烟台八角湾国际会展中心消防系统设计探讨

吴会中， 赵琛琛

（1.青岛北洋建筑设计有限公司， 山东 青岛 266101； 2.青岛李村河污水处理厂， 山东 青岛 266000）

1 工程概况

烟台八角湾国际会展中心项目位于烟台经济技术开发区八角街道辖区， 贵阳大街以北， 南昌大街以南， 北京中路以东， 海滨路以西。 本工程地块总用地面积为139 488.5 m2， 总建筑面积为200 618 m2， 其中地上总建筑面积为150 848.49 m2， 地下总建筑面积为49 769.51 m2。 建筑实景见图1。

图1 建筑实景Fig.1 Actual photo of the building

项目包括会展中心、 综合文化活动中心、 地下车库以及相关配套设施等。 会展中心呈鱼骨状布局，平面共7 个展馆， 3 个登录厅， 平面布置见图2。

图2 平面布置Fig.2 Layout plan

会展中心建筑总高度49.59 m（建筑最高点），综合文化活动中心建筑总高度59.08 m（建筑最高点）， 地下一层层高为6.70 m。 单层展厅： 层高22.00 ～41.83 m， 净高（最低处）大于15.00 m（连廊夹层层高7.80 m／5.10 m）。 双层展厅： 首层层高12.9 m， 净高9.00 m（连廊夹层层高7.80 m／5.10 m）； 二层层高22.00 ～41.83 m， 净高（最低处）大于15.00 m（连廊夹层层高7.80 m／5.10 m）； 登录大厅：层高30.8 m（最低处）； 多功能厅： 层高12.90 m。综合文化活动中心： 首层层高12.00 m（夹层层高6.90 m／5.10 m）； 二层层高12.00 m（夹层层高6.00 m／6.00 m）， 三层层高8.00 m。 展厅、 登录大厅的结构形式为屋面大跨度钢结构， 综合文化活动中心的结构形式为钢结构。

2 消防设计难点分析

本项目为空间高大、 功能复杂的展览建筑群，对于会展中心、 综合文化活动中心的建筑定性异议较大， 二者属于多层公共建筑还是高层公共建筑难以根据现有消防规范确定， 需要进行特殊消防设计及分析； 同时“双首层”上层室外通道的室外消防设施布置也需重视。

会展中心项目内各种空间尺寸的功能区， 需要设计不同的自动消防水灭火系统， 并需明确其对应的设计参数。 除常规空间的常规消防系统外， 各展厅和登录厅均为内部无柱的高大空间， 且其顶部均为结构钢网架， 又如室内净空高度大于18 m 的中庭、 前厅等， 对于这些位置， 普通的自动消防设施（如自动喷水灭火系统）难以设置且难以满足自动消防灭火要求， 因此， 对消防设施的种类及布置方式提出了更高要求， 需要进一步深入研究。

3 消防系统设计及难点解决措施

3.1 建筑消防定性

本项目消防系统的设计依据除现行国家规范、规程外， 还有《烟台八角湾国际会展中心特殊消防设计分析报告》（以下简称“特消报告”）和《山东省高层建筑消防安全管理规定》（以下简称“消防安全管理规定”）。 会展中心与综合文化活动中心之间通过连廊连接， 并且连廊两侧分别采用防火卷帘分隔，防火卷帘断开的通廊宽度为9.40 m， 满足高层建筑与多层建筑之间的防火间距要求， 设计中按不同的建筑类别考虑。 根据特消报告， 会展中心建筑依托坡地地形， 室内14.90 m 标高和27.80 m 标高平面均可以平层到室外地面（对应的室外地坪标高分别为14.85 m 和27.75 m）， 建筑形式上类似“双首层”， 消防示意总图见图3。

图3 消防示意总图Fig.3 General fire protection

关于“双首层”的消防概念， 国家会展中心（上海）和青岛红岛国际会展中心等项目均通过消防性能化设计得以实现［1-2］。 从14.90 m 标高计算， 由于展厅净空要求和屋顶结构造型的因素， 会展中心最高点的高度为49.59 m， 而人员能够到达的高度不超过24.00 m。 同时， 在14.90 m 标高和27.80 m 标高均设有消防车道。 会展中心在消防设计条件上与多层建筑类似， 按多层公共建筑设计； 综合文化活动中心室内±0.00 对应的标高为14.90 m（对应的室外地坪标高为14.75 m）， 其建筑高度最高点59.08 m， 按一类高层公共建筑设计。

3.2 室外消防设施的布置

室外消火栓和水泵接合器是主要的室外消防设施， 是消防车灭火的关键设施， 二者的布置位置和数量至关重要， 需要根据各消防水系统的消防用水量以及项目的地形、 高差、 消防车道、 消防扑救面等综合考虑。

市政给水管道为双路供水， 并且水量和水压均满足双首层下层及上层的室外消防用水要求， 由市政管网接入3 根引入管， 在红线内形成DN 200 室外环状给水管网， 其上设置数个地上式室外消火栓。 双首层上层（即A3、 A4 展厅） 的室外通道（参见图3 中27.75 m 标高的消防通道）需设置室外消火栓， 均接管至位于地面的室外环状给水管网， 此处的室外消火栓仅用于消防车取水， 直接用于灭火。 双首层上层的室外消火栓均采用地下式， 安装于室外消火栓井内， 室外消火栓井尺寸为1.20 m×1.10 m×1.70 m， 其吊装于室外通道结构梁下； 室外消火栓给水接管冬季采取防冻保温， 贴室外通道结构梁底部敷设， 然后贴展厅墙、 柱到14.90 m 标高地面接室外环状给水管网， 并设置阀门井， 井内设置控制闸阀及泄水阀， 闸阀后水冬季泄空。

本工程与给排水专业相关的消防系统多达9种， 包含室外消火栓系统、 室内消火栓系统、 自动喷水灭火系统、 自动消防炮灭火系统、 喷射型自动射流灭火系统、 防护冷却系统、 七氟丙烷气体灭火系统、 厨房自动灭火系统、 建筑灭火器配置等。 其中水消防系统达6 种， 如何设置水消防各系统的水泵接合器也是设计重点之一， 水泵接合器的数量应按水消防系统设计流量计算确定， 并且每个水消防系统单独设置。 考虑到布展展厅的不固定性及消防重要性， A1、 A2、 B1、 B2、 B3 展厅的周边附近均需设置水泵接合器， 双首层上层的A3、 A4 展厅周边室外通道只设置室外消火栓而不设置水泵接合器。 水泵接合器应结合室外景观及消防道路均匀布置， 并与室外消火栓在15 ～40 m 范围内， 确保消防车方便到达取水灭火。

3.3 自动跟踪定位射流灭火系统

系统利用红外线、 数字图像或其他火灾探测组件对火灾进行早期自动探测跟踪定位， 以水为灭火介质， 自动控制灭火装置射流灭火， 灭火装置分为自动消防炮灭火装置和自动射流灭火装置［3］； 上述灭火装置分别对应GB 51427—2021《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》［4］内的自动消防炮灭火系统和喷射型自动射流灭火系统， 此规范在项目施工过程中实施， 为与实际安装消防设施统一且便于理解， 以最新标准的系统名称进行分析讨论。

3.3.1 自动消防炮灭火系统

会展中心各层的展览大厅等为曲面屋顶， 净空高度随建筑造型曲线变化而变化， 近一半区域净高超过18 m； 登录厅（一）、 登录厅（二）及次登录厅的内部空间特别高大， 屋顶造型复杂； 根据GB 50015—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版， 以下简称“建规”）第8.3.5 条［5］、 GB 50338—2003《固定消防炮灭火系统设计规范》（以下简称“固炮规”）第3.0.1 条［6］、 CECS 245—2008《自动消防炮灭火系统技术规程》（以下简称“自炮规”）第3.2.1 条［7］的规定， 上述位置均采用大空间智能型自动消防炮灭火系统。 单台消防水炮的设计流量为20 L／s， 保护半径为50 m， 工作压力为0.80 MPa， 最大压力为1.60 MPa， 系统设计总用水量为40 L／s。 室内消防炮布置数量不少于2 门， 其布置高度应保证消防炮的射流不受上部建筑构件的影响， 并能使2 门水炮的水射流同时到达被保护区域的任一部位［5-6］。 水炮系统从启动至炮口喷射水的时间不应大于5 min， 水炮系统扑救室内火灾的灭火用水连续供给时间不应小于1.0 h。 为避免水炮喷射对在场人员产生伤害， 要求所有消防水炮均带有雾化装置［7］， 同时水炮厂家需就此进行专项试验， 确保不会对人体造成伤害。

7 个展厅的长度方向中间部位地面均设置9 m宽防火隔离带， 其两侧对应的屋顶设置挡烟垂壁，其下垂高度不小于2.0 m， 此处空间内单独设置2门消防水炮， 并同时满足2 门水炮的水射流同时到达防火隔离带的任一部位。

登录厅（一）、 登录厅（二）及27.800 m 标高展厅上空的消防水炮布置情况如下： 每个展厅均设置6 门消防水炮， 防火隔离带两侧各设置2 门； 登录厅（一）、 登录厅（二）共设置5 门消防水炮， 次登录厅设置3 门消防水炮； 登录厅（一）的消防水炮最大安装高度距地面约为40.0 m， 选取的消防水炮工作压力不小于0.80 MPa， 能喷射至50 m 保护半径内的任何位置， 满足防护要求。 每个展厅及次登录厅均单独设置模拟末端试水装置， 含智能型红外探测组件、 模拟喷头、 电磁阀、 压力表等组件； 登录厅（一）、 登录厅（二）合用模拟末端试水装置。

固定消防水炮系统独立设置， 单独布置消防水炮泵， 系统为环状管网， 采用临时高压系统。 水炮自动控制射水灭火的前提是火灾探测器对火灾的提前确认， “自炮规”第7.2.2 条对火灾探测器的选择提出要求［7］： 能有效探测保护区的早期火灾， 能确认火灾发生部位， 具有火灾只能识别功能， 采用能提供火灾现场实时图像信号的火焰探测器。 本项目各展厅、 登录厅等每门水炮均设置自动跟踪定位灭火装置， 且水炮自带火灾探测器和摄像头， 采用红外线双波段／红外线紫外线复合波段火焰探测技术，对明火实现早期、 远距离探测， 具有传输现场彩色图象功能， 图象传输可自动或手动切换。 通过对探测器和水炮进行编码， 二者产生一定的对应关系，当距离着火点最近或最有利的2 个火灾探测器发出信号后， 对应的2 门消防水炮首先扫描定位并射水灭火， 其余水炮即使已经检测到火灾位置也不开启， 红外探测装置及控制装置均应满足此控制要求。 除了自动控制外， 还具有消防控制室远程手动控制、 消防泵房现场手动控制， 且手动控制对于自动控制有优先权。

3.3.2 喷射型自动射流灭火系统

会展中心、 综合文化活动中心内空间高度大于18 m 的中庭、 前厅的最大净空高度超过GB 50084—2017《自动喷水灭火系统设计规范》［8］的规定， 不能设置自动喷水灭火系统， 采用了喷射型自动射流灭火系统， 与自动喷水灭火系统共用消防泵。各灭火装置均采用智能扫描， 单个装置射水流量为5 L／s， 最大保护半径为25 m， 安装高度为6 ～25 m。系统最大按照7 个智能扫描灭火装置同时作用考虑， 消防用水量为35 L／s， 持续喷水时间为1 h，额定工作压力为0.60 MPa。 系统环状管网上的阀门应设锁定装置。

每个前厅或中厅的供水分区的水平管网末端最不利点处设置模拟末端试水装置， 有压力表、 试水阀、 电磁阀、 火灾探测及自动跟踪定位组件、 模拟喷头及排水管组成。 喷射型自动射流灭火系统的控制要求及控制方式与自动消防炮灭火系统相似。

3.4 室内消火栓设计要点

室内消火栓采用临时高压湿式消防给水系统，由室内消火栓泵、 消防水箱和水泵接合器联合供水， 竖向不分区。 所有室内消火栓箱的选用与安装参见国标图集15S202《室内消火栓安装》［9］， 除会展中心与综合文化活动中心间的防火分割连廊、 中间无柱高大空间外， 地下车库选用甲型单栓带灭火器箱组合式消防柜， 其他位置选用薄型单栓带消防软管卷盘组合式消防柜。 对于7 个展厅、 登录厅（一）、 登录厅（二）、 次登录厅等中间无柱的高大空间， 仅在两侧靠墙、 柱布置室内消火栓， 中间区域无法满足2 股充实水柱保护； 防火分割连廊为周边无实墙的空间， 也无法布置常规消火栓箱。 根据JGJ 218—2010《展览建筑设计规范》第7.1.12 条规定［10］， 在上述展厅、 登录厅及防火分割连廊的疏散通道上设置埋地型室内消火栓， 保证任何在上述位置均有2 股充实水柱同时到达。

根据“建规”第8.2.4 条规定， 人员密闭的公共建筑应设置消防软管卷盘或轻便消防水龙［5］； 根据“消防安全管理规定”第十六条规定， 室内消火栓箱内应设置消防软管卷盘； 地下厨房及地上部分所有室内消火栓箱均设置了消防软管卷盘。 地下车库、地下厨房的室内消火栓水枪充实水柱不小于10 m，地上会展中心及综合文化活动中心的室内消火栓水枪充实水柱不小于13 m。 挂柱安装的室内消火栓箱需包封， 地埋式消火栓箱盖需密封并有明显标志， 其他室内消火栓箱均采用暗装。

3.5 自动喷水灭火系统设计难点

3.5.1 双泡沫罐布置及连接

地下车库采用泡沫-水预作用喷淋系统， 泡沫液采用3% 水成膜泡沫液， 每个泡沫液储罐充装量为1.5 m3， 泡沫混合液的连续供给时间不应小于10 min， 泡沫混合液与水的连续供给时间之和不小于60 min［11］。 泡沫-水预作用系统的管道冲水时间不大于1.0 min。 地下车库的预作用报警组设置泡沫液储罐及空压机， 根据地库自喷淋水量计算， 地库每个防火分区的泡沫液储量约为3.0 m3， 采用2 个1.5 m3的储罐并列连接， 泡沫罐与空压机连接参见图4。 泡沫-水预作用系统应同时具备自动控制、消防控制室远程手动控制、 消防泵房现场应急机械手动控制等3 种启动方式， 机械手启动力不应超过180 N； 系统自动或手动启动后， 泡沫液供给装置应自动随供水主控阀的动作而动作或与之同时动作。

图4 双泡沫罐、 空压机连接示意Fig.4 Connection of double foam tank and air compressor

3.5.2 不规则吊顶喷头安装

多功能厅精装吊顶装饰面为不规则斜面， 为满足喷头垂直于斜面安装、 便于调整， 配水管道与喷头连接变更采用消防洒水软管连接， 安装时国标图集20S206《自动喷水灭火设施安装》［12］已实施， 故消防洒水软管的安装需满足其相关要求。 同时， 消防洒水软管的长度不超过1.80 m， 其额定工作压力不低于1.20 MPa； 软管出水口的螺纹应和喷头的螺纹标准一致， 安装弯曲时大于软管标记的最小弯曲半径， 软管波纹段与接头处60 mm 之内不弯曲； 消防洒水软管末端设置于固定的部件或结构上， 安装相应的支架系统进行固定， 支架可固定于楼板、 梁等位置， 确保连接喷头处锁紧， 不影响喷头喷水灭火，不影响消防灭火效果。 消防洒水软管安装参见图5。

图5 防洒水软管安装示意Fig.5 Installation diagram of anti sprinkling hose

3.6 防护冷却系统

会展中心登录厅（一）、 登录厅（二）的中庭一侧的商业用房采用C 类防火玻璃， 其本身的耐火极限不满足防火分隔要求， 需要采用水喷淋降温冷却保护防火玻璃， 设计了独立的防护冷却系统。 按照与中庭相邻的防火分区中， 任意3 间商铺玻璃分隔界面总长度的较大值且不小于30 m 计算保护长度， 本次设计按43 m 计算； 喷头最高保护高度为8.0 m， 当设置高度为4.0 ～8.0 m 时， 应采用快速响应洒水喷头； 喷头设置高度不超过4.0 m 时， 喷水强度不小于0.5 L／（s·m）， 当超过4.0 m 时， 每增高1.0 m， 喷水强度应增加0.1 L／（s·m）［8］， 根据设置部位的层高本次设计取值0.8 L／（s·m）； 故防护冷却系统的消防用水量为35 L／s。 持续喷水时间不应小于系统设置部位的耐火极限要求， 本次设计的持续喷水时间为1 h。

防护冷却系统单独设置消防泵及消防增压稳压设备， 防护冷却喷头需单排布置。 选用快速响应型窗玻璃洒水喷头， 其流量特性系数K=80， 动作温度为68 ℃， 喷头安装间距为1.8 ～2.4 m， 喷头与玻璃的安装间距为10 ～30 cm， 距离其他系统喷头的最小间距不小于0.90 m（设置挡板或者凹槽时间距不限）。

4 关于消防增压稳压设备的思考

本工程室内消火栓系统、 自动喷水灭火系统、自动消防炮灭火系统、 防护冷却系统均为独立的消防系统， 均单独设置消防增压稳压设备， 均设置于综合文化活动中心屋顶的消防水箱间内。 稳压泵压力及气压罐容积根据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第5.3.3 条［13］以及17S205《消防给水稳压设备选用与安装》［14］计算取值； 而稳压罐各部分的容积和压力又是互相关联的， 设计时应确保气压罐容积满足规范GB 27898.3—2011［15］及GB 50974—2014 第5.3.4 条的要求［16］； GB 50974—2014 实施后的气压罐内没有储存用于火灾初期时的调节水量， 但稳压水容积增大会使防止稳压泵频繁启停功能增强， 防止消防水泵误启动的安全性加强［17］。 消防验收时， 4 个系统均能正常稳压， 可以启动消防泵， 但是自动消防炮灭火系统由稳压状态到启动消防泵时的电力负荷瞬时增大， 启泵困难，分析原因是与稳压泵稳压压力偏小有关， 稳压泵停泵压力与固定消防水炮的额定压力差距太大（本项目的压力差约为0.55 MPa）， 导致由稳压状态转化为消防状态的电力负荷增大， 增大稳压泵压力后可以正常转化启动消防泵。 喷射型自动射流灭火系统由稳压状态转化为消防状态时的电力负荷也会增大， 但可以启动对应消防泵， 考虑到其与自动喷水灭火系统共用消防泵， 因此不再调整其稳压泵压力。 鉴于此项目的设计经验， 后期的其他项目如设计喷射型自动射流灭火系统应单独设置消防泵和增压稳压设备， 避免与其他消防系统共用。

5 结语

大型展览建筑的消防系统设计要点及难点较多， 在设计开始阶段就应与建筑、 结构及其他设备专业一起将突破消防规范规定的内容进行梳理， 通过特殊消防分析及试验， 使每个空间、 每个消防系统都有设计依据， 对应每个消防系统的难点给出合理的解决措施。 同时， 在消防管道安装过程中， 需与BIM 专业密切配合， 加强与总包方、 分包方及各消防单位的协作， 确保整个消防系统设计、 施工及使用安全。