬防護(hù)板。

5.3" 報(bào)警閥組與水泵接合器布置

5.3.1" 報(bào)警閥組分區(qū)控制

按防火分區(qū)設(shè)置濕式報(bào)警閥組，每個(gè)閥組控制噴頭數(shù)≤800只，中庭區(qū)域單獨(dú)設(shè)置12組報(bào)警閥，布置于每層管道井內(nèi)，尺寸2m×1.5m×2m，距離水力警鈴≤15m，報(bào)警閥進(jìn)出口壓力差控制在0.05MPa以內(nèi)，確保水流指示器與壓力開關(guān)聯(lián)動(dòng)信號(hào)準(zhǔn)確。

5.3.2" 水泵接合器設(shè)置?

在中庭周邊市政道路旁均勻布置8臺(tái)水泵接合器，間距15m，距室外消火栓30m，采用墻壁式安裝，并在接合器上方設(shè)置防雨罩。接合器與室內(nèi)管網(wǎng)連接管采用DN150熱鍍鋅鋼管，管長(zhǎng)≤10m。

6 技術(shù)難點(diǎn)解決方案與實(shí)施效果

針對(duì)中庭高大空間消防給水設(shè)計(jì)中的典型難題，采取了針對(duì)性解決方案：對(duì)于豎向鏤空錯(cuò)位導(dǎo)致的噴頭保護(hù)盲區(qū)，在中庭B的2層挑空邊緣增設(shè)上噴式噴頭、5層對(duì)應(yīng)位置設(shè)置下噴式噴頭，使該區(qū)域噴水強(qiáng)度達(dá)12L/（min·m2），滿足中危險(xiǎn)級(jí)Ⅱ級(jí)要求；針對(duì)玻璃幕墻區(qū)域消火栓安裝與建筑外立面的沖突，采用結(jié)構(gòu)柱暗裝消火栓箱與幕墻龍骨一體化設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)測(cè)開啟阻力≤50N，兼顧功能與美觀；針對(duì)超凈高區(qū)域滅火效率問(wèn)題，在中庭A頂部設(shè)置4臺(tái)自動(dòng)射流裝置，與下層噴頭形成“立體交叉覆蓋”，實(shí)體火災(zāi)試驗(yàn)顯示，裝置45s內(nèi)定位火源并啟動(dòng)射流，120s內(nèi)控制火勢(shì)，有效解決了特殊構(gòu)造下的消防覆蓋與效率難題。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文構(gòu)建了中庭高大空間消防給水設(shè)計(jì)的技術(shù)框架，提出的水源保障、管網(wǎng)及設(shè)施選型策略已在工程實(shí)踐中驗(yàn)證有效性，實(shí)現(xiàn)了消火栓全覆蓋、噴頭與射流裝置協(xié)同滅火的目標(biāo)。未來(lái)研究可聚焦智慧消防技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能調(diào)控，為大型商業(yè)綜合體消防安全提供更完善的技術(shù)支撐。

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