随着我国经济的快速发展,城市人口急剧增加,城市土地资源越来越紧张,城市建筑的纵向发展显得十分必要。近1 0年,我国超高层建筑处于快速发展期,而且大部分已建和在建的超高层建筑都位于人口密集的城市中心。一旦发生火灾,后果十分严重,极易造成群死群伤的重大事故,因此超高层建筑火灾的扑救一直是国内外学者关注的重点。目前,超高层建筑中由于建筑高度过高,输送水介质灭火一直存在难题,压缩空气泡沫作为一种高效灭火系统,可以在超高层建筑中尝试应用。前人对于压缩空气泡沫的研究大多基于小尺寸实验和工程性灭火实验,很少关注压缩空气泡沫输运时的压力损失、压力建立时间、喷射距离、经过长距离流动后泡沫的稳定性及灭火有效性等问题。因此,本文以研究压缩空气泡沫在实际消防管网中的输运特性、长距离输运后的灭火有效性、压缩空气泡沫在超高层建筑中的应用方案为目标,从以下几个方面开展了相关研究:(1)利用全尺寸压缩空气泡沫水平/垂直输运实验,分析了管网材质、管网直径、泡沫原液属性等参数对压缩空气泡沫管网输运过程的影响,获得了压力损失、压力建立时间、出泡沫时间和喷射距离等关键技术参数的变化规律。研究表明:压缩空气泡沫在PVC-C管和钢管的压力衰减基本一致,不同材料和泡沫原液浓度对压力损失影响不大,而管网直径对压力衰减影响显著;管网末端连接消防枪灭火时,DN80管道的压力损失为0.395kPa/m,DN65管道的压力损失为0.715kPa/m,DN50管道的压力损失为0.871kPa/m;泡沫到达1000m末端需要215秒,当末端压力为0.2MPa时,其喷射距离超过14m;双消防车同时输送压缩空气泡沫对管网压力影响不大,对管网喷射泡沫时的动压有较大提升,并且双车压缩空气泡沫到达灭火点的时间更短。(2)开展全尺寸实验,利用消防水枪直接向室内火源远距离喷射压缩空气泡沫,研究了不同属性压缩空气泡沫的灭火效率以及长距离输运后的灭火有效性。研究结果表明:气液比范围在5.5:1-11:1之间的泡沫均可以高效扑灭油池火,房间内的温度和辐射均明显下降,而且喷射时泡沫初始动量大,有效灭火距离大于9m;但针对大型木垛火,当泡沫气液比超过10:1时,其流动性及冲击力减小,导致木垛表面明火扑灭时内部还存在较高温度,所以对于从单面进行灭火,喷射压缩空气泡沫的时间需要适当延长,最好可以从两个不同的方向进行喷射灭火,保证泡沫能有效覆盖火源,否者可能造成复燃现象;泡沫在经过长距离消防管网流动后均能保持一定的稳定性,对于水成膜灭火剂(AFFF)经过1000m输运后的25%析液时间超过2.5分钟,满足灭火要求,而1000m末端在压力为0.2MPa时,可以对直径2.7m的油池火进行有效灭火,灭火时间不超过1分钟。(3)基于380m超高层实体建筑开展了一系列压缩空气泡沫垂直输运实验,获得了压缩空气泡沫消防车垂直向上输送泡沫的有效高度和极限高度,建立了垂直向上压力衰减预测模型。测试结果表明:单车输运压缩空气泡沫时有效输运高度为195m,喷射距离约为15m,且现场泡沫状态满足消防灭火需求。由屋顶向下输送压缩空气泡沫时,管网内压力与高度位置近似呈线性变化关系,无分段时最底部管网压力会超过2.0MPa,此时压力过大,需要设置电动阀分段输送压缩空气泡沫,在43层设置截止阀后,可以正常向下输运压缩空气泡沫。由楼顶向下分段输送压缩空气泡沫过程中,各区间段压力变化率基本一致,建立压力时间随高度位置下降而增加。最远点达到0.6MPa的时间约为6.5分钟,最高点达到0.6MPa的时间约为2分钟。(4)基于压缩空气泡沫输送实验系列测试结果,提出了压缩空气泡沫在超高层建筑中的应用方案,完成了应用示范。当建筑高度小于180m,在建筑内增加压缩空气泡沫专用垂直管网,可以利用压缩工期泡沫消防车在地面直接输送压缩空气泡沫进行灭火;而对于高度大于180m的建筑宜采用“固移结合”方式,即楼层高度小于180m,可由压缩空气泡沫消防车进行灭火,高度大于180m的楼层需要设置固定式压缩空气泡沫系统,楼层过高时需要进行分段处理,设置多个固定式系统。为满足管理者在火灾发生初期就能够立刻采用压缩空气泡沫进行高效扑救的目的,本文对应用方案的具体实施以及后续的消防联动设计、操作和管理进行了进一步细化,确定了相关工程技术参数,为压缩空气泡沫系统在超高层建筑中的“固移结合”方案及压缩空气泡沫系统联动设计的实施提供参考,并成功在广西南宁华润中心大厦进行了应用。