金鷹國際消火栓系統設計方案

郭朝毅

（山西建設投資集團有限公司，山西 太原 030002）

1 室內消防用水量說明

在消防系統設計上，采用消火栓和自動噴水滅火系統設計方式，兩種滅火方式同屬于消防供水系統，在消防用水計量當中采用系統同時開始計量的方式進行，需要滿足所有消火栓及自動噴水滅火系統開啟需要。所以，在計算的過程中以最大用水量作為消防供水系統設計的標準。經過認真核算，最終確定消火栓用水量為30L/s，豎管的最小流量為15L/s，自動噴淋系統的按照相同標準計算，這樣才能滿足消防系統的運行需要。

2 室內消火栓系統設計原則

①消防供水設計中，一般采用雙供水原則，消防供水需要有兩條或者以上的供水管與城市供水系統或者消防供水連接，并且每一條供水管網在設計上都能滿足消防系統的要求，一條出現故障依然能夠滿足消防供水需要；②本項目屬于典型的高層建筑，按照要求采用閉環、獨立供水的方式進行消防系統設計，生活用水與消防供水嚴格分開；③室內消防豎管直徑不應小于DN100；④室內消防管道需要采用分段設計，并使用閥門進行控制，高層建筑的消防管道是按照層數進行控制的，一般每隔3 層設置一個閥門進行控制，消防栓需要定期檢修，但是要控制檢修的數量，室內檢修不能超過5 個，同時在檢修的過程中關閉的豎管不能超過一根，也就是至少要保持一個供水買到能夠滿足供水的要求，當然如果供水管道超過3 個，可以關閉2 個豎管；⑤消防用水與其他用水合用的室內管道供水量需要同時滿足消防用水與其他用水的最大需求；⑥高架倉庫和體積大于25000m3的商店、體育館、影劇院、會堂、展覽建筑等，不應小于13.0m；其他建筑，不宜小于7m，但是具體要根據建筑規劃進行，其中每一層的消火栓不能少于2 個，并且在管道長度上能夠覆蓋所有區域，這一點需要根據建筑規劃及室內建筑空間劃分等進行布置；⑦高層廠房（倉庫）和高位消防水箱靜壓不能滿足最不利點消火栓水壓要求，應該設置直接啟動水泵設備，這樣才能確保消防水壓滿足滅火的需要。

3 室內消火栓系統設計方案

3.1 設計參數選定

3.1.1 建筑設計參數

建筑總面積：70897.0m2；建筑體積：約300000m2；建筑高度：39.9m；地下二層層高：5.5m；地下一層層高：4.5m；地上一層（首層）層高：5.4m；地上二層至七層層高：4.5m。

3.1.2 消防設計參數

每支水槍的計算流量不應小于5L/s；消火栓給水管道設計流速不宜超過2.5m/s。

3.1.3 水槍充實水柱長度的確定

上傾斜角按45°計算，則按下式計算充實水柱長度：

Sk=1.414×（H1-H2）

式中：Sk-水槍充實水柱長度，m；H1-室內最高點離地面的高度，m；H2-栓口離地面的高度，取1.1m。

計算結果：

地下二層：Sk＝1.414×（5.5-1.1）＝6.22m；地下一層：Sk＝1.414×（4.5-1.1）＝4.81m；地上一層（首層）：Sk＝1.414×（5.4-1.1）＝6.08m；地上二層至八層：Sk＝1.414×（4.5-1.1）＝4.81m。

根據《建范》中的規定“體積大于25000m3的商店水槍的充實水柱長度不應小于13m”，則金鷹國際購物中心的室內消火栓水槍充實水柱長度為13m。

3.1.4 水槍噴嘴的壓力計算

Hq=α×Sk

式中：Hq-水槍噴嘴壓力，KPa；Sk-水槍充實水柱長度，m；α-與水槍噴嘴口徑和充實水柱長度有關，取13.5KPa/m。計算結果：Hq＝13.5×13＝175.5KPa。

3.1.5 每支水槍設計流量的計算

式中：qf-每支水槍的設計流量，L/s；Hq-水槍噴嘴壓力，KPa；β-水槍噴嘴系數，數值見表1。計算結果：口徑取19mm，qf=

表1 水槍噴嘴系數

3.2 室內消火栓系統布置

3.2.1 室內消火栓的保護半徑

Rf=Ld+Lk

式中：Rf-板保護半徑；Ld-水帶鋪設長度，考慮到項目的內部空間布置，消防栓的設計位置，綜合考慮之下取25m 作為鋪設長度；Lk-水槍充實水柱在平面上的投影長度，其值可按Lk=Skcosα計算。根據前章節已知Sk為13m，α 為45°，則Lk=13×0.707=9.191m。計算結果：Rf=0.9×25+9.191=31.691m。

3.2.2 室內消火栓的間距

根據《建筑設計防火規范》的要求，以及本項目室內空間設置情況下，綜合考慮室內消防的需要，采用消防分區的設置方式，每一個分區內的消火栓需要滿足該區域之內的消防需要，并覆蓋消防區域之內的所有地點，不存在消防覆蓋空白點。所以選擇選擇各防火分區布置兩排消火栓，同一排消火栓間距可按下式計算：

S=0.6Rf

S=0.8Rf

式中：S-一排消火栓兩股水柱的消火栓間距，m；Rf-室內消火栓的保護半徑，m。已知Rf為31.691m。

靠墻相鄰兩個消火栓間距計算結果為19.02m，往后的計算結果為25.35m。由于消火栓需要安置在墻體上或立柱上，所以間距有所調整，但不影響保護范圍，依然符合要求。首層防火分區Ⅰ設置2 排，一排4 支，另一排5 支；防火分區Ⅲ設置2 排，每排3 支；二層及二層以上（標準層）的消火栓布置都相同且與首層相似，見圖1。

圖1 首層消火栓平面布置

3.3 消防水喉設備的數量與布置

考慮室內滅火的需要，該建筑內的消火栓水喉設備設計直徑為25mm，考慮早期滅火需要，所以選擇了使用相對來說比較簡單自救式消火栓，室內工作人員經過簡單的培訓以后就可以使用。其中噴嘴直徑6mm，供水管直徑25mm，輸入壓力為0.1MPa，有效射程6.75～15.30m。消防栓水喉采用與消火栓1:1 配置，并且共同存放的模式，這樣可以在最短的時間內完成早期滅火，并為消防栓的使用做好相應的準備，確保滅火的連續性。

4 室內消火栓系統水力計算

金鷹國際購物中心建筑高度約40m，每層建筑面積超過1500m2，其消火栓用水量為30L/s，同時使用的水槍數按3 支算，豎管的最小流量為15L/s，每支水槍最小流量為5L/s。

4.1 管網管徑的確定

式中：D-室外給水管道直徑，mm；Q-室內消防用水量，L/s；ν-進水管水流速，一般不超過2.5m/s，環狀管網取2m/s。

根據規現行管型確定本工程中，進水管為DN150，水平干管為DN150，豎管為DN100，配水支管為DN65。

4.2 選擇最不利點消火栓計算管路

最不利電的消火栓是否能夠正常使用，在某種程度上決定了整個消防滅火系統的作用，所以需要以此為基礎來計算整個消防系統的管理。本項目經過細致分析以后確定了3 處，然后再計算每個管段的實際長度。

4.3 局部水頭損失

管道局部水頭損失一般用百分數來計算，與消火栓管的長度有一定的關系，綜合考慮之下本項目確定為10%，內徑與管材厚度相關，確定為2mm。

4.4 消火栓栓口處所需壓力

式中：hd-消防水帶水頭損失，mH2O；Hq-水槍噴嘴造成一定長度的充實水柱所需水壓，mH2O；Ad-水帶的比阻，取0.0043；Ld-水帶的長度，m，取25m；qxh-水槍噴嘴射出的流量，L/s，取5L/s；B-水流特性系數，當水槍槍嘴直徑為13mm 時，B=0.346；為16mm時，B=0.793；為19mm 時，B=1.577。

已知Ad=0.0043，Ld=25m，B=1.577，q1=5L/s，豎管直徑為100mm，水平干管3-5 為150mm，首層層高5.4m，標準層層高4.5m，水平干管高7.9m，消火栓距地面高1.1m。

最不利消火栓的栓口壓力：H1=AdLd/B=0.0043×25×52+52/1.557=18.54mH2O。

表2 各管段計算參數

根據表2 的沿程阻力損失∑h＝0.01+0.34+0.65＝1mH2O，則管網系統所需總壓力按下式計算：H=H1+∑h+H0＝18.54+1+38.8＝58.34mH2O，其中H0為重力損失。

5 總結

消防設施是建筑工程中不可或缺的重要裝備，合理設置消防設施不僅是滿足消防驗收，更重要的是關系到人員生命和財產安全。本方案主要目的在于對建筑消火栓設計方案的探討，根據水力計算可以進一步確定消防水池、消防水箱、水泵等規格選型，在此不再論述。