（环境工程专业论文）大型建筑消防自动喷水系统抗震措施分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 我国近年地震频繁，建筑物常常在地震后由于瓦斯管、电管破裂等诸多原因而酿 成严重火灾，同时，大地震后救灾单位也无分身之术再去救火。若建筑物于此时能发 挥自救的能力，一定能减轻救灾单位的工作负荷，并大大降低建筑物自身的受害程度。 若消防设备在地震中也受到损坏，还可能造成漏水或淹水等严重的二次灾害，所以重 要建筑物内如何提升消防系统的耐震能力，使其不会在地震中因震动损坏而降低消防 能力，是一件很重要的事。 从国外历年来的地震经验中可发现：消防自动喷水系统在震后能否正常运行，对 于重要建筑物能否有效避免或减轻震后火灾危害有非常重要的作用。我国2 0 0 8 年汶川 大地震后，国人对建筑物耐震性能的要求己明显提高，对于其内设备的耐震能力也加 重视，但由于国内消防系统的抗震能力一直未获足够的重视，故相关的抗震规范也并 不完善。本论文在这样的背景下，希望能对消防喷淋系统的抗震能力作一基础分析， 以能提供一些意见做为参考。 本人从大型建筑物的特点出发，通过分析近年来国内外数场典型地震的破坏特点， 及震后次生灾害火灾对建筑的危害程度，指出如能保持大型建筑内安装的自动喷水 灭火系统一定的抗震能力，使其在震后依然能发挥作用，就能避免或减轻震后火灾对 大型建筑的危害。本人通过对国外地震后建筑喷水系统的震损经验进行科学分析，找 出了大型建筑消防自动喷水系统的震损特性，并对现阶段国内建筑消防喷水系统在抗 震建设中存在的问题进行分析，找出了较为合适的抗震措施。国外的部分主要为美、 日两国近年来数场重大地震之后调查资料的文献回顾，经过案例的调查分析后，对建 筑消防喷水系统的各组成部分提出了具体的抗震措施，发现组件的固定及连接部位为 消防系统的主要抗震弱点，若能采取更为牢固的固定措施，及对连接部位采取位移补 偿措施，即可有效提升整体系统的抗震能力。 关键词：大型建筑；消防喷淋系统；抗震措施 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a bs t r a c t e a r t l l q 岫k e sh i tc h i l l a 丘蜘u t l yi nr ty e a 鹉a sa 他s u l to fe a r i l l q u a k e s ，s o 吣f i 托d i s 鹊t e 鸺 o r h a p p d l 地t ot l l er 叩t i l 他o fg 硒p i p e i i i l e 盯e l e c t r i c i t ) ，c d u i ti nb u i l d i l l g s b e s i d e s ，t h e 他s c l l i i l g d 印盯咖e n t sd o 鹤n th a v e 蚰ym o 陀t i m e 蚰de n 哪秽t 0p u to u tf n s 硪盯h 翩v y 鲫n l l q u a l 【e s i ft 1 1 ef h c o n 缸d ld e 访c 懿i nb u i l d i l l g sw o r kn 咖a l l y b o t l lt l l ew o r k j n gl o a do f 吐l cr c u i n gd 印a m n 饥t s 蛐dt l l e d a m a g eo ft h eb u i l d i i l gc o u l db el a r g e l yr e d u c e d o n 也co t h 盯h 觚d ，i ft h ef i 他c o n 仃d 1d e 啊c e sa l s o 蛔a g ei nm e 鲫n l l q u a l 【e s ，i tc o u l dc a u s es o n d a d ，d i s 弱t e l 葛叭c h 舔、a t 盯l e a k a g e 锄dw a t 甜o g g i n g n 眦f m ，i ti sc n l c i a lt 0i i n p r o v ct 1 1 es h o c k p r o o fa b i l i 哆o ff i 托p r o 眦t i s y s t 啪i ni m p o n 锄tb u i l d i i l g s 锄dm a l 【e “m a 证t a i l li t sf hc 仃o lm n c t i sd e s p i t eo fs h o c kd a m a g e w ec l ds 缸啪m e 甑p 一曲c eo f 鲫n i i q u a l c 懿i no t l l c rc o 蚰t r i 髓t l l a tw h e l l i 盯t l l ea u t o m 撕c 町时i l l c 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及次生灾害所造成的经济损失和人员伤亡，现代建筑技术的研究不仅着眼于提高建筑 抗震强度，同时也对建筑消防喷水系统的抗震措施进行关注，以提高喷淋系统的抗震 强度，在建筑结构不破坏的前提下，保持其基本灭火功能，发挥主动灭火的作用，积 极有效处置震后火灾。 建筑内部的消防自动喷水系统是目前我们建筑物最有效的压制初期火灾的手段。 在地震灾害之后，自动喷水系统如何能保持基本灭火功能，是我们消防工作面临的一 个新的课题。本文对此进行了技术探讨，从地震灾害对喷水系统相关组配件的损害着 手，进行了有针对性的分析，从喷水系统的供水管道的固定、给水动力设备的固定、 供电电源的保持等方面提出了有效的抗震措施。 目前我国在消防喷水系统的抗震设计规定方面尚是空白，本文拟从工作实践经验 出发，并进行分析和总结，提出行之有效的措施。并期望能对我国建筑消防喷水系统 抗震措施的有效采用起到积极的推动作用。 1 2 研究思路及研究内容 从国外历年来的地震经验中可发现：自动消防喷水系统对于重要建筑物在震后能 否正常营运有非常重要的影响。国内在5 1 2 地震后，对建筑物耐震性能的要求已明显 提高，对于其内设备物的耐震能力也愈趋重视。但由于国内消防喷水系统的抗震能力 一直未获足够的重视，故相关之耐震规范亦付之阙如。本论文在这样的背景下，希望 能对消防系统的抗震能力作一基础研究，期能提供国内相关单位一些参考建议。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 本论文首先搜集国内外的震损经验，期能找出自动消防喷水系统的震损特性，以 便能进一步找出合适的抗震措施。国外的部分主要为美、日两国近年来数场重大地震 之调查资料的文献回顾：接着，本论文并研阅美、日两国相关的耐震规范，以了解此 两国所采取的抗震设计手法。本文找出大型建筑消防喷水系统抗震建设工作存在的问 题并提出解决方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 2 1 地震火灾的发生 第2 章地震火灾的危害 我国是一个多地震国家，并且，发生在我国的地震具有分布广、震源浅、强度大 的特点。我国除个别省份，都发生过六级以上地震。近年，我国的地质板块又进入活 跃期，各种大震小震频繁不断。 地震是一种破坏性很大的自然灾害，一次强烈地震在几分钟甚至几秒钟时间，就 能造成建筑倒塌、交通中断、设备损毁、堤坝决口等严重后果。同时还会带来火灾、 海啸等次生灾害，某些严重情况下，次生灾害带来的损失程度甚至远超过地震。 2 1 1 旧金山地震 1 9 0 6 年4 月1 8 日，美国圣佛郎西斯科( 旧金山) 发生8 3 级地震，建筑在山坡 上的绝大多数砖木结构房屋倒塌，火源无法控制，全市5 0 多处地方同时起火。而消防 队在地震中也受到严重破坏，不再具有救灾能力。加之自来水管断裂，水源被破坏， 火灾无法扑救，大火烧了三天三夜，5 2 1 条街巷被烧，过火面积达十平方公里。这次火 灾造成的损失比地震造成的损失大三倍。 2 1 2 日本关东地震 1 9 2 3 年9 月1 日近中午时分，日本主岛本州相模湾海底发生了一次里氏7 9 级大 地震。几分钟内，在北部距离震中9 0 公里的东京和距离震中6 0 公里的横滨市，许多 建筑物瞬间变成瓦砾。当时接近正午，许多家庭正在传统的炭炉上烧饭。地震使炉灶 翻倒引起了大火。火势从城市的木房屋蔓延开来，数万人被烧死。家家户户惊恐出逃， 可是人们发现自己已被困在火墙与田川之间。蔓延的大火迫使他们跳入河中，无数人 淹死。“东京的烧毁面积约3 8 3 平方公里，8 5 的房屋毁于一旦，横滨烧毁面积约9 5 平方公里，损失9 6 的房屋。大地震几个小时后，第二波接踵而来的灾难是海啸，高 达1 2 米的巨浪吞噬海岸附近住宅和在地震与火灾中幸存、到海边避难的人，随后海啸 还引发海滩附近油库发生爆炸，l o 万多吨石油注入横滨湾。大火引燃了水面的石油， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 横滨湾变成了名副其实的火海。在海水中避难的3 0 0 0 多人被大火烧死。”【1 1 2 1 3 宁夏银川、平罗地震 1 9 7 9 年1 月3 日，宁夏银川、平罗发生8 级地震，房屋损毁严重，据史书记载， 地震时，银川“总兵署起火，闻印被火销化 ，“官署、民房一齐俱倒，火起延烧彻夜， 官弁军民马匹被焚压死者甚多”。据当时镇守宁夏的将军秦文记载，“官府火起，烟焰 直至三月未熄，所存男妇沿街奔走，号哭不绝”。此次地震，共五万余人丧生于地震和 震后的火灾。【2 】 2 1 4 地震火灾发生的原因 2 1 4 1 易燃、可燃物质的大量泄漏 地震的发生不分时段，引发地震火灾的主要原因是地震时强烈的横向、纵向地震 波，对建筑的破坏极大，甚至造成建筑倒塌，道路开裂。建筑内、外的输油、输气管 道破裂，易可燃物品储罐被震坏，生产企业生产管线断裂，原本密封的管道、管线、 容器被破坏，可燃易燃物品大量外泄，为火灾的发生准备了第一个必要条件可燃物。 2 1 4 2 火源失控 地震发生后，各种地上、地下的电力设施震倒震坏，建筑内的灶火、烤炉等生活 用火四散，生产企业高温生产设备震坏，高温物质流失等，为火灾的发生准备了第二 个必要条件一火源。 2 1 4 3 消防水源被破坏 震后地下、建筑内的消防给水管道破裂，自来水厂出水管道破裂，消防水泵被震 坏，通向天然水源的道路不畅等原因，造成火灾无水可以扑救，面对火灾的迅速蔓延 束手无策。 2 1 5 地震火灾危险度的评价 地震的危险度包括建筑物危险度、人的危险度、火灾危险度、避险危险期度，其 中火灾危险度就是火为对建筑物造成破坏的可能性。评价火灾危险度的主要参数如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 失火危险度【3 炉具：各类炉具数量级 按炉具、建筑物分类的起火危险性系数 危险物：各类设施数量 按品名、起火物分类的起火危险系数 与地基、建筑物及工作物有关的系数( 震害系数) 建筑物烧毁危险度： 蔓延因素：木结构建筑物、特殊可燃物 助燃因素：危险物、可燃气体 止燃因素：空地、耐火建筑物 灭火因素：消防水利、消防队、消防设备 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第3 章大型建筑及消防安全特点 3 1 大型建筑特点及消防安全特点 3 1 1 大型建筑特点 大型综合性百货商店、商场、经营各类商品的专业零售和批发商店，以及餐饮等 服务的建筑，一般的面积都有几万，更有甚者达到几十万平方米，只有一层的地面上 建筑物面积也基本上都上万，或是已达到两万平方米左右。平面尺度方面，长近乎达 到2 0 0 米左右，宽近乎达到1 0 0 米左右。某些由不同功能的独立建筑组合而成的建筑 群，大型综合建筑，都有着几十万平方米以上的建筑面积。 此类大型建筑可同时接纳人数多，顶峰期乃至能容纳几万人，同时商品的价值连 城，品种齐全的商品，高大密集的货柜等，价值千万乃至上亿元。这类的建筑按其建 筑的形式不同分为：地下、地面单层、多层、大型等建筑以及高层建筑紧密连接组成 一个整体的多层建筑或同时兼有多类型的建筑。就其结构形式也各有不同，包括有： 钢筋混凝土、预应力、钢、网架结构或一并使用多种的形式。 3 1 2 大型建筑消防安全特点 大型建筑功能众多，结构复杂，且层数较多，单层面积较大，在火灾发生时，要 迅速将建筑内人员疏散到室外地面有一定困难。火灾发生时，电梯停止使用，所容纳 的人员必须要通过楼梯疏散，在人们急于求生的心态影响下，容易发生拥堵踩踏事件。 未及时疏散的人员，很可能被烟火熏死或烧死，严重威胁人们的生命安全。【4 】 大型建筑一般比较高，我国现在最高的建筑是广州的地标式建筑一一广州塔，高达 6 0 0 米。而我国目前最高的消防云梯车只能达到9 0 米，突出的问题是消防水供给量及 供水高度无法满足灭火需要，这在上海静安里“1 1 1 5 ”教师公寓火灾和央视配楼大火等 近年的高层建筑火灾的扑救中都有所反映，从而延误灭火时机。当发生火灾时，大量 的烟气水蒸气充满整个空间，空气流通不畅，而又因断电，各排烟设备不能使用，使 得通道内的排烟更加困难，据不全统计，在火灾伤亡事故中，绝大多数人员属于烟气 中毒窒息死亡。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 大型建筑的竖向通道较多，例如管道井、电梯井、排风道、电缆井、建筑中庭等， 火灾发生，产生烟囱效应，这些通道便成为火势迅速蔓延的途径。另外，建筑物越高 受风力影响也比较明显，火灾蔓延迅速。 以上是大型建筑在火灾扑救上较为突出的问题，但大型建筑在消防设计上考虑以 自救为主，消防设防等级高。按照高层民用建筑设计防火规范、建筑设计防火规 范的相关规定，大型建筑需设计安装自动喷水灭火系统、火灾报警系统、防排烟系 统、消火栓系统，要考虑消防双电源。这些设施设备的设计安装，使得在地震时，大 型建筑具有了其他建筑、构筑物无法比拟的消防优势。 1 、大型建筑有消防水池，充分考虑了灭火时间的消防用水量，可不依赖市政供水 管网，为震后火灾提供消防水源； 2 、大型建筑有较高耐火等级，意味着建筑结构较稳定，建筑抗震性好，建筑内消 防设备固定在建筑结构上，相应受到的地震破坏就小； 3 、大型建筑对电源的安全性要求较高，通常会采取自备发电机的方式来提供第二 电源，对市政电源依赖性小，当地震导致市政电源不能供电时，自备发电机可及时为 消防设备提供电力，当然，前提是自备发电机及输电线路不能受到破坏。对于发电机 及输电线路的抗震措施，在后文会详细论述。 3 2 消防系统说明 欲减少建筑物之火灾损失，最根本的方法莫过于不让它有发生火灾的机会，然而 完全地防止失火是一件极为困难的事情，因此人们通常从降低火灾的发生率以及限制 其灾害范围上着手。要达到这些目标，彻底做好相关人员的防灾教育是绝对必要的事， 唯此等防灾教育等问题，并非设计者所能掌握的事项，就建筑专业者而言，如何提高 建筑物的防灾性能，以保障居住者的身家安全是更能发挥所长的范畴。其中，消防设 备系统是当今一项被普通运用来达到上述目的的工具，所以，就消防设备系统的运作 原理，作一简单介绍。 3 2 1 火灾的特性 火灾的燃烧时间及燃烧温度常因建筑之可燃物量、可燃特种类、建筑物开口状态 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 等多因素不同而异。通常火灾可以分为如下四类： 甲类火灾：也称普通火灾，为一般可燃性物体如木材、纸张、纺织品、橡胶等所 引起火灾，其燃烧不仅限于表面，通常还会深入内部而形成炭火状态； 乙类火灾：也称油类火灾，为可燃性液体如汽油、溶剂、燃料油、酒精、油脂类， 可燃性气体如液化石油气等所弓i 起的火灾； 丙类火灾：也称电气火灾，为变压器、配电盘、电路线类及其它类似的电器设备 所引起的火灾，此类火灾必须使用不导电的灭炎剂扑灭，只有在切断电源后可以跟甲、 乙类火灾的情况同等处理： 丁类火灾：也称金属火灾，为易燃性金属如钾、钠、镁、锆、铀等所引起的火灾， 此类火灾必须使用特种化学干粉或干砂加以扑灭。目前此类危险金属由于工商业的需 求增加，其火灾危险性愈加增力口，为此以各种类所制造的粉末，专用于金属火灾的干 粉灭火剂也逐渐问世【5 1 。 众所周知，建筑物着火时会产生相当高的热量，向四周传导与蔓延，同时室内空 气因受热膨胀产生浮力，而使得烟尘弥漫。下图所示，为普通火灾的温度变化曲线， 通常火灾可以划分为初期、成长期、最盛期及末期等四个阶段。在初阶段时，温度并 不高，同时可能拖延一段时间，而后在成长期阶段，引燃了窗帘、天花板等，温度于 是节节上升，最后进入全盛期阶段，连地板、楼板等也一起燃烧起来，此时温度乃达 到最高峰状态，等到可燃物体几乎完全燃烧之后，乃进入燃烧末期阶段，温度亦随之 下降许多。 初期威点：鞭。 石盛期求期 火灾温度变化曲线【6 l 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 3 2 2 消防设备介绍 火灾所造成的损害往往与火势大小及延烧时间长短成正比关系，为了减少火灾所 带来的损失，最好能够早期控制火势，并加以扑灭。因此我国法规规定，建筑物在一 定规模以上时，需设置适当的“初期灭火设备”。 以下为几种常见的初期灭火设备： 灭火器以及简易灭火用具； 室内消防栓设备 自动喷水灭火设备 泡沫灭火设备 水雾灭火设备 干粉灭火设备 二氧化碳灭火设备 卤化物灭火设备 其他特殊灭火设备f 7 l 初期灭火设备大致可分为手动方式和自动方式两种类型。手动方式的灭火设备有 灭火器以及消防栓设备等装置，这些装置都必须依靠人员操作才能进行灭火作业：而 自动灭火系统顾名思义，是一种不需要人员操作就能进行灭火作业的消防设备。由于 过去许多火灾例子显示，很多建筑物的相关人员因为不惯于操作手动式的初期灭火设 备，往往延误灭火适当时机，终酿成不可收拾的书面。因此法规就进一步规定相当规 模以上的建筑物，应该设置自动灭火系统。随着工商业进步，建筑物日益大型化与大 规模化的结果，自动灭火系统与建筑之间关系必更加紧密结合。 3 2 3 自动灭火设备的类型 3 2 3 1 自动喷水设备 自动灭火设备种类繁多，当中以自动喷水系统最为常见。此种设备早在十九世纪 初即于美国新英格兰地区开始发展。最初，它的组成方式非常简单，仅是以有孔的水 管衔接高压蓄水槽连接而成，后来有制水阀、警报阀、送水管等附属装置相继地发明 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 后，才逐渐改良成现在的形态。一般来说，自动喷水系统可分为密闭式与开放式两大 类，其构法如下图所示： r f z - ，n - 勺膏_ ，一、 -一 ，羹_ ：- 二五f 彬 p l 一二强 l ：t 三臻 蠢采： k 一_ 一一、 譬- j l 申 一1r 1 _ 玎 一 惑 lhl _ 吨。 _ i j ，- n - _ - - 自动喷水设备构造图 自动喷水系统由于在火灾发生初期即可自动进行灭火，因此极具灭火成效，根据 n f p a 的多年调查研究结果显示，于一般的火灾时，仅开放一、两个喷头就可扑灭火势， 而在工业场所的火灾，平均也只需要十个以下的喷头就可有效灭火。 3 2 3 2 泡沫灭火设备 泡沫灭火设备通常见于不适用以水灭火的场所，如汽车库、油脂类储存库、工厂 等。依其设置形式不同，可分为由人员手持的移动式与定着于建筑物上的固定式两种， 以下为固定式泡沫灭火设备的系统示意图： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 3 2 3 3 水雾灭火设备 水雾灭火设备与上述的自动喷水系统极为相似，都是以洒水的方式进行灭火：不 过水雾灭火设备的喷头比较特殊，可以将水份气化之后再洒出灭火。水一旦被气化后， 分布的范围就更平均，因此吸热率较高，而且气化水体积可膨胀达1 6 5 0 倍，故可有效 遮盖燃烧而而达到窒息的目的。除此之外，气化水对油类可产生不燃性的乳化作用， 也可用于油类火灾；而且由于水雾的绝缘性良好，因此也适用于电气火灾的灭火用途。 水雾灭火设备的灭火效率高所以单位用水量较少，也适用于怕水损的场所。由于具备 以上诸多特色，水雾灭火设备适用的范围非常广泛。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 3 2 3 4 自动喷水灭火系统的优点 自动喷水灭火系统是当今世界上公认的最为有效的自救灭火设施，国外应用此系 统已有一百多年的历史，已经成为国际上公认的最为有效的自动扑救室内火灾的消防 设施，在我国的应用范围和使用量也在不断扩展与增长。我国自2 0 世纪3 0 年代开始 应用自动喷水灭火系统，至今7 0 年的历史。有非常成功的扑救火灾案例。如1 9 5 6 年 兴建的上海乒乓球厂，我国白行设计安装了自喷系统，并于1 9 7 8 年1 0 月成功扑救了 由于赛璐珞丝缠绕马达引起的火灾。1 9 5 8 年建的厦门纺织厂，至8 0 年代曾四次发生火 灾，均成功将火扑灭l 引。据美国1 9 2 5 年1 9 6 4 年间的统计资料表明，早在技术远不如 现在发达的年代，在安装自喷灭火系统的建筑物内，灭控火的成功率高达9 6 2 ，其 中工业厂房和仓库占有的比例高达8 7 4 6 。 自动喷水灭火系统灭火成功率统计表【9 1 灭火成功 灭火不成功 累计数 次数 次数 次数 学校2 0 49 1 91 88 12 2 2o 3 公共建筑2 5 99 5 61 24 42 1 10 4 办公建筑 4 0 3 9 7 11 2 2 94 1 5o 6 住宅 9 4 39 5 64 34 49 8 81 3 公共集会场所1 3 2 l9 6 64 73 41 3 6 81 8 仓库2 9 5 78 9 93 3 41 0 13 2 9 14 4 百货小卖市场5 6 4 29 7 11 6 72 95 8 0 97 7 工业厂房 6 0 3 8 39 5 62 1 5 63 46 2 5 3 98 3 0 其他 3 0 77 8 98 22 1 13 8 9o 1 5 合计 7 2 4 1 99 6 22 7 8 l3 37 5 2 9 01 0 0 o 注：本表根据n f p a “f i r ej o u m a l v o l5 9 n o 4 - - j u l y1 9 6 5 编制。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第4 章大型建筑自动消防喷水系统震损经验 自动消防喷水系统在国外的使用历史相当悠久，故而也经历过许多地震的考验。 从这些地震经验当中，人们更加清楚其破坏特性，同时也愈来愈积极地提升其抗震能 力。以下分别就美、日两国的地震经验，择其较具代表性的，提出讨论。 4 1 美国的震损经验 4 1 1 圣佛南多地震 此地震发生于1 9 7 1 年2 月9 日早上6 点1 分，震源位于洛杉矶北部，深度1 3 公 里，其规模6 6 级，共造成5 8 人死亡，2 5 4 3 人受伤。 p a c i f i c 觚r a t i n gb 眦a u 针对受灾地域内的6 8 栋建筑物进行调查，有5 6 建筑物的 自动喷淋系统受损，另外有4 1 的建筑物受到水损。在这6 8 栋建筑生的主体结构中， 共有6 5 的建筑物遭到不同程度的损害。因本地震而造成的自动喷水系统损坏，主要 以配管与喷头为主，这些损坏有如下的特征： 配管的c 型夹安装方法不当； 锁住配管支撑构件的螺栓松脱； 配管接续部的受损( 特别是从供水管理至分流主管的分支部分) ； 通过墙壁贯通部或建筑物伸缩缝接合部的配管受损： 因天花板的掉落等，造成喷头与给水管受损； 因与建筑结构撞击，造成喷头受损。1 8 1 4 1 2 加州北岭地震 1 9 9 4 年1 月1 7 日，早上4 点3 1 分，在洛杉矶北方发生了规模6 6 级的地震，接 下来的几天内，又陆陆续续的地发生了数起规模在4 至5 级之间的余震，由可知这些 余震的地表加速度超过当时建筑法规达4 倍之多。由于震中在人口稠密区，所以这场 地震提供人们一个观察消防洒水系统耐震能力的绝佳机会。 比起在北岭地震中发现的问题，与圣佛南多地震中所发现的非常相似，如：采用 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 火药击钉来固定的扣件，在地震中被拉拔出来：穿过屋顶而没有足够可挠性接头的配 管均遭剪裂；利用生铁制管件相连续，且被支撑在与建筑物可能有相对位移的构件上 的主管，很有可能受影响而破裂；承受过多拉力的自攻螺栓则易被拉离木梁之外。 在以前的地震经验中，观察结果普遍认为喷淋系统的抗震能力是不会高于建筑物 的抗震能力的。然而在这次造成数以千计房屋损坏的地震中，人们发现，喷淋系统的 损坏层面不再那么广大。当然，若一栋建筑物发生重大的结构损坏时，其内部的自动 喷水系统当然难以维持。如m 甜n o m 觚m u s 铋m 大楼的顶层部分被前剪裂时，其内部 的喷水系统也一并被扯下：但是在本建筑的底层部分，喷水系统基本上还是完好如初。 另外，货架洒水喷头也有类似的情况，在地震后也受到极少的损坏。 北岭地震让人们第一次了解住宅喷淋系统在地震中的行为特性。有一些依据n f p 1 3 d 而装置的住宅铜质管路，尽管建筑的仿大理石外墙出现了数条细微的裂缝，但其 喷淋系统却毫无损伤。又如在加州大学北岭分校，尽管有些建筑物基础被抬升，造成 石膏板及屋瓦的破坏，但其五层楼低矮公寓n f p1 3 薄壁钢管却没有遭遇到任何的损害。 本次地震中人们学到一个很重要的教训：有依照最新n f p1 3 的要求而设置抗震措施的 喷淋系统，在地震中的表现要比按照旧规范而施作的还要好，纵向主管防震吊架就是 一个非常明显的例子。另外，其垂直向的地表运动量，记录中有高达1 8 g 的垂直地表 加速度，这导致数起因与天花板相撞而造成的洒水喷头损坏。震后水源供应也是一个 难题，有许多配备自动喷水系统的建筑物，建筑内的给水管道尚能正常使用，但在地 底管线破裂，导致无水源供应。【9 1 4 2 日本震损经验 4 2 1 神户地震 1 9 9 5 年1 月1 7 日晨5 时发生了阪神淡路大地震，震级7 2 。此次地震主要是以兵 库县为中心，邻近的府县也都产生了极大的破坏；破坏情形包含道路、铁路、电力、 水道、通信等。关于建筑物主要是以l 、2 层楼的木造住宅为主：另外r c 造、s r c 造、 s 造也都有相当的数量发生，其中也有大规模破坏的情形。 日本消防法针对建筑物的用途、规模、收容人数等，都有设置消防用设备等的义 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 务。对于此次地震而言，建筑物的损害算是轻微的，但是设置的消防用设备等均有受 害情形，也有因损伤造成了功能使用上的故障。特别是自动喷水系统，配管、洒水喷 头等被破坏，造成漏水、洒水等水渍损失。l m l 4 2 2 神户地震经验总结 根据以上的调查结果，可以得到以下的结论： ( 1 ) 自动洒水喷头 主要的破损状况有感热部件的破损、天花板构件与感热件部的接触、因天花的掉 落、感热件部被物品所撞击( 门扉、物品) ，造成喷水等二次受害。 ( 2 ) 配管 关于灭火设备配管的受害有接续部龟裂、拔出、配管的龟裂、损伤等。另外，尚 有因配管本体的摇动、支撑不充足，设备与物品的碰撞、建筑物伸缩缝部、建筑物导 入部等，设置于振动变位的较大之处。 ( 3 ) 水槽、给水装置 主要的破损状况有龟裂、偏移、倾倒等；龟裂为设置施工时，并未考虑抗震的缘 故，另外还有配管与支撑构件振动产生的变位不同，造成的破损；以及基础固定方法 的不正确导致。 ( 4 ) 自设发电设备 主要的破损状况有，因冷却水管或燃料用配管的破损，造成的机能不良。另外， 还有装置不当或保养不良，造成设备无法运转的情形。】 4 3 建筑消防喷淋系统在地震时失去功能的主要原因 4 3 1 建筑物结构的破坏导致消防喷淋系统组件的破损 地震以其巨大的能量，让建筑物横向和纵向摇晃，在摇晃中，破坏建筑物的墙体、 门窗和临边设施。在摇晃中，造成建筑物墙体移位，坍塌，从而造成安装的水、电管 道的断裂和破坏，在水、电管道被破坏后，溢出的流水和断路的电线进而造成电气短 路，引发建筑物火灾造成地震次生灾害。在建筑物内部安装的消防自动喷水系统，也 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 会因建筑物的剧烈摇晃而受到破坏，其管道会因本身的刚性和对位移的不可补偿，在 墙体的破坏或支架脱落情况下造成管道连接部位断裂，造成喷水系统失效。 4 3 2 供电设备被地震破坏 地震灾害发生之后，会对建筑物的市政供电系统造成破坏。首先是对建筑物外部 的供电线路的损坏，一般地震之后会造成灾区大面积停电发生。其次是对建筑物内部 的高低压供电设施的损害，主要是对高压变压器的损坏和对低压配电柜的损坏。再次 是对建筑物内部的低压供电线路的损坏。这些损害会造成为消防喷水系统给水泵供电 中断，使喷水系统补水补压的失败，而导致喷淋系统失效。 4 3 3 消防水源被破坏 地震灾害发生后，也可能对消防水池的建筑构件和系统设备造成损坏，从而使消 防水池存水泄漏，造成消防喷水系统无水可供，同时会淹没消防水泵房，导致喷淋系 统失效。 从以上分析可以看出，在地震时导致建筑消防喷水系统失效的原因主要可以归纳 为管道断裂、供电中断、水池泄漏、系统设备损坏。【1 2 】 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 第5 章我国大型建筑自动喷水系统选择及建设中存在的 5 1 大型建筑自动喷水系统选择 问题 5 1 1 选择大空间智能型主动喷水灭火系统 2 0 0 4 年，广东省颁布了大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范( 广东省 d b l 5 3 4 2 0 0 4 ) ，部分省份对此规范进行了等效采用，使大空间消防得到有效的保障。 智能型主动喷水灭火系统由几部分装置组成，分别是大空间智能灭火装置、智能型灭 火装置、自动扫描射水高空水炮灭火装置、自动扫描射水灭火装置等，还有多种智能 设备，例如大空间大流量喷头、智能型红外探测组件、电磁阀、信号阀组、供水管道、 水流指示器和供水设备等，这些设备都有自己独特的功能，一旦发生火灾，能迅速反 应，及时扑灭大火。【】 5 1 2 选择自动消防水炮系统 目前世界运用较为广泛的固定式灭火装置的自动喷水灭火系统，是具备了性价比 高、灭火成功机率大、安全又可靠等特点，已得到国内及国外运用实践证明的，已成 为现代大型建筑必不可少的发生火灾时喷水的设备。 自动消防炮系统分为两部分，分别是控制系统和数控消防炮。在大型建筑中，自 动喷水灭火系统的灭火效果受高度的影响比较明显，一般用的消防水炮流量为2 0 弘， 最大的射程不超过5 0m ，对于较大的空间场所，可燃物不集中或是淋水后损失较大， 不适宜大面积安装自动喷水系统。【】 5 2 现阶段大型建筑消防喷水系统抗震建设工作存在的问题 5 2 1 设计图纸不全，消防审核困难 少数地市州县的建筑项目经常出现设计图纸漏缺图、不能达到施工要求、更有甚 者单凭草图就进行项目的建设。主要是由于这些设计者对建筑消防安全的设计方面并 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 不注重，这些地区也没有强大的专业技术人才、完善的系统配套设施作支撑，再加上 某些建筑项目时间很紧张，设计的时间也相对减少，设计者为求简单方便，也不与其 它各个专业设计者进行沟通配合。 若要评估一套复杂设备系统的抗震能力，其整体系统抗震力的强弱，取决于其组 成子项目中抗震分数最低的一项，而消防洒水系统为整体系统的抗震弱点，这样，在 消防设计中，要把握好其设计的正确方法和措施，至关重要。 5 2 2 监督不力，源头关把不严 不能按规则、程序严格地做好建筑、施工审核、竣工的验收，是某些消防监督工 作者在工作中出存在的问题。 由上节的震损经验我们得知，消防系统的抗震关键子项目为自动喷水系统，而此 关键子项目中最脆弱的部分，为其悬吊配管的部分，因此，若想有效提高整体消防系 统的抗震能力，避免悬吊配管处产生破坏是一个非常重要的关键。 有的消防监督工作人员在施工检验中，对于工作流程不了解，在施工检查中不知 所措，不知道从何入手，对消防产品、消防喷水系统不熟悉，对系统安装要求不了解， 尤其是固定系统管道的支架、吊架的安装要求更不熟悉，这些都直接导致在对建筑工 程开展消防监督检查时查不出问题，发现不了隐患。 5 2 3 施工质量差，消防喷水系统运行难 影响工程的质量的原因有些是因为，某些施工单位对工程的量进行隐瞒，在投标 中采用很低的报价，使之出现过大的造价缺口：造成安装出现技术性的错误，是由于 有些安装单位技术工作人员不熟识，更有甚者根本不清楚规范和标准，不遵照此标准 工作。如：没有把最尾端的试水装备装于管网的最尾端，这样会造成压力、水流量测 试不准；还有某些部门人为使消防设备出现障碍，目的是索要欠款，却也致使了部份 设备不能正常运行使用；或者使本来耐震能力比较弱的洒水设计得不到正常的工作状 态，而造成更大的经济损失。在地震后再出现火灾的二次受损。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 6 1 政策方面 第6 章对策建议 6 1 1 重视施工质量，实行施工人员上岗证制度 加强对质量的认识，把设计、工程施工、监督等各个关把好。一是要强化对施工 质量认识的教育，设计质量的责任制度要落到实处。公安消防部门可同相关主管部门 一起，组织如建设、设计、施工、监理等单位开展像技术研讨会、工作报告总结会等 多形式的设计质量学习及认识的教育性活动。规定各个有关单位执行好职责，把好源 头关。二是要以消防法、中华人民共和国建筑法、建筑工程质量管理条例等 相关法律及相关法规为依据，对审核查询或是在备案抽查中看到的问题，比如建设单 位让施工部门减低技术标准进行设计施工的：建设及设计部门消防设计没有依照有关 技术准则进行的：减低了施工质量的：建筑及施工等各单位串通，鱼目混珠，减低质 量的等举动，都要加大处罚的力度，直至吊销相关资质，对主要的责任人执行行业禁 入，同时在新闻媒体上公开曝光并通报。让企业及个人意识到违法的代价大于守法的 成本，防止以上单位企业出现有意或无意的怠慢与疏忽。 建筑防火伴着大型的建筑档次及用途的增强而变得越来越错综复杂，由此也就对 消防设施的施工要求更高。所以，相关企业单位需要注重施工的质量，施工要严格认 真遵照相关标准及设计的图纸来执行。施工单位需要由公安消防部门进行考核合格并 取得相关施工安装资格。同时还需要有稳固的专业技术以及施工操作工作人员，且都 需要持有相关上岗证。施工中每个工程、每道工序都需要安排质检工作人员进行周全 的，仔细地检验，项目经理责任制也可逐渐执行。建议可以执行消施监督管理制度， 可以展开施工安装质量评定，这样不仅能够保证质量，也更有效的对各方面质量进行 了监督，监督工作多，人员少的问题也一并得到了解决。同时，国家应尽快出台自 动喷水灭火系统施工质量检验评定标准，便于开展检验评定工作。 6 1 2 严把设计质量关，实行消防设计资格证书制度 建筑设计部门需要严格施行消防法以及每一项技术准则及相关设计规则，不 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 能随便减低设计标准，尤其是一些大型建筑的防火设计按相关规定，一定要有建施、 结施、电施、给水及排水等相关的消防专项编制。这样都是为了保障大型建筑火灾防 消能力及减少火灾损害的能力，。设计部门应该成立消防设计的责任制度，对消防设计 图进行审核的技术总负责人应该要获得消防设计资格证书的。设计各类大型建筑只有 获得了消防设计相应资质等级证书的单位才能设计，单位资质等级是设计人员以及从 事建筑各专业设计的人员参加国家统一的消防设计相关资质考试，依照获得的资格专 业及人数来划分。设计的管理单位应该对获得消防设计资质等级证书的企业单位定期 进行复查，对设计企业单位防火设计质量及审批的状况等进行行之有效的管理，同时 将其作为企业单位设计资格审查以及评选优秀建筑等工作的依据，从每一个环节上加 大大型建筑防火的设计管理。据此，应该尽快施行消防洒水设施专项工程设计证书 管理办法及消防洒水设施专项工程设计资格分级标准。 6 1 3 提高工程施工质量监督体系，加强对建筑消防工程市场的整顿和规范 第一是要改善招标以及投标的管理制度，要从源头上把好消防工程质量关。一定 要严格防止指利用职权暗地里做一些不公平，不合法的事，要让建筑消防工程真正的 进入到有形的招标投标市场，就要创建全面的工程招标投标制度，强制执行国家出台 已久的中华人民共和国招标投标法。要依据相关法律制度检查和处理规避招标以及 在招标投标中鱼目混珠的问题，严格禁止将由一个承包单位完成的建设工程分解成若 干部分发包给不同的承包单的肢解发包以及化整为零招标，并且严格禁止出现违法的 分、转包，应该推广施工合同公证及合同履约担保制，采用各种行之有效的方法，逐 步改进建筑消防工程招标投标的管理制度。第二是要加强市场准入及清出的制度。公 安消防部门应该积极行动，增强对建筑消防施工单位的有效的管理，在资质审查及管 理中，企业施工质量应该作为审核的重要因素，对于公安消防部门判定的有质量方面 问题的单位一定要给予资质等级的调整，同时也要依据相关法律法规检查处理有违法 行为或有严重质量问题的单位。 为了打击假冒伪劣的消防用品，保障工程质量的安全，需要做到，第一、需要坚 持展开消防品的治理工作，严格打击不合格的产品，严格执行市场的准入制度。及时 发现并严厉查处各种不符合规定的产品，如，质量不符合标准的、国家明令淘汰的、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 以假当真的等产品；严厉打击各种违法行为，如仿冒或者假冒他人的商品名称、包装 装潢、注册商标等行为。第二、质量监督要增强，消防工程质量存在的如喷头选型及 安装错误等通病需要综合整治。为此，消防部门通报需要有针对性，严格防止以上问 题的发生。并且，要依据相关法规进行处罚那些故意违反施工操作规程的施工单位。 第三、国家消防产品官方网站的建设要加强，达成信息的快速沟通，结合宣传方式， 提升工程建设和消防产品使用单位对产品质量的认识，网站上能及时了解到产品的信 息，可以防止不按合同生产及销