周波

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司）

1 高大空間建筑特點、高大空間火災特點

1.1 高大空間建筑特點

高大空間場所主要指民用建筑中體育館的比賽廳、公共展覽館的展廳、機場航站樓的候機廳、高鐵站房的候車廳等。這些場所一般凈高大于12m、水平跨度大、防火分隔困難、人員疏散距離長，且大都是人員密集場所。萬一發(fā)生火災時，對人員生命安全危害大、對社會經(jīng)濟財產(chǎn)損失大。

1.2 大空間建筑火災特點

由于大空間場所具有1.1中所述特點，其火災相對于其他建筑場所也有其自身的特點。

1.2.1 火勢蔓延迅速

由于空間跨度大、凈空高、防火分隔困難，火災時，高溫會以煙氣對流、熱量輻射等方式迅速擴散，很容易形成大范圍火災。

1.2.2 安全疏散困難

大空間場所人員密集、人員對疏散路徑不熟悉、最不利點與安全出口的距離較遠，火災時人員疏散很難實現(xiàn)建筑設計的理想狀態(tài)。

1.2.3 滅火撲救困難

大空間場所空間開闊，火災發(fā)生也具有隨機性，所以很難準確、迅速的判斷火源的位置，給滅火撲救造成困難。

1.2.4 存在煙霧分層現(xiàn)象

根據(jù)《GB50116-2013火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》[1]12.4.1～12.4.5條文說明，大空間建筑高度≤16m時，煙氣在6～7m會有分層現(xiàn)象；16m＜空間高度≤26m時，煙氣在6～7m處第一次分層，繼續(xù)上升到11～12m處出現(xiàn)第二次分層。

1.2.5 火災探測環(huán)境干擾大

高大空間場所空間開闊，火災探測環(huán)境存在如灰塵、太陽光、電磁等干擾因素，容易導致探測器漏報或誤報。

2 火災參量、火災探測器分類及性能特點

2.1 火災參量

火災是失去控制的燃燒現(xiàn)象，高溫、火焰和生成新物質是火災的3個主要參量。

2.1.1 火災高溫

火災高溫是可燃物中化學能經(jīng)氧化反應轉化來的，其既是燃燒的產(chǎn)物，又是繼續(xù)燃燒的條件。

2.1.2 火焰

火焰是是可燃物中化學能氧化反應時釋放出光和熱的現(xiàn)象。

2.1.3 燃燒生成物

煙是燃燒生成物，其顆粒懸浮在大氣中的，一般肉眼可見（0.01～10μm）。

大氣中CO幾乎為零，而燃燒時會產(chǎn)生CO。除了酒精火外，幾乎所有的火災都有CO產(chǎn)生[2]。

2.2 火災探測器分類

火災探測器是能對2.1中所述火災參量不斷采集、分析，并輸出火警信號的消防產(chǎn)品。

根據(jù)采集火災參量的不同、響應原理的不同，火災探測器分類見表1[2]。

2.3 感煙探測器

2.3.1 感煙探測器選擇

根據(jù)《GB50116-2013火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》[1]5.1.1條：火災初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射的場所，應選擇感煙火災探測器。對火災發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫火災探測器、感煙火災探測器、火焰探測器或其組合。

表1 火災探測器分類表

2.3.2 點型感煙探測器

點型感煙探測器分為離子、光電兩種基本類型。點型感測器適用于建筑高度＜12m的場所。

2.3.3 吸氣式感煙火災探測器

吸氣式感煙火災探測器是采用管路吸氣方式對空氣進行采樣，快速、動態(tài)地識別和判斷煙粒子，從而探測火災。適用于具有高空氣流量的場所、大空間場所、低溫場所、需要進行火災早期探測的場所等。

2.3.4 線型光束感煙火災探測器

線型光束感煙火災探測器是應用紅外光束被煙霧粒子吸收而減弱的原理來探測火災，探測器通常由發(fā)射器、接受器組成。線型光束感煙火災探測器探測距離長、保護范圍大，通常安裝于跨度大、凈空高、無遮擋的建筑場所。

多光束感煙探測器又稱為光截面感煙探測器。

2.3.5 圖像型光截面感煙探測器

當光截面感煙火災探測器的接收器采用CCD攝像機時，這種探測器稱為圖像型光截面感煙探測器。其采用了模式識別、趨勢算法等，能自動對自身周邊的各種環(huán)境因素做出反饋補償，可大幅度降低了因灰塵積累、溫濕度變化等引起的漏報、誤報。

2.4 感溫探測器

2.4.1 感溫探測器選擇

感溫探測器是響應異常溫度、溫升速率和溫差的火災探測器，可分為定溫、差溫兩種基本類型。

根據(jù)《GB50116-2013火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》[1]5.1.1條：對火災發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫火災探測器、感煙火災探測器、火焰探測器或其組合。

2.4.2 纜式線型感溫火災探測器

纜式線型感溫火災探測器是定溫探測器，是以感溫電纜為敏感元件，一般采用2根或根涂有熱敏絕緣材料的導線絞結在一起；或是同心電纜（2根導線），電纜中的導線用熱敏絕緣材料隔離開來。

2.5 火焰火災探測器

2.5.1 火焰探測器選擇

火焰探測器是采集并分析火焰輻射出的紅外、紫外、可見光的火災探測器。

根據(jù)《GB50116-2013火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》[1]5.1.1條：對火災發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫火災探測器、感煙火災探測器、火焰探測器或其組合；對火災發(fā)展迅速，有強烈的火焰輻射和少量煙、熱的場所，應選擇火焰探測器。

2.5.2 雙波段圖像火焰探測器

雙波段圖像火焰探測器一般采用紅外微光攝像機和普通彩色CCD攝像機組成，既采集了煙氣熱輻射，又采集了火焰彩色視頻，同時此類產(chǎn)品IP防護等級高?？稍谝桩a(chǎn)生明火、陰燃火的場所推廣使用，如展覽廳、體育場館、大型倉庫、環(huán)境惡劣的工藝場所等。

3 自動消防炮系統(tǒng)

對于所指的大空間場所，給排水專業(yè)一般會設置自動消防炮系統(tǒng)，系統(tǒng)由配套探測器、報警控制主機、滅火裝置組成。

自動消防炮屬于定點滅火系統(tǒng)，優(yōu)點是保護范圍大、響應速度快、附帶損失小。系統(tǒng)的火災探測、掃描定位、確認火災、啟泵開閥、射水滅火等均可自動完成；除具有自動滅火功能外，系統(tǒng)還應具有遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制功能。

系統(tǒng)配套使用的探測器一般采用圖像型光截面感煙探測器、圖像型雙波段火焰探測器，探測器輸出的信號經(jīng)報警主機初步處理，若判斷無火災，則流程結束；若判斷可能火災，則信號再進一步處理，然后系統(tǒng)再決策是否輸出火警信號；當兩種探測器都發(fā)出火警信號后，消防炮上的定位器開始尋找火源，確定火源后鎖定，然后噴水滅火。由于系統(tǒng)經(jīng)過煙霧報警、火焰報警和火源位置三重確認，使得系統(tǒng)的誤動率大幅度降低。

4 現(xiàn)行規(guī)范對大空間場所火災探測器的選用要求

現(xiàn)行規(guī)范對大空間場所火災探測器選用的要求如下：

4.1 《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范GB50116-2013》[1]

下列場所或部位，宜選擇纜式線型感溫火災探測器:電纜豎井、電纜夾層、電纜橋架；不易安裝點型探測器的夾層、悶頂。點型感煙、感溫火災探測器不適宜的大空間、舞臺上方、建筑高度超過12m或有特殊要求的場所宜選擇吸氣式感煙火災探測器。

火災初期產(chǎn)生大量煙的場所，應選擇線型光束感煙火災探測器、管路吸氣式感煙火災探測器或圖像型感煙火災探測器。

火災初期產(chǎn)生少量煙并產(chǎn)生明顯火焰的場所，應選擇1級靈敏度的點型紅外火焰探測器或圖像型火焰探測器，并應降低探測器設置高度。

4.2 《民用建筑電氣設計規(guī)范JGJ16-2008》[3]

大型庫房、大廳、室內(nèi)廣場等高大空間建筑，宜選用火焰探測器、紅外光束感煙探測器、圖像型火災探測器、吸氣式探測器或其組合。

4.3 《用機場航站樓設計防火規(guī)范GB 51236-2017》[4]

按照《GB51236-2017》表 4.3.3，航站樓的迎送廳等大空間場所，可以采用感煙、火焰探測器；電纜橋架應設置纜式線纜感溫探測器。

4.4 《交通建筑電氣設計規(guī)范 JGJ 243-2011》[5]

民用機場航站樓、鐵路旅客車站等無遮擋或不具備分隔條件的高大空間或有特殊要求的場所，宜選用紅外光束感煙探測器或圖像型火災探測器、吸氣式感煙探測器等。

5 高大空間火災探測器選用原則總結

根據(jù)本文所論述的高大空間建筑及其火災特點、各種形式探測器工作原理及工作特點，以及現(xiàn)行相關規(guī)范的要求，作者認為，高大空間場所的探測器可按照以下方式選擇：

1）在設置有自動消防炮系統(tǒng)的高大空間場所，設置消防炮系統(tǒng)專用探測器（光截面圖像探測器和雙波段圖像探測器），使探測、控制、滅火形成一套相對獨立的系統(tǒng)，既可獨立運行，又可與普通火災報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行。

根據(jù)《GB50116-2013》[1]12.4.1 條，對于高度＞12m的建筑場所，有條件時可以同時選用兩種火災參量的探測器。作者認為可將自動消防炮系統(tǒng)的配套探測器當作一種火災參數(shù)的探測器使用，另外再設置其他的火災參量探測器。

2）再設置吸氣式感煙火災探測器。探測器的采樣管采用水平和垂直結合的布管方式，并應保證至少有兩個采樣孔在16m以下，并宜有2個采樣孔設置在開窗或通風空調對流層下面1m處。可在回風口處設置起輔助報警作用的采樣孔。

3）有的工程吊頂至結構頂之間還有很大空間，這一空間內(nèi)一般設置有電纜橋架、風管等，風管的保溫材料、電纜電線均可認為是可燃物。根據(jù)《GB50016-2014(2018年版)》[6]8.4.1.9條：凈高大于2.6m且可燃物較多的技術夾層，凈高大于0.8m且有可燃物的悶頂或吊頂內(nèi)均應設置火災自動報警系統(tǒng)。因此，作者建議在大空間吊頂內(nèi)設置吸氣式感煙探測器，探測器設置在吊頂內(nèi)的檢修馬道上。

4）本文4.1、4.3的要求，作者建議在大空間吊頂內(nèi)電纜橋架、地面電纜管溝內(nèi)設置纜式線型感溫探測器。探測器在保護電纜等類似保護對象時，應采用接觸式布置。

6 大空間場所火災探測器選用設計實例

6.1 某機場航站樓綜合迎送廳

某機場國內(nèi)高峰小時飛機起降17架次，國內(nèi)旅客高峰小時1400人次，新建航站樓總建筑面積 2.1萬㎡，建筑地上2層，地下1層。其綜合迎送廳長度174.5m，寬度21.8m，地面標高為±0.00，吊頂為曲面，其標高最高點16.2m，最低點11.5m；屋頂最高點26.2m，迎送廳吊頂至結構頂高度之間有5～10m的空間。

根據(jù)本院給排水專業(yè)提資，在綜合迎送廳設置10套自動消防炮系統(tǒng)，系統(tǒng)配套采用光截面圖像探測器、雙波段圖像探測器作為配套火災探測器。

同時，在綜合迎送廳及吊頂內(nèi)又設置了吸氣式感煙火災探測器，并沿主干電纜橋架設置纜式線型感溫探測器。吸氣式感煙探測器采用水平和垂直設置方式，垂直采樣管沿柱子設置。

航站樓的剖面圖如下：