摘要：保证系统安全可靠的关键是自动喷水灭火系统的正确布置。结合工程实例，在喷头布置确定的前提下，探讨如何合理地布置喷头，并分析自动喷水灭火系统均衡出流和综合造价不同的情况下喷头连接形态、系统设置形态造成的影响，为系统性能与综合造价之间的后续设计取舍与平衡提供参考。

关键词：自动喷水灭火系统;水力计算;系统优化;造价分析

0引言

自动喷水灭火系统作为一种安全可靠的灭火设施已经被普遍应用，然而在实际工程设计过程中，常常忽视自动喷水灭火系统均衡出流与综合造价等有关问题。本文深入研究最不利作用面积内的设计流量、均衡出流与造价，以某一类高层自动喷水灭火系统布置为例从最基本单元分析。

1工程概况

本工程位于重庆市，总建筑面积约为14万m2，由2幢I类高层塔楼及配套设施组成。塔楼1层、2层为商业，3层以上为办公，其建筑高度为121.85m，火灾危险等级为中危险级I级。

2 管道、管径对系统经济性影响分析

2.1喷头的布置

喷头的数量和布置方法，与系统管道连接方式和管径大小有着紧密联系，是影响系统经济性的主要因素之一。塔楼标准层平面情况，中间部分采用下喷式喷头，为核心筒和走道，外围采用上喷式喷头，为办公区域。因此，办公区域的喷头布置需考虑喷头和梁的位置关系。根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017中的数据，塔楼部分喷头间距按3.6m控制，在布置喷头时，并不能粗略地拉大喷头之间的间距，应尽量采用和梁距相配合的喷头间距，使得喷头间距匀称、喷头与梁的间距也能满足规范的要求。

喷头间距与梁距关系如图1所示，Y向梁距总体上为2500mm，若横向的喷头间距与该梁距相差太大，经过两距差值相互，就容易呈现出来某些喷头距梁过近，已无法达到最终的灭火效果。图1中采用2600mm的横向喷头间距，总体上的布置是均匀且合理的;而纵向由于没有X向梁的束缚，采用3600mm的竖向喷头间距，适当减少了喷头的数量;以此类推，进行平面布置。

2.2 管径对系统经济性影响分析

图2表示市场上镀锌90°弯头、镀锌钢管、镀锌正三通在不同管径下的价格变化情况，对图2中的曲线进行拟合得到如下3条曲线方程，正三通如式（1）所示，90°弯头如式（2）所示，镀锌钢管如式（3）所示：

从以上的方程式可以看出，90°弯头和正三通的价格随管径的变化呈指数上升。在设计过程当中，这说明防止发生大量大管径管材的布置方式在造价上更佳，具备优势。

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014中“当管径小于或等于DN50时，应采用螺纹和卡压连接，当管径大于DN50时，应采取沟槽连接件连接、法兰连接”，当管径增加到DN50后，需要增添一定的卡箍，进一步提升了造价。当管径增加到DN80以上时，此时管材造价随管径的增大而增速加快，因为曲线的切线斜率变大。综合考虑，当管径低于DN80（包含DN80）时，可视为小管径管件，当管径大于DN80时，即视为大管径管件。因此，当自动喷水灭火系统中出现过多的大管径管件，则会对系统经济性产生不利影响。

3 不同布置方案对系统经济性和均衡出流度影响

3.1不同平面布置对系统经济性影响分析

喷头的连管方式影响着系统管径的构成，在不同平面布置方案中，所产生的大管径管件和小管径管件占比不同，从而影响系统经济性和均衡出流度。

将喷头按不同的连接方式连接，3个方案分别为：方案A、方案B、方案C。方案A、方案B、方案C的造价统计结果如表1所示。可以看出，在造价方面方案A比方案B高10.5% ，方案C比方案B高出9.8% ，差距明显。究其原因，方案B中，DN80以上的大管径少，其对应的管件也相对较少，取而代之的是更多的小管径管材，使得整个造价较低。

3.2不同平面布置对系统均衡出流度的影响分析

根据“喷规”给出的喷头流量计算公式如式（4）所示 ：

给定最不利喷头压力为0.05MPa ，衡量系统的均衡出流度通过计算每个方案中喷头压力的标准差，按上述喷头流量公式依次推算出所有喷头的压力值。黑体数字表示最不利点出现火灾时，每个喷头的动作压力通过计算。

根据以上可以看出：方案C无论从全范围还是160m2最不利面积来衡量，其标准差都相对较低，表示其系统出流更均衡，而方案B则最不均衡。总而言之，与方案B的“丰”字连接方式不同的是，方案C的连接形态更瘦长，采取了大量的“丰”字形连接喷头的方式;这种结构最能使系统出流均衡，在某种程度上来说，但由于增加了管段和管件，使得方案C的造價偏高。

3.3不同系统布置对系统经济性影响分析

另一方面，从系统接口压力和流量看，方案B对系统的压力和流量需求最高，不利于整个系统造价的操控，方案C恰恰相反。因此，在塔楼的自动喷水灭火系统布置可采用每个分区最上几层的平面系统采取方案C，流量和压力满足的楼层采取方案B的自动喷水灭火系统布置方式，可以有效地控制整个系统的造价。

表2表示3种不同的自动喷水灭火系统设置方式相对的造价：一种是全楼层采用方案B连接方式，第二种是全楼层采用方案C，最后一种是采取方案B+方案C混合式。如表2所示，全楼层采用方案B连接方式比混合方案造价高出0.5% ，造价控制成效不明显;而全楼层采用方案C的连接方式比混合方案造价高出5.2%，差距较为明显。

从理论上说，采取混合方案最为经济。但值得注意的是，混合方案与单方案B最上面三层造价总和之差大于两个方案自动喷水灭火系统泵组的价格差为本次造价分析最为关键的因素，才使得本次造价分析结果展示混合方案最为经济;然而，在其它项目中可能出现全楼层采取方案B连接方式的造价与混合方案造价相去无几的情况，这取决于自动喷水灭火系统平面布置造价差和系统泵组造价差之间的大小关系。但总的来说，有效地降低造价，主体可采用方案B的连接方式的自动喷水灭火系统。

4 结论

（1）要使得喷头间距既能保持均匀，其与梁的距离也能满足规范的要求，可采用上喷式的喷头间距应尽量选取和梁距相匹配的数据。

（2）要有效降低系统造价，设计中可通过减少大管径管材的使用。

（3）要使得系统出流更均匀可通过采用方案C中，瘦长型 “丰”字连接喷头的方式。

（4）一定程度上，保证系统均衡出流度则有可能提高造价;也就是说，在保证系统基本安全可靠的前提下，降低造价，可能会使得系统均衡出流度降低。

（5）在塔楼自动喷水灭火系统设计中，采用方案B 、方案C的混合连接方式与单独采用方案C的连接方式所产生的经济性影响，主要取决于平面布置造价与泵组造价差。

（6）本次针对自动喷水灭火系统综合造价和系统性能的分析探讨对后续工程设计在性能和造价之间的取舍与平衡有一定的指导意义。

参考文献

[1]  《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084- -2017[S].

[2] 赵世明.设计规范中喷头最大间距辨析[J].给水排水，2003，（12）.

[3] 杨丙杰.自动喷水灭火系统单排布置喷头的设计分析[J].给水排水，2019， 45（7）：