浦东机场三期卫星厅消防设计解析

2020年7月第7期城市道桥与防洪相关专业301 DOI:10.16799/ki.csdqyfh.2020.07.084
浦东机场三期卫星厅消防设计解析
许栋
（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）
摘要：浦东机场三期卫星厅是国内第一个、世界最大、覆盖功能最全面的单体卫星厅，消防系统设计是项目的重点和难点。

围绕破解“大”的难题，介绍了消防平面分区、消防泵房的设置、消防水系统和设计参数的确定、消防水源供水能力的复核，以及气体灭火系统的选择等方面的对策，以期为同类项目提供参考，为功能复杂的超大体量、超大空间的消防设计提供借鉴。

关键词：机场；卫星厅；超大体量；超大空间；消防设计；消防水系统；气体灭火系统
中图分类号：TU892文献标志码：R文章编号:1009-7716（2020）07-0301-05
0引言
浦东机场新建卫星厅由两座中央大厅S1、S2相连组成，承担3800万人次/a旅客候机和楼内中转功能，与现有T1、T2主航站楼共同承担8000万人次/a旅客吞吐量，内部设有出发到达大厅及相应商业、行李及服务功能,地下一层为捷运站，以连接卫星厅与T1.T2主航站楼。

S1和S2总建筑面积超过62万n?,建筑高度39m,地下一层（含一个夹层）,地上六层。

卫星厅效果图、卫星厅与T1.T2位置关系示意见图1、图2。

图1卫星厅效果图
图2卫星厅与T1、T2位置关系示意图
卫星厅各层主要功能见表lo
1消防设计策略［宀
1.1消防设计依据
消防设计以《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）及相关国家、地方消防设计规范为依
收稿日期：2020-05-08
作者简介：许栋（1970—）,男，本科，高级工程师，从事
排水设计工作。

表4卫星厅各层主要便用功能
标高主要功能
-7.5m S1、S2捷运站、设备机房
土0.00m国内、国际远机位、中转区域、行李机房
+4.00m国际到达层
+6.90m国内混流层
+12.90m国际出发层
+18.90m S1商业夹层
+24.40m S1贵宾
(+19.5m)（S2贵宾）
据。

卫星厅作为重大工程，功能特殊,且体量巨大，一些功能区域无法遵循现有消防规范设计，故卫星厅内一些超规范区域的设计遵循消防性能化分析结果进行。

1.2消防设计界面
卫星厅整体位于空侧，无陆侧交通连接，旅客通过地下捷运系统往来航站楼和卫星厅。

由于运营管理的需要，位于卫星厅-7.5m层的S1、S2捷运车站消防系统单独设置；由于卫星厅周边的室外消火栓位于空侧范围，既服务于卫星厅又服务于停机坪，由飞行区室外消火栓系统给水管网供给（卫星厅的总建筑面积大于50万n?,其系统设计流量为80L7s,采用设消防水池的临时高压室外消火栓系统）,不在卫星厅工程设计范围内。

1.3消防系统平面分区及消防水泵房设置
卫星厅单层平面面积巨大，楼内的消防给水系统沿平面铺开，输水管道长度过长，横向管道的水头损失占系统工作压力的比重较大，会造成系统起始端和末端压力差过大，出现水泵房附近系统超压而最不利点却压力不够的问题。

经分析提出
：
302相关专业城市道桥与防洪2020年7月第7期
消防系统平面分区按S1.S2两大功能区进行
分区；
对消防水泵房的设置位置，提岀二种方案并
进行对比，见表2。

表2消防水泵房设置方案优缺点比较
名称优点缺点
方案1：1.各消防系统的消防S1、S2泵合用，设备、管道造消防泵价低
房合用 2.占用机房面积小
1.供水距离过长，则水头损失大，管道起点和终点压力差较大；
2.全楼采用1套系统，控制、维护较复杂；
3.消防泵房只能布置在S1、S2两大功能区的交界处，对建筑功能布置制约大
1.供水距离较短，水头损失小，管道起点和
方案2：S1、S2消防泵房分置终点压力差较小；
2. 系统相互独立，控
制、维护简单；
3.消防泵房设置在
S1、S2各自的中央三角
1.各消防系统的消防泵
S1、S2分设，设备、管道造
价高；
2.占用机房面积大
形核心区，对建筑功能
布置制约小
方案1：SI、S2两大功能区合用一个消防水泵房。

为了缩短到各指廊端部的供水距离，消防泵房只能布置在±0.00m层SI、S2两大功能区的交界处（见图3）。

此方案虽然可以合用消防泵房及消防泵，但从泵房到最远端指廊端的最短管线输送距离约1000m。

计算分析:卫星厅室内消火栓系统设计流量为35Us,室内消火栓系统给水干管管径为DN150环网布置，i=2.9660x10“严/（严护）,公式中g=35/2=17.5I7s,热镀锌钢管C=120；i= 0.00921,即沿程损失达到9.21m,系统起始端和末端压力差较大。

95.4m
h--------—--------•!
图3方案1S1、S2消防泵房合用
方案2：S1.S2两大功能区水平分区，在各自的中央三角形核心区分设消防泵房（见图4）。

此方案对建筑功能布置制约小，各个区域设置各自系统的消防泵，以减少管线输送距离。

从泵房到最远端指廊端的最短管线输送距离约500m,输送距离和管网水头损失与方案1相比,减少近一半。

\消防泵房°
*S!
954m
图4方案2S1、S2消防泵房分置
综上，从系统安全性和对建筑功能布置影响方面考虑，方案2比方案1优势明显，设计最终采用方案2。

2设计重点和难点解析
2.1消防水系统的选择
（1）自动消防水炮系统的确定
目前国内机场在净高大于12m的区域采用的大空间消防系统主要有2种，大空间智能主动型喷水灭火系统和自动消防水炮灭火系统。

如烟台蓬莱国际机场采用了大空间智能主动型喷水灭火系统中的自动扫描射水高空水炮灭火装置（俗称小水炮），南京禄口国际机场T2航站楼采用了自动消防水炮灭火系统（俗称大水炮），它们的共同特点是火灾早期阶段即可实现自动报警，并自动控制消防炮扫描着火点，进行空间定位、定点灭火。

由于仅对火灾区域喷洒灭火，减少了对无火灾区域的影响，较大程度上减少了火灾造成的损失。

两者的技术参数比较见表3。

表3大空间智能主动型喷水灭火系统和自动
消防水炮灭火系统技术参数表
通过表3的对比发现，大空间智能主动型喷水灭火系统和自动消防水炮灭火系统各有优缺大空间消防大空间智能主动自动消防水炮
系统名称型喷水灭火系统灭火系统灭火装置名称
自动扫描射水高空
水炮灭火装置
自动消防水炮
标准喷水流量
520
/(L-s-')
标准工作压力
/MPa
0.600.80
保护半径/m20
50
2020年7月第7期城市道桥与防洪相关专业303
点，前者系统流量小、工作压力较低，但是保护半径小，布置间距小，灭火装置数量较多；后者保护半径大，布置间距大，灭火装置布置数量较少，但是系统流量及工作压力较大，灭火用水量大且需要选用更大功率的加压装置。

所以两者各有利弊，需要根据不同建筑特点选择适用的系统。

由于卫星厅出发层设置有不少商业,其火灾危险等级为中危险II级，根据上海地方规范《民用建筑水灭火系统设计规程》自动扫描射水高空水炮灭火装置仅用于保护中危险I级，所以卫星厅出发层大空间区域必须采用自动消防水炮灭火系统。

消防水炮按建筑空间布置,并保证2门水炮的水能同时到达保护区域的任意一点，且水炮的安装位置应保证其射流不受阻挡。

由于卫星厅SI、S2中心三角区大屋面下有30m高的大中庭，自动消防水炮灭火系统设置在大屋面吊顶下，既影响建筑美观又不利于安装维护，所以只有考虑设置在12.900m楼板下及24.4m/19.5m贵宾厅靠中庭的外墙上(见图5)。

图5核心商业区自动消防水炮设置示意图
系统设计流量为40Us,工作压力为0.80MPa o 为防止水炮射水伤人，设计选用带有射水雾化功能的消防水炮。

(2)自动喷水防护冷却系统的确定
卫星厅商业区域主要分布在6.9m层J2.9m 层和18.9m层的中央大厅核心区。

卫星厅商业区域的防火分区主要遵循《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)的要求，商业防火分区之间采用防火墙分隔，局部采用防火墙有困难时将结合防火卷帘、甲级防火门作为防火分隔方式。

商业防火分区与候机区之间采用防火墙、防火卷帘并结合防火玻璃的形式进行分隔。

防火玻璃的耐火极限不低于1.0h,且设置自动喷水防护冷却系统进行保护。

根据消防性能化评审会专家意见，参考当时还尚未颁布实施的《自动喷水灭火系统设计规范》(GB 50084—2017)中，新增的自动喷水防护冷却系统的技术内容，设计在6.900m层及12.900m层商铺防火玻璃内侧0.3m内，设置独立的自动喷淋防护冷却系统，采用临时高压给水系统，喷头间距为2.0m,喷头采用K=80、68七的边墙型快速反应喷头，喷水强度不小于0.5L/s.m,系统设计流量按长度不小于自动喷淋系统作用面积平方根的1.2倍考虑为20L/s o
(3)水幕系统的确定
行李机房是卫星厅内重要的服务设施,行李传送带等设备需要连通，因此在-7.500m层S1、S2的行李机房防火墙各留有1处门洞。

受传送带阻挡无法在门洞处设置防火卷帘，门洞两侧空间无法实现建筑防火分隔，设计采用了防火分隔水幕替代防火卷帘解决了矛盾。

具体措施是，在每个门洞(高4m、宽1.5m)两边各设K=115的开式喷头最低工作压力0.1MPa,每个喷头最低流量2 Lis,喷淋强度2L/s.m，火灾延续时间3h,设计水量为5Us。

每个门洞附近设置一套DN80雨淋阀组，水源由自动喷淋冷却系统供给。

2.2消防水源供水能力的复核
由于上海地区允许在保证市政两路消防供水、且消防供水流量大于本工程最大消防设计流量的前提下，消防水泵可从市政管网中直接吸水，为避免卫星厅SI、S2设置消防水池增加工程造价和机房面积，应准确计算本工程室内最大消防设计流量，复核市政两路进水管的供水能力，并以此为依据确定是否需设消防水池。

本工程市政给水管网可引出二路DN300给水管供卫星厅的生活和室内消防用水，设计对这两路供水管的生活、消防合用给水管道设计流量进行复核，复核时需注意以下几个方面：
(1)本工程室内各消防系统设计流量确定
本工程室内各消防系统设计流量见表4。

表4室内各消防系统设计流畳
序号系统名称
设计流
量/(L-s-1)
备注
1
室内消
火栓系统
35
40候机区净空高度8-12m区域2
自动喷水
灭火系统
35商业、行李分拣区域
25其他区域3
自动消防
水炮系统
40在净高大于12m的区域4
自动喷淋
冷却系统
20
6.900m层及12.900m层小
商铺防火玻璃内侧
5水幕系统统5在
-7.5m行李机房内，水源
由自动喷水防护冷却系统供给
304相关专业城市道桥与防洪2020年7月第7期
室内消火栓的设计流量，除满足《消防给水及
消火栓系统技术规范》GB50974—2014的表3.5.2
的规定外，尚应注意按照该规范7.4.12条及其条
文说明加以复核。

因为室内净高高度超过8m,消
火栓栓口动压不小于0.35MPa,消防水枪充实水
柱按13m计算时，每股水枪的水量应为5.717s,同
时使用消防水枪数为6支，所以室内消火栓灭火
系统设计流量为3517s o
在卫星厅内高度小于12m的空间中，除不宜
用水扑救的场所外均设置湿式自动喷水灭火系
统。

机场建筑属于中危险I级，喷水强度为6IVmin.ni2,
作用面积为160n?；商业、行李分拣区域属于中危险
II级，喷水强度为8L/min.m2,作用面积为160n?；候
机区净空高度8~12m区域喷水强度为6I7min.ni2,
作用面积为260n?。

当时《民用机场航站楼设计防
火规范》送审稿已出，参照对行李处理机房喷淋系
统的规定，即采用湿式自动喷水灭火系统保护，其
火灾危险等级为中危险II级。

经计算，整个自动喷
淋系统设计流量按上述不同危险等级场所设计流
量的最大值为40I7s o
（2）室内最大设计流量的确定
为比较同时作用的最大室内消防设计流量，
选取典型起火部位，其需要同时作用的系统设计
流量之和列于表5。

可知，当商业区着火，室内最大
消防设计流量为90L/so
表5典型起火部位最大室内消防设计流■统计表
起火部位需开启的系统室内最大设计流量/（L・「）
行李机房室内消火栓+
喷淋+水幕
35+35+5=75
候机区净空高度
8~12m区域
室内消火栓+喷淋35+40=75
商业区室内消火栓+喷淋+
35+35+20=90喷水防护冷却
高度大于12m的室内消火栓+
35+40=75公共区空间消防水炮
（3）对二路引入管进行水力计算校核
本工程由市政给水管网引出二路DN300、供水压力不小于0.20MPa的给水管，供卫星厅的生活（不包括冲厕等中水用水，中水由基地再生水系统单独供给）和室内消防用水。

经水力计算校核，满足《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014,5.1.14条中“每一路消防供水应满足消防给水设计流量和火灾时必须保证的其他用水”和“火灾时室外给水管网的压力从地面算起不应小于O.lOMPa”的规定，所以室内各临时高压消防给水系统的消防水泵可以直接从市政给水管网吸水。

2.3气体灭火系统的选择
卫星厅内需要气体灭火系统保护的机房较多，有汇聚机房、安检机房、边检机房、海关机房、移动覆盖机房、电信机房、高低压配电室、变电所、UPS机房、联合设备机房等共59个气体防护区，且防护区的体积较大，主要分散布置在地下室、0.00层和18.90m层。

目前国内常用的洁净气体灭火系有七氟丙烷和IG541这两种，二者综合性能对照见表6。

根据表6对比可以看出，七氟丙烷适用于防护区相对集中，输送距离近，防护区内物品受酸性物质影响较小的工程。

而IG-541适用于防护区数量较多且楼层跨度大，又没有条件设置多个钢瓶间的工程，防护区经常有人的场所。

像航站楼内汇聚机房、安检信息机房、移动覆盖机房、主变配电间、UPS机房等重要的设备机房，且分布比较分散的情况下，使用IG-541灭火系统无论是在实际灭火效果上还是在对人员、对设备、对环境的保护上均优于七氟丙烷灭火系统。

所以像机场这样的重要项目大多都采用了IG541的气体灭火系统。

卫星厅中钢瓶间面积非常有限，从表6可以看出IG541气体灭火系统贮存压力可分为15MPa
表6七氟丙烷和IG-541气体灭火系统综合性能对照表m
灭火剂灭火设计灭灭火贮存速LOAE NOAE LC50
ALT ODP GWP 气体输送钢瓶间
名称方式火浓度速度度/MPa L/%L/%/%产物距离面积
七氟丙烷化学和物
理方式
8%~10%快
2.5
4.2
5.6
10.509.00>803102050
HF（对设备有
一定腐蚀性）
较短（约
30m）
钢瓶数量
少，占地
面积小
IG-541物理
方式
37.5%~
42.8%
较慢
15
20
52.0043.00//00
N t A r
CO2
较长
(150m)
钢瓶数量
多，占地面
积大
注：安全因素主要有以下三个指标:NOAEL—无毒性反应的最高浓度；LOAEL—有毒性反应的最低浓度；LC50—近似致死浓度。

环境因素主要有以下三个指标要求：（1）破坏臭氧层潜能值QDP是零；（2）温室效应潜能GWP是零或很低；（3）大气中存活寿命ALT要小。

2020年7月第7期城市道桥与防洪相关专业305
和20MPa,根据《气体灭火系统设计规范》GB 50370—2005,第3.4.5条对IG541储存容器充装量应符合下列规定：
(1)—级充压(15.0MPa)系统，充装量应为211.1kg/m3;
(2)二级充压(20.0MPa)系统，充装量应为281.06kg/m3o
所以当采用相同大小的气体钢瓶，二级充压系统钢瓶的充装量是一级充压系统的1.33倍，这意味着在满足同样灭火要求时，使用20MPa相比15MPa的IG541气体灭火系统可以减少约20% ~30%的钢瓶数量。

卫星厅气体灭火系统采用21个组合分配系统，每个系统防护分区不超过8个，共59个防护分区，共设有21个气体钢瓶间。

如果采用15MPa的IG541气体灭火系统，则需要约1360只气体钢瓶，如果采用20MPa的IG541气体灭火系统，则只需要约1050只气体钢瓶，减少了310个钢瓶，钢瓶间的面积也相应减小，因此设计采用T20MPa的IG541气体灭火系统。

3结论
(1)由于整个卫星厅的体量巨大，功能复杂，首先需明确现行防火规范未涵盖的部分进行消防性能化分析的内容和消防设计界面，规划消防系统平面分区和消防泵房设置位置等。

(2)消防系统的选择与建筑物本身的功能性质、防火隔断要求、空间高度和造型密切相关，应有针对性地选择消防系统，必要时需进行方案比选。

(3)合理确定自动喷淋防护冷却系统的设计参数、喷头选型、喷头布置、设计流量、供水方式等，使系统真正起到保护防火玻璃和防火隔断的作用，使消防性能化评审意见贯彻和落实到设计中。

(4)室内最大消防设计流量的确定，对复核卫星厅两路生活、室内消防合用进水管径，以及室内各系统的消防水泵能否直接从市政给水管网吸水，起到至关重要的决定作用，因此设计中除正向计算外，应注意多角度复核,确保满足规范要求。

(5)由于整个卫星厅内需要气体灭火系统保护的机房较多，且钢瓶间面积非常有限，在满足同样灭火要求时，同样IG541气体灭火系统,20MPa 比15MPa可以减少约20%-30%的钢瓶数量，可以减少相应的钢瓶间面积。

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(上接第296页)
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