高大空间场所火灾探测研究探讨

周波

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司）

1 高大空间建筑特点、高大空间火灾特点

1.1 高大空间建筑特点

高大空间场所主要指民用建筑中体育馆的比赛厅、公共展览馆的展厅、机场航站楼的候机厅、高铁站房的候车厅等。这些场所一般净高大于12m、水平跨度大、防火分隔困难、人员疏散距离长，且大都是人员密集场所。万一发生火灾时，对人员生命安全危害大、对社会经济财产损失大。

1.2 大空间建筑火灾特点

由于大空间场所具有1.1中所述特点，其火灾相对于其他建筑场所也有其自身的特点。

1.2.1 火势蔓延迅速

由于空间跨度大、净空高、防火分隔困难，火灾时，高温会以烟气对流、热量辐射等方式迅速扩散，很容易形成大范围火灾。

1.2.2 安全疏散困难

大空间场所人员密集、人员对疏散路径不熟悉、最不利点与安全出口的距离较远，火灾时人员疏散很难实现建筑设计的理想状态。

1.2.3 灭火扑救困难

大空间场所空间开阔，火灾发生也具有随机性，所以很难准确、迅速的判断火源的位置，给灭火扑救造成困难。

1.2.4 存在烟雾分层现象

根据《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》[1]12.4.1～12.4.5条文说明，大空间建筑高度≤16m时，烟气在6～7m会有分层现象；16m＜空间高度≤26m时，烟气在6～7m处第一次分层，继续上升到11～12m处出现第二次分层。

1.2.5 火灾探测环境干扰大

高大空间场所空间开阔，火灾探测环境存在如灰尘、太阳光、电磁等干扰因素，容易导致探测器漏报或误报。

2 火灾参量、火灾探测器分类及性能特点

2.1 火灾参量

火灾是失去控制的燃烧现象，高温、火焰和生成新物质是火灾的3个主要参量。

2.1.1 火灾高温

火灾高温是可燃物中化学能经氧化反应转化来的，其既是燃烧的产物，又是继续燃烧的条件。

2.1.2 火焰

火焰是是可燃物中化学能氧化反应时释放出光和热的现象。

2.1.3 燃烧生成物

烟是燃烧生成物，其颗粒悬浮在大气中的，一般肉眼可见（0.01～10μm）。

大气中CO几乎为零，而燃烧时会产生CO。除了酒精火外，几乎所有的火灾都有CO产生[2]。

2.2 火灾探测器分类

火灾探测器是能对2.1中所述火灾参量不断采集、分析，并输出火警信号的消防产品。

根据采集火灾参量的不同、响应原理的不同，火灾探测器分类见表1[2]。

2.3 感烟探测器

2.3.1 感烟探测器选择

根据《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》[1]5.1.1条：火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的场所，应选择感烟火灾探测器。对火灾发展迅速，可产生大量热、烟和火焰辐射的场所，可选择感温火灾探测器、感烟火灾探测器、火焰探测器或其组合。

表1 火灾探测器分类表

2.3.2 点型感烟探测器

点型感烟探测器分为离子、光电两种基本类型。点型感测器适用于建筑高度＜12m的场所。

2.3.3 吸气式感烟火灾探测器

吸气式感烟火灾探测器是采用管路吸气方式对空气进行采样，快速、动态地识别和判断烟粒子，从而探测火灾。适用于具有高空气流量的场所、大空间场所、低温场所、需要进行火灾早期探测的场所等。

2.3.4 线型光束感烟火灾探测器

线型光束感烟火灾探测器是应用红外光束被烟雾粒子吸收而减弱的原理来探测火灾，探测器通常由发射器、接受器组成。线型光束感烟火灾探测器探测距离长、保护范围大，通常安装于跨度大、净空高、无遮挡的建筑场所。

多光束感烟探测器又称为光截面感烟探测器。

2.3.5 图像型光截面感烟探测器

当光截面感烟火灾探测器的接收器采用CCD摄像机时，这种探测器称为图像型光截面感烟探测器。其采用了模式识别、趋势算法等，能自动对自身周边的各种环境因素做出反馈补偿，可大幅度降低了因灰尘积累、温湿度变化等引起的漏报、误报。

2.4 感温探测器

2.4.1 感温探测器选择

感温探测器是响应异常温度、温升速率和温差的火灾探测器，可分为定温、差温两种基本类型。

根据《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》[1]5.1.1条：对火灾发展迅速，可产生大量热、烟和火焰辐射的场所，可选择感温火灾探测器、感烟火灾探测器、火焰探测器或其组合。

2.4.2 缆式线型感温火灾探测器

缆式线型感温火灾探测器是定温探测器，是以感温电缆为敏感元件，一般采用2根或根涂有热敏绝缘材料的导线绞结在一起；或是同心电缆（2根导线），电缆中的导线用热敏绝缘材料隔离开来。

2.5 火焰火灾探测器

2.5.1 火焰探测器选择

火焰探测器是采集并分析火焰辐射出的红外、紫外、可见光的火灾探测器。

根据《GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范》[1]5.1.1条：对火灾发展迅速，可产生大量热、烟和火焰辐射的场所，可选择感温火灾探测器、感烟火灾探测器、火焰探测器或其组合；对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的场所，应选择火焰探测器。

2.5.2 双波段图像火焰探测器

双波段图像火焰探测器一般采用红外微光摄像机和普通彩色CCD摄像机组成，既采集了烟气热辐射，又采集了火焰彩色视频，同时此类产品IP防护等级高。可在易产生明火、阴燃火的场所推广使用，如展览厅、体育场馆、大型仓库、环境恶劣的工艺场所等。

3 自动消防炮系统

对于所指的大空间场所，给排水专业一般会设置自动消防炮系统，系统由配套探测器、报警控制主机、灭火装置组成。

自动消防炮属于定点灭火系统，优点是保护范围大、响应速度快、附带损失小。系统的火灾探测、扫描定位、确认火灾、启泵开阀、射水灭火等均可自动完成；除具有自动灭火功能外，系统还应具有远程手动控制和现场手动控制功能。

系统配套使用的探测器一般采用图像型光截面感烟探测器、图像型双波段火焰探测器，探测器输出的信号经报警主机初步处理，若判断无火灾，则流程结束；若判断可能火灾，则信号再进一步处理，然后系统再决策是否输出火警信号；当两种探测器都发出火警信号后，消防炮上的定位器开始寻找火源，确定火源后锁定，然后喷水灭火。由于系统经过烟雾报警、火焰报警和火源位置三重确认，使得系统的误动率大幅度降低。

4 现行规范对大空间场所火灾探测器的选用要求

现行规范对大空间场所火灾探测器选用的要求如下：

4.1 《火灾自动报警系统设计规范GB50116-2013》[1]

下列场所或部位，宜选择缆式线型感温火灾探测器:电缆竖井、电缆夹层、电缆桥架；不易安装点型探测器的夹层、闷顶。点型感烟、感温火灾探测器不适宜的大空间、舞台上方、建筑高度超过12m或有特殊要求的场所宜选择吸气式感烟火灾探测器。

火灾初期产生大量烟的场所，应选择线型光束感烟火灾探测器、管路吸气式感烟火灾探测器或图像型感烟火灾探测器。

火灾初期产生少量烟并产生明显火焰的场所，应选择1级灵敏度的点型红外火焰探测器或图像型火焰探测器，并应降低探测器设置高度。

4.2 《民用建筑电气设计规范JGJ16-2008》[3]

大型库房、大厅、室内广场等高大空间建筑，宜选用火焰探测器、红外光束感烟探测器、图像型火灾探测器、吸气式探测器或其组合。

4.3 《用机场航站楼设计防火规范GB 51236-2017》[4]

按照《GB51236-2017》表 4.3.3，航站楼的迎送厅等大空间场所，可以采用感烟、火焰探测器；电缆桥架应设置缆式线缆感温探测器。

4.4 《交通建筑电气设计规范 JGJ 243-2011》[5]

民用机场航站楼、铁路旅客车站等无遮挡或不具备分隔条件的高大空间或有特殊要求的场所，宜选用红外光束感烟探测器或图像型火灾探测器、吸气式感烟探测器等。

5 高大空间火灾探测器选用原则总结

根据本文所论述的高大空间建筑及其火灾特点、各种形式探测器工作原理及工作特点，以及现行相关规范的要求，作者认为，高大空间场所的探测器可按照以下方式选择：

1）在设置有自动消防炮系统的高大空间场所，设置消防炮系统专用探测器（光截面图像探测器和双波段图像探测器），使探测、控制、灭火形成一套相对独立的系统，既可独立运行，又可与普通火灾报警系统联网运行。

根据《GB50116-2013》[1]12.4.1 条，对于高度＞12m的建筑场所，有条件时可以同时选用两种火灾参量的探测器。作者认为可将自动消防炮系统的配套探测器当作一种火灾参数的探测器使用，另外再设置其他的火灾参量探测器。

2）再设置吸气式感烟火灾探测器。探测器的采样管采用水平和垂直结合的布管方式，并应保证至少有两个采样孔在16m以下，并宜有2个采样孔设置在开窗或通风空调对流层下面1m处。可在回风口处设置起辅助报警作用的采样孔。

3）有的工程吊顶至结构顶之间还有很大空间，这一空间内一般设置有电缆桥架、风管等，风管的保温材料、电缆电线均可认为是可燃物。根据《GB50016-2014(2018年版)》[6]8.4.1.9条：净高大于2.6m且可燃物较多的技术夹层，净高大于0.8m且有可燃物的闷顶或吊顶内均应设置火灾自动报警系统。因此，作者建议在大空间吊顶内设置吸气式感烟探测器，探测器设置在吊顶内的检修马道上。

4）本文4.1、4.3的要求，作者建议在大空间吊顶内电缆桥架、地面电缆管沟内设置缆式线型感温探测器。探测器在保护电缆等类似保护对象时，应采用接触式布置。

6 大空间场所火灾探测器选用设计实例

6.1 某机场航站楼综合迎送厅

某机场国内高峰小时飞机起降17架次，国内旅客高峰小时1400人次，新建航站楼总建筑面积 2.1万㎡，建筑地上2层，地下1层。其综合迎送厅长度174.5m，宽度21.8m，地面标高为±0.00，吊顶为曲面，其标高最高点16.2m，最低点11.5m；屋顶最高点26.2m，迎送厅吊顶至结构顶高度之间有5～10m的空间。

根据本院给排水专业提资，在综合迎送厅设置10套自动消防炮系统，系统配套采用光截面图像探测器、双波段图像探测器作为配套火灾探测器。

同时，在综合迎送厅及吊顶内又设置了吸气式感烟火灾探测器，并沿主干电缆桥架设置缆式线型感温探测器。吸气式感烟探测器采用水平和垂直设置方式，垂直采样管沿柱子设置。

航站楼的剖面图如下：