小編說:北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓占地面積大,供水距離遠(yuǎn),室內(nèi)消防水池和消防供水系統(tǒng)按2倍消防水量設(shè)計(jì)。圍繞消防供水系統(tǒng)介紹了消防供水方案比選,消防水池容積的計(jì)算,消防泵的設(shè)置以及水力計(jì)算時(shí)易犯的錯(cuò)誤;圍繞自動(dòng)滅火系統(tǒng)詳細(xì)介紹了電氣管廊自動(dòng)滅火系統(tǒng)的方案比選,行李機(jī)房噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取,消防水炮的設(shè)置方式與取舍等問題。
01、工程概況
北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)工程是新機(jī)場(chǎng)建設(shè)的重要組成部分,總建筑面積約143萬(wàn)m2,以2025年滿足7200萬(wàn)人次/年旅客吞吐量為設(shè)計(jì)容量目標(biāo),見圖1。本文所介紹的航站樓及換乘中心工程(簡(jiǎn)稱航站樓)為航站區(qū)項(xiàng)目子項(xiàng)工程,先期配備處理4500萬(wàn)人次/年旅客吞吐量的相應(yīng)設(shè)施。航站樓項(xiàng)目位于永定河北岸,北京市大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和河北省廊坊市廣陽(yáng)區(qū)之間。建筑占地面積約30萬(wàn)m2,總建筑面積約78萬(wàn)m2,地上5層,地下2層,建筑高度50m(金屬屋面最高點(diǎn)),混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高約28m。
圖1建筑效果
本項(xiàng)目的消防設(shè)計(jì)原則上應(yīng)遵循現(xiàn)行規(guī)范,但由于機(jī)場(chǎng)航站樓項(xiàng)目使用功能上的特殊性,導(dǎo)致有許多設(shè)計(jì)內(nèi)容難以完全滿足現(xiàn)行規(guī)范。項(xiàng)目不能滿足規(guī)范的部分依據(jù)功能可以劃分為4個(gè)區(qū)域:①公共區(qū)域,包括B1~F5層旅客可以到達(dá)的公共區(qū)域,總面積約541476m2;②行李空間,包括行李處理機(jī)房以及用于行李轉(zhuǎn)輸?shù)墓芾取A層、洞口等,總面積約108037m2;③機(jī)電管廊,全部位于地下1層,包括電氣與設(shè)備管廊,總面積約44305m2;④地下1層機(jī)房及服務(wù)車道,總面積約46933m2。以上區(qū)域進(jìn)行了消防性能化設(shè)計(jì)。
電氣管廊、行李空間、大屋面下方等區(qū)域在消防策略上均不同于普通民用建筑;建筑占地面積大、供水距離遠(yuǎn),其消防供水系統(tǒng)也較普通民用建筑復(fù)雜。根據(jù)設(shè)計(jì)階段參照的《民用機(jī)場(chǎng)航站樓設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB51236-2017)征求意見稿及民航局組織的初步設(shè)計(jì)專家評(píng)審會(huì)的評(píng)審意見,要求室內(nèi)消防水量按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的2倍考慮。增加了消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。
02、消防供水系統(tǒng)
2.1消防供水方案比選
針對(duì)初設(shè)評(píng)審會(huì)的評(píng)審意見中關(guān)于"室內(nèi)消防水量按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的2倍考慮"的要求,提出以下3種方案進(jìn)行對(duì)比,見表1。
方案一:對(duì)平面區(qū)域進(jìn)行分區(qū),各個(gè)區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的消防水池、水泵房、消防泵和供水管道;2處消防水池、水泵和管網(wǎng)分別滿足1倍消防用水量,如圖2a。方案二:對(duì)平面區(qū)域進(jìn)行分區(qū),各區(qū)域共用消防水池和水泵房,消防泵和供水管道則相互獨(dú)立,消防水池儲(chǔ)存2倍消防用水量,各分區(qū)水泵和管網(wǎng)滿足1倍消防用水量,如圖2b。方案三:平面區(qū)域不分區(qū),全樓各系統(tǒng)分別共用1套消防水池、消防泵及供水管網(wǎng),消防水池、消防泵組和中心區(qū)環(huán)管滿足2倍消防用水量,指廊按照1倍消防用水量設(shè)計(jì),如圖2c。
本工程雖然占地面積大,但是由于采取五指廊放射狀布置,整座建筑布局緊湊,航站樓內(nèi)最遠(yuǎn)兩點(diǎn)的直線距離只有1200m,將消防泵房布置于航站樓靠中間的位置,并適當(dāng)擴(kuò)大供水干管管徑,可以避免管道壓力差過大的問題。供水干管大部分布置于設(shè)備管廊內(nèi),不確定因素少,檢修方便,避免了維護(hù)復(fù)雜的問題。
考慮到安全性及經(jīng)濟(jì)性等因素,最終采用方案三。如圖2c,其中,中心區(qū)功能多、層數(shù)多、面積和人員密度較大,其環(huán)管(12345管段)的流量按照2倍消防流量計(jì)算;指廊區(qū)域主要為候機(jī)功能,建筑面積和人員密度相對(duì)較小,消防管網(wǎng)按照1倍消防流量計(jì)算。
2.2消防水池容量的計(jì)算
室外消防給水由市政管網(wǎng)供給,室內(nèi)消防用水量?jī)?chǔ)存在室內(nèi)消防水池。各系統(tǒng)室內(nèi)消防用水量如表2所示,防護(hù)冷卻水幕用于行李機(jī)房?jī)?nèi)防火卷簾的冷卻;庫(kù)房噴淋按照倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)設(shè)計(jì),計(jì)算流量為45L/s,噴水時(shí)間2h;其他噴淋系統(tǒng)參數(shù)將在本文第3節(jié)介紹。為計(jì)算同時(shí)使用的最大室內(nèi)消防用水量,選取典型起火部位,根據(jù)需要同時(shí)開啟的系統(tǒng)計(jì)算用水量,如表3。可見,當(dāng)2處庫(kù)房同時(shí)著火時(shí),系統(tǒng)的用水量最大,為756+756=1512(m3),消防水池的最小容積即為1512m3。
2.3消防泵的設(shè)置
消防主泵的配置有2種方案:①各系統(tǒng)分別配置2臺(tái)滿足2倍消防用水流量的消防泵(1用1備);②各系統(tǒng)分別配置3臺(tái)滿足1倍消防用水流量的消防泵(2用1備),逐臺(tái)啟動(dòng)。2種方案均能滿足消防供水要求,方案①啟泵控制較為簡(jiǎn)單,但設(shè)計(jì)時(shí)為了避免大功率電機(jī)啟動(dòng)電流過大影響電網(wǎng)穩(wěn)定性,最終選擇方案②。水泵自動(dòng)啟動(dòng)通過水泵出口壓力開關(guān)控制,壓力開關(guān)壓力下降至啟泵壓力時(shí)啟動(dòng)首臺(tái)消防泵,若壓力繼續(xù)下降則代表同時(shí)發(fā)生了第二處火災(zāi)或者1處火災(zāi)點(diǎn)的用水量超過了設(shè)計(jì)流量,此時(shí)啟動(dòng)第二臺(tái)消防泵。
2.4水力計(jì)算時(shí)需注意的問題
(1)出于慣性思維,容易將全樓最高點(diǎn)認(rèn)定為系統(tǒng)最不利點(diǎn)進(jìn)行水力計(jì)算。本工程設(shè)計(jì)時(shí)分別計(jì)算了從消防泵房向全樓最高點(diǎn)(圖2cA點(diǎn)5層或圖3A點(diǎn))供水和向系統(tǒng)最遠(yuǎn)點(diǎn)(圖2cE點(diǎn)3層)供水時(shí)管道的壓力差,結(jié)果表明系統(tǒng)的最不利點(diǎn)是在圖2cE點(diǎn)3層的系統(tǒng)最遠(yuǎn)點(diǎn)。
(2)中心區(qū)主環(huán)管水頭損失未按2倍消防流量進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)選取2處著火點(diǎn),其中一處為前面確定的系統(tǒng)最不利點(diǎn),如圖2c,最不利工況發(fā)生在E指廊最高點(diǎn)和F指廊最高點(diǎn)同時(shí)著火時(shí),此時(shí)0-1-2管段承擔(dān)了2倍消防流量。
03、自動(dòng)滅火系統(tǒng)
3.1電氣管廊自動(dòng)滅火系統(tǒng)方案比選
航站樓地下1層設(shè)置了設(shè)備管廊和電氣管廊,電氣管廊內(nèi)為電力電纜和通信線纜等,其中,消防負(fù)荷電纜為礦物絕緣電纜,非消防負(fù)荷電纜為阻燃電纜。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838-2015),干線綜合管廊中容納電力電纜的艙室,支線綜合管廊中容納6根及以上電力電纜的艙室應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng);其他容納電力電纜的艙室宜設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng),但規(guī)范中并未規(guī)定采用哪種自動(dòng)滅火系統(tǒng)。除了常見的氣體滅火系統(tǒng)、細(xì)水霧系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)之外,依據(jù)美國(guó)消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA850,電纜可以采用水噴淋系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。因此,設(shè)計(jì)階段分別對(duì)上述4種自動(dòng)滅火系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較,見表4。
從表4中可以看出,相比于其他設(shè)施,噴淋系統(tǒng)具有占地面積最小、造價(jià)最低、維護(hù)成本最低的優(yōu)勢(shì),雖然國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少,但國(guó)外已有成功經(jīng)驗(yàn),所以本工程電氣管廊采用噴淋系統(tǒng)。噴頭設(shè)置在倉(cāng)室頂部,水滴自上而下流淌,能起到冷卻的作用,管廊底部設(shè)置排水溝,滅火時(shí)產(chǎn)生的廢水由集水坑內(nèi)設(shè)置的提升泵排除。設(shè)計(jì)參數(shù)借鑒了NFPA850中的規(guī)定,設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度為12L/(min·m2),作用面積按照200m2計(jì)算。
3.2行李機(jī)房噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1工程實(shí)施情況
行李處理機(jī)房位于首層中心區(qū),層高6.5m,局部2層通高約12m。由于機(jī)場(chǎng)行李托運(yùn)對(duì)于酒類、香水等易燃物品有嚴(yán)格的數(shù)量限制,參照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2014,2018年版)對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)性的定義,行李處理機(jī)房危險(xiǎn)性類似于丙類?!睹裼脵C(jī)場(chǎng)航站樓設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB51236-2017)規(guī)定行李機(jī)房的危險(xiǎn)級(jí)為中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí),但是對(duì)于行李機(jī)房?jī)?nèi)的2層通高區(qū)域應(yīng)該采用哪種設(shè)計(jì)參數(shù)并未規(guī)定。
行李機(jī)房局部2層通高區(qū)域頂部距地12m,煙氣收集較慢,噴頭噴放時(shí)間也要滯后于常規(guī)系統(tǒng),另外水滴下落時(shí)容易受到氣流的影響。根據(jù)消防性能化評(píng)估報(bào)告,對(duì)于2層通高區(qū)域采用快速響應(yīng)噴頭,噴水強(qiáng)度和作用面積也較中危Ⅱ級(jí)略有提高,如表5。由于快速響應(yīng)噴頭不能應(yīng)用于干式系統(tǒng)和預(yù)作用系統(tǒng),因此噴淋采用濕式系統(tǒng)。行李處理機(jī)房是個(gè)半敞開的房間,北方冰凍地區(qū)需要考慮防凍保溫措施。本工程空調(diào)機(jī)房出風(fēng)口部分設(shè)置在行李機(jī)房?jī)?nèi),建筑內(nèi)其他功能區(qū)的熱空氣可以保持行李機(jī)房?jī)?nèi)部一定的溫度,機(jī)房出入口30m范圍內(nèi)管道則設(shè)置了電伴熱保溫。
3.2.2問題延伸
本工程的設(shè)計(jì)工作開始于2015年初,噴淋系統(tǒng)依據(jù)的規(guī)范為《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50084-2001,2005年版),2018年1月1日起,《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50084-2017)已經(jīng)施行,2017年版噴淋規(guī)范5.0.2條補(bǔ)充了8~12m工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)參數(shù),規(guī)定噴水強(qiáng)度為15L/(min·m2),作用面積為160m2,噴頭間距為1.8~3m,今后8~12m凈高的行李機(jī)房可據(jù)此設(shè)計(jì)。筆者根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行了水力計(jì)算,選用流量系數(shù)K=115的噴頭,噴淋的設(shè)計(jì)流量為46.99L/s,與本工程原設(shè)計(jì)的噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量(50L/s)相近。
3.3消防水炮的設(shè)置方式與取舍
在我國(guó)早期的航站樓設(shè)計(jì)中,考慮到大空間區(qū)域人員流動(dòng)頻繁,可燃物少,有限的可燃物在高大空間里不容易蔓延,也不會(huì)對(duì)建筑物鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成威脅,因此對(duì)12m以上空間不設(shè)置任何自動(dòng)滅火系統(tǒng)。近年來(lái),隨著消防設(shè)計(jì)要求的日益嚴(yán)格,航站樓大空間的自動(dòng)滅火裝置已成為常規(guī)配置。
3.3.1大屋面下方的水炮設(shè)置
由于部分大吊頂距離地面的高度超過了噴淋的最大設(shè)置高度,大吊頂形式不利于噴頭及噴淋配水管道布置以及高位水箱設(shè)置困難等因素,航站樓金屬屋面大吊頂下方地面采用噴淋系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)較為困難,設(shè)計(jì)中一般采用帶自動(dòng)跟蹤定位功能的消防水炮進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)過調(diào)研國(guó)內(nèi)航站樓,發(fā)現(xiàn)此區(qū)域水炮設(shè)置一般有以下2種方案:
方案一,消防水炮設(shè)置在屋面大吊頂上。圖3中1點(diǎn),采用此做法的建筑包括廣州白云機(jī)場(chǎng)T2航站樓、杭州東站等。此做法的優(yōu)點(diǎn)在于水炮布置不受地面構(gòu)筑物布置的影響;大吊頂與地面距離遠(yuǎn),旅客不易發(fā)現(xiàn),相對(duì)美觀。缺點(diǎn)是部分區(qū)域凈高超過了水炮的最大安裝高度(30m),平面布置受天窗等屋面構(gòu)造的影響;另外由于水炮設(shè)置位置過高,維護(hù)保養(yǎng)不便。
圖3中心區(qū)局部剖面
方案二,消防水炮設(shè)置在地面構(gòu)筑物頂部。如:商業(yè)浮島頂部,圖3中2點(diǎn);值機(jī)島頂部,圖3中3點(diǎn),采用此做法的建筑包括首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓、深圳寶安機(jī)場(chǎng)T3航站樓等。此做法優(yōu)點(diǎn)在于安裝位置不會(huì)超過水炮的最大安裝高度,同時(shí)維護(hù)保養(yǎng)方便。缺點(diǎn)是水炮布置受地面構(gòu)筑物的影響較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分與室內(nèi)設(shè)計(jì)師溝通,避免水炮影響建筑美觀。
本工程大屋面采用了C型柱、采光頂?shù)忍厥獾臉?gòu)造,為降低屋面構(gòu)造對(duì)水炮平面布置的影響,并考慮到維護(hù)保養(yǎng)等因素,最終選擇方案二。民用建筑中常用的消防水炮分為2種:①自動(dòng)消防炮(簡(jiǎn)稱大水炮),單臺(tái)流量20L/s,保護(hù)距離50m,任意一點(diǎn)均需要2股水柱同時(shí)到達(dá);②自動(dòng)掃描射水高空水炮(簡(jiǎn)稱小水炮),水炮單臺(tái)流量5L/s,保護(hù)范圍25m。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研,大水炮的價(jià)格為小水炮的2倍左右,但其保護(hù)的面積遠(yuǎn)大于2臺(tái)小水炮??紤]到保護(hù)距離遠(yuǎn)、需求數(shù)量少、總造價(jià)低的優(yōu)勢(shì),優(yōu)先采用大水炮,當(dāng)構(gòu)筑物距離過近、存在遮擋時(shí),采用小水炮。為防止消防水炮傷人,所選水炮均帶有霧化功能,圖4所示為自動(dòng)消防炮設(shè)置于值機(jī)島頂部(圖3中3點(diǎn))施工現(xiàn)場(chǎng)安裝示意。
圖4自動(dòng)消防炮設(shè)置于值機(jī)島頂部安裝示意
3.3.2樓板開洞區(qū)域消防水炮的取舍
對(duì)于樓板開洞導(dǎo)致2、3層通高的區(qū)域,如圖3中4點(diǎn)、5點(diǎn)。由于2005年版噴淋規(guī)范中對(duì)超過8m凈高區(qū)域噴淋的噴水強(qiáng)度和作用面積取值較高,不論是8~12m還是12~18m凈高,設(shè)計(jì)中一律采用水炮系統(tǒng)。近期發(fā)布的2017年版噴淋規(guī)范將設(shè)置噴淋的凈高提高到了18m,參數(shù)要求有所降低,筆者按照規(guī)范布置噴頭,計(jì)算得出的噴淋流量約為47L/s,常規(guī)的噴淋供水系統(tǒng)均能滿足,考慮噴淋系統(tǒng)的技術(shù)更為成熟,因此在今后的設(shè)計(jì)中,2層、3層通高且有條件設(shè)置噴淋的區(qū)域,建議優(yōu)先考慮設(shè)置噴淋系統(tǒng)。
04、結(jié)語(yǔ)
本工程設(shè)計(jì)過程中對(duì)若干種可行的消防供水與自動(dòng)滅火方案進(jìn)行了比較,權(quán)衡利弊,最終選擇了最合適的方案。對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有借鑒意義,對(duì)火車站、會(huì)展中心、大型商業(yè)綜合體等體量大、供水距離遠(yuǎn)或內(nèi)部含有綜合管廊和高大空間的建筑也有一定的參考價(jià)值。
本文對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題:北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn);韓維平、屈連松、穆陽(yáng)、賈洪濤;作者單位:北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司第四建筑設(shè)計(jì)院??窃凇督o水排水》2019年第6期。
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