消防水幕系统设计的那些事
一 概述
01 系统定义
防火分隔水幕是由开式洒水喷头或水幕喷头、雨淋报警阀组或感温雨淋阀、水流报警装置（压力开关）等组成，发生火灾时密集喷洒形成水墙或水帘的水幕系统。在火灾时能封闭开口，有效阻止火势蔓延。
02 设置场景
建筑防火分区的分隔应优先采用防火墙或防火卷帘等实体分隔构造，部分建筑或场所，由于功能或工艺需要，确实无法设置防火墙、防火卷帘等防火分隔设施时，可设置防火分隔水幕。
单体防火间距不够、但相邻外墙开口部位又无法设置防火墙、防火门窗等，也可以采用防火分隔水幕进行防火分隔（《建规》3.4.1-“注3”及5.2.2-“注5”）。
但在实际设计应用中，需要设置防火分隔水幕来满足单体间防火分隔要求的情况非常少见，本文不做讨论，仅讨论单体内部设置的防火分隔水幕。
03 设计原则
防火分区之间的分隔是建筑内防止火灾在分区之间蔓延的关键防线，防火墙可靠性最高，因此首先应采用防火墙进行分隔，其次可以采用防火门窗、防火卷帘、防火幕、防火玻璃墙等规范推荐的防火分隔设施。
且由于防火分隔水幕通常持续喷水时间较长，设计储水量较大，系统配置较多，储存的大量消防用水不用于主动灭火而用于被动防火的做法，不符合火灾中应积极主动灭火的原则，也是一种浪费。
故，原则上尽量不采用防火分隔水幕作为防火分隔设施。
二 规范要求
01 《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）
1.1条文3.3.1-注-1
厂房或仓库防火分区之间应采用防火墙分隔。除甲类厂房外的一、二级耐火等级厂房，当其防火分区的建筑面积大于本表规定，且设置防火墙确有困难时，可采用防火卷帘或防火分隔水幕分隔。
条文说明：
为适应生产发展需要建设大面积厂房和布置连续生产线工艺时，防火分区采用防火墙分隔有时比较困难。
1.2条文5.5.9
一、二级耐火等级公共建筑内的安全出口全部直通室外确有困难的防火分区，可利用通向相邻防火分区的甲级防火门作为安全出口。
条文说明：
当人员需要通过相邻防火分区疏散时，相邻两个防火分区之间要严格采用防火墙分隔，不能采用防火卷帘、防火分隔水幕等措施替代。
1.3条文8.3.6
下列部位宜设置水幕系统：
-1特等、甲等剧场、超过1500个座位的其他等级的剧场、超过2000个座位的会堂或礼堂和高层民用建筑内超过800个座位的剧场或礼堂的舞台口及上述场所内与舞台相连的侧台、后台的洞口；
-2应设置防火墙等防火分隔物而无法设置的局部开口部位；
-3需要防护冷却的防火卷帘或防火幕的上部。
注：舞台口也可采用防火幕进行分隔，侧台、后台的较小洞口宜设置乙级防火门、窗。
条文说明
本条第1、2款规定的开口部位所设置的水幕系统主要用于防火分隔（即防火分隔水幕），第3款规定部位设置的水幕系统主要用于防护冷却（即防护冷却水幕）。
02 《剧场建筑设计规范》JGJ57-2016
2.1条文8.1.4
舞台区通向舞台区外各处的洞口均应设甲级防火门或设置防火分隔水幕，运景洞口应采用特级防火卷帘或防火幕。（强条）
解读：
防火幕的设置要求详见该规范第8.1.1及8.1.2条，其他规范未要求设置防火幕但需要设置防火分隔设施的舞台口，仍建议采用防火幕的形式进行分隔。
2.2条文8.3.6-3
未按本规范第8.1.1条、第8.1.4条规定应设置防火幕和甲级防火门确有困难时，应设置防火分隔水幕；当运景洞口设置特级防火卷帘或防火幕有困难时，宜设防火分隔水幕。
解读：
a.舞台口应优先设置防火幕或采用“防火幕+防护冷却水幕”的方式进行分隔，侧台、后台等连接舞台以外的较小洞口，应优先采用甲级防火门窗（《建规》上为乙级，应按更严格的执行）进行分隔，采用以上方式确有困难时才考虑采用防火分隔水幕。
b.运景洞口的防火分隔设施设计，本规范条文8.1.4及8.2.6-3不一致，其中，8.1.4为强条，故应按8.1.4的要求设置特级防火卷帘或防火幕，不应采用防火分隔水幕代替。
2.3条文8.3.8-3
水幕系统的快开阀门，应位置明确、便于操作，并应设有明显的标志和保护装置。
条文说明
强调设置自动控制的同时，要求设置手动开启装置。剧场演出时，可将水幕系统的自动装置切换为人工控制状态，可以防止演出期间的误动作；非演时间，又可将系统的电动联动装置回到自动状态。
03 《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017
3.1条文4.3.3
防火分隔水幕不宜用于尺寸超过15m（宽）×8m（高）的开口（舞台口除外）。
条文说明
本条规定了防火分隔水幕的适用范围。本条提出了限制民用建筑中防火分隔水幕规模的规定，目的是不推荐采用防火分隔水幕作防火分区内的防火分隔设施。
近年各地在新建大型会展中心、商业建筑、高架仓库及条件类似的高大空间建筑时，常采用防火分隔水幕代替防火墙作为防火分区的分隔设施，以解决单层或连通层面积超出防火分区规定的问题。为了达到上述目的，防火分隔水幕长度动辄几十米，甚至上百米，造成防火分隔水幕系统的用水量很大，室内消防用水量猛增。
此外，储存的大量消防用水不用于主动灭火而用于被动防火的做法，不符合火灾中应积极主动灭火的原则，也是一种浪费。
3.2条文5.0.14
防火分隔水幕系统设计参数：
3.3条文6.1.5
防火分隔水幕应采用开式洒水喷头或水幕喷头。
条文说明
防火分隔水幕的作用是阻断烟和火的蔓延，当使水幕形成密集喷洒的水墙时，要求采用洒水喷头；当使水幕形成密集喷洒的水帘时，要求采用开口向下的水幕喷头。
3.4条文7.1.16
防火分隔水幕的喷头布置，应保证水幕的宽度不小于6m。采用水幕喷头时，喷头不应少于3排；采用开式洒水喷头时，喷头不应少于2排。
条文说明
多排布置喷头的目的是为了形成具有一定厚度的水墙或多层水帘。
04 《火力发电厂与点边站设计防火标准》GB50229-2019
7.1.9运煤栈桥及运煤隧道与转运站、筒仓、碎煤机室、主厂房连接处应设防火分隔水幕。
三 问题解析
01 系统说明
防火分隔水幕与雨淋系统配置基本一致，组件上最大的不同在于喷头形式，防火分隔水幕可采用普通开式洒水喷头或水幕喷头，雨淋系统一般采用雨淋喷头，雨淋喷头要求的工作压力较高。
1.1雨淋阀
防火分隔水幕，其报警阀为雨淋阀，动作方式同雨淋系统，可由其设置位置两侧同一分区内任意2只不同的探测器启动（对于8m以下场所，应采用感温探测器启动）。
雨淋阀后配水管道充水时间不宜大于2min，为了尽量减少雨淋系统的充水时间、降低火灾损失，雨淋阀组宜尽量靠近其防护区域设置。其位置应明确、便于操作，并应设有明显的标志和保护装置。
1.2持续喷水时间
防火分隔水幕持续喷水时间不应小于其设置部位墙体的耐火极限，当用于替代防火墙或特级防火卷帘时，其持续喷水时间不应小于3h。由于防火分隔水幕与湿式自喷火灾延续时间通常不同，不宜合用系统。
1.3系统流量计算
防火分隔水幕系统为开式系统，其设计流量计算应按雨淋报警阀控制的洒水喷头的流量之和确定。当同一防火分区存在多个雨淋阀组、且可能同时动作时，应按各部位同时动作的流量叠加计算。
02 最大应用高度
《喷规》5.0.14给出了防火分隔水幕的设计参数，喷水点高度h为≤12m，当超过12m时，规范未给出相应设计参数，对于要求喷头布置更高的场所，是否可以采用防火分隔水幕？
解读
杨丙杰老师《大空间场所防火应用技术研究》一文中对大空间防火分隔水幕进行了试验，试验结论为，当喷头安装高度提高到18m时，需将防火分隔水幕系统的喷水强度提高至2.2L/（s.m），才能达到不低于喷头安装高度为12m时的防火隔热效果。
个人认为，上述论文的试验数据仅可作为参考，不能作为设计依据。规范本身就不推荐采用防火分隔水幕替代防火墙、防火卷帘等实体分隔设施，对于净空高度大于12m的大空间场所，其火灾危险性更高，不宜采用该系统。
注：场所最大净高和喷头安装高度并无直接联系，喷头喷水点的高度与洞口高度关联较大，场所净高高于12m，但喷头喷水点高度≯12m的场所仍然适用防火分隔水幕。
03 喷头选择
防火分隔水幕可采用开式洒水喷头或水幕喷头。喷头布置时，应保证水幕的宽度不小于6m。采用水幕喷头时，喷头不应少于3排；采用开式洒水喷头时，喷头不应少于2排。
3.1水幕喷头
水幕喷头产品标准详见《自动喷水灭火系统第13部分：水幕喷头》，根据使用用途可分为防火分隔用水幕喷头（代号G）及防护冷却用水幕喷头（代号L），代号T：表示同时适用于防火分隔和防护冷却的通用型水幕喷头。
水幕喷头的参数及布水曲线详见国标图集20S206《自动喷水灭火设施安装》-P46。该图集中流量系数最大的水幕喷头，其流量系数为K=38。
3.2开式洒水喷头
开式洒水喷头产品标准详见《自动喷水灭火系统第1部分：洒水喷头》，用于防火分隔的开式喷头一般采用直立型或下垂型，流量系数有K80和K115。
K80及K115开式洒水喷头布水曲线同其同类型闭式洒水喷头，详见国标图集20S206《自动喷水灭火设施安装》P27及P30。
喷头安装方式可灵活选取，但宜保证喷水布水能喷到门洞上沿，且喷水路径上不应有其他障碍物。当采用上喷喷头喷水点高度略微超过12m时，可考虑采用下垂型喷头，但仍需符合上述要求。
3.3选择
图集上水幕流量系数较小，按规定需布置不少于3排，相对于开式洒水喷头而言，水幕喷头布置数量多且密集，且由于水幕喷头洒水为带状水帘，各排水幕喷头之间存在空白区域。
开式洒水喷头布水时，其投影面为圆形，布水更均匀，采用水墙的形式，更容易满足规范不小于6m的宽度要求。基于以上原因，个人建议宜采用开式洒水喷头。
另，国标图集19S910-P88、04S206-P35也建议采用开式洒水喷头。
04 剧场防火分隔水幕设置探讨
舞台口应按《剧场建筑设计规范》8.1.1~8.1.2的要求设置防火幕，规范以外的舞台口宜尽量设置防火幕，且由于防火分隔水幕应用高度有限，舞台口在非特殊必要情况下，个人认为，不应采用防火分隔水幕。
剧场舞台区（包括主舞台、侧舞台、后舞台）通常可作为一个防火分区（单个防火分区面积限制：2500㎡，当设有自喷时，可增加1倍），主舞台与侧舞台及后舞台之间无需设置防火分隔水幕等防火分隔设施。
舞台区与其他区域连通的洞口处应尽量采用甲级防火门，当无法设置防火门时，方可采用防火分隔水幕。运景洞口应采用特级防火卷帘或防火幕。
综上所述，剧场在通常情况下，可采用防火幕、防火卷帘、防火门等实体防火分隔构件进行分隔，无需设置防火分隔水幕。在特殊情况下，确实无法设置上述实体分隔设施时，方可采用防火分隔水幕。
05 水幕宽度
根据《喷规》7.1.6条，防火分隔水幕的宽度不应小于6m，但规范未明确这个宽度是指水幕的平均宽度、地面投影宽度还是洞口上沿水墙宽度。
因为直立型或下垂型开式洒水喷头布水曲线呈抛物状，相邻喷头喷水范围交叉后形成的水幕形状在各个水平断面上不尽相同，而水幕宽度也需要通过控制喷头的安装高度来实现。
由于图集或产品样本上给出的布水曲线通常只绘制了离地面高度为3m左右的布水曲线，喷头喷水点位置更高时，难以判断地面落点位置，水幕于地面的投影宽度难以确定。
水幕宽度给工程设计带来了不确定性，设喷头喷水点的高度为h，个人建议按如下要求设计：1）当h≤6m时，建议取h/2处的断面宽度B1为设计水幕宽度；2）当6m<h≤12m时，建议取离喷水点3m处的断面宽度为设计水幕宽度。
四 设计举例
01 模型
某项目防火分区分隔处防火墙开口宽度为10m，场所净高为7m，洞口开口高度为5m，由于功能需要无法设置防火墙及防火卷帘等。
采用防火分隔水幕进行分隔，系统采用K115开式洒水喷头，下垂安装，喷水点高于洞口上沿1m（距地面高度：6m），喷头布置成2排，火灾延续时间按3.0h。
02 试算
K115开式洒水喷头下垂安装时，其布水曲线如下：
喷头最低工作压力为0.1MPa，本次取0.1MPa，喷水点距离洞口上沿为1.0m，对应上部曲线，喷头需喷湿洞口上沿时，则喷头距离门洞最远点不能大于2.1m，此次布置距洞口的垂直距离按1.5m考虑。
规范规定系统喷水强度不应低于2.0L/（s.m），系统设计流量估算系数暂按1.3，则系统设计流量约26L/s（计算：2*10*1.3）。最不利点喷头流量为1.92L/s，则总共需设置26/（1.92*1.1）=13个。
由于该场所喷头喷水点处高度为6m，取离喷头高差为3m处的断面作为设计水幕断面宽度，则对应上图，喷头保护半径为3.4m。
03 喷头布置
喷头采用上下两排错位布置，水幕宽度计算断面上，个人建议喷湿两侧墙体的宽度不宜小于1.5m，以防火势从墙边的薄弱环节蔓延，对于喷水点高度较小的场所，喷湿墙面的尺寸宜适当加大，喷头布置后宜按上述要求进行校核。
本次共设置13个喷头，上排喷头数7个，下排6个，喷头布置间距1.6m（10/6），查布水曲线，此时单个喷头保护半径为3.4m，布置如下：
04 计算结果
最不利点喷头工作压力0.1Mpa，系统设计流量Q=27L/s，选用额定流量为30L/s的消防泵，实际分隔部位单位长度喷水强度为3L/（s.m）
配水管入口压力为17m，系统火灾延续时间按3h，则防火分隔水幕系统一次灭火用水量V=30*3*3.6=324m3。
来源公众号@给排水部落
