朱蓓丽 （合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

1 工程概况

安庆市望江县体育中心体育馆总建筑面积96157.57m2，建筑高度28m，负一层为普通地下室，一～三层为体育馆建筑。该建筑在形体上是圆形升起的墙面，与椭圆形屋面相接形成的大体积室内空间。以室内比赛场地为中心，所有建筑设施及功能区环绕布置，并从一层起层层后退以形成环绕赛场的各层平台，中心赛场与三层看台的整个上空形成一个大空间。考虑建筑内部采光，平屋顶正中位置设计了一个椭圆形玻璃穹顶，最高点净空高度达28m（见图1、2）。

2 灭火系统的选择

大空间场所在工程设计中经常遇到，而现行《自动喷水灭火系统设计规范》对大空间场所喷淋系统设置未作出明确规定，本建筑人员密集、可燃物多，火灾危险性大，没有可靠的自动灭火系统显然是不安全的。因此结合工程的设计特点，笔者对在大空间场所可能采用的水消防自动灭火系统进行分析和比较。

①本工程中庭大空间净空高度远超闭式自动喷水灭火系统的有效扑救高度，闭式喷头已无法发挥有效作用，故本工程不能采用闭式自动喷水灭火系统。

②采用雨淋系统。我国现行规范未对设置雨淋系统的场所室内净空高度的上限值和保护面积作出规定，但是采用雨淋系统由于一个防护区保护面积太大，又无法进行防火分隔，存在着设计流量太大、喷头数量太多、管路系统复杂、消防水池储水量大、不利于节省建筑空间和建筑美观、不便于施工安装等缺点。

③采用大空间智能型主动喷水灭火系统。该系统非常适合空间高度高、容积大、难以设置闭式自动喷水灭火系统的场所，在工程实践中已被证明是大空间场所行之有效的自动灭火设施。但大空间智能型主动喷水系统包含的三种智能型灭火装置设置的最大净空高度均不能适用于本工程体育馆中心大空间28m的净空高度，也不能适用于保护半径大于20m的圆形空间，因此从能否全覆盖本工程大跨度形式的大空间的角度来看，该系统也不适用。

图1 望江体育馆

图2 望江体育馆平面图

④采用自动消防炮灭火系统。自动消防炮灭火系统在保留固定消防炮灭火系统基本功能的基础上，实现了在没有人工启动情况下自动完成火灾探测、报警、火源瞄准、喷射灭火剂灭火等一系列灭火动作。自动消防炮灭火系统不仅具有大空间智能型主动喷水灭火系统的优点，而且保护距离更远。该系统适用于净空高度大于8m，保护范围内无柱、墙等实体遮挡的大空间场所；定位时间短，可以在短时间内有效灭火或控制火势蔓延；最远射程可达70m，合理选用和设置完全可以满足中庭大空间区域任何一个消防保护点都有2门消防炮的水流能够同时到达的保护要求，完全可以替代其他形式的自动灭火系统。

图4 比赛场消防水炮平面布置

综合上述分析，本工程看台和中心赛场大空间区域采用自动消防炮灭火系统。

3 自动消防炮给水系统设计

3.1 一般设计

①根据《自动消防炮灭火系统技术规程》（下称《规程》）要求，自动消防炮给水系统采用稳高压消防给水系统。室内体育馆自动消防炮稳高压给水系统原理示意图见图3。

②中心赛场大空间区域共设置4门带雾化装置的PSDZ20W-LA552型自动消防炮，侧装于三层观众席后柱子上，沿三层顶梁底敷设，安装高度大约为14.8m。

③消防炮的喷射流量为20L/s，额定射程50m，额定工作压力0.8 MPa。按《规程》5.3.1条的规定，系统应保证2门消防炮的水流能够同时到达被保护区域的任一部位，故消防炮系统流量为40L/s，火灾延续时间为1h。

④为了保证给水管网供水的可靠性，将比赛场的消防水炮系统布置成环状管网，该水平环网管径DN150，长约380m。每门消防炮给水管均通过沿柱子敷设的给水立管从环状管网接出。消防炮和供水管网具体布置情况见图4。

3.2 水力计算及水泵选型

水力计算中，水头损失为沿程损失与局部损失之和，其中沿程水头损失按hs=iL(i 为沿程比阻，L 为管长)计算，局部水头损失取沿程水头损失的20%或者按当量长度法计算。

管段的沿程比阻按《规程》规定，当采用镀锌钢管时，每米管道的水头损失应按下式计算：

配水管的管道流速应按下式计算：

其中，Q=40L/s，dj=150mm，所以v=2.26m/s。代入（1）式，计算出i=6.44×10-4MPa/m，

所以，最不利点至消防泵出口沿程水头损失：

hs=6.44×10-4×320=0.21MPa

局部水头损失按沿程水头损失的20%来计算：

hj=0.21×0.2=0.042MPa

水泵扬程或者系统入口的供水压力为：

所以，自动消防炮给水系统的供水压力H=1.29MPa，消防炮加压水泵选XBD40-130-HY可满足要求，单台流量40L/s，扬程130m。

3.3 设计射程及射流初速度计算

根据《规程》要求，在设计工作压力下，消防水炮的射程可按下式确定：

式中,Ds——消防水炮设计射程（m）

De——消防水炮在额定工作压力时的射程（m）

Ps——消防水炮的设计工作压力（MPa）

Pe——消防水炮的额定工作压力（MPa）

将Ps=1.29MPa、Pe=0.8MPa、De=50m代入上式计算，得消防水炮设计射程为：

射流初速度是决定消防炮射程的重要参数，它是由工作压力、流量及消防炮座内流道通径确定。假设水从炮座进入，到从炮头射出，压力能完全转化为速度能，根据伯努力方程，可得：

式中：ν1、ν0分别为消防炮座和炮头出口处的流速（m/s）；ρw为水的密度，取1000kg/m3。

炮座处水流速度为：

代入PSDZ20-LA552型消防炮的工作参数Q=20L/s、d=50mm，所以ν1=10m/s。

炮头出口流速：

代入数值，计算得：ν0=41.2m/s。

4 总 结

消防炮系统作为扑救大型火灾的重要工具，已经越来越广泛地应用到各种大空间场所的消防系统中。消防炮的保护半径大，管路布置简单，容易隐藏，且喷出的水柱密度高、穿透力强，能有效地扑灭相当距离的火灾。智能消防炮还可以准确的找到起火点，定点扑救，将火灾抑制在初期阶段，大大提高了灭火效率。目前，许多厂家都致力于提高消防炮性能的研究，大射程，定位精度高的智能消防炮有着广阔的市场前景。

[1] GB50084-2001,自动喷水灭火系统设计规范[S].北京：中国计划出版社,2005.

[2] CECS 263：2009，大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程[S].北京：中国计划出版社,2009.

[3] CECS 245：2008,自动消防炮灭火系统技术规程[S].北京：中国计划出版社,2008.

[4] 吴健斌.大空间水消防技术在上海东方体育中心综合馆的应用[J].给排水,2011(6).