煙臺八角灣國際會展中心消防系統設計探討

吳會中， 趙琛琛

（1.青島北洋建筑設計有限公司， 山東 青島 266101； 2.青島李村河污水處理廠， 山東 青島 266000）

1 工程概況

煙臺八角灣國際會展中心項目位于煙臺經濟技術開發區八角街道轄區， 貴陽大街以北， 南昌大街以南， 北京中路以東， 海濱路以西。 本工程地塊總用地面積為139 488.5 m2， 總建筑面積為200 618 m2， 其中地上總建筑面積為150 848.49 m2， 地下總建筑面積為49 769.51 m2。 建筑實景見圖1。

圖1 建筑實景Fig.1 Actual photo of the building

項目包括會展中心、 綜合文化活動中心、 地下車庫以及相關配套設施等。 會展中心呈魚骨狀布局，平面共7 個展館， 3 個登錄廳， 平面布置見圖2。

圖2 平面布置Fig.2 Layout plan

會展中心建筑總高度49.59 m（建筑最高點），綜合文化活動中心建筑總高度59.08 m（建筑最高點）， 地下一層層高為6.70 m。 單層展廳： 層高22.00 ～41.83 m， 凈高（最低處）大于15.00 m（連廊夾層層高7.80 m／5.10 m）。 雙層展廳： 首層層高12.9 m， 凈高9.00 m（連廊夾層層高7.80 m／5.10 m）； 二層層高22.00 ～41.83 m， 凈高（最低處）大于15.00 m（連廊夾層層高7.80 m／5.10 m）； 登錄大廳：層高30.8 m（最低處）； 多功能廳： 層高12.90 m。綜合文化活動中心： 首層層高12.00 m（夾層層高6.90 m／5.10 m）； 二層層高12.00 m（夾層層高6.00 m／6.00 m）， 三層層高8.00 m。 展廳、 登錄大廳的結構形式為屋面大跨度鋼結構， 綜合文化活動中心的結構形式為鋼結構。

2 消防設計難點分析

本項目為空間高大、 功能復雜的展覽建筑群，對于會展中心、 綜合文化活動中心的建筑定性異議較大， 二者屬于多層公共建筑還是高層公共建筑難以根據現有消防規范確定， 需要進行特殊消防設計及分析； 同時“雙首層”上層室外通道的室外消防設施布置也需重視。

會展中心項目內各種空間尺寸的功能區， 需要設計不同的自動消防水滅火系統， 并需明確其對應的設計參數。 除常規空間的常規消防系統外， 各展廳和登錄廳均為內部無柱的高大空間， 且其頂部均為結構鋼網架， 又如室內凈空高度大于18 m 的中庭、 前廳等， 對于這些位置， 普通的自動消防設施（如自動噴水滅火系統）難以設置且難以滿足自動消防滅火要求， 因此， 對消防設施的種類及布置方式提出了更高要求， 需要進一步深入研究。

3 消防系統設計及難點解決措施

3.1 建筑消防定性

本項目消防系統的設計依據除現行國家規范、規程外， 還有《煙臺八角灣國際會展中心特殊消防設計分析報告》（以下簡稱“特消報告”）和《山東省高層建筑消防安全管理規定》（以下簡稱“消防安全管理規定”）。 會展中心與綜合文化活動中心之間通過連廊連接， 并且連廊兩側分別采用防火卷簾分隔，防火卷簾斷開的通廊寬度為9.40 m， 滿足高層建筑與多層建筑之間的防火間距要求， 設計中按不同的建筑類別考慮。 根據特消報告， 會展中心建筑依托坡地地形， 室內14.90 m 標高和27.80 m 標高平面均可以平層到室外地面（對應的室外地坪標高分別為14.85 m 和27.75 m）， 建筑形式上類似“雙首層”， 消防示意總圖見圖3。

圖3 消防示意總圖Fig.3 General fire protection

關于“雙首層”的消防概念， 國家會展中心（上海）和青島紅島國際會展中心等項目均通過消防性能化設計得以實現［1-2］。 從14.90 m 標高計算， 由于展廳凈空要求和屋頂結構造型的因素， 會展中心最高點的高度為49.59 m， 而人員能夠到達的高度不超過24.00 m。 同時， 在14.90 m 標高和27.80 m 標高均設有消防車道。 會展中心在消防設計條件上與多層建筑類似， 按多層公共建筑設計； 綜合文化活動中心室內±0.00 對應的標高為14.90 m（對應的室外地坪標高為14.75 m）， 其建筑高度最高點59.08 m， 按一類高層公共建筑設計。

3.2 室外消防設施的布置

室外消火栓和水泵接合器是主要的室外消防設施， 是消防車滅火的關鍵設施， 二者的布置位置和數量至關重要， 需要根據各消防水系統的消防用水量以及項目的地形、 高差、 消防車道、 消防撲救面等綜合考慮。

市政給水管道為雙路供水， 并且水量和水壓均滿足雙首層下層及上層的室外消防用水要求， 由市政管網接入3 根引入管， 在紅線內形成DN 200 室外環狀給水管網， 其上設置數個地上式室外消火栓。 雙首層上層（即A3、 A4 展廳） 的室外通道（參見圖3 中27.75 m 標高的消防通道）需設置室外消火栓， 均接管至位于地面的室外環狀給水管網， 此處的室外消火栓僅用于消防車取水， 直接用于滅火。 雙首層上層的室外消火栓均采用地下式， 安裝于室外消火栓井內， 室外消火栓井尺寸為1.20 m×1.10 m×1.70 m， 其吊裝于室外通道結構梁下； 室外消火栓給水接管冬季采取防凍保溫， 貼室外通道結構梁底部敷設， 然后貼展廳墻、 柱到14.90 m 標高地面接室外環狀給水管網， 并設置閥門井， 井內設置控制閘閥及泄水閥， 閘閥后水冬季泄空。

本工程與給排水專業相關的消防系統多達9種， 包含室外消火栓系統、 室內消火栓系統、 自動噴水滅火系統、 自動消防炮滅火系統、 噴射型自動射流滅火系統、 防護冷卻系統、 七氟丙烷氣體滅火系統、 廚房自動滅火系統、 建筑滅火器配置等。 其中水消防系統達6 種， 如何設置水消防各系統的水泵接合器也是設計重點之一， 水泵接合器的數量應按水消防系統設計流量計算確定， 并且每個水消防系統單獨設置。 考慮到布展展廳的不固定性及消防重要性， A1、 A2、 B1、 B2、 B3 展廳的周邊附近均需設置水泵接合器， 雙首層上層的A3、 A4 展廳周邊室外通道只設置室外消火栓而不設置水泵接合器。 水泵接合器應結合室外景觀及消防道路均勻布置， 并與室外消火栓在15 ～40 m 范圍內， 確保消防車方便到達取水滅火。

3.3 自動跟蹤定位射流滅火系統

系統利用紅外線、 數字圖像或其他火災探測組件對火災進行早期自動探測跟蹤定位， 以水為滅火介質， 自動控制滅火裝置射流滅火， 滅火裝置分為自動消防炮滅火裝置和自動射流滅火裝置［3］； 上述滅火裝置分別對應GB 51427—2021《自動跟蹤定位射流滅火系統技術標準》［4］內的自動消防炮滅火系統和噴射型自動射流滅火系統， 此規范在項目施工過程中實施， 為與實際安裝消防設施統一且便于理解， 以最新標準的系統名稱進行分析討論。

3.3.1 自動消防炮滅火系統

會展中心各層的展覽大廳等為曲面屋頂， 凈空高度隨建筑造型曲線變化而變化， 近一半區域凈高超過18 m； 登錄廳（一）、 登錄廳（二）及次登錄廳的內部空間特別高大， 屋頂造型復雜； 根據GB 50015—2014《建筑設計防火規范》（2018 年版， 以下簡稱“建規”）第8.3.5 條［5］、 GB 50338—2003《固定消防炮滅火系統設計規范》（以下簡稱“固炮規”）第3.0.1 條［6］、 CECS 245—2008《自動消防炮滅火系統技術規程》（以下簡稱“自炮規”）第3.2.1 條［7］的規定， 上述位置均采用大空間智能型自動消防炮滅火系統。 單臺消防水炮的設計流量為20 L／s， 保護半徑為50 m， 工作壓力為0.80 MPa， 最大壓力為1.60 MPa， 系統設計總用水量為40 L／s。 室內消防炮布置數量不少于2 門， 其布置高度應保證消防炮的射流不受上部建筑構件的影響， 并能使2 門水炮的水射流同時到達被保護區域的任一部位［5-6］。 水炮系統從啟動至炮口噴射水的時間不應大于5 min， 水炮系統撲救室內火災的滅火用水連續供給時間不應小于1.0 h。 為避免水炮噴射對在場人員產生傷害， 要求所有消防水炮均帶有霧化裝置［7］， 同時水炮廠家需就此進行專項試驗， 確保不會對人體造成傷害。

7 個展廳的長度方向中間部位地面均設置9 m寬防火隔離帶， 其兩側對應的屋頂設置擋煙垂壁，其下垂高度不小于2.0 m， 此處空間內單獨設置2門消防水炮， 并同時滿足2 門水炮的水射流同時到達防火隔離帶的任一部位。

登錄廳（一）、 登錄廳（二）及27.800 m 標高展廳上空的消防水炮布置情況如下： 每個展廳均設置6 門消防水炮， 防火隔離帶兩側各設置2 門； 登錄廳（一）、 登錄廳（二）共設置5 門消防水炮， 次登錄廳設置3 門消防水炮； 登錄廳（一）的消防水炮最大安裝高度距地面約為40.0 m， 選取的消防水炮工作壓力不小于0.80 MPa， 能噴射至50 m 保護半徑內的任何位置， 滿足防護要求。 每個展廳及次登錄廳均單獨設置模擬末端試水裝置， 含智能型紅外探測組件、 模擬噴頭、 電磁閥、 壓力表等組件； 登錄廳（一）、 登錄廳（二）合用模擬末端試水裝置。

固定消防水炮系統獨立設置， 單獨布置消防水炮泵， 系統為環狀管網， 采用臨時高壓系統。 水炮自動控制射水滅火的前提是火災探測器對火災的提前確認， “自炮規”第7.2.2 條對火災探測器的選擇提出要求［7］： 能有效探測保護區的早期火災， 能確認火災發生部位， 具有火災只能識別功能， 采用能提供火災現場實時圖像信號的火焰探測器。 本項目各展廳、 登錄廳等每門水炮均設置自動跟蹤定位滅火裝置， 且水炮自帶火災探測器和攝像頭， 采用紅外線雙波段／紅外線紫外線復合波段火焰探測技術，對明火實現早期、 遠距離探測， 具有傳輸現場彩色圖象功能， 圖象傳輸可自動或手動切換。 通過對探測器和水炮進行編碼， 二者產生一定的對應關系，當距離著火點最近或最有利的2 個火災探測器發出信號后， 對應的2 門消防水炮首先掃描定位并射水滅火， 其余水炮即使已經檢測到火災位置也不開啟， 紅外探測裝置及控制裝置均應滿足此控制要求。 除了自動控制外， 還具有消防控制室遠程手動控制、 消防泵房現場手動控制， 且手動控制對于自動控制有優先權。

3.3.2 噴射型自動射流滅火系統

會展中心、 綜合文化活動中心內空間高度大于18 m 的中庭、 前廳的最大凈空高度超過GB 50084—2017《自動噴水滅火系統設計規范》［8］的規定， 不能設置自動噴水滅火系統， 采用了噴射型自動射流滅火系統， 與自動噴水滅火系統共用消防泵。各滅火裝置均采用智能掃描， 單個裝置射水流量為5 L／s， 最大保護半徑為25 m， 安裝高度為6 ～25 m。系統最大按照7 個智能掃描滅火裝置同時作用考慮， 消防用水量為35 L／s， 持續噴水時間為1 h，額定工作壓力為0.60 MPa。 系統環狀管網上的閥門應設鎖定裝置。

每個前廳或中廳的供水分區的水平管網末端最不利點處設置模擬末端試水裝置， 有壓力表、 試水閥、 電磁閥、 火災探測及自動跟蹤定位組件、 模擬噴頭及排水管組成。 噴射型自動射流滅火系統的控制要求及控制方式與自動消防炮滅火系統相似。

3.4 室內消火栓設計要點

室內消火栓采用臨時高壓濕式消防給水系統，由室內消火栓泵、 消防水箱和水泵接合器聯合供水， 豎向不分區。 所有室內消火栓箱的選用與安裝參見國標圖集15S202《室內消火栓安裝》［9］， 除會展中心與綜合文化活動中心間的防火分割連廊、 中間無柱高大空間外， 地下車庫選用甲型單栓帶滅火器箱組合式消防柜， 其他位置選用薄型單栓帶消防軟管卷盤組合式消防柜。 對于7 個展廳、 登錄廳（一）、 登錄廳（二）、 次登錄廳等中間無柱的高大空間， 僅在兩側靠墻、 柱布置室內消火栓， 中間區域無法滿足2 股充實水柱保護； 防火分割連廊為周邊無實墻的空間， 也無法布置常規消火栓箱。 根據JGJ 218—2010《展覽建筑設計規范》第7.1.12 條規定［10］， 在上述展廳、 登錄廳及防火分割連廊的疏散通道上設置埋地型室內消火栓， 保證任何在上述位置均有2 股充實水柱同時到達。

根據“建規”第8.2.4 條規定， 人員密閉的公共建筑應設置消防軟管卷盤或輕便消防水龍［5］； 根據“消防安全管理規定”第十六條規定， 室內消火栓箱內應設置消防軟管卷盤； 地下廚房及地上部分所有室內消火栓箱均設置了消防軟管卷盤。 地下車庫、地下廚房的室內消火栓水槍充實水柱不小于10 m，地上會展中心及綜合文化活動中心的室內消火栓水槍充實水柱不小于13 m。 掛柱安裝的室內消火栓箱需包封， 地埋式消火栓箱蓋需密封并有明顯標志， 其他室內消火栓箱均采用暗裝。

3.5 自動噴水滅火系統設計難點

3.5.1 雙泡沫罐布置及連接

地下車庫采用泡沫-水預作用噴淋系統， 泡沫液采用3% 水成膜泡沫液， 每個泡沫液儲罐充裝量為1.5 m3， 泡沫混合液的連續供給時間不應小于10 min， 泡沫混合液與水的連續供給時間之和不小于60 min［11］。 泡沫-水預作用系統的管道沖水時間不大于1.0 min。 地下車庫的預作用報警組設置泡沫液儲罐及空壓機， 根據地庫自噴淋水量計算， 地庫每個防火分區的泡沫液儲量約為3.0 m3， 采用2 個1.5 m3的儲罐并列連接， 泡沫罐與空壓機連接參見圖4。 泡沫-水預作用系統應同時具備自動控制、消防控制室遠程手動控制、 消防泵房現場應急機械手動控制等3 種啟動方式， 機械手啟動力不應超過180 N； 系統自動或手動啟動后， 泡沫液供給裝置應自動隨供水主控閥的動作而動作或與之同時動作。

圖4 雙泡沫罐、 空壓機連接示意Fig.4 Connection of double foam tank and air compressor

3.5.2 不規則吊頂噴頭安裝

多功能廳精裝吊頂裝飾面為不規則斜面， 為滿足噴頭垂直于斜面安裝、 便于調整， 配水管道與噴頭連接變更采用消防灑水軟管連接， 安裝時國標圖集20S206《自動噴水滅火設施安裝》［12］已實施， 故消防灑水軟管的安裝需滿足其相關要求。 同時， 消防灑水軟管的長度不超過1.80 m， 其額定工作壓力不低于1.20 MPa； 軟管出水口的螺紋應和噴頭的螺紋標準一致， 安裝彎曲時大于軟管標記的最小彎曲半徑， 軟管波紋段與接頭處60 mm 之內不彎曲； 消防灑水軟管末端設置于固定的部件或結構上， 安裝相應的支架系統進行固定， 支架可固定于樓板、 梁等位置， 確保連接噴頭處鎖緊， 不影響噴頭噴水滅火，不影響消防滅火效果。 消防灑水軟管安裝參見圖5。

圖5 防灑水軟管安裝示意Fig.5 Installation diagram of anti sprinkling hose

3.6 防護冷卻系統

會展中心登錄廳（一）、 登錄廳（二）的中庭一側的商業用房采用C 類防火玻璃， 其本身的耐火極限不滿足防火分隔要求， 需要采用水噴淋降溫冷卻保護防火玻璃， 設計了獨立的防護冷卻系統。 按照與中庭相鄰的防火分區中， 任意3 間商鋪玻璃分隔界面總長度的較大值且不小于30 m 計算保護長度， 本次設計按43 m 計算； 噴頭最高保護高度為8.0 m， 當設置高度為4.0 ～8.0 m 時， 應采用快速響應灑水噴頭； 噴頭設置高度不超過4.0 m 時， 噴水強度不小于0.5 L／（s·m）， 當超過4.0 m 時， 每增高1.0 m， 噴水強度應增加0.1 L／（s·m）［8］， 根據設置部位的層高本次設計取值0.8 L／（s·m）； 故防護冷卻系統的消防用水量為35 L／s。 持續噴水時間不應小于系統設置部位的耐火極限要求， 本次設計的持續噴水時間為1 h。

防護冷卻系統單獨設置消防泵及消防增壓穩壓設備， 防護冷卻噴頭需單排布置。 選用快速響應型窗玻璃灑水噴頭， 其流量特性系數K=80， 動作溫度為68 ℃， 噴頭安裝間距為1.8 ～2.4 m， 噴頭與玻璃的安裝間距為10 ～30 cm， 距離其他系統噴頭的最小間距不小于0.90 m（設置擋板或者凹槽時間距不限）。

4 關于消防增壓穩壓設備的思考

本工程室內消火栓系統、 自動噴水滅火系統、自動消防炮滅火系統、 防護冷卻系統均為獨立的消防系統， 均單獨設置消防增壓穩壓設備， 均設置于綜合文化活動中心屋頂的消防水箱間內。 穩壓泵壓力及氣壓罐容積根據GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》第5.3.3 條［13］以及17S205《消防給水穩壓設備選用與安裝》［14］計算取值； 而穩壓罐各部分的容積和壓力又是互相關聯的， 設計時應確保氣壓罐容積滿足規范GB 27898.3—2011［15］及GB 50974—2014 第5.3.4 條的要求［16］； GB 50974—2014 實施后的氣壓罐內沒有儲存用于火災初期時的調節水量， 但穩壓水容積增大會使防止穩壓泵頻繁啟停功能增強， 防止消防水泵誤啟動的安全性加強［17］。 消防驗收時， 4 個系統均能正常穩壓， 可以啟動消防泵， 但是自動消防炮滅火系統由穩壓狀態到啟動消防泵時的電力負荷瞬時增大， 啟泵困難，分析原因是與穩壓泵穩壓壓力偏小有關， 穩壓泵停泵壓力與固定消防水炮的額定壓力差距太大（本項目的壓力差約為0.55 MPa）， 導致由穩壓狀態轉化為消防狀態的電力負荷增大， 增大穩壓泵壓力后可以正常轉化啟動消防泵。 噴射型自動射流滅火系統由穩壓狀態轉化為消防狀態時的電力負荷也會增大， 但可以啟動對應消防泵， 考慮到其與自動噴水滅火系統共用消防泵， 因此不再調整其穩壓泵壓力。 鑒于此項目的設計經驗， 后期的其他項目如設計噴射型自動射流滅火系統應單獨設置消防泵和增壓穩壓設備， 避免與其他消防系統共用。

5 結語

大型展覽建筑的消防系統設計要點及難點較多， 在設計開始階段就應與建筑、 結構及其他設備專業一起將突破消防規范規定的內容進行梳理， 通過特殊消防分析及試驗， 使每個空間、 每個消防系統都有設計依據， 對應每個消防系統的難點給出合理的解決措施。 同時， 在消防管道安裝過程中， 需與BIM 專業密切配合， 加強與總包方、 分包方及各消防單位的協作， 確保整個消防系統設計、 施工及使用安全。