某大型公共建筑火灾自动报警系统设计特点分析

崔海明 / 鲁广斌 / 暴二平 / 呼　娜

(1. 中国航天建设集团有限公司，北京 100071； 2. 安徽省公安消防总队，安徽 合肥 230001)



某大型公共建筑火灾自动报警系统设计特点分析

0引言

随着国民经济的发展，公共建筑物逐渐向体量大型化、功能综合化的方向发展。但近些年火灾事故频繁发生，使大型公共建筑的消防问题不断凸显。

在功能复杂的大型公共建筑物中往往存在一些较为特殊的区域，这些区域如何实现有效、及时的火灾探测尤为重要。另外，建筑物的大体量意味着其系统庞大，因此只有合理地设计系统架构，方能兼顾系统的可靠性与响应迅速性。

本文以某大型公共建筑物的火灾自动报警系统设计作为实际工程案例，仅针对典型场所的火灾探测手段以及系统整体架构两大方面进行分析，对于其他常规性的设计内容不再列入论述范围。

1工程概况

本工程位于吉林省长春市，建筑类型为高层建筑物。其整体布局、体型及区域划分见图1～2。

图1　地上各区域平面示意图

图2　地下室区域平面示意图

地上可分为6个区域，5～7层不等；地下一层全部连通并可与地上各区域相连。各区域的功能相对独立，之间通过内部连廊等形式连接为一个整体，这样的结构在满足功能整体性的同时也为火灾探测、人员疏散等增加了难度。

图1中区域1、2、3、4为办公、研发等功能场所，区域5为设于区域1、2之间的采光玻璃顶中庭，区域6为停车楼(含有标准停车位2 400个)，建筑物地下室可与上述各区域相连通。在区域2的地上一层设置本建筑物的消防控制中心。

由于本建筑物体量大且功能综合性较高，故在方案设计阶段除参照国家及行业相关规范外，还进行了专业的消防评估。本文中所述的火灾自动报警系统的设计内容参照了消防评估的结论及意见，并符合评估中阐述的相关要求。

2典型区域火灾探测方式分析

在实际的设计过程中，不同场所及不同建筑形式的火灾探测器设计均有所不同。现对本工程中一些典型区域的火灾探测器设计进行分析。

2.1常规区域中的特殊点

通常公共建筑内的办公室类空间中使用点型感烟探测器可取得较好的探测效果。而本项目具有一定的特殊性，在设置探测器时需进行细致分析。

1)探测器相对于透烟吊顶的设置位置

对于常见的矿棉吸音板吊顶等吊顶形式，感烟探测器均可在吊顶上直接安装，但根据感烟探测器的工作原理可知，其应设置于烟雾汇聚的“集烟处”，否则将会产生报警延迟的现象，难以满足系统响应的速度要求。

在本建筑物中，有如图3～4所示两种吊顶形式。

图3　悬浮式吊顶

图4　镂空格栅式吊顶

如图3～4所示，烟雾可透过吊顶板，汇聚于吊顶与楼板的空间内，该区域可以暂缓烟雾的扩散运动，有助于阻止火情蔓延。对于火灾自动报警系统而言，将感烟探测器设计为楼板下吸顶安装，更有利于提高探测的及时性与准确性(如图5～6)。

图5　悬浮式吊顶感烟探测器位置剖面示意图

图6　镂空格栅式吊顶感烟探测器位置剖面示意图

根据模拟及消防评估结论，当吊顶的镂空率(即烟气可以透过的面积所占吊顶整体的比例)超过15%时，即应考虑烟气聚集于吊顶上方空间的情况发生，此时应将探测器安装于楼板上方。

2)对探测区域产生影响的凸出物体

根据GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》的要求，火灾探测器设置应考虑房间梁的影响，且其探测区域需要参照梁间区域的面积(参见规范附录F、附录G)。

在本项目的设计过程中，发现同样存在对探测区域产生影响的因素，其中最常见的是设备专业的管道,见图7。

如图7所示，本工程为典型的大开间办公场所，风管尺寸为宽(1 450mm)×高(500mm)，风管顶部与板底间距很小，基本处于探测器的“死角”区域。考虑探测器的实际使用效果，该类大尺寸的设备管道均参照了规范中关于梁体对探测器的影响数据，即考虑其对探测器探测范围的影响。

图7　感烟探测与就近风管位置示意图

2.2网络中心机房

本建筑物网络中心机房布局见图8。对于高性能的网络机柜设备，其单台设备发热率很高，需设置列间空调设备予以降温。

图8　网络中心机房布局

设备发热率高会导致绝缘层等物质容易老化且存在火灾隐患。由于隐患点位于机柜内部，阴燃阶段不易有明火，且空调风速较大，故不易被探测到。

另外，由于网络中心机房区域设置气体灭火系统，故要求此区域的火灾探测手段应设置两种以上，报警时均要启动气体灭火装置。

鉴于上述分析结论可知，网络中心机房应优先考虑采用极早期空气采样式火灾报警探测器作为在火灾阴燃阶段的预警手段，同时设置感温探测器作为辅助探测手段，并作为确定联动开启气体灭火装置的信号。

为配合空调系统的送风、回风方式，本工程空气采样火灾探测器的空气采样管均匀布置于吊顶及架空地板下方(此时毛细采样管及采样孔伸入网络机柜内部)。具体布置见图9。

图9　空气采样火灾探测器布置图

2.3大空间场所(玻璃顶中庭)

在大型公共建筑中，经常存在高度超过12m的高大空间。以本项目为例，由图1可见，5号区域设有一大型采光中庭，该中庭高度约18m，整体顶部为玻璃顶，侧墙即为两侧建筑墙体。该区域属于大空间场所，且两侧无自然通风条件。

本项目在对该区域的火灾探测、防排烟进行设计时做了专业的消防评估及火灾过程模拟。其中对于火灾产生烟气的模拟情况见图10(图10引用自由四川法斯特消防安全性能评估有限公司出具的关于本项目的《消防安全评估报告》)。

图10　采光中庭火灾模拟剖面图

由图10可见，在接近封闭的高大空间内，着火点处的烟气首先以垂直上升方式达到一定高度后即开始向四周水平扩散，最终当烟气足量时会聚集于一个中间层的高度，且并不再具有明显的上升运动。

根据消防模拟的结果，火灾自动报警系统需进行如下设计。

首先，对于高度明显超过12m的空间，采用红外对射型感烟火灾探测器。参考前文所述的火灾烟气模拟，设计时可以大致确定烟气聚集层的高度，红外对射火灾探测器即设置于该高度，在产生火灾时可以有较好的探测效果。

其次，由于该空间为玻璃顶，在正常天气时，会有较强的太阳光经过玻璃顶折射进入空间内部，因此对于以红外线灵敏度作为报警发生信号的红外对射火灾探测器而言，较强的光照会影响设备的灵敏度，不利于火灾探测。

另外，出于对大空间区域火灾早期探测的需求，设计时采用空气采样火灾探测器作为另一种探测手段，并与红外探测器结合做出及时而明确的火灾探测报警。

同时，针对高大空间，水专业设置了固定式自动喷水灭火系统，该系统自带红外图像式火焰探测器。在此，红外图像式火焰探测器可作为火灾事故发生中后期的火灾探测手段，并可有效地透过烟雾探测明显着火点，有针对性地进行喷水扑救。

由此可见，针对高大空间的空气采样火灾探测器、红外对射火灾探测器及红外图像式火灾探测器均可作为有效的火灾探测手段，并可针对不同的建筑灵活布局组合使用。

中庭区域的火灾探测器布置详见图11。

图11　采光中庭火灾探测器布置平面图(节选区域)

2.4停车楼

图1中的区域6为开敞式停车楼，地上7层，共有停车位2 400个。其满足I类汽车库的设计标准，且依照消防评估，区域7是作为一类高层的裙房区域，故需要设置火灾自动报警系统。

本项目的停车楼相对于常规停车楼具有如下特点：

1)项目地处严寒地区，且四面开敞(易积尘)，冬季最低温度约-37℃。常规的点型、线形感烟探测器正常工作的最低温度为-10℃，如此一来，全年约有近20%的时间无法处于正常工作状态，无法满足火灾探测的要求。

2)此停车楼采用了预制装配式结构形式，即将楼板、结构柱等结构体作为标准的结构模块提前在工厂生产完毕，施工现场仅进行装配工作即可。

鉴于上述特点及不利因素，结合项目消防评估的意见，本项目对停车楼区域采用了光纤光栅型感温火灾探测器，该探测器安装图见图12。

图12　光纤光栅感温探测器安装平面图和剖面图

由图12可见，结构模块由2个“T”字形组成，众多的模块搭接组成各层的楼板，进而形成如图12所示的楼板剖面。

该系统通过控制器可与火灾自动报警系统实现总线式联动。另外，由于该系统采用光纤材料作为探测器，故对于烟尘的抗干扰力很强，且对于温度区间的要求并不高。根据该产品的技术参数可知，光纤光栅式火灾探测器可用于环境温度-40～40℃的区域。

在平面布线时，该探测器通过光纤布置于梁间，一根光纤连接的探测器可以用于一个区域的探测，如此便降低了系统的复杂性，为系统编程及联动增加了便利。该系统示意图见图13。

停车楼区域属于结构特殊且环境温度相对极端的区域，以上为借助此特殊案例对光纤光栅式感温探测器这一类不常使用的探测器的设计方案做出的讨论。

3系统整体结构形式及联动控制方式分析

前文介绍了火灾自动报警系统针对建筑布局、功能的多样化所进行的不同探测手段，而对于火灾自动报警系统的整体结构而言，建筑物的大体量、多分区则意味着系统的庞大与复杂，因此需要通过优化系统架构，使其在满足系统可靠性的前提下尽量精简，增强其快速响应能力。另外，由于系统响应需要与人员相结合，故需要配合建筑内管理人员的布局进行系统设计。

图13　光纤光栅火灾自动报警系统图

结合图1所示的建筑区域布置分析，该建筑物有如下特点：

1)各区域功能相对独立，建筑防火分区的划分与区域划分相一致。

2)建筑物的地下区域与地上各区域均可联通，

为系统整体的水平布线提供了有利条件。

3)各区域内均设有各层竖向相通的弱电间及弱电竖井，可以满足系统纵向布线要求。

结合上述分析，系统的总体结构需进行如下设计：

1)建筑物总体设置控制中心型火灾自动报警系统，在区域2内设有消防总控制室，内设火灾自动报警控制器主机及各联动控制主机。消防总控制室内设有专业消防值班人员。

2)系统整体采用集中-区域型的架

构形式，按区域设置火灾自动报警控制

器，与消防总控制室通过网线进行联网。各区域内的消防报警及消防自动控制设备将信号送至消防总控制室，手动控制则统一直接引至消防总控制室。

系统整体架构图及系统图见图14。

图14　系统整体架构图及系统图

本系统的设计结合了人员管理的要求，同时使系统结构层次清晰、便于管理，也有利于系统未来进行扩容及级联。

4结束语

由于建筑系统庞大，设计应根据功能布局将系统进行层次划分。对于各功能区域末端，应根据其区域的形式、功能、特点采用对应的火灾探测方式。同时，建筑材料、装修形式、气候、光照等均会对火灾探测产生一定的影响，在设计过程中需要考虑多方面的因素，使火灾自动报警系统这一涉及生命安全的重要系统能够更加可靠、合理。

参考文献

[1]GB 50116-2013 火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[2]GB 50084-2005 自动喷水灭火系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[3]GB 50370-2005 气体灭火系统设计规范[S].北京：人民出版社，2006.

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/ 鲁广斌2/ 暴二平1/ 呼娜1

(1. 中国航天建设集团有限公司，北京 100071； 2. 安徽省公安消防总队，安徽 合肥 230001)

摘要以某大型综合体公共建筑物的火灾自动报警系统为例，分析了各种火灾探测形式对相应区域的适用性及系统整体拓扑结构，可为同类建筑物的设计提供参考。

关键词火灾自动报警系统火灾探测器建筑布局系统架构

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