也谈自动喷水灭火系统设计流量

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简介： 通过对自动喷水灭火系统奏效率的分析，提出了无吊顶场所梁柱布置不应决定系统设计流量，指出了规范条文中的从属关系，对系统的可靠性、经济性有一定的帮助。
关键字：自动喷水灭火系统 设计流量 无吊顶场所 梁柱布置 奏效率

1 设计流量的差异

<<自动喷水灭火系统设计规范>>GB50084-2001[1]（以下简称规范）已于2001年7月1日起施行。其5.0.1条确定了民用建筑和工 业厂房的系统设计基本参数不应低于表1的规定。

表1民用建筑和工业厂房的系统设计基本参数

火灾危险等级

喷水强度

（L/min.m2）

作用面积

(m2)

喷头工作压力

(MPa)

轻危险级

4

160

0.10

中危险级

I级

6

II级

8

严重危险级

I级

12

260

II级

16

注：系统最不利点处喷头的工作压力，不应低于0.05MPa。

同时9.1.3条谈到：系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定，并给出了计算公式：。这两条都是黑体字，需强制执行。实际工程设计时，尤其是地 下室、汽车库等无吊顶场所（或通透性吊顶场所），系统设计流量的计算结果差异很大：

1.1 方案设计阶段

给水排水专业在方案设计阶段需确定消防用水量、消防水池及泵房的占地面积等，而这阶段，结构专业并不需要确定梁的型式及截面（一般 只确定竖向结构型式），自动喷水灭火系统所需用水量是靠5.0.1条来确定的，并由此确定消防水池大小。如中危险II级的地下汽车库系统流量 为8×160/60=21.3L/s，1小时的喷淋用水量为76.8m3。

1.2 初步设计或施工图设计阶段

设计进行到初步设计阶段时，结构专业已能提供梁板柱的布置型式，给水排水专业得以根据具体的结构布置进行喷头布置和最不利点处作用 面积的划分和计算，问题随之而来了。对于象地下室、汽车库这类场所，直立型喷头的布置与梁的型式关系很大。规范7.1.1条"喷头应布 置在顶板或吊顶下易于接触到火灾热气流并有利于均匀布水的位置。当喷头附近有障碍物时，应符合本规范7.2节的规定或增设补偿喷水强度的 喷头。"为黑体字，属强制性条文；而7.2节全部为"宜"类条款（条款前后约束不一致?这里暂且不予深究）。笔者也曾见过多 家设计院出的喷淋图上有虚线表示(或灰度打印)结构梁布置，喷头基本上位于梁格中心(井字梁)或多个喷头均匀布置在大梁格范围，因喷头布 置较密，按9.1.3条的要求计算出来的喷水量大大超过5.0.1条附表：据张永峰[2]先生对某汽车库梁距为6.0m、6.8m、8.4m计算结果，按作用面 积法计算出的系统流量分别为25.3L/s()、31.9L/s、 46.5L/s（按逐点法计算出的系统流量分别为35L/s、42L/s、58L/s），差别在1.18、 1.50、2.18倍(与21.3L/s对比)。如此大的变化和差异 ，着实让设计人员感到迷茫，难道系统流量是由结构梁来决定的而非设置场所"火灾危险等级"来确定？这显然不合常理，违背了建 筑防火性能化设计的指导思想，与规范总则1.0.3条"自动喷水灭火系统的设计，应密切结合保护对象的功能和火灾特点......"相左 。

2 思考

对有关文献[3]自动喷水灭火系统奏效率进行分析(见表2)，可以看出：一个喷头所扑灭的火灾次数，占总奏效次数的百分比为 53.16%/95.81%=55.5%，意味着一半以上的火灾是靠一个喷头开放解决问题的；当喷头动作数为6个时，奏效率为86.28%/95.81%=90%；当喷头动 作数为10个时，奏效率为89.46%/95.81%=93.4%；当喷头动作数上升至20个时，其奏效率已达96%(92.02%/95.81%)。考虑加权平均未统计喷头个 数的107次奏效案例，20个喷头时灭火成功率为(1+2.63%)×92.02/95.81=98.6%。再增加喷头的动作数量对提高火灾扑救率没有多少作用，喷头 动作数在30个以上的火灾案例不到0.5%，工程设计中无需盲目加大设计流量。

表21969~1978年纽约8000座高层建筑4061次火灾中自动喷水系统奏效率分析表

喷头动作数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

奏效次数

2159

653

302

193

120

77

43

43

18

奏效率(%)

53.16

16.08

7.44

4.75

2.95

1.90

1.06

1.06

0.44

累计奏效率(%)

53.16

69.24

76.68

81.43

84.38

86.28

87.34

88.40

88.84

喷头动作数

10

11

12

13

14

15

16

17

18

奏效次数

25

13

20

9

15

11

9

6

6

奏效率(%)

0.62

0.32

0.49

0.22

0.37

0.27

0.22

0.15

0.15

累计奏效率(%)

89.46

89.78

90.27

90.49

90.86

91.13

91.35

91.50

91.65

喷头动作数

19

20

21~25

26~30

>30

未计喷头动作数

未奏效次数

奏效次数

3

12

16

12

19

107

170

奏效率(%)

0.07

0.30

0.39

0.30

0.47

2.63

4.19(未奏效)

累计奏效率(%

91.72

92.02

92.41

92.71

93.18

95.81

100(闭合)

再来看看未奏效原因分析表[3](见表3)：超过半数的不成功案例是因为供水阀门被关闭，这是现在自动喷水灭火系统中必须采用信号闸阀的 原因；爆炸性火灾从来就是一种灾难，难已扑救，应以预防为主；普及喷淋系统设置场所、改正建筑物自身缺点可以提高灭火成功率。

表31969~1978年纽约8000座高层建筑4061次火灾中自动喷水系统未奏效原因分析表

原因

分析

阀门被

关闭

闪燃或

爆炸性

火灾

纵

火

只部分楼层设有系统

建筑物

缺点

暴露面

过大

贮水箱

放空

其它

原因

次数

88

26

12

12

10

8

3

11

百分比（%）

51.76

15.29

7.06

7.06

5.88

4.71

1.77

6.47

累计百分比（%）

51.76

67.05

74.11

81.17

87.05

91.76

93.53

100

附注：之所以选用"技术远不如目前发达"[1]的1969~1978年间的资料，是因为现代的自动喷水灭火系统更完善，早期的统计数据 更有代表性。

最能说明自动喷水灭火系统效能的一起火灾案例[3]是：1991年2月23日美国宾夕弗尼亚州费城子午广场1号高层办公楼(仅地下室和第30、31 、34、35层设有自动喷水灭火系统)发生火灾，大火自第22层一直烧到了第30层，燃烧时间已达11个多小时，消防队员为避免更大伤亡(已死3名 )决定撤退，结果奇迹般地靠第30层开放的9个喷淋头控制和扑灭了大火。因此费城市总结强调："任何时候都要记住这次火灾的教训，不 管何时建造的高层建筑，都要有水喷淋系统的保护"[3]。9个喷淋头，系统流量也就在12L/s左右。此例也可看出上海市消防局推广普及 "简易自动喷水灭火装置"[4]是务实的做法。

超流量的自动喷水灭火系统并不安全有效，经济合理性也差。90%的成功扑救火灾案例只开放了6个喷头，系统流量不到10L/s，如果选用 21.3L/s(中危险II级)的喷淋泵，流量都超出了1倍以上，泄压阀非设置不可，而且要求泄压阀具有良好的性能，但系统一直处于超压工作状态 ，是否安全值得质疑。

回头再看看8.4m梁距[2]的喷头布置，每个大梁格内(8.4X8.4m)布置了4X4=16个喷头，显然是多了(正常的应是6~8个)，喷水强度高达17.35 L/min.m2，比严重危险(II)级的喷水强度(16L/min.m2)还要大（开发商不心痛吗？）。考虑梁的障碍而将梁两侧的喷头加密到1.6m左右，跳喷 现象随之而来。超流量不安全、跳喷也不安全。多出的水池储量和大功率水泵、多出的喷头和管道除了能增加造价外，确实不能给我们一个高 成功率的保证。

3 结语

自动喷水灭火系统作为当今世界上公认的最为有效的自救灭火系统，其可靠性、经济性、奏效率应当是设计人员所追求和发扬光大的，也是 规范制定人员的初衷。梁柱布置不应当成为确立系统流量的依据。规范9.1.3条的计算结果应受到5.0.1条的制约，当超出较多时，应予以调整 。

参考文献

1.中华人民共和国公安部.GB50084-2001 自动喷水灭火系统设计规范.北京.中国计划出版社，2001

2.张永峰.对汽车库自动喷水灭火系统设计的一些看法.给水排水，2002，28(4)：88~89

3.张永胜，等.自动喷水灭火系统.消防技术与产品信息(增刊,1997年12月修订版)：2,232~233

4.张兆宪，等.低压洒水喷头和简易自动喷水灭火装置.给水排水，2002，28(3)：94~96