超大型城市商业综合体消防给水设计浅析

1 引言
国内大型城市商业综合体一般位于城市副中心、新开发区及CBD，在促进本地域商业环境、经济生活发展同时应重视项目的消防安全设计，其火灾特点具有特殊性和复杂性。
本文以某大型城市商业综合体项目为例探讨消防给水设计思路，该项目集商业、办公、公寓、办公为一体，具备服装连锁店（主力店）、精品店、国际影城、KTV、餐饮酒楼、健身中心、儿童欢乐谷等多种商业业态。
2、消火栓灭火系统
按文献[l] , [2]，该项目属一类高层建筑，消防水源为城市自来水，整个地块供水管网为环状(DN200)，两路水源供水，水压0.22MPa。室内消火栓系统采用临时高压系统，地下二层设置消防水池，建筑物最高点设18m3消防水箱和增压稳压装置，供给火灾初期消防用水。
表1 用水量标准及一次灭火用水量

消防系统	用水量标准 （L/s）	火灾延续时间（h）	一次灭火用水量（m3）
室外消火栓系统	30	3	324
室内消火栓系统	40	3	432

(l)竖向分区
本工程从地下室至顶层几何高度超过100m，室内消火栓系统竖向分为两个区，地下二层至四层为低区，四层以上为高区，各区满足静水压力不超过1.0MPa的要求，各区下部消火栓采用减压稳压消火栓，满足栓口动压不超过O.5MPa的要求;消火栓系统设有3套室外地下式消防水泵接合器。
(2)消火栓型号和布置
消火栓箱均选用带灭火器箱组合式消防柜，商业部分箱体尺寸1600x700x180，其他部分消防柜尺寸为: 1800x700x240；每个消火栓均设紧急启泵按钮，信号接至小区消防控制室，可启动消火栓泵;每个消火栓箱内均配置DN65mm L=25m消火栓1个、DN65mm L=25m麻质衬胶水带l条， DN65x19mm直流水枪1支、启动消防水泵按钮和指示灯各l只、带灭火器箱公建内消火栓带自救消防卷盘l套。
室内步行街两侧商铺应在沿步行街一侧的墙面设置消火栓(带消防软管卷盘)，问距不大于30m电影院的每个影厅内在独立设置2个消火栓(带消防软管卷盘)。
3自动喷水灭火系统
按文献[3]，除面积小于5m2卫生间及不能用水扑救的场所外，其余均设有自动喷洒头保护，除地下二层车库设预作用自动喷水灭火系统外，其它部位均采用湿式自动喷水灭火系统。

(1)设计参数(见表2)
按文献[2]5.1.5.3条，中庭每层回廊应设有自动喷水灭火系统。对应条文说明3:中庭每层回廊应设置自动喷水灭火系统，喷头间距不应小于2.0m，但也不应大于2.8m。按照最不利情况喷头间距2m考虑，回廊宽约4m，作用面积160m2，作用面积内布置的喷头数为: (160/4/2) x2=40(只)，系统设计流量约40x1.33-53.2 (L/s)，取60 L/s。
(2)喷头选用
商场、办公，酒店，人防，餐饮、娱乐、走道、前厅等有吊顶处采用吊顶型喷头，无吊顶处采用直立型玻璃球喷头，动作温度为68℃，K=80；地下商业及步行街商业采用玻璃球快速响应喷头，动作温度为68℃，K=80;步行街中庭玻璃(钢化玻璃)屋面顶下喷头动作温度为69℃，K=80;精品店铺采用扩大覆盖面积啧头，动作温度为68℃，K=115。
超市存货区，卸货区储物高度在3.5m-4.5m之间，按仓库危险II级设汁，为满足该要求的每只喷头流量q=12L/min ·m2x3mx2.7m=97.2L/min(注: 3m和2.7m为啧头布置问距)，则K值系数必须大于q/(10P) 1/2=97.6，若按规范允许的喷头最大布置问距即3mx3m计算，则每只喷头流量q= 12L/min . m2x3mx3m= 108L/min,则K值系数必须大于q /(10P)1/2 =108，故设计中采用动作温度为68℃，K=115的扩大覆盖面积喷头满足消防要求。
(3)管网设直
从地下二层水喷淋泵出水管接出的两路水喷淋主干管在地下二及地下一层布置成环状(主环管为DN200)，各报警阀后的设计水压不大于1.2MPa的要求设计，对报警阀后水压可能大于1.2MPa的喷淋干管均经减压阀减压后再接报警阀，供水动压大于O.4MPa的配水管的水流指示器前，加减压孔板;系统平时由屋顶消防水箱设专用稳压管至报警阀前供水管。

4 大空间智能主动灭火系统
按文献[4],开口向积大于500m2的中庭、影院等建筑净高大于12m的区域分别设置l门、2门自动扫描射水高空水炮(见表3)
表3 用水量标准及一次灭火用水量

消防系统	危险等级	喷水强度（L/s）/使用面积（m2）	延续时间（h）	一次灭火用水量（m3）
中庭	中级危险Ⅱ级	5/450	1	18
星级影院	中级危险Ⅱ级	5/635	1	36

（1）设计参数
每个装置标准流量5L/s，炮口工作压力0.6MPa，标准圆形保护半径20m，标准圆形保护面积1256 m2水平旋转角度360°，竖向旋转角度-90°~15°。
（2）系统型式
与自动喷水系统合用1套供水系统，在报警阀前管道分开，单独设置水流指示器和模拟末端试水装置，管道系统平时由屋顶的消防水箱稳压。
5、气体灭火装置
按文献[5]，消防控制室、地下室变配电间、弱电机房设置七氟丙烷气体灭火系统，均为全淹没管网灭火系统。
（1）设计参数
灭火设计浓度为8.3%，喷放时间不大于s，灭火时的浸渍时间不小于10min，储存压力为4.2MPa，储存容器中七氟丙烷的充装率不大于1150kg/m3

（2）灭火装置控制
控制方式为自动、电器手动、机械应急手动操作三种启动方式，自动控制装置应在接到两个独立的火灾信号后才能启动。
（3）消防联动
灭火系统发出指令时，由控制系统发出联功指令，切断电源并与火灾系统联功的开口自动关闭装置、通风装置和防火阀等设备的操作和控制应在灭火剂释放前完成。
6移动式灭火器
按文献【6】附录D，地下汽车库按严重危险级B类配置手提贮压式磷酸铵盐干粉灭火器， 在每个消火栓箱处和距消火栓15m处各配置4具89B (5kg充装量)灭火器;配电室按中危险级E类配置推车式磷酸铵盐干粉灭火器。其余按严重危险级A类配置手提贮存式磷酸铵盐干粉灭火器，每个消火栓箱内配置3具3A (5kg充装量)灭火器。
灭火器放置在消火栓箱内或消火栓箱旁的专用灭火器箱内。
7开口部位防火分隔
该项目设计了室内大型步行街，步行街公共走道两侧布置大量店铺，装修豪华且用电设备多，是发生火灾的主要区域。这些店铺的面积一般较小，店铺和店铺之间有隔墙分隔，各店铺分属不同的业户，独立经营。如果按传统设计方法，店铺与公共走道的开口处采用防火卷帘进行防火分隔，但随着沿街店铺长度的增加，形状的小规则性增大，防火卷帘的使用逐渐暴露出降落时间不同步等可靠性较低问题。
钢化玻璃属于安全玻璃的一种， 其热稳定性优于普通玻璃，能承受的温度是普通玻璃的2~3倍，可承受250℃ ~ 300℃的温差，火灾时可充分且均匀的润湿被保护玻璃，从而可防止玻璃由于温差变化过快而破裂，但若采用玻璃隔墙按文献【2】相关条文的规定，应采用3个小时耐火极限的分隔。参照文献[8]中三种类型模拟火灾的实验现象和数据可知，室内最高温度达到150.9℃，钢化玻璃处距地4.5m (即吊顶下却方0.5m)的温度最高为71.1℃，、当窗型玻璃喷头启动后，该处的温度均保持在10℃(左右)。这说明，窗型玻璃喷头启动正常，布水效果较好，在钢化玻璃上形成了均匀的水膜，保护完全，没有出现死角的现象，钢化玻璃完整性保持良好，火势1.5h内扑灭、同时，依靠“国家消防工程技术研究中心”对该项目的消防性能化报告并提请当地消防局审核通过，消防方案设置l套独立的保护玻璃的喷淋冷却系统，单独设置的报警阀，采用闭式快速响应喷头，喷头布置间距不大于2m，其保护长度根据沿环廊玻璃铺面最长的店铺的实际长度的1.5倍确定且不小于30m，保持喷水时间不小于1.5h 。
钢化玻璃加喷淋系统是采用水冷却喷头对玻璃进行保护，玻璃喷头采用闭式快速响应喷头，并进行加密布置，发生火灾时喷头受热打开，均匀向玻璃喷洒冷却水，有效降低玻璃的温度，增长耐火时间;在店铺朝向中庭的一面选用钢化玻璃加喷淋头的组合，既不影响通透的建筑效果，在火灾时亦具有一定的防火能力。
项目设计采用中庭与商业空间的分隔采用喷淋保护钢化玻璃，将中庭与邻近空间分隔开来，店铺内设置火灾报警、自动喷水灭火和机械排烟系统，若干个同侧相连的店铺于其它店铺之间用防火墙分隔开，形成独立的“防火单元”。另外，防火单元内的防火措施如下:（1）店铺之间的隔墙的耐火极限不应低于1h，同侧的店铺与公共走道和中庭之间采用喷淋保护钢化玻璃系统进行分隔;同侧精品店铺总面积若超过2000m2，采用防火墙、甲级防火门进行分隔。(2)精品店铺内部设置感烟探测报警系统、自动喷水灭火系统以及机械排烟系统，其自动啧水灭火系统采用扩大覆盖面积喷头。(3)钢化玻璃的高度不宜大于 4m，玻璃的上檐至楼板处应采用耐火等级不小于2h的不燃材料进行封堵。
通过上述方式可将火灾尽量限制在店铺内，使火灾造成的影响局部化，可起到与防火分区一样的限制火灾蔓延的效果，而且因火灾被控制在比防火分区更小的范围内，其安全性甚至高于传统的防火分区形式。
8消防水池容积的确定
本项目室外消防用水由市政给水满足压力和流量要求，室内消防一次消防用水由消防水池提供。考虑发生火灾而可能导致最多水消防系统同时启动的防火分区是同时设有室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、大空间智能型主动喷水灭火系统及回廊加密自动喷水灭火系统的中庭，这些系统都可能同时开启。最大一次室内消防总用水量综合表1、表2为: 432+324+ 18=774m3，最终确定消防水池容积约800 m3 (不考虑市政补水)。