基于大跨度鋼結構廠房的火災自動報警系統設計

陳劉偉

（安徽省城鄉規劃設計研究院，安徽合肥 230009）

鋼結構作為一種傳統的結構形式，具有施工方便、速度快、強度大、自重小、抗震及抗動力荷載性能好等優點，被廣泛應用在各種大跨度、超高型廠房工程的結構設計中。此類建筑在使用過程中會出現人員密集、人員疏散時間長的情況，考慮該類建筑一般建筑層高較高，導致氣流及通風性較強，存在較大的火災隱患。發生火災時，火勢會在較短的時間內迅速蔓延，對人員和社會造成重大的損失。與傳統的框架結構或磚混結構相比，大跨度鋼結構廠房的建筑體系差異較大，對該類場所火災自動報警系統的設計會也存在較大區別。根據目前技術手段，可以噴涂一定厚度的防護涂料提高大跨度鋼結構廠房的耐火極限，降低火災危害。為了將火災消滅在初始階段，把大跨度鋼結構廠房的火災隱患從根本上予以解決，仍需要建立一套系統簡單、結構優化、可靠性高且經濟投入較低的火災自動報警系統[1-3]。

對大跨度鋼結構廠房建筑進行火災自動報警系統設計時，需要確定建筑設計的防火類別、耐火等級等基本信息。確定后期的使用功能或存儲物品的危險等級等，根據建筑的日常管理制度，綜合建筑信息確定建筑的火災自動報警系統組成，盡可能在火災初期進行有效報警，減少人員以及財產損失。本文以某大跨度鋼結構廠房為例，闡述該類建筑火災自動報警系統設計要點及系統的可靠性設計。

1 工程概述

設計的大跨度鋼結構廠房建筑使用功能為生產廠房，生產類別為丙類，耐火等級為一級，總建筑面積2 928 m2，長80 m，寬36.6 m，地上一層，建筑高度15.3 m（室外地面至屋脊與檐口的平均高度）。

防烈度七度，結構為鋼結構，跨度18 m，柱間距8 m，建筑整體劃分為一個防火分區。結合此建筑的使用功能定位，參照《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014），此類建筑應設火災自動報警系統。

2 火災探測器的類別及選擇

火災探測器的選擇是火災自動報警系統的關鍵，需要根據建筑的類別、建筑內部設備布置、探測器安裝場所及探測器的特性參數、適用對象等自身特點，綜合考慮等選擇相應的火災探測器[4-5]。

（1）點型感煙火災探測器。

點型感煙火災探測器在設計中運用較為廣泛，工作原理是利用火災階段的煙霧粒子作為火警的觸發信號。該探測器在適用場所方面也有相應要求，主要適用于一般性的民用或工業建筑，如商業綜合體、居住建筑、標準化廠房等。如果建筑單體內或者功能房間內含有大量的煙氣、水汽、粉塵或空氣對流情況較為突出，不應選用此類火災探測器。一旦確定選用點型感煙火災探測器，在點位設置時需要確認建筑單體的基本信息，如安裝高度是否屬于不大于12 m的空間，探測器所保護的地面面積以及每個探測器的保護半徑是否能夠控制在5.8～6.7 m。將梁高范圍劃分為不大于200 mm、介于200～600 mm、大于600 mm三種情況，根據梁高情況和《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116—2013）分別設計。

（2）點型感溫火災探測器。

點型感溫火災探測器利用探測器現場的溫度作為系統的觸發信號，使用范圍不如點型感煙火災探測器廣泛。對于點型感煙探測器不能適用的場所或現場火災形勢發展較為迅速、能夠在較短時間內產生大量的熱量，則均可采用點型感溫火災探測器。在點位設置時需要確認建筑單體的基本信息，如安裝高度是否屬于不大于8 m的空間，探測器所保護的地面面積以及每個探測器的保護半徑是否能夠控制在3.6～4.4 m，梁高設計與點型感煙火災探測器相同。

（3）紅外光束感煙火災探測器。

紅外光束感煙火災探測器基本原理是利用紅外光束的發射與反射作為火災探測及系統觸發信號。該類探測器一般由發射器和接收器組成，每個接收器可對應一個或多只個發射器（發射器的數量根據現場情況確定）。通過對探測器水平及垂直探測視角的選擇、調整，可以實現對被保護空間曲面式覆蓋，通過根據現場參數測定，探測器能夠分辨發射光源與干擾光源。探測距離一般不大于100 m，水平探測視角一般控制在60°，垂直探測視角要求不大于50°。線型光束感煙探測系統作為火災自動報警系統的一部分，一般由圖像采集單元、火災分析平臺等組成，系統能夠實現視頻采集、火災分析、火災報警等功能。適用于大空間廠房、煙草倉庫、火車站、會展中心等大空間特殊場所。

（4）圖像型火災探測器。

圖像型火災探測器又稱雙波段圖像型火災探測器，采用視頻圖像探測原理對被保區域進行火災探測，能夠同時具有火災探測及視頻監控雙重功能。其系統組成與線型光束感煙探測系統較為相似，適用于機庫、會展中心、商業中廳、火車站、飛機候機樓、變電站、換流站、管廊、隧道等高大空間特殊場所。

（5）吸氣式感煙火災探測器。

在目前的探測器類別中，吸氣式感煙火災探測器是能夠實現最早報警功能的探測器，原理是利用建筑單體內布置的管路對現場空氣進行采樣，對空氣樣本進行分析，如檢測到空氣中樣本數據高于設定值則啟動火災自動報警系統。根據建筑高度及安裝高度的不同，吸氣式探測器可以選擇靈敏式或一般式。現場采樣管路的長度一般控制在200 m以內，采樣孔間的溫度差也需要一并考慮。

本文研究的建筑層高超過12 m，點型感煙及感溫火災探測器已無法滿足要求，建筑單體火災自動報警系統不能選用此類火災探測器。廠房內門、窗等設置較多，空氣對流強，人員進出較為頻繁，導致空氣稀釋，吸氣式火災探測器同樣不適用于該建筑。

基于此，本工程選用紅外光束感煙火災探測器作為建筑單體內火災自動報警系統的火災探測部分，依據《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116—2013）規定，本工程建筑高度已大于12 m，火災自動報警系統的組成宜同時選擇兩種及以上的火災探測器。本廠房內的火災自動報警系統增設圖像型火災探測器作為系統的補充探測部分，并要求該探測器能夠實現火災現場視頻的監控。

3 系統組成及設置

3.1 火災探測器的設置

基于前文所述及本工程實際情況，火災探測器采用兩種設置方式。

（1）設置線型光束感煙火災探測器8組（含發射器及接收器），分別于建筑高度7 m及14.5 m位置分層設置，探測器水平間距11 m，側邊距墻距離不大于4 m。探測器采用探測間距為100 m，水平探測視角為22°，垂直探測視角為17°。

（2）設置圖像型火災探測器12組，安裝高度為15 m，探測器選用探測距離60 m，水平監控視角為42°，垂直監控視角為22°。

3.2 火災自動報警系統輔助設施的設置

針對大跨度鋼結構廠房的火災自動報警系統，除了火災探測器的設置，還需要設置常規的輔助警報系統。本工程設置有消火栓按鈕系統、聲光警報系統，火災報警按鈕（帶通訊功能）系統及消防廣播系統。聲光警報系統及火災報警按鈕系統采用壁裝方式，距地高度分別為2.2 m及1.4 m，各設備的間距不大于25 m，消防廣播系統采用沿疏散走道吸頂安裝，安裝間距不大于25 m。

3.3 火災自動報警系統模塊的設置

短路隔離器能夠保證火災自動報警系統整體穩定運行、不受故障部件影響。結合規范規定，本工程火災自動報警系統在設計時采用在系統總線上加設總線短路隔離器的方式，實現對系統總線及電源的雙重保護。嚴格控制每個總線短路隔離器所保護的對象點數不超過32點，本工程火災自動報警系統中涉及的點數主要包括消防聯動控制部分的輸入輸出模塊、火災探測器、手動火災報警按鈕等。

系統總線與鄰近防火分區、防火單元有功能聯系或跨越樓層時，在相應防火分區穿越處增加總線短路隔離器，以實現對系統和電源的雙重保護。

本工程火災自動系統所中所設置的信號輸入、輸出單元均采用多輸入多輸出模塊。從系統安全運行及方便管理的角度出發，結合相關規范要求，在本廠房一層接線端子箱附近設置金屬模塊箱一座，集中設置本防火區內信號模塊，且需遵循相關設置原則。

（1）根據強、弱電分設的原則，火災自動報警系統的模塊不得設置在強電箱內。

（2）不同報警區域或者防火分區的消防模塊不得相互控制、傳輸信號或者跨樓層控制。

3.4 系統供電

供電的可靠性是火災自動報警系統穩定、高效運行的基礎，本工程火災自動報警系統于廠房內設置現場控制箱及接線端子箱，現場控制箱自帶蓄電池作為備用電源，主用電源由消防控制室UPS不間斷電源供給，系統功率2 kW，供電時間2 h，電源線采用NH-RVV-3×2.5穿管埋地引入。

4 結語

通過前文分析可知，本項目所設計的大跨度鋼結構廠房火災自動報警系統，在技術指標和經濟指標方面都具有突出的優勢。經過對比可以發現，在相同或類似的大空間建筑單體中采用此類火災自動報警系統，能夠滿足可靠、經濟、合理的設計原則。隨著經濟的快速增長，越來越多的大跨度鋼結構廠房被應用于工業建筑及物流倉儲建筑，設計時應充分了解建筑的火災環境及設備防護要求，滿足不同使用需求。