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　　摘要：通過對(duì)現(xiàn)有超高層建筑常規(guī)消防系統(tǒng)分析，從滅火機(jī)理、適用性方面提出采用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)對(duì)超高層建筑進(jìn)行保護(hù)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)某超高層建筑的改造實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)其細(xì)水霧滅火方案進(jìn)行介紹，得出高壓細(xì)水霧系統(tǒng)是可靠、安全、高效的滅火系統(tǒng)，并根據(jù)EI-MIST的在超高層應(yīng)用的實(shí)際案例，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行介紹，分析高壓細(xì)水霧在超高層建筑應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

　　1、研究背景

　　根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》[1]中的規(guī)定：建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，超高層建筑作為現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)晶成為越來越多的城市展示發(fā)展的手段。雖然超高層建筑具有較強(qiáng)的標(biāo)志性和可識(shí)別性，但一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)的撲救與人員的疏散都十分困難，超高層建筑火災(zāi)主要有以下特點(diǎn)：首先超高層建筑的巨大體型及容積決定了其內(nèi)部所含的可燃物及材料較一般建筑要多許多；其次超高層建筑豎向管井、管道較多，在火災(zāi)時(shí)極易形成煙囪效應(yīng)；同時(shí)超高層建筑用途廣泛、人員繁雜：超高層建筑廣泛的用途使其經(jīng)常成為眾多功能場(chǎng)合集中的場(chǎng)所，如宴會(huì)廳、歌舞廳、酒吧等是火災(zāi)多發(fā)地，同時(shí)這些場(chǎng)所人員密集，火災(zāi)時(shí)更容易導(dǎo)致傷亡。最后，超高層建筑報(bào)警、滅火和給水系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)比較復(fù)雜，普遍存在的問題是聯(lián)動(dòng)不合理，有時(shí)候因不能聯(lián)動(dòng)而造成火災(zāi)損失，并且經(jīng)常因?yàn)橄浪畨翰蛔慊蛴盟坎荒鼙ＷC滅火而使得火災(zāi)不能及時(shí)被撲滅。

　　由于以上因素的存在，超高層建筑的消防設(shè)計(jì)格外引人關(guān)注。在建設(shè)過程中，超高層建筑的消防問題一直是困擾著參建單位的問題之一，為了解決超高層建筑消防系統(tǒng)中存在的各種問題，怎樣利用更高效的滅火系統(tǒng)對(duì)超高層建筑進(jìn)行保護(hù)成了重中之重。

　　2、研究現(xiàn)狀

　　現(xiàn)有的超高層建筑在防滅火設(shè)計(jì)時(shí)一般采用聯(lián)合滅火系統(tǒng)來進(jìn)行保護(hù)。例如廣州某高塔（103層）在設(shè)計(jì)時(shí)就采用了室內(nèi)外消火栓滅火系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、固定泡沫滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等涵蓋了目前建筑內(nèi)采用的絕大部分滅火系統(tǒng)。除了電氣室、發(fā)電機(jī)室等場(chǎng)使用氣體和固定泡沫滅火系統(tǒng)以外，其他場(chǎng)所以水系統(tǒng)主對(duì)高塔進(jìn)行保護(hù)[2]。然而對(duì)于超高層建筑來說，由于其建筑高度較高，除了在地下安裝消防水箱之外，還需在頂層加設(shè)消防水箱以保證建筑中上層發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防用水能及時(shí)傳輸?shù)较拦芫W(wǎng)內(nèi)。

　　從實(shí)際應(yīng)用來看，已有的消防水系統(tǒng)難以完全解決超高層建筑撲滅火問題。首先已有的消防水系統(tǒng)用水量大，供水管網(wǎng)復(fù)雜，不同的水壓分區(qū)需要分別設(shè)置消防水池和減壓閥（上述高塔分別在31層、66層和102層分別設(shè)置了），減壓閥屬于精密設(shè)備，一旦安裝使用不當(dāng)，很容易造成閥門失效；其次為了滿足火災(zāi)滅火需要，高層建筑的消防用水量根據(jù)撲滅火災(zāi)初期或者中期的用水量確定，撲滅大火時(shí)，消防用水量往往顯得不足，根據(jù)一些超高層火災(zāi)撲救實(shí)踐表明，最高用水量甚至能夠達(dá)到120L/s，這對(duì)于消防供水也是一個(gè)很大的難題。

　　面對(duì)超高層建筑消防中存在的問題，國內(nèi)外學(xué)者提出使用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)對(duì)超高層建筑進(jìn)行保護(hù)。許紅利、王喜世、廖光煊從理論方面闡述了細(xì)水霧應(yīng)用于超高層抑爆的有效性[4]；楊琦,叢北華從經(jīng)濟(jì)角度分析了高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在超高層建筑應(yīng)用時(shí)對(duì)比其他系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)[5]。在越來越多的實(shí)際工程中，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)也越來越成為超高層建筑消防首選方案。

　　3、高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)介紹

　　細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是利用消防泵提供壓力，將水用壓力驅(qū)動(dòng)流過專用細(xì)水霧噴頭后形成的細(xì)小霧滴進(jìn)行滅火的一種滅火系統(tǒng)。1996年美國發(fā)布了世界上第一個(gè)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)NFPA750[3]，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了細(xì)水霧霧粒直徑、工作壓力等級(jí)等要求，根據(jù)NFPA750的規(guī)定，細(xì)水霧霧粒根據(jù)直徑分布可以分為三個(gè)等級(jí)，如圖一所示；

　?、窦?jí)細(xì)水霧：Dv0.1=100μm同時(shí)Dv0.9=200μm連線左側(cè)部分的細(xì)水霧。即累計(jì)體積比占水霧總體積的10%的水霧顆粒中，最大霧粒的直徑≤100μm，占水霧總體積的90%的水霧顆粒中，最大霧粒的直徑≤200μm；Ⅱ、Ⅲ級(jí)細(xì)水霧同理。

　　細(xì)水霧霧粒等級(jí)分類

　　而根據(jù)工作壓力，細(xì)水霧又可以分為低壓、中壓以及高壓細(xì)水霧，對(duì)應(yīng)的工作壓力分別為：

　　低壓系統(tǒng)：工作壓力小于17.5bar(1.75MPa)；

　　中壓系統(tǒng)：工作壓力17.5bar(1.75MPa)~34.5bar（3.45MPa）；

　　高壓系統(tǒng)：工作壓力大于34.5bar(3.45MPa)。

　　高壓細(xì)水霧是指霧滴直徑在40~200μm之間、工作壓力在3.45MPa以上的的細(xì)水霧。相對(duì)比其他滅火系統(tǒng)，高壓細(xì)水霧在滅火機(jī)理的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

　　①高效吸熱：高動(dòng)量密集的細(xì)小霧粒受熱后迅速汽化，在這個(gè)過程中，霧粒從燃燒物表面和火場(chǎng)吸收了大量的熱量，是普通水噴淋的十幾萬倍，促使燃燒物表面溫度瞬間迅速下降，短時(shí)間內(nèi)阻燃。

　?、诳焖僦舷ⅲ杭?xì)水霧霧滴平均直徑小于200μm，比表面積和密度較高，遇火焰高溫后迅速汽化，體積可膨脹1700倍以上，使保護(hù)區(qū)的氧濃度大為降低，具有很強(qiáng)的汽化降溫作用和隔氧窒息作用，同時(shí)吸收大量熱量，起到隔絕氧氣和降溫的雙生作用，達(dá)到迅速滅火的目的。

　?、鄹綦x熱輻射：高壓細(xì)水霧噴入火場(chǎng)后，形成的水蒸汽迅速將燃燒物、火焰和煙霧籠罩包裹，其對(duì)火焰的輻射熱具有極佳的阻隔能力，能夠有效抑制輻射熱引燃周圍其他物品和傷及周邊人員，達(dá)到保護(hù)生命和防止火焰蔓延的結(jié)果。

　　在超高層建筑的實(shí)際適用性方面，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)：

　?、贉缁鹩盟啃。河捎诩?xì)水霧霧滴是介于液體與氣體之間的一種特殊狀態(tài)，因此高壓細(xì)水霧系統(tǒng)用水量極小，對(duì)于同一個(gè)建筑，其用水量是傳統(tǒng)水噴淋的10%甚至更少。

　　②由于用水量小，相應(yīng)的管道管徑也較小，具有安裝、維護(hù)較為簡便的特點(diǎn)。

　?、鬯n損失較小，適用場(chǎng)所更全面：當(dāng)今超高層建筑通常是功能比較集中的場(chǎng)合，包括商場(chǎng)、辦公樓、資料儲(chǔ)藏室等，功能繁雜，高壓細(xì)水霧在滅火時(shí)，噴射出的細(xì)水霧絕大部分被汽化，只有少量水霧噴射在防護(hù)區(qū)內(nèi)，使得在滅火時(shí)能夠極大減少水浸漬對(duì)防護(hù)區(qū)的進(jìn)一步損害；同時(shí)由于高壓細(xì)水霧系統(tǒng)采用的是去礦物質(zhì)水作為水源，噴射出的細(xì)水霧具有良好的絕緣性，不僅常規(guī)水噴淋保護(hù)的場(chǎng)所可以使用細(xì)水霧，同時(shí)一些電氣、計(jì)算機(jī)房等場(chǎng)所也可以使用。這就使得高壓細(xì)水霧在超高層建筑使用時(shí)，可以使用高壓細(xì)水霧系統(tǒng)對(duì)整套建筑采取保護(hù)，而不必采用多種滅火技術(shù)，在工程滅火方案上，高壓細(xì)水霧系統(tǒng)具有比較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

　　4、案例分析

　　某超高層建筑高500m，是歐洲最高的超高層建筑之一。2000年8月在該超高層400m處突然冒出濃煙，由于起火位置過高，大型消防設(shè)備無法投入滅火，白色煙霧彌漫在整個(gè)建筑頂上，而藥液缺無法噴射到建筑內(nèi)，最后消防員只好沿著建筑內(nèi)樓梯爬上去用泡沫滅火機(jī)救火。直到一天后，火災(zāi)才被完全撲滅。

　　根據(jù)事故后對(duì)火災(zāi)的總結(jié)，火災(zāi)是由于該超高層建筑內(nèi)的高能電纜超負(fù)荷使用所致，電纜過熱起火，并沿著電纜隧道和管道迅速蔓延。這起火災(zāi)雖然沒有涉及到油料或者爆炸，卻用了一天一夜的時(shí)間才完全撲滅，最主要的原因是建筑太高，相關(guān)滅火單位缺乏撲滅超高層建筑火災(zāi)的有效設(shè)備，而沿著樓梯向上爬到起火部位，則需要太長的時(shí)間?；馂?zāi)發(fā)生造成了極大的損失?；馂?zāi)發(fā)生后，相關(guān)部門對(duì)該超高層建筑整個(gè)消防系統(tǒng)進(jìn)行改造。安全專家同意采用EI-MIST高壓細(xì)水霧系統(tǒng)對(duì)整棟建筑從地下至頂層進(jìn)行保護(hù)。

　　EI-MIST滅火系統(tǒng)是歐洲最大的消防集團(tuán)Eusebi-impianti（簡稱EI）自行設(shè)計(jì)、研發(fā)并制造、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作壓力在10MPa~14MPa之間，水霧粒徑在100μm以下，屬于Ⅰ級(jí)細(xì)水霧。憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及優(yōu)異的產(chǎn)品品質(zhì)，已經(jīng)在意大利、歐洲包括民用及公共建筑、船用領(lǐng)域和工業(yè)能源領(lǐng)域等多項(xiàng)領(lǐng)域廣泛引用。在該超高層建筑應(yīng)用EI-MIST細(xì)水霧系統(tǒng)時(shí)，采用一套高壓細(xì)水霧系統(tǒng)對(duì)全部的公共、設(shè)備、辦公和電纜隧道場(chǎng)所進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)設(shè)置高壓細(xì)水霧消防水龍保護(hù)電梯間等場(chǎng)合。高壓細(xì)水霧系統(tǒng)主要的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　①該超高層建筑采用一套泵組對(duì)該超高層建筑所有防護(hù)區(qū)進(jìn)行保護(hù)，全部泵組均設(shè)置在地下一層的泵房內(nèi)，工作壓力在12MPa~14MPa之間，由于高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的工作壓力高達(dá)12MPa，其揚(yáng)程可達(dá)1200m以上，系統(tǒng)無需在其他區(qū)域加裝泵組即可為該超高層建筑各個(gè)樓層全部防護(hù)區(qū)提供細(xì)水霧，在前期成本控制、后期系統(tǒng)安裝施工都有極大的優(yōu)勢(shì)。

　?、谠摮邔咏ㄖ勘媒M使用1個(gè)水箱，該水箱同樣設(shè)置在地下一層的泵房。相對(duì)于水噴淋系統(tǒng)需要在避難層（兼設(shè)備用層）以及頂層設(shè)置水池，EI-MIST高壓細(xì)水霧系統(tǒng)減少了設(shè)備用房需求以及對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響方面。由于設(shè)備用房的減少，累計(jì)使用面積節(jié)省是相當(dāng)可觀的；同時(shí)由于不需設(shè)置其他水池，也減少了減壓閥等相關(guān)精密管件的使用。

　　③在用水量方面，通過對(duì)用水量的核算，整套高壓細(xì)水霧系統(tǒng)用水量相對(duì)于水噴淋系統(tǒng)用水量大大減少，這是由于水經(jīng)過高壓細(xì)水霧專用噴頭后，形成極細(xì)的霧滴，使得相同體積的水滅火效率大大提高；同時(shí)由于高壓細(xì)水霧系統(tǒng)使用去礦物質(zhì)水，高壓細(xì)水霧霧滴還具有不導(dǎo)電的特性，該超高層建筑中包括設(shè)備間、電纜隧道等所有場(chǎng)合由一套細(xì)水霧設(shè)備即可全部保護(hù)。

　?、茉诠艿婪矫?，該超高層建筑所有管道全部采用316L不銹鋼，全部管道不含任何焊接和法蘭，全部采用卡套式連接，降低了安裝的難度；同時(shí)主供水管徑較小，易于在狹窄的空間安裝。而這些優(yōu)點(diǎn)，恰是水噴淋系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及安裝過程中的劣勢(shì)，若采用傳統(tǒng)水噴淋系統(tǒng)，其管道甚至?xí)_(dá)到DN150甚至以上，較大的管徑對(duì)于整體的維護(hù)與檢修對(duì)于消防相關(guān)人員將會(huì)是比較大的負(fù)擔(dān)，特別對(duì)于這種超高層建筑，其立管高度可達(dá)到450m以上，較粗的管徑在法蘭、相關(guān)連接件使用方面在安裝時(shí)就需特別關(guān)注，后期維護(hù)時(shí)由于連接點(diǎn)較多，可能存在泄漏的節(jié)點(diǎn)數(shù)量也會(huì)隨之上升。

　　5、總結(jié)

　　自NFPA750頒布以后，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)在最近二十年內(nèi)得到了飛速的發(fā)展，歐、美國家已經(jīng)有了成熟的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收方案，并生產(chǎn)出了系列專利產(chǎn)品。各地區(qū)、各領(lǐng)域也相繼頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)的頒布也在近年提上了日程。

　　高壓細(xì)水霧以其用水量少、適用范圍廣及滅火性能高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)開始逐漸被人們所接受。特別是超高層建筑由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)，對(duì)于消防有著特殊的要求。而這些需求正是高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。在實(shí)際案例中對(duì)歐洲某超高層建筑進(jìn)行分析，通過對(duì)改造后采用的EI-MIST高壓細(xì)水霧系統(tǒng)與水噴淋系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的比較，更直觀、具體的體現(xiàn)出高壓細(xì)水霧在超高層建筑應(yīng)用時(shí)的優(yōu)勢(shì)，證明了高壓細(xì)水霧系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中可行性與實(shí)用性。