设计案例：国家科技传播中心水消防系统细节问题思考
依据国家科技传播中心项目水消防系统设计安装过程中提出的诸多疑问，从室内消火栓安装及装饰、屋面室外消火栓设计、自喷避障及泄水、消防水位设置等方面提出了注意事项和思考，以期进一步提升建筑水消防系统使用和管理的安全便捷。
引用本文：陈达，杜宇，陈洁，等. 国家科技传播中心水消防系统设计安装细节问题的思考［J］. 给水排水，2023，49（4）：91-96.
01、室内消火栓安装及装饰
1.1 消火栓安装位置
根据《消火栓箱》（GB/T 14561-2019）5.5.3条、《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014，以下简称“消水规”）7.4.7条、《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014，2018年版，以下简称“建规”）6.4.1条规定，以国家科技传播中心为例，汽车库内7种典型的消火栓布置位置见图1。
图1 汽车库消火栓布置
消火栓箱布置在1号位置可满足箱门开启要求且不会影响汽车通行和停车位使用；当柱宽达到900 mm时，消火栓箱可布置在2号位置但应注意箱体不应突出至行车道范围内，无法避免时也可布置在3号和4号位置但应在面向车道的柱子外侧设置醒目标识提示消火栓箱位置；当柱宽达到700 mm时，也可布置在2、3、4号位置，将箱体外移，消火栓支管放在箱体背后；当柱宽小于700 mm，柱子上无法正向放置消火栓箱，常考虑设在5号位置，采用角钢固定在结构柱上，此时箱体正面车位的主驾驶车门可勉强打开，但箱体背面车位的副驾驶车门较难打开，需谨慎使用；也可考虑布置在7号位置，但箱门最低点应高于车位限位杆，且应在面向车道的柱子外侧设置醒目标识提示消火栓箱位置；当停车位尾部距端墙距离大于1 m时，布置在6号位置可满足箱门开启要求；另外，1、5、7号位置可将消火栓支管放在箱体背后，箱体置于柱子中间位置，当柱子两侧车位线净距小于700 mm时，2、3、4、5、7号等位置不宜再放置消火栓箱。
1.2 消火栓箱门设置
《建筑内部装修设计防火规范》（GB 50222-2017）4.0.2条规定：“建筑内部消火栓箱门不应被装饰物遮挡，消火栓箱门四周的装修材料颜色应与消火栓箱门的颜色有明显区别或在消火栓箱门表面设置发光标志”。为了装饰效果，精装修区域的消火栓外侧一般设有精装门，而精装门与墙面装饰高度统一，难以从感官上直观分辨出消火栓位置，这就要求箱门上的字符标识具有明显的颜色区分，一般采用红色，且标识应采用发光或荧光材料，有助于消防员在昏暗环境下发现消火栓。已设有精装门的消火栓箱自带的箱门可不再安装，避免消火栓安装双门影响使用便捷性，精装门同样应满足开启角度不应小于160°，且按《消火栓箱》（GB/T 14561-2019）要求设置关紧装置和保证紧急情况下可手动开启的附配件，开启拉力不得大于50N。
1.3 消火栓箱接管及预留洞
消火栓箱常见安装方式根据接管方向可分为侧接和后接，根据是否嵌墙可分为明装、半暗装和暗装。
“消水规”12.3.9条规定：“栓口不应安装在门轴侧”，即栓口在右侧时箱门应左开，栓口在左侧时箱门应右开，尤其是精装专业设计消火栓箱精装门时应根据接管位置确认精装门的开启方向，设计者应注意栓口接管位置和箱门开启方向正确对应并清晰表示，以在紧急情况下最大化方便取用。
消火栓箱暗装或半暗装时预留洞尺寸与接管方式相关，国家科技传播中心选用薄型单栓带消防软管卷盘组合式消防柜，栓体尺寸1 800 mm×700 mm，侧接时预留洞尺寸1 830 mm×950 mm，后接时预留洞尺寸1 830 mm×730 mm。预留洞穿透隔墙时应根据建筑专业要求在洞后部设置防火板或加设一定厚度的砌体，预留洞未穿透隔墙时应保证未穿透隔墙厚度满足建筑专业隔墙防火时间要求，预留洞与箱体之间的间隙采用水泥砂浆或细石混凝土等防火材料封堵密实，建议消火栓箱不宜暗装在防火墙等耐火极限时间要求高的墙体。
消火栓箱暗装在轻钢龙骨石膏板墙或精装修装饰面等轻质材料时，若轻质隔墙龙骨内部空间足够固定DN65消火栓支管，可优先选择侧接施工较为便捷。消火栓箱暗装在砌块墙或混凝土墙时宜采用后接，若采用侧接，消火栓支管需从吊顶上部剔槽嵌墙接至消火栓箱，在混凝土墙上剔槽暗装消火栓支管施工不便且通常不为结构专业允许，在砌块墙上剔槽虽然施工可行，但消火栓箱预留洞口上方设有保证砌块结构受力安全不变形的钢筋混凝土过梁，过梁长度每侧超出洞宽约250 mm，尤其是高大空间高度超过4 m的砌块墙中间还会设置圈梁，梁的遮挡导致消火栓支管无法从吊顶上部嵌墙接至消火栓箱。
02、屋面室外消火栓设计
2.1 设计依据
民用建筑室外消火栓常见为地面（地上或地下）室外消火栓，但“建规”8.1.2条规定“用于消防救援和消防车停靠的屋面上，应设置室外消火栓系统”。用于消防救援和消防车停靠的建筑屋面较为罕见，因此屋面室外消火栓设计在民用建筑中较少，通常仅见于体育场馆的室外大平台和大型科技博览建筑等重要公共建筑。其中，大型科技博览建筑屋面可高达30 m以上，鉴于“消水规”规定火灾时地面室外消火栓服务水头不小于0.01 MPa即可，因此其屋面室外消火栓多不可直接与地面室外消火栓共用管网，需进行专门的设计计算。
2.2 系统形式
国家科技传播中心三层夹层（22.65 m标高）为室外平台屋面，有消防救援需求，在消防扑救面及各方向均匀设有3处屋面室外消火栓，可供消防队员接力扑救更高层塔楼的火灾，布置点位见图2。由于本项目只能提供一路市政供水，其室内、外消火栓用水均储存在地下一层的消防水池，室内、外消火栓系统共用一套消防水泵，屋面室外消火栓直接从室内消火栓管网就近接出，支管加设检修阀门，布置间距不大于120 m，保护半径按150 m计算。类似地，若地面室外消火栓由市政压力或独立的消防泵供水，且压力可满足屋面室外消火栓要求，则屋面室外消火栓应直接从地面室外消火栓环状管网上接出至屋面；若室内、外消火栓系统合用一套消防泵，则屋面室外消火栓可直接从室内消火栓环状管网上就近接出至屋面。
图2 屋面室外消火栓布置
2.3 防冻措施
寒冷地区的屋面室外消火栓需采取防冻措施，可用电伴热防冻或将消火栓栓体内的积水泄空。为了节约能耗，国家科技传播中心采用泄空积水的方式，将屋面室外消火栓泄水装置设置在屋面顶板下，泄水口接管排至附近排水点。平时，栓体内置出水阀常闭，同时自动打开泄水口，放空积水防冻；消防时，当消防员打开栓体内置出水阀的同时会自动关闭泄水口，防止消防用水泄漏，详见图3。
图3 屋面室外消火栓结构
03、消防水池最低有效水位及自灌水位
3.1 最低有效水位
“消水规”对于消防水池最低有效水位的设置要求非常明确，需要注意的是最低有效水位与水泵进水口之间的高差不应大于水泵的最大允许安装高度。但实际工程设计中一般要求最低有效水位高于水泵吸水管顶，或高于水泵放气孔，或高于立式泵第一级叶轮或出水管中心线，此水位要求比“消水规”的要求一般可高出0.5 m以上，造成水池占地面积扩大，理由是为了满足“消防水泵自灌式吸水”。
3.2 自灌式启泵水位
根据水泵工作状态，将管网空水状态下正常启泵所要求的最低水位定为“初次启泵”最低自灌水位，将管网满水状态下正常启泵或切换备用泵所要求的最低水位定为“二次启泵”最低自吸水位。“初次启泵”最低自灌水位需高于卧式泵顶放气孔或立式泵出水管中心线，消防水池的常水位一般可满足要求。消防管网预备状态下为满水，泵出口均设有止回阀防止水倒流且有高位消防水箱或稳压泵持续补水，处于“二次启泵”状态。根据郭汝艳等的试验研究，此时的消防水位不低于最低有效水位即可保证消防水泵正常启泵或切换备用泵，即使消防水位低于水泵进水口2 m时，水泵进水口汽蚀余量仍然大于必需汽蚀余量，理论上，“二次启泵”最低自吸水位的吸水高度不大于水泵允许安装高度即可保证水泵正常吸水。
如图4所示，消防泵进水口与最低有效水位之间的最大高差H≈700 mm，小于允许安装高度（一般约5~6 m），“二次启泵”状态下始终能保证消防泵正常启泵或切换备用泵运行，直至消防水池有效容积全部得到利用。通过以上分析可知，消防水池最低有效水位在满足吸入口最小淹没深度的前提下，不应低于“二次启泵”最低自吸水位，不必高于“初次启泵”最低自灌水位，此分析结论供探讨，具体工程设计应符合当地消防主管部门或图审要求。
图4 消防水池自灌水位
04、自动喷水灭火系统布置及泄水
4.1 吊顶上方设置喷头
国家科技传播中心采用总包单位牵头、消防安装单位主导，各土建、机电、精装单位协同的方式，对吊顶内采用的主材、辅料进行清单列项，当所有材料均具备B1级及以上燃烧性能等级检验报告时，由业主、设计、施工、监理等单位联合确认吊顶内无可燃物。无可燃物的吊顶内，配电线缆应采用低烟无卤阻燃材料，或采用不燃材料套管或封闭式金属线槽保护；风管、水管保温材料等采用不燃、难燃材料；给水排水管道采用金属（复合）材料，不可采用可燃塑料管道或外壁覆塑的钢塑复合管道等；吊顶及龙骨材质、安装辅料等均应采用不燃、难燃材料。
净空高度大于8 m且不大于12 m但难以设置自动喷水灭火系统的高大空间场所和净空高度大于12 m的高大空间场所，通常会设置自动跟踪定位射流灭火系统替代自动喷水灭火系统进行保护，但自动跟踪定位射流灭火装置只能探测和保护到装置安装位置下方的区域，当其上方吊顶空间大于800 mm且存在可燃物时，尚应在吊顶上方设置直立型洒水喷头控制吊顶内的火灾。
4.2喷头避障
当临近喷头的障碍物宽度或高度较大以致于会严重遮挡喷头布水范围时，应在障碍物下方增设补偿喷头补偿喷水强度，根据“自喷规”7.2.3条规定，当梁、通风管道和成排布置的管道、桥架等障碍物的宽度大于1.2 m时，其下方应增设喷头。国家科技传播中心采用标准响应和快速响应喷头，风管等障碍物下方的补偿喷头采用下垂型喷头，梁下的补偿喷头采用直立型喷头，补偿喷头上方有孔洞、缝隙时，需在洒水喷头的上方设置挡水板。补偿喷头短支管可直接从配水支管上接出，也可从临近喷头短立管上接出，补偿喷头计入管径水力计算。
国家科技传播中心地下车库顶梁高度最高达到1.2 m，地上大型展厅顶部钢梁高度可达2.5 m，采用直立型标准覆盖面积洒水喷头。如图5所示，板下梁净高h≤275 mm时，喷头可直接布置在梁底面下方，喷头溅水盘距梁底25~100 mm，同时喷头距顶板不大于300 mm；当喷头布置在梁间，喷头距顶板150 mm时，喷头距梁水平距离d应满足表1，若h＞1030 mm，可在梁底增设补偿喷头或增大喷头距顶板距离；当喷头距顶板距离加大到550 mm仍不能满足表1，则须在梁底增设补偿喷头，补偿喷头溅水盘距梁底25~100 mm。
图5喷头距梁的距离
表1喷头距梁的水平距离
4.3预作用自喷管道泄水
国家科技传播中心地下二层为无采暖汽车库，设有双联锁预作用自动喷水灭火系统，在水流指示器后和每处管道翻弯的局部下凹处最低点统一设置DN25排水阀并设置永久标识，排水阀处有吊顶时还应在吊顶上预留检修口，需要排水时由管理人员接驳软管排至临近地漏、清洁间等处。需要注意的是，排水时应打开系统排气阀，先利用水流指示器后或横干管上的排水口泄空整个系统，然后再排除局部下凹管道积水。
05、结语
综上分析可知，消火栓的具体位置、箱门设置、接管方式、指示标识直接影响到安装、维护、使用的便捷；正确设置屋面室外消火栓可有效保障大体量建筑的裙房或中间平台屋面以上的塔楼的火灾救援需求；消防水池最低有效水位按“消水规”5.1.13条设置可减小无效水深、节约水池面积；吊顶上方有无可燃物的界定方法为大于800 mm的闷顶和技术夹层内是否设置自动喷水灭火系统提供了可操作性；自喷避梁及障碍物的要求、预作用或干式自喷管道泄水设计可保证管道系统的使用安全。水消防系统的设计应进一步考虑设计和施工、管理、使用的有机结合，打造更安全的建筑。
