设计案例：工业厂房+高架仓库自动灭火系统设计
工业厂房+高架仓库消防系统应项目的需求和建筑高度、使用功能、货架形式的多样性涉及到防火分隔水幕、自动消防炮、顶板下的喷水灭火系统、货架内喷水灭火系统多个系统的选择。就某化妆品工业建筑的工程实例及设计特点，介绍工业建筑的水消防系统，进一步就如何更好的执行《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2017）、《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》（GB 51427-2021）进行探讨。
01｜工程概况
工业项目位于珠三角，用地面积约10万m²，建筑面积23 500 m²，包括厂房面积 14 800 m²，仓库面积 8 700 m²，基底面积11 690 m²。本工程为框架结构(厂房)，全钢结构(高架仓库)，属丙类二项工业厂房，高架仓库；设计耐火等级为二级。主体为：地上厂房侧4层，消防高度23.94 m；高架仓库侧地上1层，消防建筑高度31.07 m；局部地下1层，为消防水池和泵房。用途为化妆用品，对照喷规的附录A，生产内容按棉毛麻丝及化纤织物类，判定厂房喷淋火灾危险等级为中危险Ⅱ级，高架仓库喷淋火灾危险等级为仓库危险级Ⅱ级。高架仓库内有3种货架形式，均为多层单、多排货架，靠北侧出入口预留长宽为75 m、12.5 m面积约1 000 m²的高大空间为卸货区，卸货区未布置高层货架。
02｜自动传送设备洞口—防火分隔水幕系统
项目首层分为4个防火分区，其中厂房为第1防火分区，高架仓库为第2,3,4防火分区。建筑第二、三、四 层仅防火分区1，其他区域为高架仓库的上空。每个防火分区之间采用耐火极限为4h的防火隔墙或防火卷帘分隔，但分别在防火分区2与3之间，防火分区3与4之间预留自动传送设备洞口。每个洞口尺寸宽2m高2.8m，在高程为1.15、9.00、13.90、18.80m的竖向共设4处。平面如图1所示。
图1 防火分区及分隔水幕位置
依据“喷规”的5.0.14条、6.1.5条和 图集19S910，防火分隔水幕系统可采用水幕喷头或开式洒水喷头。此两种喷头的布置方式不同，采用水幕喷头时喷头不少于3排，采用开式洒水喷头时喷头不少于2排。经比较，采用布置较简单的开式喷头系统。开口处最低喷水强度为2.0L/(s·m),喷头最低工作压力为0.10MPa，系统持续喷水时间不应小于对应的防火墙和防火卷帘的耐火极限即4h。
项目中最不利的情况是防火分区3着火，需要同时启动与防火分区2、 防火分区4分隔的两处水幕，每处的分隔水幕分别存在于四个不同的标高，此种情况应作为系统流量计算的取值。在满足喷头布置间距的要求时每处开口喷头布置如图2所示。喷头连接的管线短，忽略水损，喷头出口压力均按0.10MPa考虑。当采用K80喷头时，每个喷头流量为q=K10P=80（L/min）=1.33（L/s）。而每一段2 m的开口最低喷水强度为2.0L/(s·m)×2 m（宽）=4 L/s，反算每个洞口需要4 /1.33=3.01个K80喷头。如果采用K115的喷头，单个喷头流量为q=K10P=115（L/min）=1.92（L/s）。每一段2 m的开口喷水强度4 L/s，反算每个洞口需要4/1.92=2.1个喷头。经比较选择K115的喷头，既可满足开口处的最低喷水强度要求且有一定富裕余量。
图2 防火水幕布置
根据“喷规”9.1.3条，喷淋系统的设计流量是作用面积内所有喷头总流量之和。计算系统设计流量为：1.92×3×4×2=46（L/s），取整选用50（L/s），一次设计用水量为50×4×3.6=720（m³）。
防火分隔水幕是否需要独立的系统规范中未提及，但参照“喷规”中5.0.15条“当采用防火冷却系统保护防火卷帘、防火玻璃墙等防火分隔设施时，系统应独立设置”。此处的防火分隔水幕是代替防火墙和防火卷帘，比起冷却水幕的作用更重大，设置独立的消防系统更优。本项目配置独立的消防水泵机组1用1备及供水管道，设置两组雨淋阀组分别对应平面上两处洞口。
根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）4.2.4条“系统的启动由对应的防火分区内的两只独立的感温火灾探测器的火灾报警信号作为水幕阀组启动的联动触发信号，并应由消防联动控制器联动控制水幕系统相关的控制阀组的启动”。但本项目仓储高度达31.07 m，感温的火灾探测器是否会存在“延误战机”的情况发生还需深度思考。建议电气设计中补充相关的其他联动触发信号，如手动报警按钮、感烟探测器、或者感温探测器在竖向高度上梯状布置，确保防火分隔水幕系统及时准确的启动。
03｜卸货区—自动扫描消防炮系统
高架仓库靠北侧出入口有面积约1 000 m²的高大空间为卸货区，最大净空高度为31.07 m，普通的湿式系统需要通过闭式喷头上的感温元件动作，喷头爆裂带来管网压力下降从而启动系统，那么喷头的安装高度肯定有限制。“喷规”5.0.2条对高大空间采用湿式系统最大净空高度18m虽然出现在民用建筑的影剧院、音乐厅、会展中心场所，但18m可以理解为目前湿式喷水灭火系统能及时感应的最大极限值。
参照《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》（GB 51427-2021），自动跟踪定位射流灭火系统有3种形式：喷射型自动射流灭火系统、喷洒型自动射流灭火系统和自动消防炮。其中自动消防炮具有喷水流量最大，安装高度最高，更适合火灾危险性大的场所如工业仓储的特点，但不能用于货架区域（不能有明显遮挡）。用于扑灭工业建筑内的火灾时，单炮流量不小于30L/s，系统计算流量时按同时开启两台确定。最大安装高度35 m，水炮处额定工作压力为1.0MPa，最大保护半径50 m，定位时间小于60s。布置如图3所示。
图3 自动消防炮布置
范围内设两处自动消防炮即可满足覆盖要求。系统的设计流量为60 L/s，系统扬程经计算为1.60MPa。根据4.5.2条、4.4.1条，该系统应设置独立的消防水泵和供水管道，每台消防炮之前的供水管道应成环。环状管网平时均应充满水以减少灭火时管道的充水时间。系统具有自动控制、消防控制室远程手动控制和现场手动控制的功能。因其与高架仓库同为一个防火分区，火灾时同时启动，消防设计水量与自动喷水灭火设计水量分别计算，叠加成为项目的总用水量。
当仓储内布置的单、多排货架之间的通道和操作空间太大时，屋顶的喷头同样会无法及时感应热量而无法启动或延缓启动，普通喷水灭火系统即失去作用。对于这种情况，也应考虑使用该系统。但货架间隔为多少米才是需要考虑配置自动消防炮系统的临界值，现行规范没有明确规定，建议通过计算机的火灾模拟软件和实体燃烧模拟试验进一步研究，在下一次改编“喷规”时完善为佳。
04｜高架仓库货架区域—喷水灭火系统
高架仓库毗邻4层厂房，通过自动化输送设备送至各层作业厂房和不同的货架分区。按“喷规”表5.0.5和表5.0.6，该立体仓库的净高和货架的储物高度均大于早期抑制快速响应喷头和仓库型特殊应用喷头设置场所规定的净高和货架高度，只能按照“喷规”5.0.4条和5.0.8条的规定布置顶板下的直立型喷头和立体库内设置货架喷头。
4.1 顶板下的喷水灭火系统
高架仓库喷水灭火系统火灾危险等级为仓库危险级Ⅱ级。内有3种货架形式，均为多层单、多排货架，按“喷规”表5.0.4-2的注：高架仓库顶板下的设计喷水强度为20L/（min·m²），作用面积200m²，持续喷水时间2 h。
依据喷水强度，需选用K161的喷头，当最不利喷头工作压力为0.10MPa时，单个喷头流量为q=K10P=161（L/min）。4个喷头围合正方形的面积为S=161/20=8.05（m²），那么正方形的边长为L=8.05=2.84 m。所以顶板下喷头正方形布置时其间距不应大于2.84 m，喷头距离端墙的距离最大不大于1.42 m，这样才能保证任意作用面积内的平均喷水强度不低于20L/（min·m²），满足“喷规”9.1.5条。屋顶布置喷头后通过软件计算最不利的作用面积内的顶板下喷头27个，总设计流量为90L/s。一次设计用水量为90×2×3.6=648（m³）。
4.2 货架内的喷水系统
项目中的高架仓库内货架存在3种形式及其组合，设计时还需要依据不同的货架形式来布置竖向喷头。参照“喷规”5.0.8条，仓库危险级Ⅱ级场所的立体货架内置喷头自地面起每3m需设置一层货架内置洒水喷头，且最高层货架内置洒水喷头与储物顶部的距离不应超过3 m。喷头可采用流量系数K80或K115，其要求的最低工作压力不同。为减少消防用水量，本例选用了K80喷头，工作压力不小于0.20MPa。货架及喷头布置如图4所示。
图4 货架及喷头布置立面
（1）货架A。总高度28.5 m，每层高度1.95 m，共14层，每层空间放置一层物品。单排货架宽1.25 m，货架间距1.65 m。依据货架形式需设置14层喷头，每层的间隔板均应采用木质货架或封闭层板，每层喷头竖向间隔1.95m。
（2）货架B。总高度28.07 m，每层高度2.25 m，共12层，每层空间放置竖向1层横向2排物品。单排货架宽2.53 m，货架间距1.65 m。依据货架形式，设置12层喷头，同上，每层的间隔板应采用木质货架或封闭层板，每层喷头竖向间隔2.25m，且喷头设置在2排货物间隙时需要加装挡水板集热。
（3）货架C。总高度27.3 m，每层高度2.4 m，共11层，每层空间可叠放5层箱装。单排货架宽1.44 m，货架间距1.0 m。依据货架形式，设置11层喷头，即每5层箱装设置1层喷头。在布置喷头的该层货架，需增加安装高度0.2m。该层顶板需采用木质货架或封闭层板集热，而其他层的隔板需采用通透面积不小于层板总面积50%的钢制层板。
为了更好的收集火源热量，货架内的喷头交错布置，货架和顶板下的喷头交错布置。货架内的喷头平面上的间距不大于3m，不小于2m，且与其下部储物顶面的垂直距离不小于150mm避免损坏。当货架内的喷头超2层时，开放数量为14只。通过软件计算最顶2层每层开放7个喷头，货架内喷头设计流量为35L/s，一次设计用水量为35×2×3.6=252（m³）。
05｜消防系统设计用水量
除此之外建筑还设置了室外消火栓系统、室内消火栓系统、灭火器和局部气体灭火系统。依据规范，建筑的全方位布置室内消火栓系统及灭火器系统，并沿消防车道、满足一定间距布置室外消火栓系统，首层电气用房配置七氟丙烷气体灭火系统。这些系统无特殊性，此处不再累述。
按《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014，2018 年版）和《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014，以下简称“消规”），本项目的市政水源可满足消防连续供水的水量和水压要求，可作为室外消防水源。室外消防用水由市政自来水直供。室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、分隔水幕系统、自动消防炮灭火系统均由消防水池经水泵加压供给，在厂房负1层设消防水池及水泵房。
表1 消防用水量
根据“消规”3.6.1条，消防给水一起火灾用水量应按需要同时作用的室内外消防给水用水量之和计算。当仓库的防火分区3发生火灾时，表1中的1至6项均需启动，此时所需的消防用水量为最大。除室外消防市政直供之外，其他的需储存即消防水池容积V总=378+648+252+720+216=2 214（m³）。
06｜延伸思考
通过分析工业厂房+高架仓库中多种自动消防系统选择的实际案例，延伸思考如下：
（1）大空间消防系统中如水幕系统、自动消防炮系统均需要由火灾自动报警系统联动控制，如何才能及时并准确的提供启动信号也是系统完美落实的关键。
（2）对防火分隔水幕系统，“喷规”目前给出参数的要求是喷水点高度需≤12 m。但随着技术发展，高架仓库中＞12 m的设备洞口该如何设置，如何取用参数需进一步明确。
（3）单、多排货架之间的走道和操作空间太大时，顶板下的闭式喷头系统将不能及时感应和启动系统，需要设置自动消防炮系统。货架的走道多宽时对应何种自动灭火系统需得到相关规范的指导。
（4）喷水强度和选用喷头的流量系数有对应的关系。如《仓储建筑自动喷水灭火系统设计技术要点分析》中提到“如果喷水强度为8~14L/（min·m²）,则应选择K≥115的喷头；如果喷水强度为14L/（min·m²）,则应选择K≥160的喷头”，但在规范中未见明确。希望在下一版“喷规”改编时加以明确，进一步指导设计。
