詹建軍

（武漢市公安局消防支隊 漢陽區(qū)大隊，湖北 武漢430050）

大空間建筑消防控火問題研究

詹建軍

（武漢市公安局消防支隊 漢陽區(qū)大隊，湖北 武漢430050）

大空間建筑單層面積大、跨度大、層間高，沒有或缺少實體分隔，在建筑防火、火災(zāi)預(yù)警和消防滅火、人員疏散等方面較之傳統(tǒng)建筑難度更大。要注意根據(jù)大空間建筑的具體情況采取合理的消防措施：第一，合理劃分防火分區(qū)，除了采用常規(guī)設(shè)計手段達(dá)到控火目的外，還可以劃分“防火單元”，設(shè)置防火分隔帶、防火隔墻、“防火艙”及性能化防火設(shè)計防控火災(zāi)；第二，重視新消防技術(shù)手段的運用，準(zhǔn)確合理地選擇安裝警報裝置和自動滅火系統(tǒng)，力爭實現(xiàn)從火災(zāi)的源頭控火。

大空間建筑消防；消防設(shè)計；消防水炮；火災(zāi)預(yù)警

一、前言

近二十余年來，各種類型的大跨空間結(jié)構(gòu)在美、日、歐等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快。由于經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展的需要，人們還在不斷追求覆蓋面更大的建筑空間。我國隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)、倉儲用房、大型批發(fā)市場、物流業(yè)、綜合商場、體育場館、影劇院、展覽館等大空間建筑越來越多[1]。這類建筑單層面積大、跨度大、層間高，沒有或缺少實體分隔，給建筑防火、火災(zāi)預(yù)警和消防滅火、人員疏散等帶來了新的研究課題。

二、大空間建筑防火分區(qū)問題研究

（一）大空間建筑防火分隔存在的問題

大空間建筑的藝術(shù)觀賞性及實用性與規(guī)范的強制性產(chǎn)生了沖突。建筑的功能是建筑的核心內(nèi)容，具體的建筑物總是為一個或某些特定的功能服務(wù)的。大空間建筑的特殊功能性及內(nèi)容的多樣性使得大空間建筑不宜進(jìn)行防火、防煙分隔。按現(xiàn)有消防技術(shù)規(guī)范，常規(guī)采用的技術(shù)手段包括設(shè)置防火隔墻、防火卷簾或防火水幕等分隔設(shè)施，已經(jīng)不能滿足人們對建筑物的功能需求。防火墻的設(shè)置違背了大空間建筑的建設(shè)初衷；對于較高的大空間建筑，防火卷簾的安裝設(shè)置困難重重；大空間建筑使用防火水幕會造成較大的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)困難。

（二）大空間建筑防火分區(qū)問題的應(yīng)對

針對大空間建筑防火分區(qū)存在的問題，解決方案除了常規(guī)的設(shè)置防火卷簾、防火水幕等設(shè)計手段外，還有采用“防火分隔帶”、“防火艙”、性能化防火設(shè)計方案等。

（1）采用“防火分隔帶”。利用建筑材料的不燃化及可燃界面的非連續(xù)化等性質(zhì)劃分出一段“不可燃”的分隔帶，阻擋兩側(cè)的煙火互相蔓延，將火勢限定在較小的范圍內(nèi)[2]。廈門機場空運貨站分區(qū)采用了美國國家防火協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（NFPA）“防火分隔帶”的方法。CFAST火災(zāi)模擬軟件對該空運貨站進(jìn)行火災(zāi)模擬分析，結(jié)果肯定了“防火分隔帶”在大空間建筑防火分區(qū)中所起的作用。[3]

（2）采用“防火艙”。利用耐火構(gòu)建的阻燃特性，在火災(zāi)防護(hù)區(qū)如辦公室等位置周圍設(shè)置具有耐火特性的防護(hù)構(gòu)建，耐火極限一般為1~2h，可形成一個較為封閉的“防火艙”，在火災(zāi)發(fā)生時能夠阻止火災(zāi)蔓延，能將火災(zāi)有效控制在事發(fā)原點。例如，對于航站樓建筑，傳統(tǒng)的防火隔墻無法得到有效的應(yīng)用，在不阻礙旅客自由流動的前提下，采用設(shè)置“防火艙”的消防設(shè)計方案，[4]就可有效地解決源頭控火問題。

（3）采用性能化防火設(shè)計方案。性能化防火設(shè)計作為一種新的建筑防火設(shè)計方法，是以消防安全工程學(xué)為基礎(chǔ)，在充分考慮到建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能用途以及內(nèi)部可燃物存在情況等方面因素的前提下，對建筑的火災(zāi)安全隱患進(jìn)行定量的預(yù)測和評估，在一定的理論基礎(chǔ)上得出最優(yōu)化的防火設(shè)計方案。這種設(shè)計方案基于對各類建筑的防火安全性進(jìn)行綜合評估，有針對性地提出該建筑較為合適的防火安全系統(tǒng)模式，因此，在火災(zāi)發(fā)生時，可以有效地控制火災(zāi)蔓延趨勢。[5]但是，性能化防火設(shè)計也存在一定的局限性。性能化設(shè)計分析和步驟繁瑣，設(shè)計時間長；設(shè)計者素質(zhì)差別較大，難以保證設(shè)計適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量控制措施；性能化防火設(shè)計的安全目標(biāo)與消防系統(tǒng)、人員疏散組織密不可分，因此對日常消防監(jiān)督管理要求較高。

三、大空間建筑常用火災(zāi)探測器

大跨度、高空間是大空間建筑的兩大特點。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，由于高空大量冷空氣的“降溫”和“稀釋”作用，火災(zāi)煙氣往往在還沒有到達(dá)建筑頂部時溫度和煙氣濃度大大降低。因此，只有當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到相當(dāng)嚴(yán)重的程度時，傳統(tǒng)的點型感溫感煙探測器才能探測到火災(zāi)的發(fā)生。這種火災(zāi)探測器在大空間建筑中很難實現(xiàn)早期火災(zāi)報警[6]。另外，在環(huán)境惡劣的情況下，灰塵、空調(diào)及電磁干擾等影響將會使得火災(zāi)探測誤報、漏報的頻率大大增高。因此，根據(jù)大空間建筑的設(shè)計使用特點，合理地選用火災(zāi)探測器，對于火災(zāi)初期預(yù)警有著不可忽視的作用。

（一）常用火災(zāi)探測技術(shù)

1.線型紅外光束感煙探測器

線型紅外光束感煙探測器由發(fā)射器和接收器組成，一般安裝于被保護(hù)區(qū)域的兩端。它是利用煙霧粒子對紅外光束散射或吸收的原理對火災(zāi)進(jìn)行探測[7]。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙氣蔓延，由于煙霧顆粒對紅外光束有一定的阻礙遮擋，同時微小顆粒對光束還有一定的吸收和散射作用，抵達(dá)接收器的紅外光束強度會因此而減弱，隨著煙氣蔓延，煙霧顆粒濃度增加，其對光束的削弱作用也越來越明顯，當(dāng)接收器接收的光強低于設(shè)定的閾值時，探測器將會發(fā)出報警信號。

線型紅外光束感煙探測器的探測距離大，最遠(yuǎn)可達(dá)百米，具有保護(hù)范圍大、響應(yīng)時間快、抗干擾能力強等優(yōu)點，對于不宜安裝點型感煙探測器的場所（諸如大型會展中心、航站樓、體育館等大空間場所）尤其適合。由于顆粒粉塵及水蒸汽對紅外光束的光強有一定的影響，因此線型紅外光束感煙探測器不適用有火焰輻射或大量粉塵、干粉水霧、蒸汽等環(huán)境惡劣的場所。

2.光截面圖像探測器

光截面圖像探測器[8]屬于一種“多對一”形式的紅外光束感煙探測器。其接收器采用單一陣面接收器，可接收多個發(fā)射器的光信號。將多個發(fā)射器和單一陣面接收器安裝在同一水平面上，將會在空間上方形成一個“截面”，利用煙霧消光的原理進(jìn)行感煙探測，當(dāng)通過截面的煙霧超過一定濃度時，報警器就發(fā)出報警信號。

由于紅外光束會受火焰輻射影響，因此不適合有較大火焰輻射的大空間場所。因此，光截面圖象探測儀較為適用有粉塵、水霧、蒸汽以及一般腐蝕性氣體滯留的高大空間場所。另外，陣面圖像可分辨發(fā)射光源和干擾光源，因此，系統(tǒng)的抗干擾能力強，又可用于有光束干擾和輻射的高大空間場所。

3.雙波段圖像火災(zāi)探測器

雙波段圖像火災(zāi)探測器由近紅外和彩色攝像機組成。信息處理機通過采集到的近紅外視頻圖像信號和彩色視頻圖像信號，利用火焰的光譜特性、相對穩(wěn)定性及蔓延趨勢等形成火災(zāi)探測圖像，通過圖像信息處理識別，能夠有效地在惡劣環(huán)境中進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警。

雙波段圖像火災(zāi)探測器采用“非接觸式”探測模式，與線型紅外光束感煙探測器、光截面火災(zāi)探測器在原理上存在較大差異。因為上述兩種探測器的紅外光束直接與空氣接觸，會受外在諸多方面的影響而增大誤報頻率。雙波段圖像火災(zāi)探測器抗干擾能力強，響應(yīng)速度快，誤報率低，不受高空、高溫、易爆、有毒、高速氣流等環(huán)境條件的限制。在火災(zāi)初期煙霧少、有明顯火焰的場所較為適用。目前在商場、隧道、地鐵、體育場館、會展中心及飛機場等大型空曠場所得到了廣泛的應(yīng)用。

4.吸氣式感煙探測器

吸氣式感煙探測器通過吸氣泵，從被監(jiān)護(hù)區(qū)內(nèi)連續(xù)吸入空氣，這些空氣經(jīng)過帶有小孔的空氣采樣管網(wǎng)采樣進(jìn)入過濾裝置，過濾掉無關(guān)灰塵粒子后進(jìn)入激光采樣檢測室進(jìn)行分析。激光采樣檢測室有一個穩(wěn)定的激光發(fā)射器和接收器，進(jìn)入采樣室的煙霧粒子會使激光發(fā)生散射，其散射光使高靈敏的光接收器產(chǎn)生信號，濃度越高，接收信號越強，當(dāng)接收器接收到的信號強度達(dá)到或超過設(shè)定的散射光強度閾值時，探測器則快速發(fā)出預(yù)警信號。

吸氣式感煙探測器具有較高的靈敏度，能夠有效地區(qū)分煙霧顆粒與灰塵、水霧，介于直徑0.01 m~20 m的煙霧粒子都能夠得到有效探測，在火災(zāi)初期產(chǎn)生可見煙霧顆粒前，就能探測并發(fā)出警報。[9]由于吸氣式感煙探測器通過管網(wǎng)采樣進(jìn)行空氣中的煙氣探測，所以對于空氣流速大、有較強電磁輻射、有遮擋物遮擋以及人員不宜進(jìn)入的場所較為適用。由于粉塵顆粒對探測器有影響，產(chǎn)生一定的誤報率，所以不適于粉塵量大、水霧較多的大空間場所。

（二）大空間建筑火災(zāi)探測器的選型與設(shè)計

大空間建筑應(yīng)充分根據(jù)建筑功能結(jié)構(gòu)和火災(zāi)場景選擇合適的火災(zāi)探測方式和火災(zāi)探測器。對于火災(zāi)發(fā)生初期有陰燃階段并產(chǎn)生大量的煙和少量的熱的建筑環(huán)境，可考慮采用線型紅外光束感煙探測器、光截面火災(zāi)探測器及吸氣式感煙探測器；而對火災(zāi)初期無陰燃階段，明火發(fā)展迅速的情況，可考慮使用雙波段圖像火災(zāi)探測器。

針對功能多樣、情況復(fù)雜的大空間建筑，可考慮采用“復(fù)合”探測模式，以替代傳統(tǒng)的單一檢測模式。多種探測方式相結(jié)合，可以有效地探測到初期火災(zāi)并及時發(fā)出預(yù)警信號。

四、大空間消防水炮

（一）消防水炮簡介

消防水炮是指以水作為噴射介質(zhì)，并以射流形式噴射滅火劑的裝置。隨著消防水炮使用的范圍越來越廣泛，智能化要求也越來越高，為了滿足形色各異的大空間建筑的消防需求，其運用了多項高新技術(shù)。目前應(yīng)用在大空間建筑中的智能消防水炮已經(jīng)能夠有機地將供水系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)合起來。

大空間自動消防水炮滅火裝置在前段探測階段，可根據(jù)火災(zāi)探測器對火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警分析，一旦接收到現(xiàn)場火災(zāi)信號，控制中心系統(tǒng)將會發(fā)出警報，并啟動滅火裝置，控制水炮進(jìn)行水平垂直噴射滅火?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場火災(zāi)信號及噴射的水壓流量數(shù)據(jù)自動進(jìn)行分析調(diào)整，當(dāng)火災(zāi)信號消失時，系統(tǒng)自動復(fù)位，終止滅火。

（二）消防水炮應(yīng)用研究情況

1.消防水炮的發(fā)展趨勢

當(dāng)前消防水炮在大空間、超大空間建筑中的應(yīng)用越來越廣泛?；谄浔旧泶罅髁?、遠(yuǎn)射程、高揚程等特點，對遠(yuǎn)控化及智能化方面的研究發(fā)展要求也越來越高[10]。

（1）大流量，噴射強度大，可實現(xiàn)快速滅火。目前，在國內(nèi)生產(chǎn)的消防水炮流量還很難超過10000L/ min，但是在國外已經(jīng)有好幾個廠家生產(chǎn)的水炮能夠滿足超大流量的要求。德國ALBACH公司制造的消防水炮流量甚至可以達(dá)到80000L/min，其產(chǎn)品已在英國北海油田鉆井平臺應(yīng)用。

（2）遠(yuǎn)射程，保護(hù)半徑大，控火滅火有效范圍廣，可有效保護(hù)消防人員人身安全。遠(yuǎn)射程對加壓水準(zhǔn)要求較高，需要配備高壓泵組。國內(nèi)南京信誠艾爾克工業(yè)滅火設(shè)備制造有限公司專門從事研發(fā)制造大揚程、大流量消防泵組和水炮。其公司生產(chǎn)的MK200型消防泵組配以200L/s的消防水炮，其射程可達(dá)125m。

（3）高揚程，豎向保護(hù)半徑大，可撲滅較高火焰。目前，國外生產(chǎn)的消防炮最高揚程可達(dá)150m。

（4）遠(yuǎn)控化及智能化。遠(yuǎn)控化及智能化自動滅火消防水炮是近年來國內(nèi)外科技人員研究的一大熱點。滅火系統(tǒng)與報警裝置聯(lián)動，并對火災(zāi)有自動準(zhǔn)確定位的功能，可實現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，快速滅火”的理念，大大減少了人的行為延遲造成的影響。采用智能消防水炮系統(tǒng)替代水幕及水噴淋系統(tǒng)，可充分兼顧大空間建筑的藝術(shù)觀賞性及實用性與防火可能性的沖突。

2.消防水炮的主要特點

自動消防水炮能夠?qū)崿F(xiàn)全天候主動火災(zāi)監(jiān)控，并實施全方位的主動射水滅火。當(dāng)火災(zāi)探測器探測到保護(hù)區(qū)內(nèi)火災(zāi)發(fā)生時，裝置可自動啟動并進(jìn)行全方位掃描，半分鐘內(nèi)對著火點進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并開啟水泵，定位消防水炮進(jìn)行滅火。該產(chǎn)品具有較強的電子電路和機械傳動組建的自檢能力，發(fā)現(xiàn)故障后可自動報告給消防監(jiān)控中心，因此，系統(tǒng)的日常維護(hù)費用較低，供電線路及滅火裝置的設(shè)計與安裝簡單易行，方便操作。由于滅火工作完成后，系統(tǒng)可自動關(guān)閉電磁閥，終止消防水炮的射流噴射，可有效降低火災(zāi)后的“水災(zāi)”隱患，在節(jié)省水源的同時降低了對建筑裝飾及構(gòu)建的損壞。

但是，自動消防水炮應(yīng)用在大空間建筑內(nèi)也存在一定的局限性。由于消防水炮需要根據(jù)計算設(shè)計和實際情況進(jìn)行定做，其通用性和互換性較差。另一方面，其高昂的制造和運行成本、較差的定位精度、復(fù)雜的調(diào)節(jié)過程是目前消防水炮存在的一個較為普遍的缺點。

3.消防水炮的應(yīng)用設(shè)計

（1）有關(guān)消防水炮應(yīng)用設(shè)計的規(guī)定

消防水炮設(shè)計主要參照《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50338-2003）。[11]在消防水炮布置方面，規(guī)范要求在室內(nèi)布置的消防水炮數(shù)量至少2門，并合理選擇布置高度，以避免上部建筑構(gòu)件影響到消防水炮在滅火階段的射流。此外，要求至少有2門水炮的射程能夠輻射到被保護(hù)區(qū)域的任一部位；室內(nèi)消防系統(tǒng)采用濕式給水系統(tǒng)，并在消防水炮的位置設(shè)置消防水泵的啟動按鈕。

（2）消防水炮的射程及流量設(shè)計

水炮的射程與工作壓力變化的平方根成正比，具體射程計算可參照公式①：

式中：Ds—水炮的設(shè)計射程（m）；

Ds0—水炮在額定工作壓力時的射程（m）；

Pe—水炮的設(shè)計工作壓力（MPa）；

P0—水炮的額定工作壓力（MPa）

當(dāng)上述計算得出的消防水炮射程不能達(dá)到規(guī)范要求時，應(yīng)重新合理選擇消防水炮的規(guī)格型號，并調(diào)整消防水炮的數(shù)量及布置位置，直到滿足規(guī)范要求為止。

消防水炮的設(shè)計流量與工作壓力的平方根變化成正比，具體計算公式參看式②：

式中：Qs—水炮的設(shè)計流量（L/s）；

qs0—水炮的額定流量(L/s)

系統(tǒng)的用水量計算應(yīng)滿足2門水炮射流能同時到達(dá)保護(hù)區(qū)內(nèi)任一部位的要求，為了達(dá)到消防滅火要求，對設(shè)計水量作了如下規(guī)定：民用建筑用水量≥40L/s，工業(yè)建筑用水量≥60L/s。

（3）消防水炮的選型

消防水炮選型應(yīng)根據(jù)被保護(hù)的對象距離水炮設(shè)置點的水平距離及高度等因素作出初步選擇，再根據(jù)消防水泵提供的實際壓力進(jìn)行校核計算，查看在此供水壓力下被保護(hù)的對象能否處于消防水泵的有效保護(hù)范圍內(nèi)，最后再復(fù)核消防水炮在消防水泵實際供水壓力下的消防水量。

在實際的設(shè)計過程中，如果只采用2門消防水炮，射流采用水柱噴射形式，往往會因為噴射角度的影響造成噴射死角的存在。針對這種情況在炮口安裝霧化裝置，可以有效撲滅消防水炮自身下方的火災(zāi)。

五、結(jié)語

大空間建筑的功能、形態(tài)、美學(xué)以及文化都在隨著人們的物質(zhì)及精神追求在改變著。大空間建筑消防，可以根據(jù)建筑物的實際情況采取合理的控火措施：1.合理劃分防火分區(qū)，除了通過設(shè)置防火卷簾、防火水幕等常規(guī)設(shè)計手段達(dá)到控火目的外，還可以劃分“防火單元”，設(shè)置防火分隔帶、防火隔墻及“防火艙”，通過性能化的防火設(shè)計把火災(zāi)控制在較小范圍內(nèi)；2.重視新的消防技術(shù)的應(yīng)用。通過準(zhǔn)確合理地選擇安裝報警裝置和自動滅火系統(tǒng)，把火災(zāi)有效地控制在初始階段，以實現(xiàn)火災(zāi)的源頭控火。大空間消防水炮具有較好的消防效果。隨著大流量、遠(yuǎn)射程、高揚程、遠(yuǎn)控化和智能化的消防水炮的投入使用，大空間建筑消防設(shè)計所面臨的一些問題也能在一定程度上得到解決。

[1]葉光榮.淺析大跨度大空間建筑火災(zāi)事故對策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2011(18):28.

[2]翟羽.由英特爾公司倉庫防火分區(qū)問題所引發(fā)的思考[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2007(8).

[3]許勇鐵.廈門機場貨站建筑防火分區(qū)設(shè)計[J].福建建筑,2013(9).

[4]胡婧,楊麗君.淺談機場航站樓建筑消防設(shè)計[J].黑龍江科技信息,2013(18):218.

[5]董愛民.淺析建筑防火分區(qū)設(shè)計的要點[J].科技咨詢,2013(22): 86.

[6]陳勁松.大空間建筑早期火災(zāi)智能探測報警技術(shù)[J].工程建設(shè)與檔案,2004(3):23-24.

[7]李宏文,宋偉鋒等.線型紅外光束感煙探測器靈敏度研究[J].建筑電氣,2013(10):9-12.

[8]ao Chen，Hong yong Yuan.An automatic fire searching and suppression systemforlargespaces[J].FireSafetyJournal,2004(39): 297-307.

[9]楊秘林.空氣采樣火災(zāi)探測技術(shù)在大空間中的應(yīng)用性分析[J].科技信息,2011(24):771-774.

[10]銘珍.滅火炮的發(fā)展趨勢[J].安徽消防,1999(2):32-33.

[11]GB 50338-2003固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

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2014-02-12 責(zé)任編校：譚明華