淺談高大空間建筑的火災自動報警系統設計

徐慧影

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

淺談高大空間建筑的火災自動報警系統設計

徐慧影

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

以某高大空間公共建筑為例，通過分析不同火災參數的火災探測器，針對高大空間建筑特殊的結構形式、煙霧在高大空間內存在的分層現象等實際問題，結合現行國家規范，提出將不同火災參數的火災探測器在工程案例中結合使用的觀點，以實現保護區域內火災探測全覆蓋，為同類建筑物火災自動報警系統設計提供參考。

火災自動報警系統 高大空間 火災探測

0 前言

隨著社會文明的不斷進步以及高新科技的飛速發展，公共建筑功能愈發復雜，且其具有面積大、人員集中的特點，一旦發生火災且初期沒有及時預警，火災會快速蔓延、難以撲救，嚴重威脅人民生命、財產安全。

本文以筆者參與設計的龍華法堂為例，通過分析火災探測器的工作原理，闡述高大空間的火災自動報警系統設計，以實現火災及時、有效地探測及預警。龍華法堂位于浙江省寧波市雪竇山國家級風景名勝區內，由于該項目當時選址于廢棄的采石場，故利用現有地形建設，屋面設計為玻璃罩頂，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 工程特點及消防設計難點

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，因此屋面玻璃罩頂的鋼結構在自然環境影響下會發生形變。

本工程雖為佛教建筑，但使用單位明確主體建筑內部不設焚香功能，可不考慮焚香煙霧對火災探測器造成的誤報警。在設計中充分考慮建筑的特殊性，且對火災事故進行有效探測、及時報警，將災害降到最低才是火災自動報警系統設計的重點。

2 工程設計及難點解決

2.1火災探測器選擇

依據GB 50116-2013《火災自動報警系統設計規范》第12.4.1條款規定，高度>12m的空間場所宜同時選擇兩種及以上火災參數的火災探測器。這里火災參數主要包含熱(溫度)、煙(煙霧粒子)、光(火焰)、氣(氣體)、聲(燃燒聲)幾類，根據探測火災參數的不同，火災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，感溫探測器常用產品為點型感溫探測器及纜式線型定溫火災探測器，由于探測精度差、反應時間長，不適合用于高大空間建筑；氣體探測器多用于環境存在可燃氣體的場所；聲音探測器的響應速度較慢，且易受環境聲音影響產生誤報警，實際工程中鮮少使用；另外，點型感煙探測器及點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，結合高大空間項目特點及探測器產品特性，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探測器

探測部分由光束發射器和光電接收器兩部分組成。當探測器光路上出現煙霧時，會使到達接收器的信號減弱；當減光率達到預設閾值時，探測器就會產生報警信號。

紅外對射型線性光束感煙火災探測器易于安裝、探測響應迅速且工程造價較低，但因為本工程為玻璃罩頂，穩定性較差，如采用該類型探測器，較難滿足發射器與接收器精準的對射，易發生誤報警，且后期維護工作量較大。

2)光截面感煙火災探測器

探測部分由發射器和接收器組成，使用時每只接收器對應多只發射器。基于采用的圖像感煙火災探測技術，在被監控區域內設置紅外發光陣列發射器和紅外攝像機，使紅外發光陣列發射出的紅外光斑影像由紅外攝像機轉換成視頻信號，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送入計算機進行處理。一旦發現火災情況，該探測器即可通過聯動控制報警器進行火災報警。

光截面感煙火災探測器采用非接觸式探測，對環境因素適應能力強，具有分辨發射光源與干擾光源的能力。通過發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，實現對被保護空間的全面式覆蓋，極大提高了火災報警的準確率和響應速度。

3)管路采樣式吸氣感煙火災探測器

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先布置好的采樣孔和采樣管道抽取保護區內的空氣，并將空氣樣本送入激光腔，在激光腔內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被陣列式接收器接收，然后接收器會把光信號轉換成電信號，并將其送到控制器的控制電路，這樣一來，信號經處理后會轉換為煙霧濃度，對比設定報警閾值產生一個對應的輸出信號，并在符合條件的時候發出報警信號。

管路采樣式吸氣感煙火災探測器靈敏度高、維護成本低，不會因環境因素的影響造成誤報。本工程屋面東西跨度120m，而單根采樣管安裝長度宜為≤100m，又同時受空間造型限制，所以如果采用該類型火災探測器，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施及時有效的探測。

4)雙波段圖像型火災探測器

由紅外CCD和可見光CCD組成，將采集到的紅外視頻圖像信號或彩色視頻圖像信號傳送給信息處理主機進行處理，通過分析圖像判斷是否有火災發生。

雙波段圖像型火災探測器兼具火焰探測器及現場智能監控功能，基于非接觸式探測技術，具有保護面積大、探測距離遠、響應速度快等優點，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實現早期煙霧探測的光截面感煙火災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探測器相結合的火災自動探測報警系統。

2.2工程設計

2.2.1 光截面感煙火災探測器布置設計

考慮到高度超過12m的高大空間場所建筑結構的特點，在發生火災時火源位置、類型、功率等因素的不確定性以及高大空間內煙氣存在分層現象，在可能存在煙氣的多個高度設置線型光束感煙火災探測器。本工程結合實際情況將光截面感煙火災探測器的設置分為兩個方面：法堂內部空間保護及弧形屋頂空間保護。

1)法堂內部空間保護

光截面感煙火災探測器水平分層布置，分為7個探測范圍，每個范圍內因具體層高不同，設置2～4層不等的光截面感煙火災探測器，每個探測范圍內發射器數量按式(1)、(2)進行計算。

n=(Dh/d)+1

(1)

Dh=L×K1

(2)

式中，n為發射器數量(計算結果為小數時，四舍五入取整)；Dh為水平視場范圍；d為發射器安裝間距，d≤10m；L為實際探測距離；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)。光截面感煙火災探測器水平安裝平面示意圖如圖3。

圖3 光截面感煙火災探測器水平安裝平面示意圖

法堂內部空間光截面感煙火災探測器設置及某一探測范圍布線及設備安裝說明如圖4～5所示。

圖4 法堂內部空間光截面感煙火災探測器設置圖

2)法堂弧形屋頂空間保護

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

2.2.2 雙波段圖像型火災探測器布置設計

雙波段圖像型火災探測器根據探測距離的不同分為30m、60m、80m、100m等多種型號規格。根據保護距離的遠近，本工程選用的型號為：12只60m雙波段圖像型火災探測器、6只80m雙波段圖像型火災探測器。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備安裝說明

圖6 光截面感煙火災探測器在玻璃罩頂下安裝示意圖

雙波段圖像型火災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電源均由設置在消防控制室內消防水炮控制器的UPS不間斷電源提供，經強電消防線槽引來。雙波段圖像型火災探測器的輸出信號為復合視頻信號，每只雙波段圖像型火災探測器需接入兩根視頻同軸線纜。

法堂雙波段圖像型火災探測器設置如圖7所示。

圖7 法堂雙波段圖像型火災探測器設置圖

3 案例總結

光截面感煙火災探測器與雙波段圖像型火災探測器的相互結合，既實現了對早期火災煙霧探測的要求，又滿足了早期火焰探測的要求，同時兼具視頻可視功能，在保護區域實現雙重覆蓋，探測功能上實現互補。結合實際產品設備參數，仍有以下幾項需要在產品安裝及設備調試過程中注意。

1)光截面感煙火災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備的墻體，可適當增強紅外發光陣列發射器的發射強度，滿足長光路狀態下報警靈敏度的要求。

2)雙波段圖像型火災探測器盲區問題：若雙波段圖像型火災探測器安裝不當，則設備的正下方容易形成探測盲區，存在安全隱患。設計過程中確定探測器保護角度的同時，也確定了探測器的布置方法和安裝高度，且施工過程中應注意探測器的安裝角度。

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

4 設計思考

設計過程中還有一個比較有爭議的問題，規范中規定高度>12m的空間場所宜同時選擇兩種及以上火災參數的火災探測器，那么雙波段圖像型火災探測器是否屬于兩種參數的火災探測器呢？

雙波段圖像型火災探測器通過紅外波段及可見光波段兩種探測器探測火焰，通過圖像監控獲得場所內的火警狀態。但筆者認為，這兩種探測形式的本質均是通過火點的火焰去判斷環境內火情，雙波段圖像型火災探測器應屬于只具有一種火災參數的火災探測器；另外就設備本身來說，兩種波段探測器集成在一臺設備內，其可靠性和報警的靈敏度都有一定的限制，鑒于此，高大空間建筑內，如設置雙波段圖像型火災探測器，仍需設置其他參數火災探測器。

5 結束語

功能復雜的大型公共建筑如何實現有效、及時的火災探測在火災自動報警系統的設計中尤為重要。從安全的角度考慮，通過將適應工程特性的不同火災參數探測器結合使用，對不同火災參數進行綜合分析判斷，可更加快速、準確的探測火災事故的發生，使火災能夠在第一時間得到處理。

[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] 14X505-1 《火災自動報警系統設計規范》圖示[S].北京:中國計劃出版社,2014.

[3] 張卉.高大空間火災探測技術的應用 [J].智能建筑電氣技術,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.

automatic fire alarm system, large space, fire detection