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TVCC消防给水系统设计特点介

发布者:张留霞 分类:消防 1.项目概况
TVCC位于中央电视台新台址工程地块的西北部，包含五星级酒店、1500座剧场和展览设施，建成后建筑最高标高159.0m，建筑标准层高4.0m，为超高层一类综合建筑。该建筑左侧裙房部分为剧场及其附属建筑：如录音棚、音控室、贵宾休息厅等组成，右侧五星级宾馆从五层开始，五层及以下部分为宾馆的功能用房：如展览厅、多功能厅、信号传送机房、会议室等；该大楼最大的建筑特点是由多个功能箱分享建筑外皮下空间。其外形特征如图1所示。

图1 TVCC建筑外形
2.消防性能化分析报告简述
TVCC大楼的结构和使用功能有一定的特殊性和新颖性，这导致其消防设计的规定并未被现行的消防规范所包括，或者说遵循现行规范所产生的安全度并不能与建筑的特点和火灾危险性相适应。鉴于此，设计中按照国际标准，引进国际先进设计理念和方法，采用了消防性能化分析方法，重点对酒店中庭和剧场进行了性能化防火分析，从而得出适合本工程的优化防火设计方案。下面就性能分析报告中有关本专业的几个问题进行阐述。
2.1 酒店中庭的消防设施
TVCC酒店中庭面积有1000多平方米，高近96米，贯通F5~F26d，是一个非常大的空间。高大空间发生火灾时，初期火灾烟气容易层化并水平蔓延，随着火灾的发展，烟气能通过“烟囱效应”快速垂直蔓延到顶并水平蔓延和积聚。而TVCC酒店中庭与F6～F26d层的客房走廊之间又相互连通（见图2），发生火灾时，中庭内的烟气可能向酒店走廊蔓延，会对人员疏散造成威胁；同时，酒店走廊的烟气也可能向中庭蔓延，从而使中庭成为烟气向其他区域蔓延的通道。通过以上分析可以看出，烟气控制是TVCC酒店中庭消防设计的焦点。

图2 TVCC酒店中庭
另外，由于TVCC酒店中庭空间太高、环境温度很低，当火灾规模比较小时，烟气会很快被冷却失去浮力而在顶层与底层间层化。这样，传统的温感、烟感探测器就不能探测到初期火灾，这对火灾的扑救和人员的安全疏散都是不利的。同理，考虑到喷头安装高度太高，热敏元件将达不到预期效果，喷头响应时间滞后，失去了早期灭火的意义。
性能分析报告中根据以上对TVCC酒店中庭消防特点的分析，提出以下消防设施：
①沿中庭边沿设挡烟垂壁进行防烟分隔，设置排烟风机等烟气控制措施。
②为有效探测火灾，酒店中庭内设置红外光束感烟探测器：在F8~F9之间设置下部感烟探测器，F26层地面以上10～15米高度设置上部感烟探测器，设置在F6层走廊外侧的消防水炮系统也包含火灾自动探测及控制系统。这样，整个中庭的高、中、低三个区域均能探测到火灾。
③中庭部分（F6走廊外侧）设置固定数控消防水炮灭火系统，对初期火灾进行扑救，解决了大空间普通闭式灭火系统无法有效扑灭火灾的问题；在F6~F26层走廊设自动喷水灭火系统，以扑灭走廊初期火灾。
本工程中，为满足酒店使用功能需要，消防水炮只有在自动消防水炮系统的视频火灾探测系统和中庭下部红外光束感烟探测器都响应火灾时才能启动，定点灭火，以防止水炮误动作带来的水渍污染和非灭火损失。另外，在水炮射程受到障碍的部位（如F5中庭部分有单独围合空间作为酒店酒吧使用），设置常规的闭式自动喷水灭火系统进行弥补。
2.2 剧场的消防设施
TVCC剧场由一层入口大厅、一层观众区、一层舞台（包括侧台、后舞台和主舞台）和观众区域组成，面积分别为1165m2，330m2，1347m2，952m2。剧场各个部分都是互相连通的：如舞台与观众区的连通、一层观众区与上层观众区的连通、一层入口大厅与其上的观众区通过敞开疏散楼梯的连通。按照《高层民用建筑设计防火规范》，剧场整体应为一个防火分区，则面积将超过4000 m2，远远超过规范规定的2000m2防火分区面积。
TVCC剧场也是大空间（见图3），除具有如前所述的大空间火灾特点外，还有自己的火灾特点：一是舞台部分可燃物多，火灾载荷大，即使舞台幕布按照规范采用阻燃处理，仍然有很多易燃物品；二是点火源多，除舞台表演可能带来的火源外，马道上方的大功率聚光灯及其他发热设备等都可能导致火灾发生；三是剧场是一个人员聚集场所，观众席座椅近1500个，火灾时人员的安全疏散是其消防的一个要点；四是由于功能的需要，TVCC防火分区面积远远超过规范的要求，使得舞台火灾容易向其他区域蔓延。

图3 TVCC剧场
由于TVCC剧场的特点，因此及时探测早期火灾并扑灭和将舞台进行防火分隔意义重大。
性能分析报告中将剧场分为舞台、观众区和剧场大厅三个防火分区，分别设置了以下消防设施：
①沿主舞台设置耐火极限不低于3h的防火幕，防止火灾蔓延出主舞台；舞台上空设置雨淋灭火系统，火灾探测采用主动抽气式感烟探测系统，这种系统通过布置在保护区域内的吸气管网主动吸取空气进入报警器以辨识火警。雨淋系统在收到报警信号时短时间内喷出大量的水将火扑灭。演出时关闭探测系统和自动喷水灭火系统之间的系统联动（探测系统不关闭），由人工操作灭火。
具体设计中，将雨淋阀间设置在舞台临近位置，以便能在演出时消防值班人员随时监控舞台状况。鉴于本项目中侧台、后舞台与主舞台之间仅设置防火幕（耐火极限3h），且演出时侧台、后舞台也可以作为舞台使用的特点，在侧台、后舞台顶部也分别设置雨淋系统。
②剧场观众席采用红外光束感烟探测系统，根据《建筑内部装修设计防火规范》，消防性能分析报告中提出：由于观众座椅采用难燃材料，因此观众席的火灾危险性不大。设计中在场内设置手提式灭火器，在观众席顶部设置快速响应喷头用于抑制火的发展。
③剧场大厅采用消火栓和普通闭式自动喷水灭火系统（采用快速响应喷头）保护。
3.TVCC消防设计综述
3.1 消火栓系统
室内消火栓采用临时高压给水系统，采用垂直分区、竖向串联的供水方式（见图4）。大楼内消火栓给水管由CCTV地下三层水泵房接来。系统分高、中、低三个区，即地下二层~五层为低区，由消防总管减压后（由CCTV地下三层水泵房接来，地下二层设置减压阀组减压）供水；六层~十四层为中区，由消防总管直接供水；十五层~二十九层为高区，由设置在十三层的转输水箱及加压泵供水，消火栓系统稳压泵设置在二十九层。中、低区消火栓按钮直接启动低区消防泵（位于CCTV地下三层水泵房），高区消火栓按钮直接启动位于十三层消防泵房内的高区消防水泵，同时联动位于CCTV地下三层的转输水泵启动，向转输水箱供水。
每个子系统中在需减静压处设有减压阀以使管网静压不超过0.8MPa，在需减动压处设有减压孔板保证栓口的动压不超过0.5MPa。


图4 TVCC消火栓系统示意
3.2 自动喷水灭火系统
自动喷淋采用临时高压给水系统，系统采用垂直分区、竖向串联的供水方式。 分高、低两个区：即地下二层~十三层为低区，由喷淋总管直接供水（由CCTV地下三层水泵房接来，地下二层设置减压阀组减压）；十四层~二十九层为高区，由设置在十四层的转输水箱及喷淋加压泵供水，喷淋系统稳压泵设置在二十九层。
根据建筑功能特点，低区部分分开设置湿式报警阀组，地下车库和剧场部分共用报警阀间，酒店低区及五层裙房以下部分共用另一报警阀间，高区报警阀组集中设置在14层设备间内，便于操作、管理。报警阀组前供水管道成环。在每个子系统中，在需要减静压处设有减压阀，以保证配水管压力不大于1.2Mpa。
4. TVCC消防设计特点简述
（1）设计中，应业主要求，消火栓给水系统中所有环网上主要检修阀门都设有状态显示装置。即在消火栓系统中采用用于自动喷淋系统中的信号监控阀，这样整栋楼内涉及有关的所有阀门状态都在消防中心内显示、监测，而不至于有任何误操作现象，并能及时观察到阀门的工作状态是否正常，以确保消防供水。
（2）由于该建筑体量庞大，建筑高度远远超过城市消防车所能扑救的最大高度，火灾发生时，确保消防给水系统供水安全是尽量减少人身伤亡和财产损失的最有效的保证。所以设计时必须充分考虑正常情况与非正常情况时的消防给水系统的使用问题。具体措施为：采用串联给水系统以减小供水系统承受的压力；设置专用消防转输水泵向中间转输水箱供水，以保证消防水源不断；合理设置报警阀，以提高消防给水系统的“安全度”；另外，考虑到该建筑的重要性及特殊性，自动喷水灭火系统基本上均采用快速响应喷头。
（3）为了保证屋顶水箱在检修时系统能正常工作，水箱均分为两格，一格检修清洗时，另一格仍能正常工作。
（4）《高层民用建筑设计防火规范》对超出消防车供水压力范围外的部分没有要求设水泵接合器，但本建筑各分区各系统均设有水泵接合器以保证火灾发生时多一种消防水源的渠道。超高区水泵接合器给水是由消防车供水至中间水箱，再由接力水泵向超高区消防给水系统供水。
（5）《高层民用建筑设计防火规范》并没有要求在消防水泵出口设置流量计，本项目借鉴美国NFPA规范中要求出口设置流量计，以在消防水泵定期试水情况下确保消防水泵出水量。
（6）《固定消防灭火系统设计规范》中对消防水炮前的供水管道上是否设置水流指示器并无明确规定，设计中在每门水炮供水管道上设置了电动阀，阀后设置水流指示器，目的是确保电动阀动作后，可以在消防控制中心通过水流指示器反馈的信号观察到水炮是否动作，起到双保险作用。
5. TVCC消防设计难点探讨
（1）由于TVCC裙房部分由多个“盒子”组成，每个盒子为一个相对功能单元，盒子之间建筑标高不同，结构做法也不同，使得管道在不同盒子之间穿越非常困难。设计中，尽量在每个功能区内设置管径，减少管道在不同盒子之间的穿越机会，对于悬空的盒子，管道不得不在盒子之间穿越的，也预先在剪力墙和梁上预留洞，以满足建筑对空间高度的要求。
（2）由于TVCC功能的特殊性，其室内装修要求严格，使得喷头安装难以采用常规方法进行。如剧场门厅处顶部为成凹凸状建筑幕墙（无吊顶层），喷淋管道只能走在两层幕墙之间，固定在结构桁架上，喷头布置也严格按照凸起之间的间距布置，具体安装时，应配合幕墙安装进行。
（3）剧院舞台组合灵活，主舞台、后舞台、侧舞台顶部高度不同，使得雨淋设计碰到难题。设计时，根据舞台分区分别设置雨淋阀组，管道也相应在不同位置布置。舞台上部管道设计配合舞台工艺设计进行，管道安装避开舞台机械装置进行。
（4）酒店客房部分开间长度超过5米，普通侧墙式喷头无法满足要求，设计采用扩展覆盖水平边墙喷头，根据生产厂商提供的喷头流量特性、洒水分布和喷湿墙面等资料，确定喷头最小工作压力及布置。另外具体设计时根据自喷规范第7.1.3条和第5.0.1条，复核保护面积内喷水强度。下面以TVCC客房最不利区域处进行说明（见图5）：

图5 TVCC酒店客房
客房总面积为44m2，最不利点喷头工作压力为0.17Mpa时，喷头流量 ，根据流量水头损失依次计算客房内其余喷头的流量，计算客房内四只喷头围合范围内的总流量为7.6L/s，设计喷水强度为10.4L/min·m2，满足规范要求。同时也发现，由于最不利点喷头处工作压力选择较高，如果喷淋管径选择不当，管网沿程损失加大，使得最不利点作用面积内喷头同时喷水的总流量会增加，这样会导致系统的设计流量加大，从而喷淋泵选型也也会加大。设计时，通过计算将走廊内喷淋干管管径放大，可以避免此问题。
6. 结语
笔者在此仅简单介绍了TVCC消防设计的特点和设计过程中遇到的一些问题，这些问题，与其他工程有一定的类似性，也有其个别性，在此提出，以供同行讨论，并希望得到相关建议。

参考文献
[1] 《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB 50338-2003）.
[2] 《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）(2005年版).
[3] 《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）(2005年版).
[4] 《电视文化中心酒店中庭烟气控制分析》
[5] 《电视文化中心性能化消防分析》