崔海明 / 魯廣斌 / 暴二平 / 呼　娜

(1. 中國(guó)航天建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100071； 2. 安徽省公安消防總隊(duì)，安徽 合肥 230001)

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某大型公共建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

0引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公共建筑物逐漸向體量大型化、功能綜合化的方向發(fā)展。但近些年火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，使大型公共建筑的消防問(wèn)題不斷凸顯。

在功能復(fù)雜的大型公共建筑物中往往存在一些較為特殊的區(qū)域，這些區(qū)域如何實(shí)現(xiàn)有效、及時(shí)的火災(zāi)探測(cè)尤為重要。另外，建筑物的大體量意味著其系統(tǒng)龐大，因此只有合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)，方能兼顧系統(tǒng)的可靠性與響應(yīng)迅速性。

本文以某大型公共建筑物的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為實(shí)際工程案例，僅針對(duì)典型場(chǎng)所的火災(zāi)探測(cè)手段以及系統(tǒng)整體架構(gòu)兩大方面進(jìn)行分析，對(duì)于其他常規(guī)性的設(shè)計(jì)內(nèi)容不再列入論述范圍。

1工程概況

本工程位于吉林省長(zhǎng)春市，建筑類(lèi)型為高層建筑物。其整體布局、體型及區(qū)域劃分見(jiàn)圖1～2。

圖1　地上各區(qū)域平面示意圖

圖2　地下室區(qū)域平面示意圖

地上可分為6個(gè)區(qū)域，5～7層不等；地下一層全部連通并可與地上各區(qū)域相連。各區(qū)域的功能相對(duì)獨(dú)立，之間通過(guò)內(nèi)部連廊等形式連接為一個(gè)整體，這樣的結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足功能整體性的同時(shí)也為火災(zāi)探測(cè)、人員疏散等增加了難度。

圖1中區(qū)域1、2、3、4為辦公、研發(fā)等功能場(chǎng)所，區(qū)域5為設(shè)于區(qū)域1、2之間的采光玻璃頂中庭，區(qū)域6為停車(chē)樓(含有標(biāo)準(zhǔn)停車(chē)位2 400個(gè))，建筑物地下室可與上述各區(qū)域相連通。在區(qū)域2的地上一層設(shè)置本建筑物的消防控制中心。

由于本建筑物體量大且功能綜合性較高，故在方案設(shè)計(jì)階段除參照國(guó)家及行業(yè)相關(guān)規(guī)范外，還進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)的消防評(píng)估。本文中所述的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容參照了消防評(píng)估的結(jié)論及意見(jiàn)，并符合評(píng)估中闡述的相關(guān)要求。

2典型區(qū)域火災(zāi)探測(cè)方式分析

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不同場(chǎng)所及不同建筑形式的火災(zāi)探測(cè)器設(shè)計(jì)均有所不同?，F(xiàn)對(duì)本工程中一些典型區(qū)域的火災(zāi)探測(cè)器設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1常規(guī)區(qū)域中的特殊點(diǎn)

通常公共建筑內(nèi)的辦公室類(lèi)空間中使用點(diǎn)型感煙探測(cè)器可取得較好的探測(cè)效果。而本項(xiàng)目具有一定的特殊性，在設(shè)置探測(cè)器時(shí)需進(jìn)行細(xì)致分析。

1)探測(cè)器相對(duì)于透煙吊頂?shù)脑O(shè)置位置

對(duì)于常見(jiàn)的礦棉吸音板吊頂?shù)鹊蹴斝问?，感煙探測(cè)器均可在吊頂上直接安裝，但根據(jù)感煙探測(cè)器的工作原理可知，其應(yīng)設(shè)置于煙霧匯聚的“集煙處”，否則將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警延遲的現(xiàn)象，難以滿(mǎn)足系統(tǒng)響應(yīng)的速度要求。

在本建筑物中，有如圖3～4所示兩種吊頂形式。

圖3　懸浮式吊頂

圖4　鏤空格柵式吊頂

如圖3～4所示，煙霧可透過(guò)吊頂板，匯聚于吊頂與樓板的空間內(nèi)，該區(qū)域可以暫緩煙霧的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有助于阻止火情蔓延。對(duì)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)而言，將感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)為樓板下吸頂安裝，更有利于提高探測(cè)的及時(shí)性與準(zhǔn)確性(如圖5～6)。

圖5　懸浮式吊頂感煙探測(cè)器位置剖面示意圖

圖6　鏤空格柵式吊頂感煙探測(cè)器位置剖面示意圖

根據(jù)模擬及消防評(píng)估結(jié)論，當(dāng)?shù)蹴數(shù)溺U空率(即煙氣可以透過(guò)的面積所占吊頂整體的比例)超過(guò)15%時(shí)，即應(yīng)考慮煙氣聚集于吊頂上方空間的情況發(fā)生，此時(shí)應(yīng)將探測(cè)器安裝于樓板上方。

2)對(duì)探測(cè)區(qū)域產(chǎn)生影響的凸出物體

根據(jù)GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，火災(zāi)探測(cè)器設(shè)置應(yīng)考慮房間梁的影響，且其探測(cè)區(qū)域需要參照梁間區(qū)域的面積(參見(jiàn)規(guī)范附錄F、附錄G)。

在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)同樣存在對(duì)探測(cè)區(qū)域產(chǎn)生影響的因素，其中最常見(jiàn)的是設(shè)備專(zhuān)業(yè)的管道,見(jiàn)圖7。

如圖7所示，本工程為典型的大開(kāi)間辦公場(chǎng)所，風(fēng)管尺寸為寬(1 450mm)×高(500mm)，風(fēng)管頂部與板底間距很小，基本處于探測(cè)器的“死角”區(qū)域?？紤]探測(cè)器的實(shí)際使用效果，該類(lèi)大尺寸的設(shè)備管道均參照了規(guī)范中關(guān)于梁體對(duì)探測(cè)器的影響數(shù)據(jù)，即考慮其對(duì)探測(cè)器探測(cè)范圍的影響。

圖7　感煙探測(cè)與就近風(fēng)管位置示意圖

2.2網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房

本建筑物網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房布局見(jiàn)圖8。對(duì)于高性能的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜設(shè)備，其單臺(tái)設(shè)備發(fā)熱率很高，需設(shè)置列間空調(diào)設(shè)備予以降溫。

圖8　網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房布局

設(shè)備發(fā)熱率高會(huì)導(dǎo)致絕緣層等物質(zhì)容易老化且存在火災(zāi)隱患。由于隱患點(diǎn)位于機(jī)柜內(nèi)部，陰燃階段不易有明火，且空調(diào)風(fēng)速較大，故不易被探測(cè)到。

另外，由于網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房區(qū)域設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，故要求此區(qū)域的火災(zāi)探測(cè)手段應(yīng)設(shè)置兩種以上，報(bào)警時(shí)均要啟動(dòng)氣體滅火裝置。

鑒于上述分析結(jié)論可知，網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房應(yīng)優(yōu)先考慮采用極早期空氣采樣式火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器作為在火災(zāi)陰燃階段的預(yù)警手段，同時(shí)設(shè)置感溫探測(cè)器作為輔助探測(cè)手段，并作為確定聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟氣體滅火裝置的信號(hào)。

為配合空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)、回風(fēng)方式，本工程空氣采樣火災(zāi)探測(cè)器的空氣采樣管均勻布置于吊頂及架空地板下方(此時(shí)毛細(xì)采樣管及采樣孔伸入網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜內(nèi)部)。具體布置見(jiàn)圖9。

圖9　空氣采樣火災(zāi)探測(cè)器布置圖

2.3大空間場(chǎng)所(玻璃頂中庭)

在大型公共建筑中，經(jīng)常存在高度超過(guò)12m的高大空間。以本項(xiàng)目為例，由圖1可見(jiàn)，5號(hào)區(qū)域設(shè)有一大型采光中庭，該中庭高度約18m，整體頂部為玻璃頂，側(cè)墻即為兩側(cè)建筑墻體。該區(qū)域?qū)儆诖罂臻g場(chǎng)所，且兩側(cè)無(wú)自然通風(fēng)條件。

本項(xiàng)目在對(duì)該區(qū)域的火災(zāi)探測(cè)、防排煙進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)做了專(zhuān)業(yè)的消防評(píng)估及火災(zāi)過(guò)程模擬。其中對(duì)于火災(zāi)產(chǎn)生煙氣的模擬情況見(jiàn)圖10(圖10引用自由四川法斯特消防安全性能評(píng)估有限公司出具的關(guān)于本項(xiàng)目的《消防安全評(píng)估報(bào)告》)。

圖10　采光中庭火災(zāi)模擬剖面圖

由圖10可見(jiàn)，在接近封閉的高大空間內(nèi)，著火點(diǎn)處的煙氣首先以垂直上升方式達(dá)到一定高度后即開(kāi)始向四周水平擴(kuò)散，最終當(dāng)煙氣足量時(shí)會(huì)聚集于一個(gè)中間層的高度，且并不再具有明顯的上升運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)消防模擬的結(jié)果，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)需進(jìn)行如下設(shè)計(jì)。

首先，對(duì)于高度明顯超過(guò)12m的空間，采用紅外對(duì)射型感煙火災(zāi)探測(cè)器。參考前文所述的火災(zāi)煙氣模擬，設(shè)計(jì)時(shí)可以大致確定煙氣聚集層的高度，紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器即設(shè)置于該高度，在產(chǎn)生火災(zāi)時(shí)可以有較好的探測(cè)效果。

其次，由于該空間為玻璃頂，在正常天氣時(shí)，會(huì)有較強(qiáng)的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)玻璃頂折射進(jìn)入空間內(nèi)部，因此對(duì)于以紅外線靈敏度作為報(bào)警發(fā)生信號(hào)的紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器而言，較強(qiáng)的光照會(huì)影響設(shè)備的靈敏度，不利于火災(zāi)探測(cè)。

另外，出于對(duì)大空間區(qū)域火災(zāi)早期探測(cè)的需求，設(shè)計(jì)時(shí)采用空氣采樣火災(zāi)探測(cè)器作為另一種探測(cè)手段，并與紅外探測(cè)器結(jié)合做出及時(shí)而明確的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警。

同時(shí)，針對(duì)高大空間，水專(zhuān)業(yè)設(shè)置了固定式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)自帶紅外圖像式火焰探測(cè)器。在此，紅外圖像式火焰探測(cè)器可作為火災(zāi)事故發(fā)生中后期的火災(zāi)探測(cè)手段，并可有效地透過(guò)煙霧探測(cè)明顯著火點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行噴水撲救。

由此可見(jiàn)，針對(duì)高大空間的空氣采樣火災(zāi)探測(cè)器、紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器及紅外圖像式火災(zāi)探測(cè)器均可作為有效的火災(zāi)探測(cè)手段，并可針對(duì)不同的建筑靈活布局組合使用。

中庭區(qū)域的火災(zāi)探測(cè)器布置詳見(jiàn)圖11。

圖11　采光中庭火災(zāi)探測(cè)器布置平面圖(節(jié)選區(qū)域)

2.4停車(chē)樓

圖1中的區(qū)域6為開(kāi)敞式停車(chē)樓，地上7層，共有停車(chē)位2 400個(gè)。其滿(mǎn)足I類(lèi)汽車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且依照消防評(píng)估，區(qū)域7是作為一類(lèi)高層的裙房區(qū)域，故需要設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

本項(xiàng)目的停車(chē)樓相對(duì)于常規(guī)停車(chē)樓具有如下特點(diǎn)：

1)項(xiàng)目地處嚴(yán)寒地區(qū)，且四面開(kāi)敞(易積塵)，冬季最低溫度約-37℃。常規(guī)的點(diǎn)型、線形感煙探測(cè)器正常工作的最低溫度為-10℃，如此一來(lái)，全年約有近20%的時(shí)間無(wú)法處于正常工作狀態(tài)，無(wú)法滿(mǎn)足火災(zāi)探測(cè)的要求。

2)此停車(chē)樓采用了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)形式，即將樓板、結(jié)構(gòu)柱等結(jié)構(gòu)體作為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)模塊提前在工廠生產(chǎn)完畢，施工現(xiàn)場(chǎng)僅進(jìn)行裝配工作即可。

鑒于上述特點(diǎn)及不利因素，結(jié)合項(xiàng)目消防評(píng)估的意見(jiàn)，本項(xiàng)目對(duì)停車(chē)樓區(qū)域采用了光纖光柵型感溫火災(zāi)探測(cè)器，該探測(cè)器安裝圖見(jiàn)圖12。

圖12　光纖光柵感溫探測(cè)器安裝平面圖和剖面圖

由圖12可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)模塊由2個(gè)“T”字形組成，眾多的模塊搭接組成各層的樓板，進(jìn)而形成如圖12所示的樓板剖面。

該系統(tǒng)通過(guò)控制器可與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總線式聯(lián)動(dòng)。另外，由于該系統(tǒng)采用光纖材料作為探測(cè)器，故對(duì)于煙塵的抗干擾力很強(qiáng)，且對(duì)于溫度區(qū)間的要求并不高。根據(jù)該產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)可知，光纖光柵式火災(zāi)探測(cè)器可用于環(huán)境溫度-40～40℃的區(qū)域。

在平面布線時(shí)，該探測(cè)器通過(guò)光纖布置于梁間，一根光纖連接的探測(cè)器可以用于一個(gè)區(qū)域的探測(cè)，如此便降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，為系統(tǒng)編程及聯(lián)動(dòng)增加了便利。該系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖13。

停車(chē)樓區(qū)域?qū)儆诮Y(jié)構(gòu)特殊且環(huán)境溫度相對(duì)極端的區(qū)域，以上為借助此特殊案例對(duì)光纖光柵式感溫探測(cè)器這一類(lèi)不常使用的探測(cè)器的設(shè)計(jì)方案做出的討論。

3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)形式及聯(lián)動(dòng)控制方式分析

前文介紹了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)針對(duì)建筑布局、功能的多樣化所進(jìn)行的不同探測(cè)手段，而對(duì)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)而言，建筑物的大體量、多分區(qū)則意味著系統(tǒng)的龐大與復(fù)雜，因此需要通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，使其在滿(mǎn)足系統(tǒng)可靠性的前提下盡量精簡(jiǎn)，增強(qiáng)其快速響應(yīng)能力。另外，由于系統(tǒng)響應(yīng)需要與人員相結(jié)合，故需要配合建筑內(nèi)管理人員的布局進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖13　光纖光柵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)圖

結(jié)合圖1所示的建筑區(qū)域布置分析，該建筑物有如下特點(diǎn)：

1)各區(qū)域功能相對(duì)獨(dú)立，建筑防火分區(qū)的劃分與區(qū)域劃分相一致。

2)建筑物的地下區(qū)域與地上各區(qū)域均可聯(lián)通，

為系統(tǒng)整體的水平布線提供了有利條件。

3)各區(qū)域內(nèi)均設(shè)有各層豎向相通的弱電間及弱電豎井，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)縱向布線要求。

結(jié)合上述分析，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)需進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

1)建筑物總體設(shè)置控制中心型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在區(qū)域2內(nèi)設(shè)有消防總控制室，內(nèi)設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器主機(jī)及各聯(lián)動(dòng)控制主機(jī)。消防總控制室內(nèi)設(shè)有專(zhuān)業(yè)消防值班人員。

2)系統(tǒng)整體采用集中-區(qū)域型的架

構(gòu)形式，按區(qū)域設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制

器，與消防總控制室通過(guò)網(wǎng)線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。各區(qū)域內(nèi)的消防報(bào)警及消防自動(dòng)控制設(shè)備將信號(hào)送至消防總控制室，手動(dòng)控制則統(tǒng)一直接引至消防總控制室。

系統(tǒng)整體架構(gòu)圖及系統(tǒng)圖見(jiàn)圖14。

圖14　系統(tǒng)整體架構(gòu)圖及系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合了人員管理的要求，同時(shí)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清晰、便于管理，也有利于系統(tǒng)未來(lái)進(jìn)行擴(kuò)容及級(jí)聯(lián)。

4結(jié)束語(yǔ)

由于建筑系統(tǒng)龐大，設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)功能布局將系統(tǒng)進(jìn)行層次劃分。對(duì)于各功能區(qū)域末端，應(yīng)根據(jù)其區(qū)域的形式、功能、特點(diǎn)采用對(duì)應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)方式。同時(shí)，建筑材料、裝修形式、氣候、光照等均會(huì)對(duì)火災(zāi)探測(cè)產(chǎn)生一定的影響，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮多方面的因素，使火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)這一涉及生命安全的重要系統(tǒng)能夠更加可靠、合理。

參考文獻(xiàn)

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Analysis of Automatic Fire Alarm System Design Features in a Large Public Building

Cui Haiming / Lu Guangbin / Bao Erping / Hu Na

崔海明1/ 魯廣斌2/ 暴二平1/ 呼娜1

(1. 中國(guó)航天建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100071； 2. 安徽省公安消防總隊(duì)，安徽 合肥 230001)

摘要以某大型綜合體公共建筑物的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為例，分析了各種火災(zāi)探測(cè)形式對(duì)相應(yīng)區(qū)域的適用性及系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可為同類(lèi)建筑物的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)器建筑布局系統(tǒng)架構(gòu)

AbstractTaking the example of automatic fire alarm system in a large complex public building, the applicability of various forms of fire detection to the corresponding region, and overall system topology are analyzed, and some suggestions are put forward for the design of similar buildings.Keywordsautomatic fire alarm system， fire detectors， building layout， system structure