大空間文化建筑火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)

【摘 要】本文簡(jiǎn)述了大空間文化建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)中存在的挑戰(zhàn)和困難，指出了現(xiàn)行規(guī)范與建筑空間發(fā)展趨勢(shì)的矛盾，分析了常用火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的局限，并針對(duì)博物館文化中心的工程實(shí)例，分析的各種探測(cè)技術(shù)的利弊，然后綜合提出了一種比較合適的解決方案，實(shí)現(xiàn)了大空間火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警的靈敏性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警；文化建筑；大空間

近年來各種大空間文化建筑不斷涌現(xiàn)，因其在諸多方面的特殊性以及更為突出的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性和危害性，給火災(zāi)探測(cè)設(shè)計(jì)帶來了較大的挑戰(zhàn)和困難。我國(guó)現(xiàn)行的消防設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范（參見參考文獻(xiàn)）主要針對(duì)一般建筑而定制。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-98）[1]指出，點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器安裝高度最高不超過12m，一級(jí)感溫火災(zāi)探測(cè)器安裝高度不應(yīng)超過8m。GB 50116-98第7.3.1條規(guī)定“無遮擋大空間或有特殊要求的場(chǎng)所，宜選擇紅外光束感煙探測(cè)器”。而實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，普通紅外光束感煙探測(cè)器的設(shè)置也有許多局限性。隨著科技的進(jìn)步，目前產(chǎn)品中出現(xiàn)了一些適用高大空間的火災(zāi)探測(cè)器，如激光線型光束感煙探測(cè)器、雙波段圖像火焰探測(cè)器等。本文將結(jié)合某博物館文化中心的具體工程實(shí)例，分別從探測(cè)設(shè)備、消防聯(lián)動(dòng)等方面來討論，以期為文化建筑火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)提供一些新思路。

1 工程概況

某市博物館文化中心是位于新區(qū)的一個(gè)地理標(biāo)志性建筑。文化中心長(zhǎng)152.3m，寬77.4m，地下二層，地上八層，地下一層和部分一層空間為圖書大賣場(chǎng)，地上包括博物館、檔案館、科技館三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單體建筑，在三個(gè)單體的外圍是鋼結(jié)構(gòu)與玻璃幕墻組成的市民舞臺(tái)共享大廳。其中一層入口的市民舞臺(tái)共享大廳是一個(gè)長(zhǎng)方形的高大空間長(zhǎng)48.4 m，寬42.8m，高30m，主體建筑的東、西、北三面還各有寬8m，挑高30m的狹長(zhǎng)空間四面是透光的玻璃幕墻，屋頂是壓型鋼板平面。因此，常規(guī)的感煙和感溫探測(cè)器因探測(cè)高度的限制，都不能適用于這一空間，需要采用新型的火災(zāi)探測(cè)器。

2 探測(cè)設(shè)備

線型光束感煙探測(cè)器利用煙霧粒子對(duì)光線傳播發(fā)生遮擋的原理制成。激光感煙探測(cè)器的激光器具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性佳、脈沖功率大、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)越性能。本項(xiàng)目的共享大廳采用大面積的玻璃幕墻，還有大功率大面積的彩色LED顯示屏，環(huán)境的光照影響比較大。所以本工程靠近外墻玻璃的城市陽(yáng)臺(tái)狹長(zhǎng)區(qū)域采用了激光線型光束感煙探測(cè)器。

光截面圖像感煙探測(cè)器由多個(gè)紅外光源組成的發(fā)射器發(fā)出一束紅外光經(jīng)過被保護(hù)空間到達(dá)接收器。其中單組發(fā)射接收器的基本原理與普通線型光束感煙探測(cè)器相同，當(dāng)保護(hù)空間內(nèi)同一個(gè)平面上布置多個(gè)發(fā)射器.這些發(fā)射器發(fā)射的光束由同一個(gè)接收器接收時(shí).在空中形成多條光束構(gòu)成一個(gè)保護(hù)截面，只要煙霧通過這個(gè)截面都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)火災(zāi)報(bào)警控制器的熒光屏上彈出報(bào)警圖像。其特點(diǎn)為：一是多光束對(duì)被保護(hù)空間實(shí)施立體覆蓋，使得大空間早期火災(zāi)報(bào)警成為可能。二是多管發(fā)射，面陣接收，使得系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了顯著提高.抗震性能得到明顯改善；面成像的使用，使得光截面圖像感煙探測(cè)器具有分辨發(fā)射光源與干擾光源的能力，提高了系統(tǒng)抗干擾的性能.擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。三是光截面中相鄰光束的相關(guān)分析克服了單光束火災(zāi)探測(cè)器由于系統(tǒng)偶然因素引起的誤報(bào)。行雙向預(yù)測(cè)、模式識(shí)別、趨勢(shì)算法等一系列運(yùn)算后，提高了系統(tǒng)準(zhǔn)確性.降低了誤報(bào)率。所以本工程的中央共享大廳區(qū)域采用了光截面圖像感煙探測(cè)器。

在紅外對(duì)射光線探測(cè)器水平布設(shè)時(shí)，必須克服煙氣的層化現(xiàn)象，如果煙氣不能上升到紅外線的探測(cè)高度，則該方法將無用。因此水平布設(shè)時(shí)探測(cè)器的安裝高度應(yīng)處于熱障層下方。由于共享大廳高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12 m，因此在被保護(hù)空間內(nèi)采取多層布設(shè)的方式，并加大探測(cè)紅外光線的密度。

雙波段圖像火焰探測(cè)器是基于實(shí)時(shí)視頻影像分析的感火焰火災(zāi)探測(cè)技術(shù)。它同時(shí)分析監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的紅外影像和彩色影像，利用火災(zāi)火焰在影像表現(xiàn)上的亮度、穩(wěn)定性、抖動(dòng)、頻閃、顏色等特征，通過綜合智能判據(jù)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警。它由紅外CCD和彩色CCD攝像機(jī)組成，將采集到的紅外視頻圖像信號(hào)、彩色視頻圖像信號(hào)傳送給防火并行處理器、信息處理主機(jī)進(jìn)行火災(zāi)信號(hào)處理。信息主機(jī)根據(jù)火災(zāi)的頻譜特性，對(duì)采集到的影像信號(hào)進(jìn)行分析并運(yùn)用火災(zāi)信號(hào)的趨勢(shì)特征、閃爍特征紋理特征等結(jié)合相應(yīng)的火災(zāi)判據(jù)，對(duì)火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。一旦確認(rèn)是火災(zāi)便立即發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)和聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)。與常規(guī)火災(zāi)探測(cè)器相比，雙波段火災(zāi)探測(cè)器具有以下多方面的先進(jìn)性:一是采用面陣成像器件，具有很高的空間分辨率，可提高探測(cè)距離，增大保護(hù)面積。靈敏度高，且可以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，火災(zāi)響應(yīng)速度快。二是采用專用的火災(zāi)識(shí)別軟件，采用信號(hào)能量判別結(jié)合圖像處理技術(shù)處理火災(zāi)信號(hào)，能識(shí)別真、假火災(zāi)，誤報(bào)率低，可靠性高。三是利用立體視覺原理，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的空間定位，為自動(dòng)定點(diǎn)撲救提供數(shù)據(jù)。四是可視圖像探測(cè)技術(shù)，火災(zāi)探測(cè)和圖像監(jiān)控的有機(jī)結(jié)合，可供防盜和電視監(jiān)控使用，可節(jié)約投資、降低維護(hù)費(fèi)用。五是系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)立即彈出火災(zāi)快速確認(rèn)火災(zāi)，同時(shí)還可以記錄火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景，供事后分析。

經(jīng)過消防性能化分析，在城市陽(yáng)臺(tái)區(qū)域中選用了激光線型光束感煙探測(cè)器，共享大廳中選用了光截面圖像感煙探測(cè)器和雙波段圖像型火災(zāi)探測(cè)器。本工程設(shè)計(jì)接收器與發(fā)射器使用個(gè)數(shù)比例為1∶5。當(dāng)其中一個(gè)發(fā)射器損壞，接收器報(bào)出損壞發(fā)射器點(diǎn)故障，但接收器仍能正常接收其他發(fā)射器發(fā)射的光束，此時(shí)發(fā)生火災(zāi)仍能正常報(bào)警。

3 消防聯(lián)動(dòng)

火災(zāi)確認(rèn)后，系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)消防炮，自動(dòng)指向火源，采取人機(jī)協(xié)同方式，遠(yuǎn)程控制定點(diǎn)滅火;同時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制:啟動(dòng)消防水泵、防火閥、排煙閥、防火卷簾門、自動(dòng)報(bào)警電話、警鈴等消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備，也可與其他常規(guī)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行良好的兼容。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)如下設(shè)計(jì)功能:現(xiàn)場(chǎng)圖像巡檢，若有警情便優(yōu)先自動(dòng)切換到現(xiàn)場(chǎng)，顯示在設(shè)定的屏幕上，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示值班人員察看、處理。當(dāng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)后， 同時(shí)啟動(dòng)記錄裝置，進(jìn)行自動(dòng)記錄；如值班人員未及時(shí)處理，系統(tǒng)在延時(shí)一定時(shí)間后，按照事先預(yù)定的電話號(hào)碼自動(dòng)對(duì)外進(jìn)行通信。

4 系統(tǒng)綜合

綜合多種火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):

4.1 系統(tǒng)使用了圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、模式識(shí)別、雙向預(yù)測(cè)算法、人工智能等多重模式進(jìn)行火災(zāi)識(shí)別及分析處理， 解決大空間早期火災(zāi)探測(cè)和可靠報(bào)警問題。

4.2 報(bào)警時(shí)有圖形/圖像顯示，顯示內(nèi)容包括探測(cè)器的地址編號(hào)、標(biāo)題、狀態(tài)、時(shí)間、日期及報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)圖像。實(shí)現(xiàn)防火、防盜、監(jiān)控三位一體，集消防與安防于一身，性價(jià)比優(yōu)越。

4.3 報(bào)警圖像多重備份，報(bào)警時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)錄像機(jī)/硬盤記錄儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行錄像，同時(shí)用硬拷貝的方式記錄火災(zāi)發(fā)生瞬間的現(xiàn)場(chǎng)情況，為事故原因調(diào)查提供真實(shí)的資料。

5 結(jié)語：

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行選型與設(shè)計(jì)布防時(shí)，應(yīng)慎重選擇，既要遵循各類規(guī)范，也要不拘一格，根據(jù)建筑的空間構(gòu)造、使用功能、火災(zāi)成因，人員流動(dòng)情況等多方面綜合考慮，選擇合適的組合探測(cè)模式；并充分考慮現(xiàn)場(chǎng)可能影響探測(cè)效果的各種因素，和線性熱分層環(huán)境的影響，以及臨時(shí)懸掛物對(duì)探測(cè)視角的遮擋等，形成有針對(duì)性且性能安全合理的布防方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-98）中國(guó)計(jì)劃出版社1998.12

[2]《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-98）中國(guó)計(jì)劃出版社1998.12

[3]李引擎.建筑防火性能化設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：291.

[4]霍然，袁宏記.性能化建筑防火分析與設(shè)計(jì).合肥 安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2003：201-204.