数控消防水炮系统在大庆机场航站楼中的应用

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摘要: 大庆机场航站楼的结构形式为钢筋混凝土框架——对称斜放钢拱结构，建筑中部大厅为拱形钢结构屋面的大空间。此类大空间建筑自动消防系统的设置，是自动消防技术的难点。论文就大庆机场航站楼数控消防水炮系统的设计过程作了简单介绍。

关键词: 航站楼；拱形钢结构屋面；大空间；数控消防水炮；探测报警

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

概况

大庆萨尔图机场位于大庆市萨尔图区春雷牧场东北。新建航站楼设计目标年为2020年，旅客年吞吐量为147万人次，航站楼建筑面积13987.27平方米，建筑平面采用矩形主楼，前列式平行指廊的布置方式。建筑主体长度为123.0米，指廊长度为181.9米，航站楼进深为64.9米。结构形式为钢筋混凝土框架——对称斜放钢拱结构（见图1）。建筑中部大厅屋面为拱形钢结构，其屋面钢拱上缘最高点标高为25.70米（见图2、3）。建筑风格既体现现代空港建筑的特殊性格，富有时代气息，又体现了大庆城市的特色形象与风貌，但这一建筑形式给消防设计带来了一定的技术难点。本文主要就该系统设计过程作一简单介绍和分析。

灭火系统的选择

本建筑为多层民用建筑，建筑平均檐口高度低于24米，按《建筑设计防火规范》进行消防设计，设计耐火等级二级。在设计过程中，航站楼室外消火栓系统、室内消火栓系统、自动喷洒灭火系统、防火卷帘水幕保护系统均能满足相关规范要求。但由于中部大厅屋面设计为拱形钢结构，造成中部大厅空间大，净空高的特点。根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001，2005年版）：当非仓库类高大净空场所室内净空高度超过12m，且必须迅速扑救初期火灾的场所应采用雨淋系统。但在本工程中，设计人员考虑两个方面的因素，认为不宜采用雨淋系统。

首先，雨淋系统是一种开式自动灭火系统，发生火灾雨淋阀开启后，被保护区域内所有喷头一起喷水，对于大空间建筑，系统用水量必然很大，且雨淋系统管道多、管径大，水头损失也较大，在系统设计上存在一定困难。其次，雨淋喷头及雨淋管道的安装不仅影响拱形钢结构屋面的美观，同时配合结构施工也存在一定的难度。

在这种情况下，设计人员进行了一番调研，比较了多种大空间灭火系统，发现中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和热安全工程技术研究中心研制的，采用“双波段图像型火灾探测技术”和“光截面图像感烟火灾探测技术”的“LA100型大空间火灾安全监控系统”，通过与数控固定式消防水炮联用，能够实现大空间内火灾自动报警与联动灭火的统一，是解决本工程中部大厅大空间自动灭火的较好方案。

数控消防水炮工作原理

数控消防水炮灭火系统包括探测报警及消防水炮两大板块。本工程采用光截面火灾探测器及双波段火灾探测器，火灾探测器按照预先设定的程序进行空间扫描探测。通常为了设计上的灵活性, 探测器与数控消防水炮采用分体安装。见图4。

双波段火灾探测器通常作扫描式探测，而水炮固定位置不动；当着火点在双波段火灾探测器视场内时，定位问题可以直接简化如图5所示。先计算出着火点与图像光轴夹角，然后找出图像光轴的坐标夹角，两夹角相加减可得到着火点与基准点坐标。驱动水炮至相对应位置处进行喷水灭火。

对大空间场所，这种方式探测距离远、保护面积大(保护面积如图6所示, 部分区域重叠)、响应时间快、灭火效率高，同时对非火灾所造成的损失可减至最小。

同时，水炮可以根据不同的控制距离和不同的灭火环境, 调节水柱直径, 达到最佳灭火效果。

综上所述，数控消防水炮灭火系统主要特点是在火灾自动报警并进行着火点空间定位(火源坐标)后，在无人值守的情况下，系统自动控制数控固定式消防水炮对着火点进行灭火，从而使火灾及扑救过程造成的损失减小到最低。 (1)火灾报警后，系统主机确定着火点坐标位置，自动遥控消防炮及灭火系统，消防炮对准着火点，开启消防水泵及电动蝶阀定点喷水灭火。前端水流指示器反馈信号及水泵房压力继电器的开启信号均在控制室操作台上显示。主机结束警报后，自动(手动)关闭消防水泵及消防电动蝶阀。 (2)数控消防炮也可由值班人员手动操作现场灭火，适用于两种情况：一是值班人员发现着火点，在控制室通过消防炮控制盘操作数控消防炮对准着火点，通过面板按钮直接启动水泵及消防电动蝶阀喷水灭火；二是现场人员发现着火点，按下手动按钮，控制室接到报警信号后，由值班人员操作数控消防炮对准着火点，启动水泵和消防电动蝶阀喷水灭火。

系统的设计

3.1.1 系统原理及平面布置

目前数控消防水炮系统没有设计规范，所以设计参照了《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB50338—2003），根据此规范，水炮灭火系统设计水量不小于40L/s，并能确保两股水炮出水的充实水柱到达保护区域的任何一点。根据本工程建筑空间结构形式，采用10门20L/s，射程为50m的数控消防水炮，以射程为服务半径，使一层离到港大厅和二层拱形钢结构屋面覆盖的候机厅部分的任意一点同时有两股充实水柱到达。见图7。

从水炮的特征及安全方面考虑，离到港大厅大空间设置4门水炮，对称安装于一层屋面上（4.80m标高），二层3号候机厅及部分2号候机厅设置6门水炮，对称安装于柱子或女儿墙上。见图8。

3.1.2 选泵及消防储水计算

单炮额定流量20L/s，发生火灾时两门炮同时喷水，系统设计流量为40L/s，根据产品参数，水炮额定压力0.8MPa。选用XBD11.6/40-150DX消防泵2台，一用一备，Q=40L/s，H=116.0m，N=75.0Kw。水泵设于独立的水泵房内，水炮泵组有两路DN150出水管分别接至航站楼内，利用市政给水压力稳压。系统在室外共设置4个DN100消防水泵接合器，供消防车载水泵向系统补水灭火。

依据规范，水炮系统火宅延续时间1小时，消防用水量：Q=40L/s×1小时×3600×10-3=144m3，加上室内消火栓系统，自动喷洒系统及防火卷帘水幕保护系统，总消防用水量为350m3，在水泵房内设置350m3消防水池，自泵房引出两条DN150水炮管道，接至航站楼内。

3.1.3 自动报警及消防联动控制

本工程火灾自动报警系统采用集中报警形式，由火灾报警控制器、消防联动控制柜、区域显示器和火灾探测器等组成。在首层消防控制室内设置火灾报警控制器及消防联动控制柜，另在本楼内按功能区域及防火分区设置若干台区域显示器。用于实现本建筑物火灾自动报警及其消防设备的联动控制。

探测器报警确认后，经主机控制起动消防水炮泵，同时控制消防水炮喷射，并在消防控制室显示泵及水炮的工作、故障状态，另在消防控制室及现场可手动直接起停消防水炮泵。从而达到自动、手动、现场应急控制三种状态，手动和现场应急控制具有优先权。

结语

数控消防水炮作为一种高新技术产品，它的研发为大空间建筑自动消防系统解决了设计难点，作出了巨大的贡献。与传统的自动灭火系统相比, 它具有流量大、射程远、定位准确等优点, 但同时作为目前消防行业的新产品, 由于没有明确的规范作为设计依据，加上其造价较高, 目前较难为中小型用户接受, 实际用户较少，因此也需要在实践中不断交流和总结经验, 以利进一步改进。

参考文献:

【1】 中华人民共和国建设部，《建筑设计防火规范》GB50016-2006；

【2】 中华人民共和国建设部，《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）；

【3】 中华人民共和国建设部，《固定消防炮灭火系统设计规范》GB50338-2003；

【4】 中国安全科学学报，2001年4月，刘申友等.《定点灭火智能消防水炮》；

【5】 给水排水，2004 Vol.30 No.4，刘建华等.《大空间建筑消防设施设计探讨》。