徐慧影

(清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100084)

淺談高大空間建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐慧影

(清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100084)

以某高大空間公共建筑為例，通過分析不同火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器，針對高大空間建筑特殊的結(jié)構(gòu)形式、煙霧在高大空間內(nèi)存在的分層現(xiàn)象等實(shí)際問題，結(jié)合現(xiàn)行國家規(guī)范，提出將不同火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器在工程案例中結(jié)合使用的觀點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)探測全覆蓋，為同類建筑物火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 高大空間 火災(zāi)探測

0 前言

隨著社會(huì)文明的不斷進(jìn)步以及高新科技的飛速發(fā)展，公共建筑功能愈發(fā)復(fù)雜，且其具有面積大、人員集中的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)且初期沒有及時(shí)預(yù)警，火災(zāi)會(huì)快速蔓延、難以撲救，嚴(yán)重威脅人民生命、財(cái)產(chǎn)安全。

本文以筆者參與設(shè)計(jì)的龍華法堂為例，通過分析火災(zāi)探測器的工作原理，闡述高大空間的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)及時(shí)、有效地探測及預(yù)警。龍華法堂位于浙江省寧波市雪竇山國家級風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)，由于該項(xiàng)目當(dāng)時(shí)選址于廢棄的采石場，故利用現(xiàn)有地形建設(shè)，屋面設(shè)計(jì)為玻璃罩頂，如圖1～2所示，分別為龍華法堂效果圖及剖面圖。

圖1 龍華法堂效果圖

圖2 龍華法堂剖面圖

1 工程特點(diǎn)及消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

龍華法堂為單層大空間公共建筑，總面積16 808m2，屋面最長處約為184m，最寬處為100m，最高處距地40.02m，層高高、跨度大，因此屋面玻璃罩頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)在自然環(huán)境影響下會(huì)發(fā)生形變。

本工程雖為佛教建筑，但使用單位明確主體建筑內(nèi)部不設(shè)焚香功能，可不考慮焚香煙霧對火災(zāi)探測器造成的誤報(bào)警。在設(shè)計(jì)中充分考慮建筑的特殊性，且對火災(zāi)事故進(jìn)行有效探測、及時(shí)報(bào)警，將災(zāi)害降到最低才是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2 工程設(shè)計(jì)及難點(diǎn)解決

2.1火災(zāi)探測器選擇

依據(jù)GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第12.4.1條款規(guī)定，高度>12m的空間場所宜同時(shí)選擇兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器。這里火災(zāi)參數(shù)主要包含熱(溫度)、煙(煙霧粒子)、光(火焰)、氣(氣體)、聲(燃燒聲)幾類，根據(jù)探測火災(zāi)參數(shù)的不同，火災(zāi)探測器分為感溫探測器、感煙探測器、火焰探測器、氣體探測器以及聲音探測器等。其中，感溫探測器常用產(chǎn)品為點(diǎn)型感溫探測器及纜式線型定溫火災(zāi)探測器，由于探測精度差、反應(yīng)時(shí)間長，不適合用于高大空間建筑；氣體探測器多用于環(huán)境存在可燃?xì)怏w的場所；聲音探測器的響應(yīng)速度較慢，且易受環(huán)境聲音影響產(chǎn)生誤報(bào)警，實(shí)際工程中鮮少使用；另外，點(diǎn)型感煙探測器及點(diǎn)型火焰探測器適用場所的高度宜≤12m，同樣不適合高大空間建筑。因此，結(jié)合高大空間項(xiàng)目特點(diǎn)及探測器產(chǎn)品特性，適合于高度>12m的感煙探測器及火焰探測器主要有以下幾種。

1)紅外對射型線性光束感煙火災(zāi)探測器

探測部分由光束發(fā)射器和光電接收器兩部分組成。當(dāng)探測器光路上出現(xiàn)煙霧時(shí)，會(huì)使到達(dá)接收器的信號(hào)減弱；當(dāng)減光率達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，探測器就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

紅外對射型線性光束感煙火災(zāi)探測器易于安裝、探測響應(yīng)迅速且工程造價(jià)較低，但因?yàn)楸竟こ虨椴Ａд猪?，穩(wěn)定性較差，如采用該類型探測器，較難滿足發(fā)射器與接收器精準(zhǔn)的對射，易發(fā)生誤報(bào)警，且后期維護(hù)工作量較大。

2)光截面感煙火災(zāi)探測器

探測部分由發(fā)射器和接收器組成，使用時(shí)每只接收器對應(yīng)多只發(fā)射器。基于采用的圖像感煙火災(zāi)探測技術(shù)，在被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)設(shè)置紅外發(fā)光陣列發(fā)射器和紅外攝像機(jī)，使紅外發(fā)光陣列發(fā)射出的紅外光斑影像由紅外攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，并傳送給視頻切換器，視頻切換器再以巡檢方式逐一將接收到的視頻信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)情況，該探測器即可通過聯(lián)動(dòng)控制報(bào)警器進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。

光截面感煙火災(zāi)探測器采用非接觸式探測，對環(huán)境因素適應(yīng)能力強(qiáng)，具有分辨發(fā)射光源與干擾光源的能力。通過發(fā)射器與接收器一對多的形式，可使探測范圍形成一組平面或曲面，實(shí)現(xiàn)對被保護(hù)空間的全面式覆蓋，極大提高了火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確率和響應(yīng)速度。

3)管路采樣式吸氣感煙火災(zāi)探測器

由吸氣泵、過濾器、激光腔、控制電路等組成。首先，探測器使用吸氣泵通過預(yù)先布置好的采樣孔和采樣管道抽取保護(hù)區(qū)內(nèi)的空氣，并將空氣樣本送入激光腔，在激光腔內(nèi)利用激光照射空氣樣本；若采樣空氣中含有煙霧粒子，則煙霧粒子所造成的散射光會(huì)被陣列式接收器接收，然后接收器會(huì)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將其送到控制器的控制電路，這樣一來，信號(hào)經(jīng)處理后會(huì)轉(zhuǎn)換為煙霧濃度，對比設(shè)定報(bào)警閾值產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)的輸出信號(hào)，并在符合條件的時(shí)候發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

管路采樣式吸氣感煙火災(zāi)探測器靈敏度高、維護(hù)成本低，不會(huì)因環(huán)境因素的影響造成誤報(bào)。本工程屋面東西跨度120m，而單根采樣管安裝長度宜為≤100m，又同時(shí)受空間造型限制，所以如果采用該類型火災(zāi)探測器，采樣管路僅能安裝在玻璃罩頂頂部，無法對下部煙氣分層部分實(shí)施及時(shí)有效的探測。

4)雙波段圖像型火災(zāi)探測器

由紅外CCD和可見光CCD組成，將采集到的紅外視頻圖像信號(hào)或彩色視頻圖像信號(hào)傳送給信息處理主機(jī)進(jìn)行處理，通過分析圖像判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。

雙波段圖像型火災(zāi)探測器兼具火焰探測器及現(xiàn)場智能監(jiān)控功能，基于非接觸式探測技術(shù)，具有保護(hù)面積大、探測距離遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大空間及其他特殊空間場所。

綜合上述分析，本工程采用了將能夠?qū)崿F(xiàn)早期煙霧探測的光截面感煙火災(zāi)探測器和以直觀的圖像方式探測早期火焰的雙波段圖像型火災(zāi)探測器相結(jié)合的火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警系統(tǒng)。

2.2工程設(shè)計(jì)

2.2.1 光截面感煙火災(zāi)探測器布置設(shè)計(jì)

考慮到高度超過12m的高大空間場所建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)火源位置、類型、功率等因素的不確定性以及高大空間內(nèi)煙氣存在分層現(xiàn)象，在可能存在煙氣的多個(gè)高度設(shè)置線型光束感煙火災(zāi)探測器。本工程結(jié)合實(shí)際情況將光截面感煙火災(zāi)探測器的設(shè)置分為兩個(gè)方面：法堂內(nèi)部空間保護(hù)及弧形屋頂空間保護(hù)。

1)法堂內(nèi)部空間保護(hù)

光截面感煙火災(zāi)探測器水平分層布置，分為7個(gè)探測范圍，每個(gè)范圍內(nèi)因具體層高不同，設(shè)置2～4層不等的光截面感煙火災(zāi)探測器，每個(gè)探測范圍內(nèi)發(fā)射器數(shù)量按式(1)、(2)進(jìn)行計(jì)算。

n=(Dh/d)+1

(1)

Dh=L×K1

(2)

式中，n為發(fā)射器數(shù)量(計(jì)算結(jié)果為小數(shù)時(shí)，四舍五入取整)；Dh為水平視場范圍；d為發(fā)射器安裝間距，d≤10m；L為實(shí)際探測距離；K1為距離因子(光路長度為3～30m，K1=1.7；光路長度為3～60m，K1=0.9；光路長度為3～100m，K1=0.4)。光截面感煙火災(zāi)探測器水平安裝平面示意圖如圖3。

圖3 光截面感煙火災(zāi)探測器水平安裝平面示意圖

法堂內(nèi)部空間光截面感煙火災(zāi)探測器設(shè)置及某一探測范圍布線及設(shè)備安裝說明如圖4～5所示。

圖4 法堂內(nèi)部空間光截面感煙火災(zāi)探測器設(shè)置圖

2)法堂弧形屋頂空間保護(hù)

由于煙霧會(huì)在空間頂部聚集，為提高報(bào)警的靈敏度，探測器的光束軸線至頂棚的垂直距離宜為0.3～1.0m。本項(xiàng)目在距玻璃罩頂部<1m的范圍內(nèi)設(shè)置6組光截面感煙火災(zāi)探測器(在玻璃罩頂下安裝示意圖如圖6)。

2.2.2 雙波段圖像型火災(zāi)探測器布置設(shè)計(jì)

雙波段圖像型火災(zāi)探測器根據(jù)探測距離的不同分為30m、60m、80m、100m等多種型號(hào)規(guī)格。根據(jù)保護(hù)距離的遠(yuǎn)近，本工程選用的型號(hào)為：12只60m雙波段圖像型火災(zāi)探測器、6只80m雙波段圖像型火災(zāi)探測器。雙波段探測器在玻璃罩頂下安裝，距頂棚距離≥50cm。

圖5 某一探測范圍布線及設(shè)備安裝說明

圖6 光截面感煙火災(zāi)探測器在玻璃罩頂下安裝示意圖

雙波段圖像型火災(zāi)探測器工作電壓等級為24V，由安裝在頂部的電源箱引出。電源箱電源及消防水炮解碼器AC 220V電源均由設(shè)置在消防控制室內(nèi)消防水炮控制器的UPS不間斷電源提供，經(jīng)強(qiáng)電消防線槽引來。雙波段圖像型火災(zāi)探測器的輸出信號(hào)為復(fù)合視頻信號(hào)，每只雙波段圖像型火災(zāi)探測器需接入兩根視頻同軸線纜。

法堂雙波段圖像型火災(zāi)探測器設(shè)置如圖7所示。

圖7 法堂雙波段圖像型火災(zāi)探測器設(shè)置圖

3 案例總結(jié)

光截面感煙火災(zāi)探測器與雙波段圖像型火災(zāi)探測器的相互結(jié)合，既實(shí)現(xiàn)了對早期火災(zāi)煙霧探測的要求，又滿足了早期火焰探測的要求，同時(shí)兼具視頻可視功能，在保護(hù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雙重覆蓋，探測功能上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品設(shè)備參數(shù)，仍有以下幾項(xiàng)需要在產(chǎn)品安裝及設(shè)備調(diào)試過程中注意。

1)光截面感煙火災(zāi)探測器光路長度的問題：因本工程最大跨度為100m，中間沒有能夠加裝設(shè)備的墻體，可適當(dāng)增強(qiáng)紅外發(fā)光陣列發(fā)射器的發(fā)射強(qiáng)度，滿足長光路狀態(tài)下報(bào)警靈敏度的要求。

2)雙波段圖像型火災(zāi)探測器盲區(qū)問題：若雙波段圖像型火災(zāi)探測器安裝不當(dāng)，則設(shè)備的正下方容易形成探測盲區(qū)，存在安全隱患。設(shè)計(jì)過程中確定探測器保護(hù)角度的同時(shí)，也確定了探測器的布置方法和安裝高度，且施工過程中應(yīng)注意探測器的安裝角度。

3)為避免光截面感煙火災(zāi)探測器及雙波段圖像型火災(zāi)探測器受太陽光線及房間內(nèi)燈具光線影響，出現(xiàn)誤報(bào)警的情況，調(diào)試過程中可通過加設(shè)濾鏡減少可見光的影響。

4 設(shè)計(jì)思考

設(shè)計(jì)過程中還有一個(gè)比較有爭議的問題，規(guī)范中規(guī)定高度>12m的空間場所宜同時(shí)選擇兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器，那么雙波段圖像型火災(zāi)探測器是否屬于兩種參數(shù)的火災(zāi)探測器呢？

雙波段圖像型火災(zāi)探測器通過紅外波段及可見光波段兩種探測器探測火焰，通過圖像監(jiān)控獲得場所內(nèi)的火警狀態(tài)。但筆者認(rèn)為，這兩種探測形式的本質(zhì)均是通過火點(diǎn)的火焰去判斷環(huán)境內(nèi)火情，雙波段圖像型火災(zāi)探測器應(yīng)屬于只具有一種火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器；另外就設(shè)備本身來說，兩種波段探測器集成在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)，其可靠性和報(bào)警的靈敏度都有一定的限制，鑒于此，高大空間建筑內(nèi)，如設(shè)置雙波段圖像型火災(zāi)探測器，仍需設(shè)置其他參數(shù)火災(zāi)探測器。

5 結(jié)束語

功能復(fù)雜的大型公共建筑如何實(shí)現(xiàn)有效、及時(shí)的火災(zāi)探測在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中尤為重要。從安全的角度考慮，通過將適應(yīng)工程特性的不同火災(zāi)參數(shù)探測器結(jié)合使用，對不同火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行綜合分析判斷，可更加快速、準(zhǔn)確的探測火災(zāi)事故的發(fā)生，使火災(zāi)能夠在第一時(shí)間得到處理。

[1] GB 50116-2013 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2014.

[2] 14X505-1 《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》圖示[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2014.

[3] 張卉.高大空間火災(zāi)探測技術(shù)的應(yīng)用 [J].智能建筑電氣技術(shù),2016,10(2):19-23.

DiscussionontheDesignofAutomaticFireAlarmSystemforLargeSpaceBuilding

Xu Huiying

Through taking a large public building as an example, the fire parameters of different fire detector are analyzed, and according the current national standards, in view of the structure, the smoke stratification and other practical problems, the method that putting together the use of different fire detectors in the engineering case, so that providing a reference for similar buildings in the design of automatic fire alarm system.

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