基于大跨度鋼結構廠房的火災自動報警系統(tǒng)設計

陳劉偉

（安徽省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，安徽合肥 230009）

鋼結構作為一種傳統(tǒng)的結構形式，具有施工方便、速度快、強度大、自重小、抗震及抗動力荷載性能好等優(yōu)點，被廣泛應用在各種大跨度、超高型廠房工程的結構設計中。此類建筑在使用過程中會出現(xiàn)人員密集、人員疏散時間長的情況，考慮該類建筑一般建筑層高較高，導致氣流及通風性較強，存在較大的火災隱患。發(fā)生火災時，火勢會在較短的時間內(nèi)迅速蔓延，對人員和社會造成重大的損失。與傳統(tǒng)的框架結構或磚混結構相比，大跨度鋼結構廠房的建筑體系差異較大，對該類場所火災自動報警系統(tǒng)的設計會也存在較大區(qū)別。根據(jù)目前技術手段，可以噴涂一定厚度的防護涂料提高大跨度鋼結構廠房的耐火極限，降低火災危害。為了將火災消滅在初始階段，把大跨度鋼結構廠房的火災隱患從根本上予以解決，仍需要建立一套系統(tǒng)簡單、結構優(yōu)化、可靠性高且經(jīng)濟投入較低的火災自動報警系統(tǒng)[1-3]。

對大跨度鋼結構廠房建筑進行火災自動報警系統(tǒng)設計時，需要確定建筑設計的防火類別、耐火等級等基本信息。確定后期的使用功能或存儲物品的危險等級等，根據(jù)建筑的日常管理制度，綜合建筑信息確定建筑的火災自動報警系統(tǒng)組成，盡可能在火災初期進行有效報警，減少人員以及財產(chǎn)損失。本文以某大跨度鋼結構廠房為例，闡述該類建筑火災自動報警系統(tǒng)設計要點及系統(tǒng)的可靠性設計。

1 工程概述

設計的大跨度鋼結構廠房建筑使用功能為生產(chǎn)廠房，生產(chǎn)類別為丙類，耐火等級為一級，總建筑面積2 928 m2，長80 m，寬36.6 m，地上一層，建筑高度15.3 m（室外地面至屋脊與檐口的平均高度）。

防烈度七度，結構為鋼結構，跨度18 m，柱間距8 m，建筑整體劃分為一個防火分區(qū)。結合此建筑的使用功能定位，參照《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016—2014），此類建筑應設火災自動報警系統(tǒng)。

2 火災探測器的類別及選擇

火災探測器的選擇是火災自動報警系統(tǒng)的關鍵，需要根據(jù)建筑的類別、建筑內(nèi)部設備布置、探測器安裝場所及探測器的特性參數(shù)、適用對象等自身特點，綜合考慮等選擇相應的火災探測器[4-5]。

（1）點型感煙火災探測器。

點型感煙火災探測器在設計中運用較為廣泛，工作原理是利用火災階段的煙霧粒子作為火警的觸發(fā)信號。該探測器在適用場所方面也有相應要求，主要適用于一般性的民用或工業(yè)建筑，如商業(yè)綜合體、居住建筑、標準化廠房等。如果建筑單體內(nèi)或者功能房間內(nèi)含有大量的煙氣、水汽、粉塵或空氣對流情況較為突出，不應選用此類火災探測器。一旦確定選用點型感煙火災探測器，在點位設置時需要確認建筑單體的基本信息，如安裝高度是否屬于不大于12 m的空間，探測器所保護的地面面積以及每個探測器的保護半徑是否能夠控制在5.8～6.7 m。將梁高范圍劃分為不大于200 mm、介于200～600 mm、大于600 mm三種情況，根據(jù)梁高情況和《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 50116—2013）分別設計。

（2）點型感溫火災探測器。

點型感溫火災探測器利用探測器現(xiàn)場的溫度作為系統(tǒng)的觸發(fā)信號，使用范圍不如點型感煙火災探測器廣泛。對于點型感煙探測器不能適用的場所或現(xiàn)場火災形勢發(fā)展較為迅速、能夠在較短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，則均可采用點型感溫火災探測器。在點位設置時需要確認建筑單體的基本信息，如安裝高度是否屬于不大于8 m的空間，探測器所保護的地面面積以及每個探測器的保護半徑是否能夠控制在3.6～4.4 m，梁高設計與點型感煙火災探測器相同。

（3）紅外光束感煙火災探測器。

紅外光束感煙火災探測器基本原理是利用紅外光束的發(fā)射與反射作為火災探測及系統(tǒng)觸發(fā)信號。該類探測器一般由發(fā)射器和接收器組成，每個接收器可對應一個或多只個發(fā)射器（發(fā)射器的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場情況確定）。通過對探測器水平及垂直探測視角的選擇、調(diào)整，可以實現(xiàn)對被保護空間曲面式覆蓋，通過根據(jù)現(xiàn)場參數(shù)測定，探測器能夠分辨發(fā)射光源與干擾光源。探測距離一般不大于100 m，水平探測視角一般控制在60°，垂直探測視角要求不大于50°。線型光束感煙探測系統(tǒng)作為火災自動報警系統(tǒng)的一部分，一般由圖像采集單元、火災分析平臺等組成，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)視頻采集、火災分析、火災報警等功能。適用于大空間廠房、煙草倉庫、火車站、會展中心等大空間特殊場所。

（4）圖像型火災探測器。

圖像型火災探測器又稱雙波段圖像型火災探測器，采用視頻圖像探測原理對被保區(qū)域進行火災探測，能夠同時具有火災探測及視頻監(jiān)控雙重功能。其系統(tǒng)組成與線型光束感煙探測系統(tǒng)較為相似，適用于機庫、會展中心、商業(yè)中廳、火車站、飛機候機樓、變電站、換流站、管廊、隧道等高大空間特殊場所。

（5）吸氣式感煙火災探測器。

在目前的探測器類別中，吸氣式感煙火災探測器是能夠實現(xiàn)最早報警功能的探測器，原理是利用建筑單體內(nèi)布置的管路對現(xiàn)場空氣進行采樣，對空氣樣本進行分析，如檢測到空氣中樣本數(shù)據(jù)高于設定值則啟動火災自動報警系統(tǒng)。根據(jù)建筑高度及安裝高度的不同，吸氣式探測器可以選擇靈敏式或一般式。現(xiàn)場采樣管路的長度一般控制在200 m以內(nèi)，采樣孔間的溫度差也需要一并考慮。

本文研究的建筑層高超過12 m，點型感煙及感溫火災探測器已無法滿足要求，建筑單體火災自動報警系統(tǒng)不能選用此類火災探測器。廠房內(nèi)門、窗等設置較多，空氣對流強，人員進出較為頻繁，導致空氣稀釋，吸氣式火災探測器同樣不適用于該建筑。

基于此，本工程選用紅外光束感煙火災探測器作為建筑單體內(nèi)火災自動報警系統(tǒng)的火災探測部分，依據(jù)《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 50116—2013）規(guī)定，本工程建筑高度已大于12 m，火災自動報警系統(tǒng)的組成宜同時選擇兩種及以上的火災探測器。本廠房內(nèi)的火災自動報警系統(tǒng)增設圖像型火災探測器作為系統(tǒng)的補充探測部分，并要求該探測器能夠實現(xiàn)火災現(xiàn)場視頻的監(jiān)控。

3 系統(tǒng)組成及設置

3.1 火災探測器的設置

基于前文所述及本工程實際情況，火災探測器采用兩種設置方式。

（1）設置線型光束感煙火災探測器8組（含發(fā)射器及接收器），分別于建筑高度7 m及14.5 m位置分層設置，探測器水平間距11 m，側邊距墻距離不大于4 m。探測器采用探測間距為100 m，水平探測視角為22°，垂直探測視角為17°。

（2）設置圖像型火災探測器12組，安裝高度為15 m，探測器選用探測距離60 m，水平監(jiān)控視角為42°，垂直監(jiān)控視角為22°。

3.2 火災自動報警系統(tǒng)輔助設施的設置

針對大跨度鋼結構廠房的火災自動報警系統(tǒng)，除了火災探測器的設置，還需要設置常規(guī)的輔助警報系統(tǒng)。本工程設置有消火栓按鈕系統(tǒng)、聲光警報系統(tǒng)，火災報警按鈕（帶通訊功能）系統(tǒng)及消防廣播系統(tǒng)。聲光警報系統(tǒng)及火災報警按鈕系統(tǒng)采用壁裝方式，距地高度分別為2.2 m及1.4 m，各設備的間距不大于25 m，消防廣播系統(tǒng)采用沿疏散走道吸頂安裝，安裝間距不大于25 m。

3.3 火災自動報警系統(tǒng)模塊的設置

短路隔離器能夠保證火災自動報警系統(tǒng)整體穩(wěn)定運行、不受故障部件影響。結合規(guī)范規(guī)定，本工程火災自動報警系統(tǒng)在設計時采用在系統(tǒng)總線上加設總線短路隔離器的方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)總線及電源的雙重保護。嚴格控制每個總線短路隔離器所保護的對象點數(shù)不超過32點，本工程火災自動報警系統(tǒng)中涉及的點數(shù)主要包括消防聯(lián)動控制部分的輸入輸出模塊、火災探測器、手動火災報警按鈕等。

系統(tǒng)總線與鄰近防火分區(qū)、防火單元有功能聯(lián)系或跨越樓層時，在相應防火分區(qū)穿越處增加總線短路隔離器，以實現(xiàn)對系統(tǒng)和電源的雙重保護。

本工程火災自動系統(tǒng)所中所設置的信號輸入、輸出單元均采用多輸入多輸出模塊。從系統(tǒng)安全運行及方便管理的角度出發(fā)，結合相關規(guī)范要求，在本廠房一層接線端子箱附近設置金屬模塊箱一座，集中設置本防火區(qū)內(nèi)信號模塊，且需遵循相關設置原則。

（1）根據(jù)強、弱電分設的原則，火災自動報警系統(tǒng)的模塊不得設置在強電箱內(nèi)。

（2）不同報警區(qū)域或者防火分區(qū)的消防模塊不得相互控制、傳輸信號或者跨樓層控制。

3.4 系統(tǒng)供電

供電的可靠性是火災自動報警系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行的基礎，本工程火災自動報警系統(tǒng)于廠房內(nèi)設置現(xiàn)場控制箱及接線端子箱，現(xiàn)場控制箱自帶蓄電池作為備用電源，主用電源由消防控制室UPS不間斷電源供給，系統(tǒng)功率2 kW，供電時間2 h，電源線采用NH-RVV-3×2.5穿管埋地引入。

4 結語

通過前文分析可知，本項目所設計的大跨度鋼結構廠房火災自動報警系統(tǒng)，在技術指標和經(jīng)濟指標方面都具有突出的優(yōu)勢。經(jīng)過對比可以發(fā)現(xiàn)，在相同或類似的大空間建筑單體中采用此類火災自動報警系統(tǒng)，能夠滿足可靠、經(jīng)濟、合理的設計原則。隨著經(jīng)濟的快速增長，越來越多的大跨度鋼結構廠房被應用于工業(yè)建筑及物流倉儲建筑，設計時應充分了解建筑的火災環(huán)境及設備防護要求，滿足不同使用需求。