高大空間場所火災(zāi)探測研究探討

周波

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司）

1 高大空間建筑特點(diǎn)、高大空間火災(zāi)特點(diǎn)

1.1 高大空間建筑特點(diǎn)

高大空間場所主要指民用建筑中體育館的比賽廳、公共展覽館的展廳、機(jī)場航站樓的候機(jī)廳、高鐵站房的候車廳等。這些場所一般凈高大于12m、水平跨度大、防火分隔困難、人員疏散距離長，且大都是人員密集場所。萬一發(fā)生火災(zāi)時(shí)，對(duì)人員生命安全危害大、對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失大。

1.2 大空間建筑火災(zāi)特點(diǎn)

由于大空間場所具有1.1中所述特點(diǎn)，其火災(zāi)相對(duì)于其他建筑場所也有其自身的特點(diǎn)。

1.2.1 火勢蔓延迅速

由于空間跨度大、凈空高、防火分隔困難，火災(zāi)時(shí)，高溫會(huì)以煙氣對(duì)流、熱量輻射等方式迅速擴(kuò)散，很容易形成大范圍火災(zāi)。

1.2.2 安全疏散困難

大空間場所人員密集、人員對(duì)疏散路徑不熟悉、最不利點(diǎn)與安全出口的距離較遠(yuǎn)，火災(zāi)時(shí)人員疏散很難實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)。

1.2.3 滅火撲救困難

大空間場所空間開闊，火災(zāi)發(fā)生也具有隨機(jī)性，所以很難準(zhǔn)確、迅速的判斷火源的位置，給滅火撲救造成困難。

1.2.4 存在煙霧分層現(xiàn)象

根據(jù)《GB50116-2013火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]12.4.1～12.4.5條文說明，大空間建筑高度≤16m時(shí)，煙氣在6～7m會(huì)有分層現(xiàn)象；16m＜空間高度≤26m時(shí)，煙氣在6～7m處第一次分層，繼續(xù)上升到11～12m處出現(xiàn)第二次分層。

1.2.5 火災(zāi)探測環(huán)境干擾大

高大空間場所空間開闊，火災(zāi)探測環(huán)境存在如灰塵、太陽光、電磁等干擾因素，容易導(dǎo)致探測器漏報(bào)或誤報(bào)。

2 火災(zāi)參量、火災(zāi)探測器分類及性能特點(diǎn)

2.1 火災(zāi)參量

火災(zāi)是失去控制的燃燒現(xiàn)象，高溫、火焰和生成新物質(zhì)是火災(zāi)的3個(gè)主要參量。

2.1.1 火災(zāi)高溫

火災(zāi)高溫是可燃物中化學(xué)能經(jīng)氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化來的，其既是燃燒的產(chǎn)物，又是繼續(xù)燃燒的條件。

2.1.2 火焰

火焰是是可燃物中化學(xué)能氧化反應(yīng)時(shí)釋放出光和熱的現(xiàn)象。

2.1.3 燃燒生成物

煙是燃燒生成物，其顆粒懸浮在大氣中的，一般肉眼可見（0.01～10μm）。

大氣中CO幾乎為零，而燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO。除了酒精火外，幾乎所有的火災(zāi)都有CO產(chǎn)生[2]。

2.2 火災(zāi)探測器分類

火災(zāi)探測器是能對(duì)2.1中所述火災(zāi)參量不斷采集、分析，并輸出火警信號(hào)的消防產(chǎn)品。

根據(jù)采集火災(zāi)參量的不同、響應(yīng)原理的不同，火災(zāi)探測器分類見表1[2]。

2.3 感煙探測器

2.3.1 感煙探測器選擇

根據(jù)《GB50116-2013火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]5.1.1條：火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射的場所，應(yīng)選擇感煙火災(zāi)探測器。對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫火災(zāi)探測器、感煙火災(zāi)探測器、火焰探測器或其組合。

表1 火災(zāi)探測器分類表

2.3.2 點(diǎn)型感煙探測器

點(diǎn)型感煙探測器分為離子、光電兩種基本類型。點(diǎn)型感測器適用于建筑高度＜12m的場所。

2.3.3 吸氣式感煙火災(zāi)探測器

吸氣式感煙火災(zāi)探測器是采用管路吸氣方式對(duì)空氣進(jìn)行采樣，快速、動(dòng)態(tài)地識(shí)別和判斷煙粒子，從而探測火災(zāi)。適用于具有高空氣流量的場所、大空間場所、低溫場所、需要進(jìn)行火災(zāi)早期探測的場所等。

2.3.4 線型光束感煙火災(zāi)探測器

線型光束感煙火災(zāi)探測器是應(yīng)用紅外光束被煙霧粒子吸收而減弱的原理來探測火災(zāi)，探測器通常由發(fā)射器、接受器組成。線型光束感煙火災(zāi)探測器探測距離長、保護(hù)范圍大，通常安裝于跨度大、凈空高、無遮擋的建筑場所。

多光束感煙探測器又稱為光截面感煙探測器。

2.3.5 圖像型光截面感煙探測器

當(dāng)光截面感煙火災(zāi)探測器的接收器采用CCD攝像機(jī)時(shí)，這種探測器稱為圖像型光截面感煙探測器。其采用了模式識(shí)別、趨勢算法等，能自動(dòng)對(duì)自身周邊的各種環(huán)境因素做出反饋補(bǔ)償，可大幅度降低了因灰塵積累、溫濕度變化等引起的漏報(bào)、誤報(bào)。

2.4 感溫探測器

2.4.1 感溫探測器選擇

感溫探測器是響應(yīng)異常溫度、溫升速率和溫差的火災(zāi)探測器，可分為定溫、差溫兩種基本類型。

根據(jù)《GB50116-2013火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]5.1.1條：對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫火災(zāi)探測器、感煙火災(zāi)探測器、火焰探測器或其組合。

2.4.2 纜式線型感溫火災(zāi)探測器

纜式線型感溫火災(zāi)探測器是定溫探測器，是以感溫電纜為敏感元件，一般采用2根或根涂有熱敏絕緣材料的導(dǎo)線絞結(jié)在一起；或是同心電纜（2根導(dǎo)線），電纜中的導(dǎo)線用熱敏絕緣材料隔離開來。

2.5 火焰火災(zāi)探測器

2.5.1 火焰探測器選擇

火焰探測器是采集并分析火焰輻射出的紅外、紫外、可見光的火災(zāi)探測器。

根據(jù)《GB50116-2013火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]5.1.1條：對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫火災(zāi)探測器、感煙火災(zāi)探測器、火焰探測器或其組合；對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，有強(qiáng)烈的火焰輻射和少量煙、熱的場所，應(yīng)選擇火焰探測器。

2.5.2 雙波段圖像火焰探測器

雙波段圖像火焰探測器一般采用紅外微光攝像機(jī)和普通彩色CCD攝像機(jī)組成，既采集了煙氣熱輻射，又采集了火焰彩色視頻，同時(shí)此類產(chǎn)品IP防護(hù)等級(jí)高?？稍谝桩a(chǎn)生明火、陰燃火的場所推廣使用，如展覽廳、體育場館、大型倉庫、環(huán)境惡劣的工藝場所等。

3 自動(dòng)消防炮系統(tǒng)

對(duì)于所指的大空間場所，給排水專業(yè)一般會(huì)設(shè)置自動(dòng)消防炮系統(tǒng)，系統(tǒng)由配套探測器、報(bào)警控制主機(jī)、滅火裝置組成。

自動(dòng)消防炮屬于定點(diǎn)滅火系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)范圍大、響應(yīng)速度快、附帶損失小。系統(tǒng)的火災(zāi)探測、掃描定位、確認(rèn)火災(zāi)、啟泵開閥、射水滅火等均可自動(dòng)完成；除具有自動(dòng)滅火功能外，系統(tǒng)還應(yīng)具有遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場手動(dòng)控制功能。

系統(tǒng)配套使用的探測器一般采用圖像型光截面感煙探測器、圖像型雙波段火焰探測器，探測器輸出的信號(hào)經(jīng)報(bào)警主機(jī)初步處理，若判斷無火災(zāi)，則流程結(jié)束；若判斷可能火災(zāi)，則信號(hào)再進(jìn)一步處理，然后系統(tǒng)再?zèng)Q策是否輸出火警信號(hào)；當(dāng)兩種探測器都發(fā)出火警信號(hào)后，消防炮上的定位器開始尋找火源，確定火源后鎖定，然后噴水滅火。由于系統(tǒng)經(jīng)過煙霧報(bào)警、火焰報(bào)警和火源位置三重確認(rèn)，使得系統(tǒng)的誤動(dòng)率大幅度降低。

4 現(xiàn)行規(guī)范對(duì)大空間場所火災(zāi)探測器的選用要求

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)大空間場所火災(zāi)探測器選用的要求如下：

4.1 《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50116-2013》[1]

下列場所或部位，宜選擇纜式線型感溫火災(zāi)探測器:電纜豎井、電纜夾層、電纜橋架；不易安裝點(diǎn)型探測器的夾層、悶頂。點(diǎn)型感煙、感溫火災(zāi)探測器不適宜的大空間、舞臺(tái)上方、建筑高度超過12m或有特殊要求的場所宜選擇吸氣式感煙火災(zāi)探測器。

火災(zāi)初期產(chǎn)生大量煙的場所，應(yīng)選擇線型光束感煙火災(zāi)探測器、管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器或圖像型感煙火災(zāi)探測器。

火災(zāi)初期產(chǎn)生少量煙并產(chǎn)生明顯火焰的場所，應(yīng)選擇1級(jí)靈敏度的點(diǎn)型紅外火焰探測器或圖像型火焰探測器，并應(yīng)降低探測器設(shè)置高度。

4.2 《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ16-2008》[3]

大型庫房、大廳、室內(nèi)廣場等高大空間建筑，宜選用火焰探測器、紅外光束感煙探測器、圖像型火災(zāi)探測器、吸氣式探測器或其組合。

4.3 《用機(jī)場航站樓設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB 51236-2017》[4]

按照《GB51236-2017》表 4.3.3，航站樓的迎送廳等大空間場所，可以采用感煙、火焰探測器；電纜橋架應(yīng)設(shè)置纜式線纜感溫探測器。

4.4 《交通建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范 JGJ 243-2011》[5]

民用機(jī)場航站樓、鐵路旅客車站等無遮擋或不具備分隔條件的高大空間或有特殊要求的場所，宜選用紅外光束感煙探測器或圖像型火災(zāi)探測器、吸氣式感煙探測器等。

5 高大空間火災(zāi)探測器選用原則總結(jié)

根據(jù)本文所論述的高大空間建筑及其火災(zāi)特點(diǎn)、各種形式探測器工作原理及工作特點(diǎn)，以及現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求，作者認(rèn)為，高大空間場所的探測器可按照以下方式選擇：

1）在設(shè)置有自動(dòng)消防炮系統(tǒng)的高大空間場所，設(shè)置消防炮系統(tǒng)專用探測器（光截面圖像探測器和雙波段圖像探測器），使探測、控制、滅火形成一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，既可獨(dú)立運(yùn)行，又可與普通火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

根據(jù)《GB50116-2013》[1]12.4.1 條，對(duì)于高度＞12m的建筑場所，有條件時(shí)可以同時(shí)選用兩種火災(zāi)參量的探測器。作者認(rèn)為可將自動(dòng)消防炮系統(tǒng)的配套探測器當(dāng)作一種火災(zāi)參數(shù)的探測器使用，另外再設(shè)置其他的火災(zāi)參量探測器。

2）再設(shè)置吸氣式感煙火災(zāi)探測器。探測器的采樣管采用水平和垂直結(jié)合的布管方式，并應(yīng)保證至少有兩個(gè)采樣孔在16m以下，并宜有2個(gè)采樣孔設(shè)置在開窗或通風(fēng)空調(diào)對(duì)流層下面1m處。可在回風(fēng)口處設(shè)置起輔助報(bào)警作用的采樣孔。

3）有的工程吊頂至結(jié)構(gòu)頂之間還有很大空間，這一空間內(nèi)一般設(shè)置有電纜橋架、風(fēng)管等，風(fēng)管的保溫材料、電纜電線均可認(rèn)為是可燃物。根據(jù)《GB50016-2014(2018年版)》[6]8.4.1.9條：凈高大于2.6m且可燃物較多的技術(shù)夾層，凈高大于0.8m且有可燃物的悶頂或吊頂內(nèi)均應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。因此，作者建議在大空間吊頂內(nèi)設(shè)置吸氣式感煙探測器，探測器設(shè)置在吊頂內(nèi)的檢修馬道上。

4）本文4.1、4.3的要求，作者建議在大空間吊頂內(nèi)電纜橋架、地面電纜管溝內(nèi)設(shè)置纜式線型感溫探測器。探測器在保護(hù)電纜等類似保護(hù)對(duì)象時(shí)，應(yīng)采用接觸式布置。

6 大空間場所火災(zāi)探測器選用設(shè)計(jì)實(shí)例

6.1 某機(jī)場航站樓綜合迎送廳

某機(jī)場國內(nèi)高峰小時(shí)飛機(jī)起降17架次，國內(nèi)旅客高峰小時(shí)1400人次，新建航站樓總建筑面積 2.1萬㎡，建筑地上2層，地下1層。其綜合迎送廳長度174.5m，寬度21.8m，地面標(biāo)高為±0.00，吊頂為曲面，其標(biāo)高最高點(diǎn)16.2m，最低點(diǎn)11.5m；屋頂最高點(diǎn)26.2m，迎送廳吊頂至結(jié)構(gòu)頂高度之間有5～10m的空間。

根據(jù)本院給排水專業(yè)提資，在綜合迎送廳設(shè)置10套自動(dòng)消防炮系統(tǒng)，系統(tǒng)配套采用光截面圖像探測器、雙波段圖像探測器作為配套火災(zāi)探測器。

同時(shí)，在綜合迎送廳及吊頂內(nèi)又設(shè)置了吸氣式感煙火災(zāi)探測器，并沿主干電纜橋架設(shè)置纜式線型感溫探測器。吸氣式感煙探測器采用水平和垂直設(shè)置方式，垂直采樣管沿柱子設(shè)置。

航站樓的剖面圖如下：