【亮點】兩種特殊消防系統將成為消防裝備的又一利器

前言

上海中心大廈的建筑高度632m，地下5層，地上127層，建筑面積57.6萬m2。當前，我國建筑高度超過250m的建筑物數量還不多，400m以上的更是屈指可數，上海中心大廈此類建筑的消防安全設計和消防安全管理方面缺乏實踐經驗，現行《高層民用建筑設計防火規范》的相關內容明顯不足。窗噴淋保護系統和壓縮空氣泡沫滅火系統是其中的兩項研究內容，在國內400m以上建筑中尚無應用先例。

窗噴淋保護系統

概述

上海中心大廈為雙幕墻形式（見圖1），內外幕墻間形成3個月牙形獨立空間，高度在60m左右，內外幕墻之間的距離變化很大，中間區域較大，約12m，兩端較小，最窄處的距離小于2m。如果內幕墻不采取有效防火措施，一旦其遭到破壞，在煙囪效應的影響下，高溫煙氣和火焰將沿內幕墻外側向上蔓延，因此，在當地消防部門的滬消函［2009］335號文中，提出了“中庭內幕墻整體應達到耐火極限不低于1.0小時，并提供國家級檢測機構出具的檢測報告”的要求。

FDS場景模擬

考慮火災發生在辦公區域，火災規模參照上海市2006年版《建筑防排煙技術規程》中噴淋失效的辦公場所，設定為6MW快速t2發展火，假定最不利工況為辦公區域的普通噴淋系統和機械排煙系統失效。

模擬輸出結果為：火源邊緣距玻璃表面2m時，無窗噴淋保護的玻璃表面溫度為60～200℃；火源邊緣距玻璃表面1m時，無窗噴淋保護的玻璃表面溫度為70～240℃；火源邊緣距玻璃表面0.5m時，無窗噴淋保護的防火玻璃表面溫度為190～330℃。據此可知，在無窗噴淋的保護的情況下，玻璃表面溫度均超過鋼化玻璃失效溫度200℃，未超過防火玻璃失效溫度500℃。

系統設計

綜合考慮工程進度等因素，大廈最終確定內幕墻方案為3層及以下采用鋼框+防火玻璃體系(中庭火災影響，分析略)，4層及以上部位采用窗噴淋+鋁框+防火玻璃（內側）+鋼化玻璃（外側）體系。窗噴淋保護系統供水接自大廈噴淋管網，采用獨立的濕式報警閥組控制，閉式噴頭（玻璃泡），K=80，動作溫度68℃，每塊玻璃單元居中布置1個噴頭，Q=15.6L/s。

系統設計

綜合考慮工程進度等因素，大廈最終確定內幕墻方案為3層及以下采用鋼框+防火玻璃體系(中庭火災影響，分析略)，4層及以上部位采用窗噴淋+鋁框+防火玻璃（內側）+鋼化玻璃（外側）體系。窗噴淋保護系統供水接自大廈噴淋管網，采用獨立的濕式報警閥組控制，閉式噴頭（玻璃泡），K=80，動作溫度68℃，每塊玻璃單元居中布置1個噴頭，Q=15.6L/s。

2012年7月，經上海中心大廈建設發展公司委托，公安部天津消防研究所在江蘇吳江試驗基地進行了窗噴淋保護系統試驗。試驗采用大廈3塊內幕墻1∶1尺寸玻璃板塊，按照設計方案，安裝噴淋系統，選用玻璃泡閉式專用窗式噴頭，K=80，動作溫度68℃，噴頭居中布置，見圖2。在做好烘爐等前期調試工作后，7月23日14時54分，試驗開始，在很短時間內，爐內溫度達到68℃，玻璃泡破裂，開始噴水，在水的冷卻作用下，幕墻體系均處于中溫狀態，試驗在17時54分結束，歷時3h，內幕墻體系完整，完全達到設計要求，相關試驗數據見圖3。

通過圖3可以看出，標準控溫曲線與實際爐溫曲線吻合度極佳；由于噴水的保護作用，鋁合金框架上的吸收熱量被水迅速帶走，框架迎火面所有測溫點的溫度均未超過80℃，框架的變形不明顯，測量得到的應變值不大，在10-10數量級范圍內變化，防火玻璃迎火面的表面溫度最高為107℃，據此得出結論：在保證供水的前提下，在3h的時間內，大廈選用的幕墻體系完好，即在保證供水的前提下，窗噴淋+鋁框幕墻板塊的防火分隔設計具有3h以上耐火極限，滿足消防設計要求。

小結

在防火分隔措施上，當前常見的技術手段是采用防火墻或防火卷簾。隨著建筑設計的個性化、建筑體量的擴大化、建筑功能的復合化，傳統防火分隔型式無法滿足防火功能與建筑美學的需要，窗噴淋+玻璃幕墻型式的出現，將為此帶來新的想象空間。

壓縮空氣泡沫滅火系統

概述

當前，水泵接合器的供水高度在100m左右，當更高部位發生火災時，很難通過結合器系統獲得有效支援。壓縮空氣泡沫滅火系統又稱“一七”系統，是指一滴水通過泡沫滅火系統后變成七個泡，而每一個泡的滅火功效與一滴水的滅火功效相等，因而大大提高了滅火效用。同時，利用泡沫的密度遠小于水的密度特性（約為水的1/6），可把泡沫輸送到更高部位。2007年，上海市消防局在環球金融中心進行過有關測試，單臺消防車供應壓縮空氣泡沫的高度可達300m左右，為大廈的消防滅火設計提供了新的思路。

系統設計

目前，壓縮空氣泡沫系統設計尚無任何規范可循，通過與消防局溝通，參照室內消火栓系統設計要求，大廈設計了2套獨立的壓縮空氣泡沫系統（見圖4），選用DN100不銹鋼管，立管位于疏散樓梯間前室，每層設置雙閥雙栓消火栓。為盡快輸送泡沫至著火樓層，立管豎向分為4個區，每個分區頂部設置信號電動閥，消控中心能實現遠程控制閥門啟、閉，分區頂部設自動排氣裝置。

試驗測試

2015年4月，我們聯合上海市消防局、上海市消防研究所進行壓縮空氣泡沫滅火系統測試，測試用車為德國施密茨OS-TLF，從室外消火栓取水，測試樓層為21層、51層、83層，21層和51層分別在3′40″、6′19″后噴出泡沫，有效射程分別為16m、10m，均取得滿意效果，而81層的消火栓在16′內沒有泡沫噴出，測試終止，部分數據見表2。

小結

設計壓縮空氣泡沫系統的初衷有3點，第一，利用泡沫輕的特性，通過水泵接合器可供至比供水更高的高度，保護更多范圍；第二，利用壓縮空氣泡沫良好的滅火性能，有效控火、滅火，減少水漬損失；第三，利用泡沫系統的管路，通過手抬泵，進行接力供水，支援高區滅火。

通過測試得知，在我國目前的消防裝備基礎上，單車可有效保護至240m甚至更高，雖然沒有達到預期目標，但相比傳統的供水系統，優勢已非常明顯。隨著對壓縮空氣泡沫系統研究的深入，如管徑大小對輸液高度的影響，供水消防車與泡沫車串聯的可能性，壓力對泡沫液形成的影響等，該技術的應用將逐步完善，實現對大廈的全保護完全可能，屆時，我國超限高層建筑的消防撲救隊伍中，又將增添一把消防利器。