机场航站楼改扩建工程水消防系统设计

本次设计南京禄口机场T1航站楼改造后总建筑面积为161 244 m²（其中地上131 880 m²，地下29 364 m²）。T1航站楼主楼面宽145～215 m，进深138 m，指廊长300 m，宽度40.2 m，建筑高度不大于24 m，为多层建筑。本建筑自上至下共设有6个楼层，分别为办公层、出发夹层、出发层、到达夹层，站坪层，地下机房及综合管廊层。航站楼采用“两层半式”旅客流程，出发到达旅客上下分层，出发层在上，到达层在下。建筑效果见图1。

 

 

根据航站楼建筑平面及工艺要求，本次设计涉及的水消防系统包括：消火栓系统、自动喷水灭火系统（包括湿式系统及预作用系统）、自动消防炮灭火系统、防护冷却系统、高压细水雾灭火系统、气体灭火系统及灭火器系统。

 

2.1 消火栓系统

2.1.1 室内消火栓系统

本航站楼内出发层净空高度均超过8 m，室内消火栓系统设计时栓口动压均按0.35 MPa设计。经计算，在栓口动压为0.35 MPa，水龙带长度25 m的工况下，水枪充实水柱为18.5 m，喷水量为6.97 L/s。根据《民用机场航站楼设计防火规范》(GB 51236-2017)，火灾工况时，建筑内同时开启的消火栓数量按6个计，设计流量不小于30 L/s。本设计中室内消火栓设计流量取42 L/s。

 

室内消火栓系统由消防泵房内消防水池与消火栓加压泵组供水。室内消火栓系统给水管网成多环布置，在航站楼主楼及指廊各层面均设置消火栓箱，保证2 股充实水柱到达室内任何一点。

 

2.1.2 室外消火栓系统

本航站楼室外消防用水量为40 L/s。本建筑位于航站区6个室外消火栓及飞行区12个机坪消火栓（均为现有）保护范围内。室外消防用水由现有航站区及飞行区供水管网提供。

 

2.2 自动喷水灭火系统

根据《民用机场航站楼设计防火规范》及《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084-2017)，航站楼内净空高度不大于18.0 m的区域均应采用自动喷水灭火系统保护。结合本建筑情况，除主楼老楼7.9 m迎送大厅外，其余区域均设置自动喷水灭火系统保护。其中，行李处理机房按照预作用系统设计，需设置自动喷水灭火系统的其他区域采用湿式系统。

 

2.2.1 湿式系统

本航站楼建筑屋面为曲面波浪形式，最大净空高度出现在出发层候机区，净空高度12 m<h<18 m，该区域设计喷水强度取15 L/(min·m²)，作用面积取160 m²，设计喷水流量为52 L/s；航站楼内商场按中危险级Ⅱ级设计，喷水强度取8 L/(min·m²)，作用面积取160 m²，设计喷水流量为27.8 L/s；其他区域按中危险级Ⅰ级设计，喷水强度取6 L/(min·m²)，作用面积取160 m²，计算喷水流量为20.8 L/s。

 

2.2.2 预作用系统

根据《民用机场航站楼设计防火规范》，行李处理机房按中危Ⅱ级火灾危险场所设计，喷水强度取8 L/(min·m²)，作用面积取208 m²，设计流量36.0 L/s。

 

综上，自动喷水灭火系统设计流量取52 L/s，火灾延续时间1 h。最不利喷头喷水压力按0.10 MPa设计。自动喷水灭火系统由消防泵房内消防水池与自动喷水灭火系统加压泵组供水。报警阀组按防火分区分隔分区布置。净空高度大于12 m区域喷头均选用K161特殊应用喷头，其余区域均选用K80快速响应喷头，以利于早期控火。所有喷头不选用隐蔽型喷头。

 

2.3 自动消防炮灭火系统

主楼7.9 m迎送大厅贯通至钢结构屋面，该区域净空高度为13.4～17.0 m。该区域按自动消防炮灭火系统设计。自动消防炮灭火系统设计流量取40 L/s。单套自动消防炮设计流量为20 L/s，保护距离为50 m。自动消防炮的布置可保证消防炮的射流不受上部建筑构件的影响，并能使2门水炮的水射流同时到达被保护区域的任一部位。根据建筑平面，共设置自动消防炮22 套。

 

自动消防炮系统由消防泵房内消防水池与消防炮加压泵组供水。系统为临时高压系统，稳压设备设于消防泵房内，确保准工作状态下管网压力不小于1.05 MPa。

 

2.4 防护冷却系统

根据《民用机场航站楼设计防火规范》及《南京禄口机场T1航站楼消防设计专家评审会会议纪要》要求，本工程行李处理机房应划分为独立的防火分区，与行李提取大厅交界处的行李转盘上方需设特级防火卷帘。防火分隔见图2。

 

此处建筑专业选用的GFJ钢防火卷帘无法满足现行国家标准《门和卷帘的耐火试验方法》（GB/T 7633）有关耐火隔热性的要求，需增设防护冷却系统保护。本次设计的防护冷却系统喷水量为5 L/s，设计喷水强度为1.5 L/(s·m)，设计火灾延续时间与防火卷帘耐火极限一致，取3 h。防护冷却系统由消防泵房内消防水池与防护冷却系统加压泵组供水。系统稳压由高位消防水箱重力稳压，确保最不利喷头在准工作状态下静水压力不小于0.15 MPa。自动喷水防护冷却系统采用边墙型洒水喷头。

 

2.5 高压细水雾灭火系统

根据《民用机场航站楼设计防火规范》、《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838-2012)及《电力工程电缆设计规范》(GB 50217-2007)，本工程综合管廊内电气仓采用高压细水雾作为自动灭火措施。

 

本次设计采用泵组式分区应用高压细水雾灭火系统，系统为开式。根据管廊内喷头实际布置，系统设计喷水量为399 L/min，设计喷雾强度为1.34 L/(min·m²)。高压细水雾系统1次火灾用水量为11.97 m³。

 

高压细水雾灭火系统由专用消防泵房内专用不锈钢拼装水箱与高压细水雾泵组供水。不锈钢拼装水箱设1 座，有效容积15 m³。专用不锈钢拼装水箱由市政给水管引入补水。

 

2.6 气体灭火系统

本次设计中，变电站、高低压变电站、10 kV配电室、UPS间、DCR间、行李系统中央控制室、运营商主机房及PCR主机房等共17 个房间均采用IG541气体灭火系统作为自动灭火措施。气体灭火系统采用组合分配系统，每个系统防护分区不超过8 个。IG541气体灭火系统最小设计灭火浓度为37.5%。

 

2.7 灭火器系统

航站楼按严重危险级设置，变、配电间为E类火灾，其余均为A类火灾，在航站楼内配置手提式磷酸铵盐干粉灭火器MF/ABC5。电气及弱电房间内增设二氧化碳灭火器MT7，确保消防安全。

 

2.8 消防水池及高位消防水箱

2.8.1 消防水池

综上所述，本航站楼内设计的消防系统及消防用水量见表1。

 

其中，室外消火栓系统由现有航站区及飞行区供水管网供水，高压细水雾灭火系统由专用水箱供水，其余各系统均由消防水池供水。消防水池容积计算时取一次火灾工况下可能开启的各消防系统的用水量总和的最大值。结合本航站楼实际情况，最大消防用水量工况出现在位于790 m迎送大厅的值机岛发生火灾的情况下，此时同时开启的消防系统包括室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、自动消防炮灭火系统、防护冷却系统。该工况下，自动喷水灭火系统按中危Ⅰ级设计，故自动喷水灭火系统用水量应为20.8×3.6×1=74.88（m³），因此消防水池容积不应小于453.6+74.88+144.0+54.0=726.48（m³）。本次设计消防水池有效容积为730 m³。

 

2.8.2 高位消防水箱

本航站楼建筑定性为多层建筑。按照《消防给水及消火栓系统技术规范》，高位消防水箱有效容积不应小于18 m³。考虑到本航站楼内商业业态较多，且后期南指廊扩建后商业面积有进一步增加的可能性，本次设计高位消防水箱容积按总建筑面积大于30 000 m²的商店确定，取50 m³。高位消防水箱设于主楼土建屋面上，其最低水位高于本建筑内所有消防设施。

 

3.1 预作用自动喷水灭火系统的应用

由于工艺专业对行李处理机房行李输送的要求，行李处理机房设多个直通室外的出口。设计时，为防止冬天0 ℃以下低温天气将靠近出口附近的喷淋管道冻坏造成漏水，破坏行李机房的机械、电气设备而影响机场行李系统的正常运行，本次航站楼设计中行李处理机房按预作用自动喷水灭火系统设计。

 

本次设计行李处理机房面积较大，为满足“系统充水时间不宜大于1 min”的要求，设计将行李处理机房分为4个独立系统，确保各系统报警阀后管网容积均不大于2 560 L。设计时，行李机房按中危Ⅱ级火灾危险场所设计，除房间顶板下按要求设计喷头外，宽度超过1.2 m的部分夹层下方亦应按照规范要求补设喷头。

 

3.2 自动消防炮灭火系统的应用

按照规范，该区域净空高度不足18 m应设置自动喷水灭火系统。但考虑到本工程的特殊性，主楼7.9 m迎送大厅区域为改建范围，原设计结构预留荷载有限，难以承受含自动喷水灭火系统管道的自重。结合自动喷水灭火系统启动或关闭过程中可能产生的水锤等瞬时荷载考虑，结构专业不建议该区域内布置自动喷水灭火系统而影响其安全性。综合以上因素考虑，经消防性能化分析，根据《南京禄口国际机场T1航站楼改扩建工程航站区项目消防难点分析报告》，该区域最终按自动消防炮灭火系统设计。

 

设计时，为确保系统的可靠程度，设置自动消防炮的公共区域除水炮自带探测器外，另增设红外光束火灾探测器，与之联动。

 

3.3 防护冷却系统的应用与计算

考虑到行李转盘的工艺要求，现有的同时满足现行国家标准《门和卷帘的耐火试验方法》(GB/T 7633)有关耐火完整性及耐火隔热性的双轨无机纤维复合特级防火卷帘安装厚度过大，无法安装于行李处理机房与行李提取大厅交界处。此处设计的GFJ钢防火卷帘仅能满足耐火完整性的要求，故上方设防护冷却系统保护。

 

根据行李传送工艺要求，行李转盘处实际开洞净尺寸为1.5 m，设计在需要冷却保护的钢防火卷帘两侧分别布置边墙型洒水喷头2 个，如图3所示。

 

结合室内设计，本工程中实际安装的边墙型喷头安装高度小于4 m，按照规范要求，本系统喷水强度不应小于0.5 L/(s·m)。行李处理机房按中危Ⅱ级火灾危险场所设计，其最不利区域作用面积为208 m²，防护冷却系统计算长度不小于作用面积平方根的1.2倍，取17.3 m。根据实际的喷头布置，在该计算长度内，需要同时保护的洞口共2 处（长度共3.0 m），开启的水幕喷头共4 个。最不利喷头设计工作压力为0.05 MPa，单个喷头喷水流量不小于56.6 L/min，消防工况下实际喷水流量为1.2×4×56.6=271.5 (L/min)，实际喷水强度为（271.5/60）L/s÷3 m=1.5 L/(s·m)。

 

3.4 高压细水雾灭火系统的应用与计算

综合管廊电气仓位于地下1层，根据使用功能分隔成4个相邻房间，相互独立设置。

 

本次设计高压细水雾采用泵组式分区应用系统。分区应用系统是保护防护区内某预定区域或对象的高压细水雾灭火系统，可用于某些空间体积较大而只需对防护区内预定区域或空间进行全保护的空间。设计时，根据管廊电气仓布置，将需保护的电气仓划分为3个防护区。考虑到各防护区体积均大于3 000 m³，设计时又将各防护区划分成2～3个独立保护分区，确保各防护分区的容积小于3 000 m³。

 

各防护区内喷头搭接布置，搭接长度不小于3 m，搭接区域内喷头间距按1.5 m布置。以防护区A为例（见图4），搭接区域左侧（含搭接区域）为防护分区A-1，搭接区域右侧（含搭接区域）为防护分区A-2。该布置方式可有效提升搭接区域发生火灾时的系统灭火效率，避免相邻防护分区交界处发生火灾时由于火灾位置位于保护区边缘导致火灾向相邻方向蔓延的问题。火灾工况时，系统作用面积按照1个防护分区确定。

 

本次设计系统最小喷雾强度为1 L/（min·m²），喷水最大作用面积为298 m²（即最大防护分区面积），持续喷雾时间30 min。搭接区域外喷头间距按3.0 m布置，最不利点喷头工作压力为10 MPa，喷头设计流量q=1.0×（10×10）1/2=10 （L/min）。根据实际喷头布置，最大防护分区内火灾工况时同时动作喷头数为38 个，系统设计喷水量为1.05×38×10=399 （L/min），设计喷雾强度为399 L/min÷298 m²=1.34 （L/min·m²）。

 

在准工作状态下，分区控制阀前系统管网维持压力1.2 MPa。发生火灾后，由火灾报警系统联动开启对应的区域控制阀和主泵（或手动开启对应的区域控制阀），喷放细水雾灭火，系统的响应时间不应大于30 s。经人员确认火灾扑灭后，手动关闭主泵和区域控制阀，火灾报警系统复位，管网恢复、系统复位。系统共具备3种控制方式：自动控制、手动控制和应急操作。

 

3.5 气体灭火系统的适用范围

根据《民用机场航站楼设计防火规范》规定：“高低压配电间、变配电间、通信机房、电子计算机机房、UPS间和重要档案资料库房应设置自动灭火系统，并宜采用气体灭火系统或细水雾灭火系统”。本次设计难度在于对条款中“变配电间”的范畴认定，常规意义上的楼层配电室是否属于条款所述“变配电间”范畴。经与工艺专业讨论，工艺专业认定，本工程中楼层配电室火灾危险性较小，发生火灾后不会立即对生产、生活产生严重影响，故该类房间可不设置气体灭火设施。笔者认为，“变配电间”的认定范畴应同时与建筑定性有关，当建筑定性为高层建筑时，楼层配电室的火灾危险性明显加大，应当设置气体灭火系统作为主动灭火设施。

 

结合航站楼平面面积大，需要保护的机房多、分布零散的特点，本次设计的气体灭火系统采用分区布置的组合分配式系统。将相近横向区域（或纵向区域）的防护区纳入到1 套系统，每套系统保护的防护区不超过8 个，各系统分别配置1 个钢瓶间，钢瓶间距离最远防护区的竖向距离不超过15 m，横向距离120 m。本次设计中，根据建筑平面布置共设计6 个组合分配式系统，系统工作压力为15 MPa。系统同时具有自动操作、电气手动操作和机械应急操作3种启动方式。