摘 要：随着我国城市及城市化建设的高速发展，建筑工程也不断发展。建筑消防工程已成为建筑设计中重要的一环。本文以孵化加速器标准厂房（B区）投资建建设项目为案例，结合自己的设计经验对复合型大空间厂房消防给排水设计系统的设计思路加以阐述和分析。
关键词：复合型厂房、建筑面积大，功能复杂、大空间工业厂房、消防设计
1项目概况
本项目位于上海市金山第二化学工业区，是一个精细化工定制标准厂房。本工程建筑物耐火等级为二级，生产类别为丙类。单栋厂房总建筑面积14912m2，建筑物体积214069m3.建筑高度为20.90m。生产车间由二部分组成而成，车间部分和仓库部分，车间部分由车间办公和车间生产组成，车间办公部分为三层，每层层高4m，车间生产部分为单层，层高20.90m；仓库部分为高架仓库，层高20.90m，9层货架，储存物品的火灾危险性类别为丙类2项。建筑物主体为局部三层框架结构,抗震设防烈度七度.
1给排水消防设计
1.1消防系统综述
本工程消防系统内容：室外消火栓给水系统、室内消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、自动跟踪定位射流灭火系统及建筑灭火器设计。
本工程消防系统主要设备：消火栓泵、喷淋泵、消防水池、高位消防水箱。
1.2消防水源
本工程消防市政二路进水，从纬八路上引二根DN250给水管入基地，市政给水管网供水压力大于0.25Mpa。市政给水管网为环状管网，在二路进水管之间设阀门，室外消防用水由市政直接供水，在厂区内连接成环，室内消防用水采用消防泵+消防水池加压供水方式，给水水源由室外消防环管引入。
1.3室外消火栓给水系统设计
室外消火栓用水量为40L/s,
1.4室内消火栓给水系统
根据建筑设计防火规范要求，消火栓系统用水量为20L/s,火灾延续时间为3小时。室内消火栓系统采用临时高压给水系统。消防泵参数为：Q=15L/s；H=48m；N=15.0Kw消火栓主泵二台(一用一备)，主泵为电泵，备用泵为自带柴油发电的柴油泵。另在消防泵房内设消火栓稳压泵（一用一备）,消火栓稳压泵Q=5L/S;H=0.56MPa;N=11Kw和隔膜式稳压水罐（150L）。
本工程消火栓栓口动压不小于0.35MPa,消防水枪充实水柱按13米计。室内消火栓型号为SN65,栓口为DN65,箱内须备水枪一个,衬口径为?19,胶水龙带一根,口径为DN65长度为25m。另消火栓箱内设置消防软盘卷，并配有?19×6水枪，25m长胶带。其给水接自消防给水管道。消火栓箱内设有报警按钮。
消火栓设计在给排水消防设计中比较普通，设计中注意当消火栓栓口处静压超过0.5Mpa时，要减压或设置减压稳压消火栓。
1.5自动喷水灭火系统
1.5.1防火分区
本项目建筑共设六个防火分区。
1.5.2系统设计
本项目自动喷淋采用临时高压消防给水系统。利用本工程屋顶18m3消防水箱稳压。并设局部稳压设施（设在消防泵房内）来满足消防最不利点给水静压的要求。
本项目净空高度高，功能复杂，工艺要求高。如果采用普通闭式自动喷水灭火系统的话，喷头难以受热开放，喷出的水流到达燃烧物表面的时间较长，不能有效地进行灭火。根据这些情况，对此建筑消防给水系统进行优化。
根据各防火分区的特点，选择合适的自动喷水灭火系统，下面就此案例进行分析：
（1） 防火分区一，丙类车间，一部分用钢平台搭建成局部三层，一层层高6.0m、二层层高6.0m、三层层高8.9m，此部分建筑三层超过了8m,采用直立型K=80的喷头已经超过了规范要求，所以采用标准直立型玻璃球喷头(除一层局部甲类区域外)，流量系数K=115能够满足要求。如果业主对高度的要求可以降低的话，可以通过吊顶把三层的净空高度降到8m以下，这样可以降低成本。本项目因为外方不想降低高度，所以设计选择了前面的方案。
另一部分为大空间车间，单层，层高20.9m；因为净空高度太高，当时考虑选用固定消防水炮和自动跟踪定位射流灭火系统。固定消防水炮流量大，射程远，适合用于此类高大空间的灭火，但缺点是它是柱状喷水，保护区会出现喷水死角。自动跟踪定位射流灭火系统，可以进行早期火灾的自动追踪定位，并运用自动方式进行灭火，适合大空间厂房和高大仓储场所，但缺点是设计用水量大，投资高。因为厂房使用方为外资企业，他们要求消防安全性要高，最后讨论决定采用自动跟踪定位射流灭火系统，设计ZDMP0.25/5S-SA型自动射流灭火装置，额定喷射流量5L/s，启动时间小于30s，额定工作压力: 0.25Mpa，接口直径: DN25（螺纹），最大保护半径: 6m，喷水方式:360°旋转洒水。由智能型红外探测组件、大流量喷头、电磁阀三部分组成，均为独立设置，智能型探测组件集单片机技术、红外紫外传感技术与一体,通过火焰光谱进行火焰定位，可有效避免日光、灯光、正常情况下装置全天候实时对监控区域进行火灾探测电焊光等环境光干扰，可靠捕捉火灾信息，一旦发生火情，在30s内启动火灾部位的电磁阀及消防水泵喷水灭火，灭火经10S延时自动停止，如有复燃，重复灭火。如果考虑经济的因素，这种情况可以考虑采用固定消防水炮，在没保护到的死角处设置消火栓和自动喷水灭火系统予以保护。
（2）防火分区二，单层丙类高架仓库，层高20.9m，设9层货架，每层货架1725mm；采用快速响应早期抑制喷头的最大净空高度是13.5m，光在屋顶设置快速响应早期抑制喷头对本案例不可行，考虑此部分有货架，采用屋面大流量喷头和货架内置喷头相结合的设计方式比较合理，自动喷淋按仓库危险级II级多排货架储物设计，火灾延续时间为2小时，屋面顶板下设置（流量系数K=200，喷头最低工作压力为0.5MPa,作用面积内开放的喷头数为12只）的快速响应早期抑制喷头,每个喷头的流量为7.45L/S，屋面总设计用水量为90L/s。货架内置喷头，自地面起，每3.0m设置一层，（流量系数K=115，喷头最低工作压力为0.1MPa，作用面积内开放的喷头数为14只），每个内置喷头的流量为1.92L/S，货架内总设计用水量为30L/s，屋面喷头和货架内置喷头二者总设计用水量为120L/s。
（3） 防火分区三，单层丙类仓库，层高20.9m，为预留，目前不设货架，设计按大空间仓库考虑，此部分设计方案按防火分区二是不可行了，设计考虑采用与车间大空间部分相同的灭火方案，采用自动跟踪定位射流灭火系统，此分区自动喷水灭火系统设计流量为40L/S。
（4） 防火分区四、五、六为生产辅助用房，防火分区四（一层，层高6.0m），防火分区五（二层，层高4.5m）、防火分区六（三层，层高5.0m）。此区域采用标准直立型玻璃球喷头，流量系数K=115，公称动作温度68℃。此部分厂房高度均小于8m,采用流量系数K=80的标准直立型玻璃球喷头完全满足要求，降低经济成本。所以在考虑安全性的同时也要考虑经济性。
此分区自动喷水灭火系统设计流量为30L/S。
（5）本项目还有一个特殊区域，在防火分区一局部三层部分的底层有150m2的甲类物品生产车间，开口长度12m,根据环保需要，对这部分进行防火分隔，但当时根据外资方要求，南北方向因为工艺要求不能砌防火墙进行防火分隔，设计考虑用防火分隔水幕来解决这个问题。采用防火分隔水幕（流量系数K=115，喷头最低工作压力为0.3MPa的开式洒水喷头）来代替防火墙，分割一小部分的甲类区域。防火分隔水幕设计喷水强度2.0L/（s.m）,设计时要注意，喷头不应少于2排，此分区自动喷水灭火系统设计流量为24L/S。
因为本项目同时设有自动喷水灭火系统和水幕系统，所以系统的设计流量按同时启用自动喷水灭火系统和水幕系统的用水量计算，按二者之和的最大值设计，不能取其中的最大值，所以本项目的喷淋总设计用水量为150L/S。
自动喷水灭火系统需设喷淋水泵结合器，喷淋总设计用水量为150L/S。按每个水泵结合器15L/S流量计算，最少设10个，金山地处南方，设计地上式水泵结合器比较适合。
1.1消防水池
室外消火栓由市政直接供水。室内消火栓和自动喷水灭火系统由消防水池和消防水泵加压供水。
消防水池有效容积：室内消火栓用水量20L/S，火灾延续时间3h,完全满足规范要求，自动喷水灭火系统(高架仓库)用水量为120L/S, 设计特别需要注意的是，高架仓库的火灾延续设计是2h,和普通仓库不同，防火分隔水幕30L/S，火灾延续时间1h,消防用水量1188m3,设计消防水池有效容积1200m3。
本项目设有自动喷水灭火系统，室内消防用水量在设计时可以适当减少，设计10L/S完全满足规范要求，消防水池的容积可以减少108m3，这样，可以减少点成本，所以，我们在设计时一定要对方案不断优化，在保证消防安全的同时，尽可能地降低成本。
1.2高位消防水箱
本项目设1个18T的消防水箱，满足初期火灾消防用水量。
1.3灭火器设计
本项目为丙类厂房，室内灭火器按A类中危险级设计。统一采用MF/ABC4-4Kg装的手提式干粉磷酸铵盐灭火器。
1.9系统控制要求
1.9.1 消防水泵控制柜在平时应使消防水泵处于自动启泵状态，且不应设置自动停泵的功能控制。
1.9.2 消防泵应能手动启停和自动启动。消防水泵的控制形式：
（1）自动控制方式：消防水泵由消防水泵出水干管上的压力开关、高位消防水箱出水管上的流量开关，或报警阀压力开关等信号直接自动启动消防水泵。消防水泵房内的压力开关宜引入消防水泵控制柜内。
（2）手动控制方式：应将消防泵控制箱的启动、停止触点直接引至设置在消防控制室内的消防联动控制器的手动控制盘，实现消防泵的直接手动启动、停止。
1.9.3 消防控制中心或值班室对消防系统的控制和显示应满足下列要求：
（1）消防控制柜或控制盘应设置专用线路连接的手动直接气泵按钮；
（2）消防控制柜或控制盘应有显示消防水泵和稳压泵的运行状态；
（3）消防控制柜或控制盘应能显示高位消防水箱等的高、低水位报警信号以及正常水位信号。
1.7.4 消防水泵控制柜与消防水泵同设于消防水泵房内，其防护等级为IP55。
1.7.5为保证控制柜内的控制线路发生故障时，有管理权限的人员在紧急时启动消防水泵，消防水泵控制柜设置机械应急泵功能，机械应急启动时，应确保消防水泵在报警后5.0min内正常工作。
1.10 消防管材、接口及阀门
1.10.1室内消火栓管道、自动喷水管道采用内外浸热镀锌钢管，DN≤50丝扣连接，DN>50沟槽或法兰连接。室外消火栓管道、自动喷水管道埋地管道采用钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管，电熔连接。
1.10.2 消防给水管上采用明杆铜芯球墨铸铁闸阀或双向型碟阀，工作压力为1.6(Mpa)。
1.10.3 减压阀：喷淋给水系统采用可调式减压阀。安装减压阀前全部管道必须冲洗干净，减压阀需定期清洗和取出杂物。减压阀前后装有压力表，减压阀后的压力表为电接点压力表，连接报警装置。
1.11 管道工作压力及试压
消火栓管道工作压力为0.85(Mpa),试验压力为1.4(Mpa)；自动喷水管道工作压力为1.0(Mpa),试验压力为1.4(Mpa)。
1.12 其他
1.12.1管道冲洗
（1）室内消火栓给水系统及自动喷水系统在与室外给水管连接前，必须将室外给水管冲洗干净。
（2）室内消火栓系统在交付使用前，必须冲洗干净，其冲洗强度应达到消防时的最大设计流量。
（3）自动喷水系统按《自动喷水灭火系统施工及验收规范》GB50261-2017要求进行冲洗。
（4）冲洗时应避开用水高峰，连续冲洗直至出水口处浊度、色度与入水口处冲洗水浊度、色度相同为止。
（5）冲洗时应保证排水管路畅通安全。
1.12.2建筑机电抗震设计
（1）本工程位于上海市金山区，抗震设防等级为7度。
（2）消防给水管的管材和连接方式应根据系统工作压力，按国家现行规范标准中有关消防的规定选用。
（3）管道的布置与敷设应符合下列规定：
a.需要设防的室内给水、热水以及消防管道管径大于或等于DN65的水平管道，当采用吊架、支架或托架固定时按建筑机电工程抗震设计规范的要求设置抗震支承。
b.管道不应穿过抗震缝。当给水管道必须穿越抗震缝时宜靠近建筑物的下部穿越，且应在抗震缝的两边各装一个柔性接头或在通过抗震缝处安装门形或设置伸缩节。
c.管道穿过内墙或楼板时，应设置套管；套管与管道间的缝隙，应采用柔性防火材料封堵。
1.12.3防腐与油漆
（1）在涂刷底漆前，应清除表面的灰尘、污垢、锈斑、焊渣等物。涂刷油漆厚度应均匀，不得有脱皮、起泡、流淌和漏涂现象。
（2）室内消防给水管外壁刷红色色环，并设有明显的识别和方向的标志。
2消防工程设计和施工问题的早期预防措施
2.1消防工程设计问题的早期预防措施
2.2.1 设计人员前期多与业主沟通，后期多去施工现场进行实地考察，特别是对于复杂的工艺厂房，里面设备多，管线复杂，在设计时尽量做到统筹全面考虑，尽一切可能避免由于疏忽大意等低级错误造成不可逆的损失。
2.2消防工程施工问题的早期预防措施
消防水锤及闭式喷头破损问题是消防工程中的多发常见问题，作者根据自己多年的工作经验本次设计过程中，针对以上两个问题，施工交底是设计者及时与业主及施工单位沟通，商量并确定了防护措施。
2.2.1消防水锤的技术措施
为保证消防系统的供水安全性，消防值班员需定期进行开机调试或检测。由于湿式自动喷淋系统的报警阀是具有止回功能的单向流动阀，一旦关闭喷淋泵，将在报警阀后的管道上产生一定程度的水锤现象，造成管道的晃动，使支架松动，影响系统的正常使用。消除这一弊端的有效措施是：
(1)按施工规范的要求设置防晃支架；
(2) 在报警阀后的管段上每隔一定距离设置可挠曲的橡胶接头，以减少水锤的冲击震动。
2.2.2 施工中闭式喷头的保护
自动喷淋系统的喷头是系统的重要组成部分，灭火的可靠性很大程度上依赖于喷头的安装质量。喷头应在系统试压、冲洗合格后安装，安装时应使用专用扳手，安装后应对其采取保护措施，以防止水泥砂浆、涂料、油漆等附着在喷头的感温元件上，造成喷头不能感温作用，延缓动作灭火时间等不良后果。喷头安装后的保护方法为：采用厚度为0.2mm的塑料布将喷头包裹紧，待系统水调试前，再将塑料布从喷头取下。
2结束语
鉴于复合型大空间工业厂房的特殊性，其消防给水系统必须具备探测灵敏度高、系统响应时间短、扑初期火灾迅速、适应空间高度范围大等特点，传统的普通自动喷水灭火系统已经无法满足此类厂房对消防给水系统的要求，所以，一定要根据建筑物自身的特点进行性能化设计、优化消防给水系统。
参考文献
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[4]，上海市大型物流仓库消防设计若干规定[S]，上海市消防局，2006（303号文）.