某大型公共建筑火災自動報警系統設計特點分析

崔海明 / 魯廣斌 / 暴二平 / 呼　娜

(1. 中國航天建設集團有限公司，北京 100071； 2. 安徽省公安消防總隊，安徽 合肥 230001)

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某大型公共建筑火災自動報警系統設計特點分析

0引言

隨著國民經濟的發展，公共建筑物逐漸向體量大型化、功能綜合化的方向發展。但近些年火災事故頻繁發生，使大型公共建筑的消防問題不斷凸顯。

在功能復雜的大型公共建筑物中往往存在一些較為特殊的區域，這些區域如何實現有效、及時的火災探測尤為重要。另外，建筑物的大體量意味著其系統龐大，因此只有合理地設計系統架構，方能兼顧系統的可靠性與響應迅速性。

本文以某大型公共建筑物的火災自動報警系統設計作為實際工程案例，僅針對典型場所的火災探測手段以及系統整體架構兩大方面進行分析，對于其他常規性的設計內容不再列入論述范圍。

1工程概況

本工程位于吉林省長春市，建筑類型為高層建筑物。其整體布局、體型及區域劃分見圖1～2。

圖1　地上各區域平面示意圖

圖2　地下室區域平面示意圖

地上可分為6個區域，5～7層不等；地下一層全部連通并可與地上各區域相連。各區域的功能相對獨立，之間通過內部連廊等形式連接為一個整體，這樣的結構在滿足功能整體性的同時也為火災探測、人員疏散等增加了難度。

圖1中區域1、2、3、4為辦公、研發等功能場所，區域5為設于區域1、2之間的采光玻璃頂中庭，區域6為停車樓(含有標準停車位2 400個)，建筑物地下室可與上述各區域相連通。在區域2的地上一層設置本建筑物的消防控制中心。

由于本建筑物體量大且功能綜合性較高，故在方案設計階段除參照國家及行業相關規范外，還進行了專業的消防評估。本文中所述的火災自動報警系統的設計內容參照了消防評估的結論及意見，并符合評估中闡述的相關要求。

2典型區域火災探測方式分析

在實際的設計過程中，不同場所及不同建筑形式的火災探測器設計均有所不同。現對本工程中一些典型區域的火災探測器設計進行分析。

2.1常規區域中的特殊點

通常公共建筑內的辦公室類空間中使用點型感煙探測器可取得較好的探測效果。而本項目具有一定的特殊性，在設置探測器時需進行細致分析。

1)探測器相對于透煙吊頂的設置位置

對于常見的礦棉吸音板吊頂等吊頂形式，感煙探測器均可在吊頂上直接安裝，但根據感煙探測器的工作原理可知，其應設置于煙霧匯聚的“集煙處”，否則將會產生報警延遲的現象，難以滿足系統響應的速度要求。

在本建筑物中，有如圖3～4所示兩種吊頂形式。

圖3　懸浮式吊頂

圖4　鏤空格柵式吊頂

如圖3～4所示，煙霧可透過吊頂板，匯聚于吊頂與樓板的空間內，該區域可以暫緩煙霧的擴散運動，有助于阻止火情蔓延。對于火災自動報警系統而言，將感煙探測器設計為樓板下吸頂安裝，更有利于提高探測的及時性與準確性(如圖5～6)。

圖5　懸浮式吊頂感煙探測器位置剖面示意圖

圖6　鏤空格柵式吊頂感煙探測器位置剖面示意圖

根據模擬及消防評估結論，當吊頂的鏤空率(即煙氣可以透過的面積所占吊頂整體的比例)超過15%時，即應考慮煙氣聚集于吊頂上方空間的情況發生，此時應將探測器安裝于樓板上方。

2)對探測區域產生影響的凸出物體

根據GB 50116-2013《火災自動報警系統設計規范》的要求，火災探測器設置應考慮房間梁的影響，且其探測區域需要參照梁間區域的面積(參見規范附錄F、附錄G)。

在本項目的設計過程中，發現同樣存在對探測區域產生影響的因素，其中最常見的是設備專業的管道,見圖7。

如圖7所示，本工程為典型的大開間辦公場所，風管尺寸為寬(1 450mm)×高(500mm)，風管頂部與板底間距很小，基本處于探測器的“死角”區域。考慮探測器的實際使用效果，該類大尺寸的設備管道均參照了規范中關于梁體對探測器的影響數據，即考慮其對探測器探測范圍的影響。

圖7　感煙探測與就近風管位置示意圖

2.2網絡中心機房

本建筑物網絡中心機房布局見圖8。對于高性能的網絡機柜設備，其單臺設備發熱率很高，需設置列間空調設備予以降溫。

圖8　網絡中心機房布局

設備發熱率高會導致絕緣層等物質容易老化且存在火災隱患。由于隱患點位于機柜內部，陰燃階段不易有明火，且空調風速較大，故不易被探測到。

另外，由于網絡中心機房區域設置氣體滅火系統，故要求此區域的火災探測手段應設置兩種以上，報警時均要啟動氣體滅火裝置。

鑒于上述分析結論可知，網絡中心機房應優先考慮采用極早期空氣采樣式火災報警探測器作為在火災陰燃階段的預警手段，同時設置感溫探測器作為輔助探測手段，并作為確定聯動開啟氣體滅火裝置的信號。

為配合空調系統的送風、回風方式，本工程空氣采樣火災探測器的空氣采樣管均勻布置于吊頂及架空地板下方(此時毛細采樣管及采樣孔伸入網絡機柜內部)。具體布置見圖9。

圖9　空氣采樣火災探測器布置圖

2.3大空間場所(玻璃頂中庭)

在大型公共建筑中，經常存在高度超過12m的高大空間。以本項目為例，由圖1可見，5號區域設有一大型采光中庭，該中庭高度約18m，整體頂部為玻璃頂，側墻即為兩側建筑墻體。該區域屬于大空間場所，且兩側無自然通風條件。

本項目在對該區域的火災探測、防排煙進行設計時做了專業的消防評估及火災過程模擬。其中對于火災產生煙氣的模擬情況見圖10(圖10引用自由四川法斯特消防安全性能評估有限公司出具的關于本項目的《消防安全評估報告》)。

圖10　采光中庭火災模擬剖面圖

由圖10可見，在接近封閉的高大空間內，著火點處的煙氣首先以垂直上升方式達到一定高度后即開始向四周水平擴散，最終當煙氣足量時會聚集于一個中間層的高度，且并不再具有明顯的上升運動。

根據消防模擬的結果，火災自動報警系統需進行如下設計。

首先，對于高度明顯超過12m的空間，采用紅外對射型感煙火災探測器。參考前文所述的火災煙氣模擬，設計時可以大致確定煙氣聚集層的高度，紅外對射火災探測器即設置于該高度，在產生火災時可以有較好的探測效果。

其次，由于該空間為玻璃頂，在正常天氣時，會有較強的太陽光經過玻璃頂折射進入空間內部，因此對于以紅外線靈敏度作為報警發生信號的紅外對射火災探測器而言，較強的光照會影響設備的靈敏度，不利于火災探測。

另外，出于對大空間區域火災早期探測的需求，設計時采用空氣采樣火災探測器作為另一種探測手段，并與紅外探測器結合做出及時而明確的火災探測報警。

同時，針對高大空間，水專業設置了固定式自動噴水滅火系統，該系統自帶紅外圖像式火焰探測器。在此，紅外圖像式火焰探測器可作為火災事故發生中后期的火災探測手段，并可有效地透過煙霧探測明顯著火點，有針對性地進行噴水撲救。

由此可見，針對高大空間的空氣采樣火災探測器、紅外對射火災探測器及紅外圖像式火災探測器均可作為有效的火災探測手段，并可針對不同的建筑靈活布局組合使用。

中庭區域的火災探測器布置詳見圖11。

圖11　采光中庭火災探測器布置平面圖(節選區域)

2.4停車樓

圖1中的區域6為開敞式停車樓，地上7層，共有停車位2 400個。其滿足I類汽車庫的設計標準，且依照消防評估，區域7是作為一類高層的裙房區域，故需要設置火災自動報警系統。

本項目的停車樓相對于常規停車樓具有如下特點：

1)項目地處嚴寒地區，且四面開敞(易積塵)，冬季最低溫度約-37℃。常規的點型、線形感煙探測器正常工作的最低溫度為-10℃，如此一來，全年約有近20%的時間無法處于正常工作狀態，無法滿足火災探測的要求。

2)此停車樓采用了預制裝配式結構形式，即將樓板、結構柱等結構體作為標準的結構模塊提前在工廠生產完畢，施工現場僅進行裝配工作即可。

鑒于上述特點及不利因素，結合項目消防評估的意見，本項目對停車樓區域采用了光纖光柵型感溫火災探測器，該探測器安裝圖見圖12。

圖12　光纖光柵感溫探測器安裝平面圖和剖面圖

由圖12可見，結構模塊由2個“T”字形組成，眾多的模塊搭接組成各層的樓板，進而形成如圖12所示的樓板剖面。

該系統通過控制器可與火災自動報警系統實現總線式聯動。另外，由于該系統采用光纖材料作為探測器，故對于煙塵的抗干擾力很強，且對于溫度區間的要求并不高。根據該產品的技術參數可知，光纖光柵式火災探測器可用于環境溫度-40～40℃的區域。

在平面布線時，該探測器通過光纖布置于梁間，一根光纖連接的探測器可以用于一個區域的探測，如此便降低了系統的復雜性，為系統編程及聯動增加了便利。該系統示意圖見圖13。

停車樓區域屬于結構特殊且環境溫度相對極端的區域，以上為借助此特殊案例對光纖光柵式感溫探測器這一類不常使用的探測器的設計方案做出的討論。

3系統整體結構形式及聯動控制方式分析

前文介紹了火災自動報警系統針對建筑布局、功能的多樣化所進行的不同探測手段，而對于火災自動報警系統的整體結構而言，建筑物的大體量、多分區則意味著系統的龐大與復雜，因此需要通過優化系統架構，使其在滿足系統可靠性的前提下盡量精簡，增強其快速響應能力。另外，由于系統響應需要與人員相結合，故需要配合建筑內管理人員的布局進行系統設計。

圖13　光纖光柵火災自動報警系統圖

結合圖1所示的建筑區域布置分析，該建筑物有如下特點：

1)各區域功能相對獨立，建筑防火分區的劃分與區域劃分相一致。

2)建筑物的地下區域與地上各區域均可聯通，

為系統整體的水平布線提供了有利條件。

3)各區域內均設有各層豎向相通的弱電間及弱電豎井，可以滿足系統縱向布線要求。

結合上述分析，系統的總體結構需進行如下設計：

1)建筑物總體設置控制中心型火災自動報警系統，在區域2內設有消防總控制室，內設火災自動報警控制器主機及各聯動控制主機。消防總控制室內設有專業消防值班人員。

2)系統整體采用集中-區域型的架

構形式，按區域設置火災自動報警控制

器，與消防總控制室通過網線進行聯網。各區域內的消防報警及消防自動控制設備將信號送至消防總控制室，手動控制則統一直接引至消防總控制室。

系統整體架構圖及系統圖見圖14。

圖14　系統整體架構圖及系統圖

本系統的設計結合了人員管理的要求，同時使系統結構層次清晰、便于管理，也有利于系統未來進行擴容及級聯。

4結束語

由于建筑系統龐大，設計應根據功能布局將系統進行層次劃分。對于各功能區域末端，應根據其區域的形式、功能、特點采用對應的火災探測方式。同時，建筑材料、裝修形式、氣候、光照等均會對火災探測產生一定的影響，在設計過程中需要考慮多方面的因素，使火災自動報警系統這一涉及生命安全的重要系統能夠更加可靠、合理。

參考文獻

[1]GB 50116-2013 火災自動報警系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2]GB 50084-2005 自動噴水滅火系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[3]GB 50370-2005 氣體滅火系統設計規范[S].北京：人民出版社，2006.

Analysis of Automatic Fire Alarm System Design Features in a Large Public Building

Cui Haiming / Lu Guangbin / Bao Erping / Hu Na

崔海明1/ 魯廣斌2/ 暴二平1/ 呼娜1

(1. 中國航天建設集團有限公司，北京 100071； 2. 安徽省公安消防總隊，安徽 合肥 230001)

摘要以某大型綜合體公共建筑物的火災自動報警系統為例，分析了各種火災探測形式對相應區域的適用性及系統整體拓撲結構，可為同類建筑物的設計提供參考。

關鍵詞火災自動報警系統火災探測器建筑布局系統架構

AbstractTaking the example of automatic fire alarm system in a large complex public building, the applicability of various forms of fire detection to the corresponding region, and overall system topology are analyzed, and some suggestions are put forward for the design of similar buildings.Keywordsautomatic fire alarm system， fire detectors， building layout， system structure