自動消防水炮滅火系統(tǒng)設計初探

張希卿

摘 要：隨著當前建筑物規(guī)模與數(shù)量逐漸增加，對消防滅火體系提出了新的需求，因此，一般的消防滅火體系已無法滿足基本消防任務，而消防水炮憑借其自身優(yōu)點，能夠適應當前建筑物消防滅火任務的新需求。基于此，文章簡要分析了自動消防水炮滅火體系設計的相關問題，以期對完善消防滅火體系建設提供參考和借鑒。

關鍵詞：自動消防水炮;滅火系統(tǒng);設計初探

中圖分類號：TU892 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.039

自動消防水炮滅火系統(tǒng)是一個高效消防系統(tǒng)，克服了手動噴射消防系統(tǒng)在高大空間無法高效防火的弊端。隨著該體系的快速發(fā)展，不同類型的水炮和各類配套的探測滅火設備迅速發(fā)展，我國對該系統(tǒng)的規(guī)范剛剛建立，設計單位、施工單位在實際工作中還存在一些問題。

1 滅火系統(tǒng)發(fā)展概況

消防系統(tǒng)首先從手動式逐漸發(fā)展到半自動式，后來逐步發(fā)展成主動式噴水消防系統(tǒng)，大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段[1]。與以室內(nèi)消火栓為主體的手動式滅火系統(tǒng)相比，主動式噴水消防系統(tǒng)從火災的發(fā)現(xiàn)、確定、系統(tǒng)啟動、開始噴水及消防完成的整個流程都是自動完成的，具有安全、反應快速、滅火效率高等特點。當前，上述幾類消防系統(tǒng)在消防領域得到了普遍應用。

消防炮通常指噴射流量超過16 L/s的噴射消防裝置，主要分為自動型和固定型。自動型消防炮通常是紅外傳感器技術、信號處理和通信技術、計算機技術等前沿科技的有機結合，流量覆蓋范圍一般在20 L/s～40 L/s，射程約50 m～70 m。當前，國產(chǎn)滅火炮流量覆蓋范圍一般在40 L/s～200 L/s，射程則可以達到40 m～130 m。

2 消防水炮應用現(xiàn)狀

2.1 固定消防水炮的應用

固定消防水炮主要應用于室內(nèi)場所，是手動滅火系統(tǒng)的補充，二者共同組成了室內(nèi)消防系統(tǒng)。在石油化工企業(yè)的大型裝置區(qū)等區(qū)域，由于裝置過高、過大，室外消火栓、消防水槍水柱射程有限，很難達到保護效果，這時就會用到固定消防水炮。與室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)相比，固定消防水炮流量大、射程遠、滅火效率高。

在室內(nèi)的消防用水總量方面，要依照固定消防水炮使用量情況測算，并滿足《固定消防炮滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》的規(guī)定，撲救室內(nèi)一般固體物質(zhì)火災的供給強度應符合國家有關標準的規(guī)定，其用水量應按兩門水炮的水射流同時到達防護區(qū)任一部位的要求計算。民用建筑的用水量不應小于40 L/s，工業(yè)建筑的用水量不應小于60 L/s。

2.2 自動消防水炮的應用

自動消防水炮具有與固定消防水炮相同的流量與射程，完全可以發(fā)揮固定消防水炮在室內(nèi)外場所中的作用[2]。

第一，自動消防水炮與室內(nèi)消防栓系統(tǒng)相輔相成，具有固定消防水炮的優(yōu)點，且沒有死角。但是，消火栓系統(tǒng)是基本的保護措施，所有兼職專職消防員都能使用，可確保其有效性。所以，在較大的空間、場地，設有消防炮滅火系統(tǒng)的同時應設置室內(nèi)消防栓滅火系統(tǒng)，確保在建筑物內(nèi)或其他場所都能起到保障作用。

第二，固定消防水炮由于性能上的不足，無法徹底取代自動噴水滅火系統(tǒng)，而自動消防水炮是手動消防系統(tǒng)的有益補充，能夠自行或主動地實施撲救。

第三，當自動消防水炮作為室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的補充配置時，其消防用水量必須大于或等于室內(nèi)消防栓系統(tǒng)的用水量，才能滿足消火栓撲救系統(tǒng)的用水量需求。如果將自動消防水炮用作自動噴水滅火系統(tǒng)的替代設備，其噴射強度要超過自動噴水滅火系統(tǒng)中所有危險等級的噴射強度。那么單純從滅火效果考慮，自動消防水炮完全能夠取代自動噴水滅火系統(tǒng)。

目前國內(nèi)大型物流倉儲項目中，超過自動噴水系統(tǒng)要求的凈空高度場所，已經(jīng)在使用自動消防水炮，以替代場所中不適用的自動噴水滅火系統(tǒng)，例如唐山蘇寧物流倉儲中心項目。

3 自動消防水炮滅火系統(tǒng)的工作原理

自動消防水炮及滅火控制系統(tǒng)利用計算機技術，模仿人的視覺控制系統(tǒng)，并與新一代人工智能控制技術結合，保證火勢可以得到檢測、掃描，確保滅火變得自動化、智能化，適合于凈高6 m～20 m的空間。其具體原理是如果出現(xiàn)重大火災事故，可以及時動態(tài)分析火災事故的特征信號，將相關數(shù)據(jù)信號傳送到現(xiàn)場控制器，并利用現(xiàn)場控制器管理的消防炮轉向火源位置，完成初期監(jiān)測和定時滅火[3]。其系統(tǒng)優(yōu)勢是可以根據(jù)實際動火間隔，自行變換噴水方法;系統(tǒng)劣勢則是在圖片數(shù)據(jù)處理過程中，影響了實時化速度和定位的準確性。

火苗在爆炸工作過程中產(chǎn)生快速和連續(xù)的氧化現(xiàn)象，具有色彩鮮明、形態(tài)不規(guī)則和閃爍等特點。經(jīng)過對火災圖像中的火焰特征加以研究分析，可以運用火苗的動作特性鑒定火勢特征，能夠滿足視頻火災事故檢測的實時性、魯棒性和準確性的檢測系統(tǒng)。自動消防水炮滅火系統(tǒng)分為監(jiān)測與告警模塊和消防給水模塊，自動消防水炮滅火的工作原理：使用報警探測模塊檢測火源，將火源信號傳送到消防給水模塊，再按照檢測到動火的坐標方位和水炮車當前情況計算轉動角度，最后開啟電動閥門和自動滅火泵滅火。

由于自動消防水炮應用了計算機技術，數(shù)據(jù)處理能力大幅提高，可以有效管控所有數(shù)據(jù)，包括記錄控制系統(tǒng)的操作，當發(fā)生火災后立即切換現(xiàn)場圖像及監(jiān)視器，并對火災撲救全過程進行錄像，同時調(diào)出圖像及信息模塊，標出火警區(qū)域，提供處理向導（等待人工處理）。如果執(zhí)勤人員未在規(guī)定時限內(nèi)處置，則計算機將進入手動處置階段，撥通相關部門主管領導電話、開啟相關滅火設備并告警，同時對計算機內(nèi)部系統(tǒng)狀況、火警時間、處置方法等作出記載[4]。

聯(lián)合撲救是通過使用聯(lián)合模塊實現(xiàn)的，聯(lián)合模塊負責撲救裝置與計算機之間的協(xié)同工作，及時反饋計算機的所有指令，例如開啟警鈴、消防廣播、消防水泵、報警閥門、防火卷簾等。

自動消防水炮滅火系統(tǒng)的開啟方法包括手動和自動兩種。手動開啟是值班人員在現(xiàn)場找到著火地點后，按下自動報警按鍵，或通過手動控制盤遙控自動水炮，使水炮對準著火地點，然后系統(tǒng)水壓降低后，通過設置在消防水泵房消防泵出水干管上的壓力開關，自動啟動消防水泵，保證系統(tǒng)正常工作所需的壓力、流量。自動開啟是監(jiān)控計算機在收到探測器的報警信息后，直接掃描起火點，完成控制系統(tǒng)自動報警，開啟滅火用消防水泵和管道電控閥門，記錄消防處理全過程并存檔，都由系統(tǒng)監(jiān)控并自主完成。

4 自動消防水炮滅火系統(tǒng)適應現(xiàn)代大空間建筑的消防需求

自動消防水炮滅火系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)代大空間建筑的消防工作要求，將計算機技術、紅外線和紫外線信號處理、通信、機器傳動、網(wǎng)絡系統(tǒng)管理等現(xiàn)代信息技術有機融合，實現(xiàn)了高度自動化的現(xiàn)代建筑消防工作理念。自動消防水炮控制器主要由火源檢測器、火勢定位器（設在水炮口上）、消防水炮、譯碼器、電磁閥控制器、自動控制盤、數(shù)據(jù)處理計算機、程序和管道控制器等構成，具有遙控、自控、自鎖功能，能夠對起火點自行灑水，連接火災探測系統(tǒng)，使用雙波段的圖像火災自動偵測與大空氣位置補救科技和高光截面圖像感煙火災監(jiān)測技術，實現(xiàn)大空間火災事故應急報警，同時具備監(jiān)控距離遠、防護面積大、反應速度快、安全性能高等特點。

《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術標準》（GB 51427—2021）已于2021年10月1日正式實施。目前，自動消防水炮滅火系統(tǒng)一般應用在體育場、展覽中心、影劇院、購物場所、候車（機）廳等人員密度大的場所，部分企業(yè)還成功地將自動消防水炮滅火系統(tǒng)應用于室內(nèi)消防，例如首都體育館、東莞國際會展中心、深圳會展中心、天津國際汽車城等。

5 自動消防水炮設計過程中的常見問題

5.1 噴水強度問題

使用自動消防水炮時，噴射強度應當滿足國家有關標準要求。自動消防水炮滅火系統(tǒng)和噴射型自動射流滅火系統(tǒng)應保證至少2臺滅火裝置的射流到達被保護區(qū)域的任一部位。

自動消防水炮滅火系統(tǒng)用于撲救民用建筑內(nèi)火災時，單臺炮的流量不應小于20 L/s;用于撲救工業(yè)建筑內(nèi)火災時，單臺炮的流量不應小于30 L/s。此條規(guī)范與固定消防水炮對流量的要求一致。

5.2 后坐力問題

當前，工業(yè)生產(chǎn)廠房通常是單層鋼結構廠房，按照常規(guī)的噴淋管試驗體系，噴頭工作壓強不能形成太大的后坐力，如果使用消防炮，系統(tǒng)壓強必須超過0.6 MPa，形成的后坐力也較大。例如，某工廠制造的流速為20 L/s的消防炮，后坐力約為1 000 N;流速為30 L/S的消防炮，后坐力約為1 300 N。消防炮如果吊裝在梁下，使用時還會產(chǎn)生杠桿效應，進一步增加其后坐力，導致對廠房建筑破壞的加劇，這也是需要考慮的重要問題。

自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)主要包括探測報警和滅火設備。探測報警系統(tǒng)通常分為前端紅外探測、控制中心和消防聯(lián)動系統(tǒng)。自動消防水炮的流量范圍主要在20 L/s～40 L/s，與之相應的入口工作水壓為0.8 MPa～0.9 MPa，最大射程為50 m～70 m。自動消防水炮安置在建筑高處，噴射曲線為拋物線，其炮身結構和固定消防水炮之間的技術參數(shù)通常應保持一致，但是它能夠連接自動定位系統(tǒng)，在火災發(fā)生時會自動掃描、自動定位、自動完成滅火任務。

6 消防水炮設計注意事項

6.1 消防水炮的合理選型

通常情況下，消防水炮的射程與其炮口壓強及空氣流速成正比，在設計時，要考慮空氣流速大小和系統(tǒng)水壓等因素，另外，還要考慮周圍建筑平面的影響因素，避免水炮射程過大，射程越大，則水炮口的壓強與流速也要增大，對水量及消防泵的要求也越高，這種情況會增加建設投入。在選擇消防水炮時，要根據(jù)保護對象高度及其與水炮的距離等因素，保證水炮的流量、射程滿足滅火需求。

6.2 系統(tǒng)設計

消防水炮控制系統(tǒng)主要由火災檢測器、火焰測位器、消防水炮、譯碼器、電磁閥控制器、手動控制盤、數(shù)據(jù)處理電子計算機、控制系統(tǒng)和管路控制系統(tǒng)等構成。

滅火裝置安裝設計應符合下列規(guī)定：安裝位置滿足滅火裝置正常使用和維護的要求，固定支架或安裝平臺滿足滅火裝置的噴射、噴灑反作用力要求，結構設計滿足滅火裝置正常使用的要求。

探測裝置的設計應符合下列規(guī)定：采用復合探測方式，有效探測和判定保護區(qū)域內(nèi)的火源;監(jiān)控半徑應與對應滅火裝置的保護半徑或保護范圍相匹配;探測裝置的布置保證保護區(qū)域內(nèi)無探測盲區(qū);探測裝置滿足相應使用環(huán)境的防塵、防水、抗現(xiàn)場干擾等要求。

控制主機應具有與火災自動報警系統(tǒng)和其他聯(lián)動控制設備的通信接口。

控制主機具有消防水泵、滅火裝置、自動控制閥、信號閥和水流指示器等的狀態(tài)顯示功能;現(xiàn)場控制箱具有消防水泵、自動控制閥等的狀態(tài)顯示功能。此外，控制主機和現(xiàn)場控制箱還應具有下列功能：控制自動消防水炮或噴射型自動射流滅火裝置的水平、俯仰回轉動作、射流狀態(tài)轉換;控制自動控制閥的開啟和關閉;遠程啟動消防水泵，但不會自動和遠程停止消防水泵;控制主機在自動控制狀態(tài)下，按設定程序控制滅火裝置動作。

控制主機應具有下列功能：自檢功能，聲、光報警功能，故障報警功能，消聲復位功能，報警信息顯示、記憶和打印功能，火災現(xiàn)場視頻實時監(jiān)控和記錄功能。

現(xiàn)場控制箱應符合下列規(guī)定：設置在滅火裝置的附近，便于現(xiàn)場手動操作，并能觀察到滅火裝置動作;具有防止誤操作的措施。

保護區(qū)內(nèi)應均勻設置聲、光報警器，可與火災自動報警系統(tǒng)合用;聲、光報警器的聲壓級不應小于60 dB;在環(huán)境噪聲大于60 dB的場所，其聲壓級應高于背景噪聲15 dB。

水流指示器應符合下列規(guī)定：每臺自動消防水炮及噴射型自動射流滅火裝置、每臺噴灑型自動射流滅火裝置的供水支管上設置水流指示器，且安裝在手動控制閥的出口后;水流指示器的公稱壓力不小于系統(tǒng)工作壓力的1.2倍;水流指示器安裝在便于檢修的位置，當安裝在吊頂時，吊頂預留檢修孔;水流指示器的公稱直徑與供水支管的管徑相同。

每個保護區(qū)管網(wǎng)的最不利點處應設模擬末端試水裝置，并便于排水。

模擬末端試水裝置應由探測部件、壓力表、自動控制閥、手動試水閥、試水接頭及排水管組成，試水接頭的流量系數(shù)（K值）應與滅火裝置相同。

7 消防炮發(fā)展趨勢

當前，由于工程規(guī)模不斷擴大，自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠較好滿足現(xiàn)代消防的需求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。首先，智能化特征凸顯，智能消防炮已經(jīng)是未來發(fā)展趨勢。其次，建設成本必須調(diào)整到人們接受的范圍，如果消防炮費用高昂，會直接影響其推廣和應用，因此，降低成本造價將是另一主要發(fā)展趨勢。

同時，為適應不同環(huán)境的使用要求，產(chǎn)品需要不斷更新以適應不同環(huán)境的變化。例如，石油化工等爆炸環(huán)境場所要求自動消防水炮提高防爆等級，高速公路隧道等潮濕、粉塵場所要求自動消防水炮完善防水、防塵等功能，某些特殊場所需要自動移動式消防炮，因此對軌道、水源接管等提出了要求。

8 結語

當前，隨著建筑規(guī)模的逐步增加，普通的消防滅火系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足滅火任務，而自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)憑借其特點和優(yōu)勢，滿足了現(xiàn)階段現(xiàn)代建筑物的消防滅火要求。同時需要注意的是，自動消防水炮滅火控制系統(tǒng)在研制、應用與推廣過程中還存在很多問題，工程設計技術人員要對其給予高度重視，深入研究完善滅火設備，切實做好優(yōu)化調(diào)整，進一步提高消防救援的質(zhì)量和水平。

參考文獻

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