民用建筑高大空間自動噴水滅火系統設計研究

摘要：在大型民用建筑，尤其是高大空間建筑的設計中，前期自動噴水滅火系統規劃的合理性，直接關系到建筑本體的安全運營以及人員和財產的安全。以某大型美術館中央展廳為例，聚焦其自動噴水滅火設計難點，完成了下方自動掃描射水高空水炮的設備選型及布置規劃工作。同時，對上方濕式自動噴水滅火系統基于面積作用法進行了給水管網水壓的設計計算，實現了自動掃描射水高空水炮裝置和常規濕式自動噴水滅火系統在實際案例中的應用，為同類民用建筑高大空間場景的設計提供參考。

關鍵詞：高大空間；高空水炮；自動噴水滅火系統

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）10-0099-03

0 引言

根據GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規范》（以下簡稱《建規》），高層建筑的定義為建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的非單層廠房、倉庫和其他民用建筑。據統計，我國現有高層民用建筑約100萬棟[1]，這一現狀也使得火災風險隨之增加。數據表明，火災煙霧通過高大建筑豎向管井的蔓延速度可達2.25～4.5m/s[2]。因此，高層建筑火災防范主要依靠其內部滅火設施自救。高層建筑大空間因凈空高、結構復雜等特點，對自動噴水滅火系統設計的安全性與適用性提出挑戰[3]。本文主要對民用建筑高大空間的自動噴水滅火系統進行設計研究。

1 項目簡介

選取國內某座大型美術館作為研究對象，整座美術館建筑空間面積近40000m2，主體結構包含13間常規展廳和1間高達34.4m的巨型中央展廳（基底17m×17m，高34.4m）[4]，此超大凈空是關鍵的設計創新點，主要用途為高大藝術品布展。此外，因無法限定展品的外形尺寸和耐火等級，整個中央展廳的立體空間均為自動滅火的需求范圍。同時，按照《建規》規定，該美術館劃分為高層民用建筑，且屬于可能造成重大人員傷亡、財產損失和嚴重社會影響的重要公共建筑。由于館內人員密集、參展藝術品往往具有不可替代的文化價值等特殊性，需要對該大型美術館中央展廳的自動噴水滅火方案進行專門設計和定制。

2 項目設計難點

水基滅火的機理是通過水接觸燃燒物攝取熱量，起到冷卻作用；同時產生水蒸氣隔絕空氣，進一步阻止燃燒。此外，水槍噴射的壓力水流沖擊力可沖散燃燒物，顯著減弱燃燒趨勢[1]。因此，必須嚴格按設計規范選取對應的滅火系統，否則，當超過設計高度時，可能達不到滅火效果。依據《自動噴水滅火系統設計規范》（以下簡稱《噴規》）和《自動跟蹤定位射流滅火系統技術標準》，對于凈空高度在12m以下的建筑，可選閉式自動噴水滅火系統（包括濕式、干式、預作用系統）進行保護；而12m以上大空間場所的自動噴水滅火系統，可選用雨淋系統、水幕系統、固定消防水炮滅火系統或大空間智能型主動噴水滅火系統等技術方案。對本項目中央展廳進行場景分析后發現，雨淋系統無法適用，原因是若出現誤報警引發全域淋雨，會導致珍貴藝術品全面受淋，進而產生較大經濟損失，甚至文化破壞。對于水幕系統，其形成的水簾幕主要用于分隔和冷卻，無法直接滅火；固定消防炮射程一般高達50m，且流量較大，遠超展廳的實際需求，固定炮需手動調整，滅火響應的及時性相對較差。可見，單獨選擇某種滅火技術很難實現項目中央展廳的超高凈空保護高度需求。

為解決此設計難點，計劃引入“模塊化拆分設計”解決思路，將復雜的高大空間自動滅火整體系統，拆解為具備獨立功能的“局部模塊”，通過模塊的精準設計、標準化適配與協同聯動，最終實現整體系統目標的設計方法。具體來講，就是基于“高低結合，分層滅火”的原則，分區域單獨配置自動噴水滅火系統，以實現對高大中央展廳的自動噴水滅火全覆蓋。

3 自動噴水滅火系統設計

3.1" 方案規劃

中央展廳下部空間計劃采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置，其原理為通過探測系統實時掃描感知火災信號，經處理器智能識別確認坐標，驅動機械機構瞄準火源，最終噴射水柱實現精準滅火。根據《自動跟蹤定位射流滅火系統技術標準》規定，自動掃描射水高空水炮滅火裝置用于撲救中危險級場所火災時，單臺裝置流量不小于10L/s，保護半徑為28m，且至少有2臺裝置的射流能同時到達任一保護部位[5]。經中國消防產品信息網查詢，項目場景可選多種產品型號，其保護半徑均超34m，但垂直俯仰角度最大僅120°，即使按最大安裝高度22m、仰角按30°計算，側壁滅火覆蓋高度可達31.8m，中軸線頂部滅火高度僅26.9m，其上方空間無法實現自動噴水滅火；同時，發生火災后熱氣流會上升聚集到空間頂部，造成頂部遮陽簾熱源聚集，加重火災再生風險。

為解決此問題，需引入另一種自動滅火裝置，聯合負責上方空間的滅火作業，選擇常規濕式自動噴水滅火系統，并將其安裝在頂部吊頂下方，實現對吊頂下方垂直8m范圍內的自動滅火覆蓋。然而，該系統以下的空間超出了系統保護范圍，噴頭出水沖擊作用減弱，無法達到滅火效果。因此，針對8m以下空間，在展廳兩側墻壁距離地面22m處安裝2臺自動掃描射水高空水炮，以實現自動監控與滅火管控，當裝置探測到上方火情時，會自動掃描火點，鎖定噴嘴角度，并對準火點精準射水。兩種滅火系統的具體布置見圖1，可實現中央展廳高大空間的上方和下方的自動滅火全覆蓋。

3.2" 系統設計計算

對于民用建筑自動噴水滅火系統的設計，除了上述方案規劃布置外，還應對選定方案開展設備選型工作，并進行詳細的水力計算。

根據項目場景，自動掃描射水高空水炮的型號為ZDMS0.7/10S-FLD353，額定流量為10L/s，額定壓力0.7MPa，保護半徑35m，噴射水平旋轉360°，垂直仰角30°、俯角90°，對應的給水管道按產品安裝說明配置，即可滿足圖1規劃要求。吊頂上方自動噴水滅火系統需進行針對性設計，其設計參數主要包括噴水強度、作用面積、持續噴水時間等，本文主要聚焦于整個上方系統給水管道水壓的設計。

根據《噴規》要求，噴水強度為6L/（min·m2），作用面積F為160m2，形狀呈長方形。在作用面積內，布置噴頭數n為15個，噴頭處壓力為0.1MPa，安裝標高按36.4m（給水管中心線標高以-2m計），布置形式見圖2。

采用作用面積法[6]進行管道水力計算。民用建筑高大空間場所，當采用閉式系統且保護高度范圍處于8～12m時，可選用K=115的快速響應噴頭[7]。結合噴頭壓力，可計算每個噴頭的噴水量q0=K=1.91L/s，進而得到作用面積內的設計秒流量為28.65L/s，大于理論秒流量17.28L/s。同時，根據圖2布置圖，作用面積內最不利點處4個噴頭所組成的保護面積F4為46.08m2，每個噴頭的保護面積F1為11.52m2，其平均噴水強度為：q==9.98L/（min·m2）＞6.0L/（min·m2），說明設備選型和布置符合工程參數要求。

根據布置圖，計算管段壓力總損失為：∑Pp=1.2×（25+22+49+40+16+5+7+4+2+8）+20=233.6kPa，進而計算系統入口所需的水壓H：

H=（1.2～1.4）∑Pp+P0+Z=（1.2～1.4）×233.6+0.1×100+36.4×10≥744.3kPa；

式中：∑Pp——管道的沿程和局部水頭損失的累計值，kPa；

P0——最不利點處噴頭的工作壓力，kPa；

Z——最不利點處噴頭與消防水池的最低水位或系統入口管水平中心線之間的高程差，kPa；

上方濕式自動噴水滅火系統的給水管網壓力需達到744.3kPa，可滿足整個上方8m空間的自動噴水滅火需求。

根據以上設計，上方濕式自動噴水滅火系統和下方自動掃描射水高空水炮滅火裝置形成了“立體交叉覆蓋”的全域滅火保護空間。經與當地消防管理部門合議確認，此方案充分考慮了中央展廳高大空間的特殊自動滅火需求，符合國家現行的消防法規。

4 結束語

本文以大型美術館中央展廳為研究對象，對民用建筑高大空間的自動噴水滅火系統展開了詳細的設計規劃，考慮了中央展廳實際場景下滅火系統設計的難點，提出采用濕式自動噴水滅火系統和自動掃描射水高空水炮滅火裝置聯合應用的滅火系統設計方法，完成了自動噴水滅火方案的聯合規劃布置圖繪制。同時，完成兩種自動噴水滅火系統的設備選型，基于作用面積法對濕式滅火系統給水管網進行水力計算。文章提出一種以“高低結合，分層滅火”為原則的自動噴水滅火系統設計思路，實現了對民用建筑高大空間自動滅火的全覆蓋，致力于構建物聯網時代下的“智慧消防”體系[8]。未來將在施工層面進一步開展深入研究和迭代，為民用建筑高大空間的消防滅火系統建設提供參考。

參考文獻

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[8]武彥斌.高層民用建筑火災預防策略[J].今日消防，2025，10

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