FM保險(xiǎn)條款下的大空間廠房消防設(shè)計(jì)

1、FM保險(xiǎn)條款下的大空間廠房消防設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：FM保險(xiǎn)條款、NFPA、大空間廠房、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)摘要：隨著我國改革開放招商引資不斷深入和加入WTO后，越來越多的外資企業(yè)在國內(nèi)建立了自己的生產(chǎn)基地。外資企業(yè)在國內(nèi)建廠除了要執(zhí)行我國現(xiàn)行的工程建設(shè)程序和工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)外，仍然要符合NFPA（美國國家防火協(xié)會(huì)National Fire Protection Association）及FM（美國工廠相互保險(xiǎn)組織Factory Mutual Research Corporation）保險(xiǎn)商對(duì)于建廠的要求和標(biāo)準(zhǔn)，筆者結(jié)合某實(shí)際工程對(duì)FM保險(xiǎn)條款下此類大空間廠房（高度大于8m）的消防設(shè)計(jì)加以論述。一、工程概況江蘇

2、省某中外合資汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠房項(xiàng)目，該項(xiàng)目為美、日、中三方合資項(xiàng)目，消防設(shè)計(jì)既要執(zhí)行現(xiàn)行國家規(guī)范又要符合FM保險(xiǎn)商及NFPA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，并且該項(xiàng)目投資方自己也有對(duì)于消防及安全的相應(yīng)規(guī)程（BULLETIN），也同樣需要遵守。該項(xiàng)目中主廠房（裝配廠房），結(jié)構(gòu)形式為單層鋼結(jié)構(gòu)，建筑最小高度為8.85m，最大高度為14.40m。廠房寬238m，長282m，建筑面積為59651.54m2?；馂?zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類，耐火等級(jí)為二級(jí)。主廠房剖面示意圖二、噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定該項(xiàng)目主廠房火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類，耐火等級(jí)為二級(jí)，按照國內(nèi)規(guī)范可不做自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。但是根據(jù)業(yè)主及保險(xiǎn)商的要求，主廠房需要設(shè)計(jì)自動(dòng)噴水

3、滅火系統(tǒng)，根據(jù)NFPA 13及業(yè)主方提供的消防設(shè)計(jì)規(guī)程（BULLETIN）和保險(xiǎn)公司的規(guī)定和要求：該廠房為裝配廠房（Assembly Plant），屬于NFPA所規(guī)定的嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)（EXTRA HAZARD CLASS）。在與保險(xiǎn)商的數(shù)次溝通后，確定噴灑設(shè)計(jì)參數(shù)，噴水強(qiáng)度：0.6 US GPM/ ft2(24.5 mm/min)，作用面積：4000 ft2(372 m2)。其設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度和保護(hù)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我國現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度和保護(hù)面積。并且確定該廠房采用EC-25（K363）直立型大覆蓋面噴頭（EXTENDED COVERAGE SPRAY SPRINKLER），直立安裝。每只K25

4、-EC噴頭的最大保護(hù)面積為150ft2(13.94m2)。在噴水強(qiáng)度為0.6 US GPM/ ft2(24.5 mm/min)的時(shí)候，噴頭安裝間距為3.60m×3.80m，保護(hù)面積為13.68m213.94m2。三、噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)及水力計(jì)算K25-EC噴頭的最大保護(hù)面積為150ft2(13.94m2)。噴頭布置間距為3.60m×3.80m。作用面積為：4000 ft2(372 m2)。作用面積內(nèi)噴頭數(shù)為28個(gè)。（一）支管上噴頭數(shù)目的計(jì)算根據(jù)業(yè)主提供的消防設(shè)計(jì)規(guī)程（BULLETIN）上的規(guī)定：S=S支管上的噴頭數(shù)目A作用面積L噴頭布置的長邊距離計(jì)算得：S=7.1個(gè)即取：每個(gè)配水

5、支管上的噴頭為：7個(gè)該計(jì)算公式，是保險(xiǎn)商及業(yè)主方確認(rèn)的計(jì)算公式，而NFPA 13對(duì)支管噴頭數(shù)的計(jì)算公式為：這也是保險(xiǎn)商對(duì)于不同的項(xiàng)目有不同要求的體現(xiàn)。（二）最不利點(diǎn)噴頭出流量和工作壓力計(jì)算第一個(gè)噴頭要求的出水量為：Q = 13.68m2×24.4 L/min·m2 = 333.79L/min.=5.563L/s根據(jù)公式：作用面積內(nèi)第一個(gè)噴頭的計(jì)算參數(shù)為： PS=0.845bar=0.0845MPaq=333.79L/min=5.563L/s（三）自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水力計(jì)算按照我國現(xiàn)行規(guī)范，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管道水力計(jì)算采用的是舍維列夫公式：即， 式中：i每米管道的水頭損失（MP

6、a/m）； V管道內(nèi)水的平均流速（m/s）； dj管道的計(jì)算內(nèi)徑（m），取值應(yīng)按管道的內(nèi)徑減1mm確定。但是按照NFPA及FM保險(xiǎn)商的要求，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)采用海登威廉公式：hazen-williams formula即： 式中：i每米管道的水頭損失（0.1MPa/m）； Q管道的水流量，L/min；d管道的計(jì)算內(nèi)徑，mm；C管道材質(zhì)系數(shù)，鑄鐵管C=100； 鋼管C=120。所以，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)水力計(jì)算采取，用舍維列夫公式進(jìn)行計(jì)算，之后用海登威廉公式進(jìn)行自噴系統(tǒng)的校核。噴頭布置示意圖業(yè)主方的消防設(shè)計(jì)規(guī)程（BULLETIN）、業(yè)主的設(shè)計(jì)招標(biāo)文件（TENDER DOCUMENTS FOR DE

7、SIGN）及保險(xiǎn)商的要求，消防水泵為：柴油消防泵，Q=3000GPM=190L/s，H=862Kpa=0.862Mpa，并且水力計(jì)算方法為按照上述已知的數(shù)據(jù)計(jì)算壓降至最末端噴頭，來校核水泵能力是否滿足消防要求。FM有其認(rèn)證的計(jì)算軟件，但在國內(nèi)尚未使用，如按照保險(xiǎn)商的要求水力計(jì)算有很大難度。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的水力計(jì)算方法仍采用國內(nèi)的計(jì)算方法，即：從自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)最不利點(diǎn)開始計(jì)算，計(jì)算作用面積內(nèi)噴頭全部打開時(shí)所需的流量和壓力。保險(xiǎn)商也同意我國普遍采用的計(jì)算方法，并且要求將計(jì)算書提供給他們確認(rèn)。經(jīng)過計(jì)算：該建筑自動(dòng)噴灑系統(tǒng)干管管道入口處所需壓力和流量為：H=33.8289+14.00+1.25

8、+2= 49.8289mH2OQ=9617.639L/min=160.294L/s需要注意的是：FM的末端試水裝置的設(shè)置于國內(nèi)規(guī)范不同，按照自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50084-2001的規(guī)定，每個(gè)報(bào)警閥組控制的最不利點(diǎn)噴頭處，應(yīng)設(shè)末端試水裝置，其他防火分區(qū)、樓層的最不利點(diǎn)噴頭處，均應(yīng)設(shè)直徑為25mm的試水閥。而FM的要求為：噴灑管道末端應(yīng)提供不小于DN50的沖洗排水管道，并要求排水可見（做可視鏡亦可），此排水管道宜采用鋼管，排水排至的檢查井應(yīng)采取相應(yīng)的防沖擊措施，并且沖洗出口應(yīng)設(shè)收集雜物的裝置，以便觀察沖出物的大小尺寸。末端試水裝置應(yīng)位于易操作的位置上。末端試水裝置排水管應(yīng)延伸到建筑物外

9、面，在一堅(jiān)固的非綠地的表面上終止。所以，末端試水按照FM的要求，在末端用DN50的管道接至室外排水消能井，后在排入廠區(qū)生活污水管網(wǎng)。EC-25（K363）直立型大覆蓋面噴頭由于工作流量很大，所以在征求了FM認(rèn)證的生產(chǎn)商之后，噴頭連接用的短立管管徑為DN65。由于，廠房屋頂為中心高并以5%的坡度向兩側(cè)傾斜的形式，所以自動(dòng)噴水系統(tǒng)管道也按照同樣的坡度平行屋面安裝，噴頭為直立式，其噴頭安裝高度距離屋頂為300mm。（四）報(bào)警閥組的設(shè)置根據(jù)NFPA 13 8.2.1的規(guī)定，濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的大小沒有規(guī)定（我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定每個(gè)報(bào)警閥組承擔(dān)的噴頭數(shù)量不超過800個(gè)），但是對(duì)每個(gè)報(bào)警閥組所保護(hù)的最大面積

10、有如下規(guī)定：（1）中、輕危險(xiǎn)級(jí)為：52000 ft2（4831m2）（2）嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)：不進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)為：25000 ft2（2323m2）；進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)為：40000 ft2（3716m2）。該廠房建筑面積為59651.54m2，初步估算報(bào)警閥組需要17個(gè)。所以，在廠房的南北兩側(cè)設(shè)置四間報(bào)警閥組間，要求有耐火等級(jí)并且可直接通向室外。并且，報(bào)警閥組須靠外墻設(shè)置，使?jié)袷綀?bào)警閥前的控制閥可由墻裝式閥門操作及閥位指示裝置在室外進(jìn)行操作。經(jīng)過計(jì)算得：Q=9617.639L/min=160.294L/s參照相關(guān)FM認(rèn)證的產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格，該項(xiàng)目采用的為DN200的濕式報(bào)警閥組，這樣才能滿足作用面積內(nèi)用水

11、量的需要。報(bào)警閥組安裝示意圖四、消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照外資投保項(xiàng)目的慣例，一般室內(nèi)外消火栓及自動(dòng)噴水系統(tǒng)采用一套水泵和一套管網(wǎng)供水，但是FM的這種要求與國內(nèi)規(guī)范沖突，但是在上海的地方標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)認(rèn)同此種做法，該項(xiàng)目就是采用的此種供水方式。消防系統(tǒng)原理圖（一）消防水池容積的確定如上原理圖所示：由于本項(xiàng)目中綜合動(dòng)力站的要求，室外消火栓用水量為30L/s，室內(nèi)消火栓用水量： 15L/s，消防總設(shè)計(jì)水量：15+30+161=206L/s ,并且業(yè)主要求，消防水池內(nèi)存儲(chǔ)2h的消防用水量。按206L/s計(jì)算時(shí)：206×3.6×2=1483 m3。生產(chǎn)消防水池總?cè)莘e為4000m3，分兩格，每

12、格容積為2000m3(根據(jù)業(yè)主招標(biāo)文件確定)，其中2800 m3為消防容積。（二）消防泵的選型業(yè)主采用柴油泵為消防泵。經(jīng)計(jì)算，水泵揚(yáng)程為0.723m，流量為206 L/s。按業(yè)主和保險(xiǎn)商的要求水泵揚(yáng)程應(yīng)為計(jì)算揚(yáng)程放大25%。即：Q=206L/s，H=0.904Mpa。業(yè)主招標(biāo)文件所給出柴油消防泵參數(shù)，Q=3000GPM=190L/s，H=862Kpa=0.862Mpa，均無法滿足消防要求。 經(jīng)跟保險(xiǎn)商和業(yè)主確認(rèn)，消防泵選用：Q=3500GPM=220.5L/s，H=129Psi =0.904Mpa。在柴油消防泵的設(shè)計(jì)中，需要注意的是，柴油消防泵按照NFPA 20和FM的要求，必須符合：柴油機(jī)以

13、柴油為動(dòng)力，燃燒發(fā)熱后會(huì)使柴油機(jī)溫度升高，故需用冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻腔最大承受壓力為0.42Mpa(60psi)，故需對(duì)冷卻水進(jìn)行減壓。且冷卻水排水必須可見，以確保冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)行。柴油消防泵配套的油罐容積應(yīng)不小于消防泵額定8小時(shí)的消耗量，通常水泵廠家按1hp對(duì)應(yīng)1gal進(jìn)行選配（這樣可完全滿足8小時(shí)消耗量的要求）。控制柜要求與消防泵成套供應(yīng)，并應(yīng)采用經(jīng)FM認(rèn)證的產(chǎn)品，控制柜有380/3/50及220/1/50兩種，根據(jù)消防泵功率不同選配。給水排水設(shè)計(jì)人員應(yīng)請(qǐng)電氣專業(yè)按上述兩種電壓要求配電至控制柜，這樣對(duì)兩種電壓要求皆可滿足。主泄壓閥：柴油消防泵由于靠柴油為動(dòng)力，其出力有可能超過額定功率即發(fā)生

14、“飛車”現(xiàn)象，而電動(dòng)消防泵由于供電頻率固定，故電機(jī)轉(zhuǎn)速固定，不存在“飛車”的可能，但對(duì)于臥式的端吸及雙吸泵會(huì)發(fā)生“悶泵”現(xiàn)象（vertical turbine水泵不存在此種問題）。故需在出水管上安裝主泄壓閥，以降低泵體承受的壓力，泄壓管道上應(yīng)安裝可視鏡，以便觀察，或者泄壓排水可見亦可。流量計(jì)：泄壓管上應(yīng)安裝文丘里流量計(jì)，以便在平時(shí)檢測(cè)消防泵時(shí)對(duì)消防泵進(jìn)行校核。文丘里流量計(jì)安裝要求流量計(jì)前直管段距離不小于5倍管徑，流量計(jì)后直管段距離不小于2倍管徑。流量計(jì)宜采用法蘭連接。電接點(diǎn)壓力表：壓力表置于電控柜內(nèi)，由水泵出水管引DN25管道至電控柜壓力表，管道上逆水流方向安裝兩個(gè)止回閥，在止回閥閥瓣上斜著開

15、2mm的小孔（也可直著開1mm的小孔），這樣使水無法流過，但壓力可以傳過去。穩(wěn)壓泵及其控制柜無需滿足FM認(rèn)證的要求，但對(duì)穩(wěn)壓泵的選型有以下要求，穩(wěn)壓泵流量要求：1gpm<Q<10min make up（10分鐘補(bǔ)水量）補(bǔ)水量的確定：1.9L/h每100個(gè)可拆卸埋地接頭。（三）室外消防管網(wǎng)的設(shè)計(jì)該項(xiàng)目采用室內(nèi)、外消火栓及自動(dòng)噴水系統(tǒng)同一系統(tǒng)的方式。所以，在各建筑消火栓管網(wǎng)入口處裝設(shè)減壓閥組，在室外消火栓裝設(shè)減壓孔板的方式防止消火栓系統(tǒng)超壓的發(fā)生。按照FM的要求，由室外干管接至室內(nèi)消防系統(tǒng)的入戶管上應(yīng)設(shè)置PIV控制閥，并按下列要求裝設(shè)：PIV閥安裝在距建筑物12m的部位。PIV閥可以安

16、裝在距無開口并且非易燃?jí)?m以內(nèi)。墻式PIV閥可以安裝在距其8m之內(nèi)沒有開洞的砼墻上。PIV閘閥（POST INDICATOR VALVE），閥體上有“CLOSE”和“OPEN”的現(xiàn)示屏。保險(xiǎn)商則要求在引入建筑物的消防管道的室外消防干管的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)PIV閥，以保證在一側(cè)管道在出現(xiàn)問題關(guān)閉檢修的時(shí)候能有另外的一側(cè)保證消防用水量和壓力的要求，這點(diǎn)比FM的要求更嚴(yán)格了一些。在設(shè)置PIV閥的時(shí)候，要遵守分段閥門控制的室外消火栓不得大于5個(gè)的要求。五、消防系統(tǒng)管道的安裝要求（一）室內(nèi)管道安裝要求為避免在地震中，由于產(chǎn)生晃動(dòng)而造成噴頭及消防管道與結(jié)構(gòu)體等發(fā)生碰撞而導(dǎo)致管道破裂漏水，需對(duì)消防管道進(jìn)行抗震

17、保護(hù)。適用范圍：抗震裂度大于等于7度的建筑物（與結(jié)構(gòu)專業(yè)統(tǒng)一即可）。1FM推薦以下七個(gè)步驟：（1）固定管道和設(shè)備，使它們和其附著的結(jié)構(gòu)體之間產(chǎn)生盡量小的相對(duì)位移。（2）提供柔性連接，使管道與管道及設(shè)備與設(shè)備之間產(chǎn)生盡量小的相對(duì)位移。（3）提供一定的空間在管道、設(shè)備與結(jié)構(gòu)（墻、樓板等）之間，以避免潛在的碰撞危險(xiǎn)。（4）提供適當(dāng)?shù)墓潭ǚ绞揭詼p小潛在的滑行及翻轉(zhuǎn)。（5）使用合適類型的支、吊架，適當(dāng)?shù)陌惭b，適當(dāng)?shù)呐c結(jié)構(gòu)體之間固定，以減小潛在的拉伸危險(xiǎn)。（6）使用合適的管道及管道接口方式，以減小潛在的管道斷裂危險(xiǎn)。（7）保證對(duì)消防設(shè)計(jì)的平面及計(jì)算進(jìn)行檢查（指對(duì)抗震支架的計(jì)算），保證施工安裝與設(shè)計(jì)的一致性

18、。2管道安裝支架 按規(guī)定對(duì)噴灑系統(tǒng)安裝防晃支架可以使管道與結(jié)構(gòu)體之間產(chǎn)生盡量小的位移。柔性接頭可以在管道系統(tǒng)中提供足夠的柔性。防晃支架是在水平地震荷載的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。允許的支架類型、定向和附著方式（噴灑管道和結(jié)構(gòu)體之間）需同時(shí)保證抵抗水平地震荷載和由其產(chǎn)生的垂直荷載，減小由管道自重產(chǎn)生的垂直荷載所產(chǎn)生的偏移量。對(duì)于立管和懸吊管，有兩種支架方式：雙向支架：根據(jù)與管道水平軸線的不同分為橫向支架和縱向支架。橫向支架和縱向支架用以阻止延管道軸線垂直及水平向的位移，其通常安裝與配水干管、配水管及大于DN65的支管。四向支架：用于抵抗各向的位移，其通常被安裝于立管上。四向支架即為同時(shí)安裝橫向支架及縱向支架。（二）室外管道安裝要求FM要求對(duì)管道彎頭、三通和堵頭等位置設(shè)置止推支座，并在管件連接處用拉桿進(jìn)行連接。以上所述安裝要求詳見管道安裝示意圖。止推支座（Thrust Block）管道支墩（Pipe Buttress）消防管道安裝示意圖六、結(jié)束語（一）本文所述僅為