某大学新校区消防系统设计探讨

方火明

(浙江大学建筑设计研究院有限公司,浙江 杭州 310028)



某大学新校区消防系统设计探讨

方火明

(浙江大学建筑设计研究院有限公司,浙江 杭州 310028)

以浙江理工大学科技与艺术学院上虞校区的消防系统设计为例,介绍了目前校区常见的消防系统设计方案,着重分析了区域集中消防系统、室内消火栓系统与自动喷淋系统合用管网系统的优缺点。结果表明：本工程采用区域集中消防系统,校区统一设置消防水泵房、消防加压设备并采用消防合用管网系统,经济合理、技术安全可靠、运行维护方便,对今后类似的大型区域消防系统设计有很好的借鉴价值。

校区消防给水系统；消防合用管网；消防系统控制

1　工程概况

浙江理工大学科技与艺术学院新校址位于绍兴市东部上虞区滨海新城核心区域,校区总用地面积约36.67hm2,总建筑面积约23.5万m2,学校在校生规模为6 500人,教职员工600人。校区以图书馆结合景观湖作为整个校园的中心,包括教学科研区、生活后勤区和文体活动区三大功能区。见图1、图2。

图1　校区平面布置图

图2　校区功能分区图

2　校区消防给水系统

新校区内除高层学生宿舍(14层,建筑高度49.3m)、集体宿舍(9层,建筑高度31.8m)、图书馆(10层,建筑高度74.1m)为高层建筑外,其余均为多层建筑。市政自来水管网供至本地块的给水压力为0.2MPa,水压无法满足校区内各单体建筑物的室内消火栓系统及自动喷淋系统的给水水压要求,故须设消防加压给水系统。

2.1消防给水系统选择

依据《建筑设计防火规范(GB50016—2014)》[1]《消防给水及消火栓系统技术规范(GB50974—2014)》[2]《自动喷水灭火系统设计规范(GB50084—2001)》[3]，本工程各单体建筑均设有室内消火栓系统；图书馆、高层宿舍楼及设有空气调节系统的且建筑面积大于3 000m2的各公共建筑均设闭式自动喷水灭火系统。本工程除多层宿舍、医务站、看台、西北组团的实验楼与教学楼外,其余建筑均设自动喷淋系统。

新校区占地面积大,单体分布广、消防要求高。故校区的消防系统设计需从技术可靠性、消防安全性和经济性等各方面进行综合比较后,选择一个适合本工程特点的最优消防供水方案。

根据校区平面布置图(图1)并结合目前的消防技术现状,本工程可选择的消防供水方案主要有：

方案一，各建筑单体消防独立自成系统,在各单体建筑内分别设置消防加压给水系统。该系统技术可靠、消防独立性好、安全性高，但需设置20多套加压设备,设备用房将占用大量的建筑面积,造价高且后期系统维护工作量大。因此,本工程不宜采用该系统。

方案二，以图书馆为中心,内湖和校区主干道为分界,以校区组团为单位设置5套相对集中的消防加压给水系统。该系统以组团为分区,设备用房相对集中设置,消防供水独立性较好,后期设备及管网维护时受影响的面积小。

方案三，校区设计规模为学生6 500人、教职工600人,依据《消防给水及消火栓系统技术规范(GB50974—2014)》第3.2.2条,整个校区同一时间内的火灾次数按1次设计[2]，可考虑在校区中心的最高楼图书馆内集中设置一套消防加压系统供整个校区消防用水。该系统只须在图书馆楼设置屋顶消防水箱、稳压设备、消防水池、消防水泵房各一个即可。

综合比较方案二与方案三，两者的优劣为：

1)在面积利用率方面,以本工程的性质和规模,一套消防水池、消防水泵房、屋顶消防水箱间等消防设备用房共需约400m2建筑面积,故方案二共需设备用房面积约2 000m2,使得建筑有效可利用面积大大减少。

2)在经济性上,方案三虽在室外管网的工程量上会有少量增加,但消防设备用房的土建工程量和消防设备数量少很多,校区消防加压系统的造价上会明显优于方案二。

3)从后期管理角度考虑,方案三室外管网系统更大,运行过程中管网出现漏损的几率更大,日后管网维护要求更高；但从另一个角度考虑,由于校区只设有一套集中消防加压系统,后期运行过程中设备的日常检测与维护保养的工作量大大减少,系统控制更简单,给管理带来了极大的便利。

通过上述分析,方案三既节约设备用房面积、节省造价,又有利于后期管理,因此本工程选择方案三作为新校区消防供水方案。

2.2室外消防管网系统

2.2.1室外消火栓给水系统管网

根据《消防给水及消火栓系统技术规范(GB50974—2014)》第3.1.2条第3点“当消防给水与生活、生产给水合用时,合用系统的给水设计流量应为消防给水设计流量与生活、生产用水最大小时流量之和”[2],室外低压消防管网可与生活给水管网系统合用。

本工程室外消火栓用水量为40L/s,从地块东侧和南侧的市政道路各引一路DN300给水总管接入校园并在校区内连成环网,供给校区生活、消防给水。该环状管网的水量、水压满足相关的室外消防管网设计要求。

本工程室外消防采用生活消防合一的低压制管网,可节约一套独立的DN200室外低压消防管网系统,在初投资上可节约至少150万元(由于校区面积大,室外低压消防管网单独设置时管网长度将超过5km,设计管材为承压1.0MPa的钢丝网骨架塑料复合管),同时在日后的运行过程中可减少一套管网的维护量。

2.2.2室内消火栓、自动喷淋系统室外给水管网

集中的消防加压给水系统根据校区的室外消防管网布置可分为室内消火栓，自动喷淋系统分别独立的管网系统和合用管网系统两种。

新校区面积大,单体建筑分布广,校区室外加压消防管网规模大,单系统干管管长超过6km,本工程设计采用室内消火栓、自动喷淋合用管网系统,管网由室内消火栓泵和自动喷淋泵共同加压给水。

2.2.2.1合用管网系统设计依据

在现有已完成的实际工程中,室外消防管网合用系统应用较少,在系统选用时,需根据项目的特点,进行分析比较后合理选用。

根据《消防给水及消火栓系统技术规范(GB50974—2014)》第8.1.7条“室内消火栓给水管网宜与自动喷水等其它灭火系统的管网分开设置；当合用消防泵时,供水管路沿水流方向在报警阀前分开设置”[2]。本工程各单体建筑设计时消火栓系统和自动喷淋系统完全分开,按照各自的消防要求独立自成系统,各系统分别设消防引入管接至室外消防加压供水环网。新校区消防合用管网设计满足相关规范要求。

2.2.2.2合用管网系统的优点

新校区室内消火栓、自动喷淋系统室外加压给水合用管网采用一套DN200(从消防泵房引出区域局部主干管DN250)的消防环网,设计采用承压1.6MPa的钢丝网骨架塑料复合管,承插管件电熔连接。而传统的消防独立管网系统则需设两套DN150消防环网(室内消火栓系统、自动喷淋系统各一套)。

1)在系统造价方面,本工程消防加压给水管道室外埋地管网总长度约为6km,根据工程预算,造价为200万元；而如果采用两套DN150消防环网,造价将达300万元左右。显然，在经济性方面合用管网系统更优。

2)在消防供水安全可靠性上,独立管网因其具有完全分开的特性,消防系统互不干扰,在小管网系统中供水更可靠；而对于类似本工程的大区域消防管网系统则可能存在离消防水泵房较远，建筑水头损失偏大,对消防系统的水压稳定性及消防水泵扬程的选型均有一定的影响。而合用系统,由于合用消防管网管径较大,消防用水在输送过程中水头损失小,校区各单体建筑水压均比较稳定,消防供水安全性更高。

3)在管网的运行维护方面,消防系统管网要求不管任何时间发生消防事件均能满足消防用水要求,因其在日常运行过程中一直处于备用状态,需定期对系统进行检查、试验、维护,合用系统采用一套管网在维护方面工作量更小。且根据现有工程的项目反馈,室外埋地管网通常存在渗漏且不易发觉等问题,合用系统在渗漏排查及维修方面工作量将大大减少。

2.3消防设施及消防系统控制

本工程集中消防水池水泵房设于图书馆地下1层,消防水池容量576m3(储存3h室内消火栓用水量及1h自动喷水灭火系统水量),火灾初期消防用水量由图书馆屋顶消防水箱(有效容积36m3)供给并设室内消火栓和自动喷淋消防合用增压稳压设施(配2台增压水泵,单台Q=5L/s，H=30m，N=3.0kW,气压罐调节容积300L)。消防水泵房内设室内消火栓泵2台,1用1备,单台性能参数Q=40L/s，H=110m，N=75kW；设自动喷淋泵2台,1用1备,单台性能参数Q=40L/s，H=110m，N=75kW。

2.3.1消火栓给水泵控制

1)水泵应能手动启停和自动启动,不应设置自动停泵的控制功能,停泵应由具有管理权限的工作人员根据火灾扑救情况确定。

2)水泵应确保从接到启泵信号到水泵正常运转的自动启动时间不应大于2min。

3)消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关等开关信号直接自动启动消防水泵。

4)稳压泵应由消防给水管或气压水罐上设置的稳压泵自动启停压力开关或压力变送器控制。

5)消火栓按钮不宜作为直接启动消防水泵的开关,但可作为发出报警信号的开关。

2.3.2喷淋给水泵控制

1)火灾时喷头动作,喷头所在区水流指示器动作、向消防中心发出报警信号并指示火灾位置,同时报警阀水力警铃动作、经延时器后报警阀上的压力开关动作直接连锁自动启动喷淋泵。

2)消防控制中心可遥控手动启动喷淋泵。

3)消防水泵房可就地手动启动喷淋泵。

3　校区消防系统可能存在的问题及建议

从本工程消防系统的特性出发,结合已投入使用类似工程的项目经验,以下就本系统可能存在的问题及建议进行分析。

1)校区消防加压管网系统大,管网渗漏几率加大[4],且埋地管道漏水不易发现,每年会造成大量的水资源浪费,甚至引起局部区域地下水土流失、塌方等,同时也不利于管网系统保压。因此,在工程管道施工过程中,必须加强监管,确保管网工程质量。

2)消防泵启动控制问题。消火栓泵由流量开关、压力开关自动启泵,自动喷淋泵由报警阀压力开关自动启泵。对于设于消火栓及自动喷淋系统的建筑,在火灾初期,喷头动作,引起湿式报警阀动作启动喷淋泵；同时消防管网合用系统消防水箱稳压出水管上的流量开关会动作,启动消火栓泵,而此时消防队员还未能进入火场取用消火栓,故此时作用灭火的系统仅为自动喷淋系统,进而引起消防系统水压升高,给系统带来安全隐患。因此,在设计消防合用系统时,须采取预防系统超压的措施。首先,在管网承压选型时须根据消防水泵的工况曲线合理选择管道的承压等级,避免短时超压引起系统管道破坏或是阀门漏水；其次，在消防水泵出水管上设超压泄压阀,将管网内超压消防用水泄压回流至消防水池,这样既能保证系统的运行安全性,又可保证消防用水的有效利用。

3)自动喷淋系统停用控制问题。《消防给水及消火栓系统技术规范(GB50974—2014)》第11.0.2条“消防水泵不应设置自动停泵的控制功能,停泵应由具有管理权限的工作人员根据火灾扑救情况确定”替代了老规范中自动喷淋系统工作1h后自动停泵的规定,肯定了喷淋系统在灭火中后期的作用(主要表现为冷却,减缓火灾蔓延)。但有时火情持续一段时间后,火势非常迅猛,此时自动喷淋系统对灭火的效果已经微乎其微,管理人员会根据现场需要手动关停喷淋泵,让消防水集中作用于室内消火栓系统。而采用消防合用系统时无法通过停泵来关闭系统,消防水资源得不到高效利用。故在消防室外管网合用系统设计时,须采取合理措施避免上述情况出现。首先,单体建筑室外消防引入管须设明显标识,并设消防进水总阀,在必要时可通过该阀门切断单体的喷淋系统供水。同时,亦可在喷淋系统湿式报警阀前设置电磁阀,通过消控中心关闭着火区域的电磁阀有针对性地关闭相关区域喷淋系统。

4　结　语

通过对校区消防系统方案的综合比较,新校区集中设置一套消防加压系统，室外合用一套加压消防给水管网，各单体室内消火栓及自动喷淋系统单独设置是合理的,系统经济性好、消防安全性高、运行维护方便。

[1]公安部天津消防研究所.GB50016—2014建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社,2015．

[2]中国中元国际工程公司.GB50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范[S]. 北京：中国计划出版社,2014．

[3]中华人民共和国公安部.GB50084—2001自动喷水灭火系统设计规范 [S]. 北京：中国计划出版社,2005．

[4]陈激,王靖华,张钧.浙江大学紫金港校区消防管网的优化设计[J].给水排水,2004,30(10): 68-70．

Discussion on the Design of the Fire Extinguisher System in New Campus of a University

FANG Huoming

2016-05-27

方火明 (1983—)，男，江西婺源人，工程师，从事建筑给排水设计工作。

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