軌道交通中高大空間火災探測器選型的研究與探討

作者簡介：牛庚（1995- ），男，漢族，安徽阜陽人，本科，助理工程師，研究方向：城市軌道交通自動控制專業（火災自動報警系統、環境與設備監控系統及門禁系統等）。

摘要：目前，中國的城市軌道交通發展迅速，各種高大、異型地鐵車站建筑隨之出現。對于軌道交通中高大空間火災探測器的設置，需根據高大空間的實際建筑特點，對比分析各類火災探測器的性能及適用環境，并結合相關的現行規范，進行全面、科學的設計。本文以環球度假區站站廳層公共區為例，介紹其建筑特點并分析火災探測器的實際選型。

關鍵詞：軌道交通；高大空間；火災探測器；環球度假區站

一、軌道交通中高大空間建筑及火災特點

（一）高大空間的建筑特點

高大空間建筑一般是指單層面積及跨度大且凈空高度大于8m的建筑空間，且建筑空間中通常沒有實體分隔。高大空間建筑主要包括大劇院、火車站、候機廳以及大型地鐵站等。軌道交通中高大空間建筑濕度較大，易積灰塵，這會導致建筑內的火災探測器經常產生誤報；由于建筑內頂棚較高，地鐵運營人員對于火災探測器的檢修維護也會比較困難。

（二）高大空間的火災特點

1.火勢蔓延速度快

軌道交通中高大空間建筑占地面積較大和層高較高，門窗數量多，機電設備擺放集中，如果出現火災，火勢傳播渠道多，速度快，燃燒劇烈，同時在熱氣流的影響下，很容易造成大規模火災事故。

2.常規火災探測很難及時發現火情

目前常規的火災探測器主要是以燃燒時的煙霧濃度或燃燒后的溫度變化為主要探測信號，而且大多都安裝在建筑空間頂棚位置。然而在高大空間建筑內，火災情況下燃燒產生的煙霧通過熱對流作用會從地面燃燒點上升至頂棚高度，由于層高較大，待煙霧至頂棚時其濃度早已被稀釋，溫度也隨之降低，往往不足以觸發常規火災探測器。即使此場景下燃燒煙氣足以啟動火災探測器，也無法實現對火災的早期、及時探測。

3.火災時人員疏散困難

由于在軌道交通高大空間建筑內，站廳層、站臺層上下貫通，且人員通常密集分布于地下（即站臺層），在火災發生時，人員疏散路徑較長，導致人員疏散困難。同時可燃物的不完全燃燒、有毒氣體的釋放和排熱排煙困難也都會增加人員疏散的難度。

二、火災探測器的選型

（一）線型光束感煙火災探測器

線型光束感煙火災探測器主要以紅外光束作為探測源，通過煙霧擴散至探測范圍進行報警實現火災早期探測。其工作原理就是利用燃燒產生的煙霧顆粒減少光電接收器接收到的紅外光束光量來判斷火災。線型光束感煙火災探測器通常由分開安裝的紅外光束發射器和光電接收器組成，一般分為對射型和反射型兩種。

線型光束感煙火災探測器保護范圍大，所需敷設的管線相較于普通點型火災探測器較少，而且有安裝方便、易于調節、在相對濕度較高和電磁干擾強的環境下反應迅速等特點，適合保護大空間場所。但是對于某些場所，如可能產生蒸汽和油霧、有大量粉塵和水霧滯留、探測范圍內有物體遮擋、建筑結構會產生劇烈振動的場所，線型光束感煙火災探測器產生誤報或發生損壞的可能性較大，不適合采用此類探測器進行火災探測。

（二）吸氣式感煙火災探測器

吸氣式感煙火災探測器由吸氣泵、過濾器、激光探測腔及采樣管網等組成。其工作原理是主機內的吸氣泵通過采樣管上的采樣孔吸入煙霧，沿采樣管道將煙霧傳送至探測主機內部高度靈敏的激光探測腔，由其進行檢測并分析出煙霧顆粒濃度，從而判斷火災發生情況。吸氣式感煙火災探測器共有以下四個警報等級：警告（Alert）、行動（Action）、火警1（Fire1）、火警2（Fire2）。

吸氣式感煙火災探測器主要有以下特點：靈敏性較高，能夠實現極早期報警；采樣管一般為塑料材質，不受強磁場干擾；受外部安裝環境影響較小，安裝靈活，適用很多場所；維護檢修非常方便，只需定期利用主機內吸氣泵對采樣管進行清理，而且由于吸氣式感煙火災探測器主機一般安裝于方便人員檢修的側墻上，所以無需登高操作，非常適合高大空間的火災探測。在軌道交通中，對于管線錯綜復雜的裝修吊頂，吸氣式感煙火災探測器也是很好的選擇，既能減少安裝火災探測器的管線，又可以避免拆卸吊頂檢修帶來的麻煩。

（三）圖像型火災探測器

圖像型火災探測器是一種具有視頻監控及火災圖像識別多功能的火災探測系統，適用于高大空間場所的火災探測報警。圖像型火災探測器探測方式是通過采集視頻信號并轉換成圖像，對圖像進行處理、分析（主要針對的是火災時煙霧和火焰的熱、色、形、光譜及運動特性），以此來判斷是否發生火災。

作為自帶視頻監控的火災探測裝置，圖像型火災探測器對于煙霧和火焰的運動模式分析及可視化的報警驗證，大大提高了火災探測的準確率，同時能夠提供火災現場的實時監控，也方便消防人員快速采取相應措施。此外，圖像型火災探測器屬于非接觸式火災探測，可以進行快速響應，探測距離遠，保護面積大，具有多級靈敏度可調，抗干擾能力和環境適應能力強，并且能對高危場所、易爆場所、存在有毒氣體的場所進行探測。

三、現行規范要求

目前國家規范標準對軌道交通中高大空間火災探測器的選用有如下要求。

（一）火災自動報警系統設計規范（GB50116-2013）

高度大于12m的空間場所宜同時選擇兩種以上火災參數的火災探測器。

線型光束感煙火災探測器的設置應符合下列要求：

● 建筑高度不超過16m時，宜在6m～7m增設一層探測器；

● 建筑高度超過16m但不超過26m時，宜在6m～7m和11m～12m處各增設一層探測器。

火災初期產生大量煙的場所，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火災探測器。

火災初期產生少量煙并產生明顯火焰的場所，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。

（二）地鐵設計防火標準（GB51298-2018）

車輛基地的停車庫、列檢庫、停車列檢庫、運用庫、聯合檢修庫及物資庫等庫房應設置火災探測器，其中的大空間場所宜采用吸氣式空氣采樣探測器、紅外光束感煙探測器及可視煙霧圖像探測器等[1]。

（三）民用建筑電氣設計標準（GB51348-2019）

大型庫房、大廳、室內廣場等高大空間建筑，宜選用火焰探測器、線型光束感煙探測器、管路吸氣式感煙探測器、圖像型感煙火災探測器或其組合[2]。

四、環球度假區站高大空間火災探測器應用實例

（一）環球度假區站的高大空間情況

環球度假區站是北京地鐵7號線東延和八通線南延的終點站，位于環球度假區東南側，沿東西向布置。環球度假區站地面站廳層為異型建筑空間，屋頂結構橫向為波浪形，南北縱向由低到高；站廳層公共區地面至頂棚最高點在北側為16.6m，南側的最低高度為79m。環球度假區站建筑剖面圖如下圖所示：

（二）環球度假區站站廳層公共區火災探測器選用方案

根據環球度假區站的建筑結構情況可知，本站的站廳層公共區大部分空間凈空高度超過12m但不高于16m，屬于高大空間建筑。

根據《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-2013）要求，本站站廳公共區宜采用兩種及以上火災參數的火災探測器[3]。考慮到地鐵空間裝修材料及機電設備大多具有耐火和阻燃性能，火災初期不會產生明顯火焰，而是產生大量煙霧，所以應選擇規范中提到的三種感煙火災探測器[4]。此外，通過對環球度假區站站廳層公共區建筑及環境分析，頂棚結構為曲面并且有部分遮擋物，在公共區地面也有很多大型落地空調等機電設備，會影響到紅外光束的發射與接收，所以未考慮采用線型光束感煙火災探測器，而是選用吸氣式感煙火災探測器和圖像型火災探測器，這種選用組合也方便了地鐵運營人員的日常檢修維護工作[5]。

由于圖像型火災探測器與線型光束感煙火災探測器原理相似，且圖像型火災探測器的探測范圍和適用范圍更廣，所以圖像型火災探測器也能適用規范中“建筑高度不超過16m時，宜在6m～7m增設一層探測器”的設置要求[6]。

通過研究分析，環球度假區站站廳層公共區采用了頂棚高度設置吸氣式感煙火災探測器、6m～7m高度范圍設置圖像型火災探測器的組合方案，可實現對車站站廳層公共區的早期火災探測。

五、設計思考

在城市軌道交通中，我們接觸較多的高大空間主要為地鐵車輛段中用于檢修或停放車輛的車庫，例如停車列檢庫、聯合檢修庫及工程車庫等。這些車庫區域的高度一般在8m～12m之間不等，結構較為簡單，庫頂遮擋物較多，建筑振動頻率較高，設計方案多選用吸氣式感煙探測器[7]。某車輛段工程車庫剖面圖如圖3、圖4所示：

圖3某車輛段工程車庫橫剖面圖圖4某車輛段工程車庫縱剖面圖

對于本文討論的高度大于12m的異型結構空間，我們在特殊消防設計選擇火災探測器方案時首先應建立在對相關規范充分理解的基礎上，其次需要更加全面地了解建筑結構內可能形成的火災特征以及煙霧在空間內的流動和擴散情況，以此來對比分析選擇更為合適的探測技術。此外，對于一些無法準確預測火災特征的區域場所，可通過進一步的模擬實驗對比分析結果，從而選擇更加有效的探測方式[8]。

結語

日新月異的軌道交通發展讓我們看到了很多別具一格的地鐵站建筑，也為乘客展現了頗具特色、美觀雅致的高大地鐵空間，當然這些都是建立在安全可靠的前提下。火災探測報警在日常工作中至關重要，我們需要根據建筑結構的空間形式、環境因素、建筑火災特點、火災探測器的施工安裝及檢修維護等各方面進行綜合考慮設計，因地制宜，為復雜的高大空間打造科學有效的解決方案。

參考文獻

[1]地鐵設計防火標準[S]，GB51298-2018.

[2]民用建筑電氣設計標準[S]，GB51348-2019.

[3]火災自動報警系統設計規范（附條文說明）[S]，GB501160-2013.

[4]梅榮川.軌道交通領域高大空間探測器選型的應用研究[J].科技創新與應用，2018，255（35）：164-165+167.

[5]周波.高大空間場所火災探測研究探討[J].智能建筑與智慧城市，2019，270（05）：91-94.

[6]涂仲新.火災探測器在地鐵高大空間應用研究[J].建筑技術開發，2019，46（14）：25-26.

[7]馮冬梅.城市軌道交通特殊建筑空間火災探測技術應用分析[J].城市軌道交通研究，2022（S2）：127-130.

[8]鄧珵.地鐵大縱深空間的火災探測器選型研究[J].中國新技術新產品，2013，262（24）：183.