特色案例：历史文化街区特殊消防设计

本项目位于广州市荔湾区，总占地面积约8.8万m2，拟改造、新建的房屋约7.2万m2，其中新建筑面积约3.6万m2，改造建筑面积约3.6万m2，均为多层建筑，主要功能为商业，项目内有保存大量清末民初建筑，是广州城市记忆的重要组成部分。

(1) 建筑耐火等级低，街区内的原有建筑以三、四级耐火等级为主，建筑接有砖木、砖混、混凝土结构等结果。

(2) 防火间距不足（建筑大多为自发设，缺乏规划设计，建筑密度大、房屋间距普片较小，巷道狭小）。

(3) 消防通道不畅（巷道狭窄，密布交织，道路复杂，断头路）。

(4) 消防设施缺乏（几乎无有效的消防系统）。

(5) 街区内巷道狭窄，不明管线较多，去向不明。

(6) 建筑大多为自发建设，建筑结构形式类型较多，基础复杂深浅、大小不同，且大部分建筑贴邻建设，面积较小、高低不一，形式（状）多样，产权复杂。

(7) 建筑安全情况复杂，甚至部分建筑为危楼，街区大部分建筑需做安全鉴定（建筑结构安全也大大限制改造条件）。

以建筑安全为前提，主动保护与活化利用为设计原则。

4.1 室内消火栓设计流量确定问题

根据《建筑设计防火规范》（GB 5001-2014，2018年版，以下简称“建规”）8.2.1条第3、第5款设置室内消火栓的要求：本项目除极个别楼栋体积大于5 000m3商店建筑，需设置室内消火栓外，其他建筑均未达到“建规”规定需要设置室内消火栓要求，这些建筑可不设室内消火栓系统。但因本项目的特殊性，其囊括居住、零售、餐饮、展览及文保等多功能集合商业街区，且街区内建筑耐火等级低、防护间距不足、火灾救援设施缺乏等现状特点，如发生火灾可能会出现火烧连营的风险，危险性较高。故设计时不可简单把建筑间相互影响的因素割裂，按街区内各单独楼栋进行设计。应根据街区内功能特点综合考虑，街区视为人员密集的大型商业综合体,各楼栋视为综合体内各分铺或综合体内的功能房间考虑，应设置室内消火栓系统，其设计流量根据“建规”3.5.2条体积大于20 000m3的多层商店选取，即室内消火栓用量为40L/s，以保障商业街区内消防安全。

4.2 室内消火栓系统设计问题

（1）室内消火栓设置。因本项目的特殊性（防火间距不足），本文就如何室内消火栓设置，按一股充实水柱保护设置，还是两股充实水柱保护设置进行了较为深探讨。

街区内设置室内消火栓如按本文“室内消火栓设计流量确定”中所述按体积大于20 000m3的多层商店考虑，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》7.4.6条规定，室内消火栓布置则需满足同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位。对于面积较小楼栋（面积较小的商铺仅2m2左右、楼层为1~3层）则面临设置位置困难，对于历史风貌或文化价值较高的建筑，对其进行保护则是最为重要的考虑因素。故改造时应主动保护，室内消火栓则优先考虑设置于室内，避免消火栓于室外设置对建筑风貌造成较大影响。

充实水柱保护数量选取：根据上文所述街区内建筑特点，对于面积极小的商铺内设置2个消火栓，会极大占用了室内空间及面积，对显不合理，也占用建筑的活化利用的空间，不利于建筑的活化利用及可持续发展。故在此没明确相应国家规范作为指引情况下，应从火灾发生、蔓延、逃生、救援及财产损失等应设综合考虑，并参考国家规范对类似功能及场景设置室内消火栓的相关要求进行设计。如根据“建规”2.1.4条“商业服务网点”的相关要求：设置在住宅建筑的首层或首层及二层，每个分隔单元建筑面积不大于300m2 的商店、邮政所、储蓄所、理发店等小型营业性用房。从商业服务网点的定义看，街区内部分建筑除不满足“住宅建筑”的条件外，基本满足商业服务网点的定义。针对此类情况，参考“商业服务网点”相关要求设置消火栓具有一定的可行性，故按《消防给水及消火栓系统技术规范》（以下简称“消水规” ）7.4.15条规定：“跃层住宅和商业网点的室内消火栓应至少满足一股充实水柱到达室内任何部位，并宜设在在门户附近”设计，其设置位置也相对灵活，具有较强的实施性，可以最大限度保护建筑风貌的同事，保障建筑消防安全。

（2）试验消火栓设置。根据“消水规”7.4.9条要求，设有室内消火栓的建筑应设置带有压力表的试验消火栓。同时对设置位置也做了规定：“多层和高出建筑应在其屋顶设置”，因街区内建筑大都为自发建设，形状构造不一，以坡屋面（瓦屋面）为主，且建筑内使用功能交为复杂，既有条件严重限制试验消火栓设置。

根据上述规范要求，设置室内消火栓系统的建筑均设置试验消火栓，则街区内所有楼栋均设试验消火栓，就街区内的建筑现状及特点，就无法满足该要求，设计就难以继续推进。试验消火栓的主要作用是检测消火栓系统在该屋顶处的流量和压力（充实水柱）是否满足使用效果和符合规范要求。而街区内建筑大都为楼贴楼而建，街、巷则是街区内建筑群体的物理分隔带，可通过街区的街、巷将街区内建筑群体划分成若干个试验消火栓设置单元（如图1所示），在各单元内最不利点设置试验消火栓，则可以减少既有条件对其设置位置的制约，也可以最大限度避免因条件限制而因寻找条件设置试验消火栓对建筑的破坏。此外，按单元划分设置试验消火栓也可以较为准确反应试验消火栓所在单元系统工况，具有较强的实施性。

图1 防火单元划分示意

4.3 喷水灭火给水系统设计问题

因本项目的特殊性，喷水灭火给水系统设计也同样面临室内消火栓系统设计的难题。如楼栋较多、面积较小、楼层不一、层高不同、高低错落。喷水灭火给水系统中的水流指示器及信号阀设置、末端试水设置也面临现规范难以实现难题。

根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-17，以下简称“喷规”）第6.3.1条规定：“除报警阀组控制的洒水喷头只保护不超过防火分区面积的同层场所外，每个防火分区、每个楼层均应设水流指示器”。本条文明确提到水流指示器应“每个防火分区”“每个楼层”设置，对街区大部分面积较小的建筑，其每栋或每层其喷头数量均比较小，大部分不超个8只，甚至有些仅1只喷头。如按“每个防火分区”、“每个楼层”设置水流指示器及信号阀，尚有一些设置问题及难题需要解决：

（1）末端试水阀（装置）设置问题。因街区内相当部分建筑内部布置不规则，退层建筑较多，建筑结构安全性较差，设置条件严重受约，如每楼栋按要求新增设置给水、排水条件，无疑会对建筑造成更多的破坏，更是违背保护性改造的初衷。

（2）设备选型与改造经济性问题。街区内建筑平面普遍较小，设置数量也普遍较小。比如对于设置1~2只喷头即可的楼层，其市面上难以找到如此小规格的水流指示器及信号阀（市面主要规格为DN50及以上规格），则需采用更大规格水流指示器及信号阀，街区内楼栋较多，楼层较多，这样设置会造成较大的工程浪费。

（3）系统设置简洁性问题。如按“每个防火分区”“每个楼层”设置，系统变得更加复杂、累赘，对系统使用、管理及维护都及其不利。

就上述问题，我们设计时，应本着历史文化街区修缮及活化利用的出发点，以建筑保护为前提，进行消防设计。故在喷水灭火系统设计上参考试验消火栓做法，根据街区特点划分成若干设计单元，以单元为单位设置水流指示器及信号阀，对于建筑面积较大的（超出商业服务网点定义的面积）或建筑按规范划分防火分区的则按规范要求分别设计。尽量简化系统设计，减少改造过程对建筑的破坏及工程浪费。

4.4 设计依据问题

针对既有建筑改造，因其既有条件设计的特殊性，很多情况设计时难以相应规范条文作为设计依据，这就需要在设计过程中收集相关问题、难题，设计条件、可行性方案反馈至建设单位，由建设单位组织专家评审或由建设单位聘请有相应资质单位对项目情况做模拟试验并形成可行性设计研究报告，最终根据国家规范、专家评审意见及设计进行设计。

4.5 消防供水干管管径计算与选择

大型小区或供水半径较大的项目，水泵扬程计算与供水管径选择应根据系统的安全性、稳定性进行分析确定。

下面计算以室内消火栓系统为例，本项目室内消火栓系统流量为40L/s。

根据液体流量为在单位室内内，通过管道或明渠的一个横截面的流通体积，计算公式如式（1）所示：

式中 A——管道横截面面积；

V——水流流速。

方案一:供水干管选用DN150管径的热浸镀锌钢管，管道内径约为155mm，则其流速为：V=Q/A=2.12（m/s）。

方案二：供水干管选用DN200的热浸镀锌管，管道内径约为206mm，则其流速为：V=Q/A=1.20（m/s）。

根据“消水规”8.1.8条规定：消防给水管道的设计流速不宜大于 2.5m/s，自动水灭火系统管道设计流速，应符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084）、《泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151）、《水喷雾灭火系统设计规范》（GB 50219）和《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB 50338）的有关规定，但任何消防管道的给水流速不应大于7m/s。

以上两种方案流速均不大于2.5 m/s，两个方案管径选用均可满足规范要求，此情况下选择何种方案更为系统安全性较高、更为经济合理，需根据项目情况做方案比对，泵房选址则尤为重要。在我们设计当中项目地块总体有两种情况：

（1）情况一。项目地块内的建筑高度（或供水高度）相差不大，则泵房选址优先选址项目中心，以减少供水水头损失，从而选择更经济合理的水泵扬程。

（2）情况二。项目地块内建筑高度相差较大，泵房设置优先考虑设置在最高服务楼栋附近，确保水泵扬程计算时满足最高服务楼栋使用同时，也能满足其他建筑楼栋使用。

根据项目概况，本项目属于情况一。为减少项目施工差错，保证系统稳定性、安全性及经济性，系统供水近、远端水头损失不宜过大。

本项目根据管网布置情况选用节点1~节点5、预留后期节点（图2未表达）

作为计算点，如图2所示。

图2 管网布置情况

根据“消水规”10.1.2条第3款规定，计算单位长度管道沿程水头损失i，计算如式（2）所示：

则两个方案下的i值如表1所示。

表1 两方案i值对比

根据图1选取的计算节点计算两个方案下的水头损失，如表2所示。

表2 两方案水头损失

上述方案计算比对表明，方案一水头损失明显大于方案二，其对系统的影响有：

影响一：设施选型影响。根据“消水规”7.4.12条第1款规定：消火栓栓口动压力不应大于 0.50MPa ；当大于 0.70MPa 时必须设置减压装置。从上表数据方案一标明：在消火栓选用上更加复杂，界限更加难以确定。同等建筑高度，建筑近端和远端或不同楼层选用差别较大、更为复杂，近端消火栓均需采取采用减压稳压消火栓或减压阀等减压措施，以保证系统使用安全；同时，随着供水管路的延伸，同等建筑高度、同等楼层的减压措施有所不同，大大增加现场工程质量把控难度，不利于现场施工及后期系统管理及维护。方案二从整个供水管网看，水头损失相差不大，基本可以避免方案一所出现的问题。

影响二：对管材、管件、阀门和配件压力等级选用影响。水泵扬程估算：

①方案一：H=H0+P0+H损=18+25+43=86（m）；

②方案二：H=H0+P0+H损=18+25+11=54（m）。

其中 H0为最低有效水位至最不利水灭火设施的几何高差，m；P0为最不利点水灭火设施所需的设计压力，MPa；H损为总水头损失，m。

根据“消水规”8.2.1条规定：消防给水系统中采用的设备、器材、管材管件、阀门和配件等系统组件的产品工作压力等级，应大于消防给水系统的系统工作压力，且应保证系统在可能最大运行压力时安全可靠；8.2.3条第4款规定：采用稳压泵稳压的临时高压消防给水系统的系统工作压力，应取消防水泵零流量时的压力、消防水泵吸水口最大静压二者之和与稳压泵维持系统压力时两者其中的较大值；5.1.6条第4款规定：零流量时的压力不应大于设计工作压力的 140%，且宜大于设计工作压力的 120%；根据选型水泵特性曲线，本项目水泵零流量时的压力按设计工作压力的130%确定。

（1）方案一：P1=1.3P=1.12MPa＞1.0MPa。

消防给水系统的系统组件需采用工作压力等级为1.6MPa的系统配件。

（2）方案二：P1=1.3P=0.70MPa＜1.0MPa。

消防给水系统的系统组件需采用工作压力等级为1.0MPa的系统配件。

上述计算结果表明，采用DN150管作为供水干管，其系统中管材、管件、阀门和配件等压力等级均比采用DN200供水干管大一等级，无比采用DN200管作为供水干管更经济。

综上所述，采用DN200作为供水干管，可以使系统更为简单及安全，系统配件压力等级更低，系统更为经济合理。

本文为在进行改历史文化街区活化利用项目过程中遇到的一些设计疑点、难点时的一些思考及解决方法。旨在分享历史文化街区活化利用项目设计过程面临的特殊消防设计的一些设计思考。