軌道交通中高大空間火災(zāi)探測(cè)器選型的研究與探討

作者簡(jiǎn)介：牛庚（1995- ），男，漢族，安徽阜陽人，本科，助理工程師，研究方向：城市軌道交通自動(dòng)控制專業(yè)（火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)及門禁系統(tǒng)等）。

摘要：目前，中國的城市軌道交通發(fā)展迅速，各種高大、異型地鐵車站建筑隨之出現(xiàn)。對(duì)于軌道交通中高大空間火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)置，需根據(jù)高大空間的實(shí)際建筑特點(diǎn)，對(duì)比分析各類火災(zāi)探測(cè)器的性能及適用環(huán)境，并結(jié)合相關(guān)的現(xiàn)行規(guī)范，進(jìn)行全面、科學(xué)的設(shè)計(jì)。本文以環(huán)球度假區(qū)站站廳層公共區(qū)為例，介紹其建筑特點(diǎn)并分析火災(zāi)探測(cè)器的實(shí)際選型。

關(guān)鍵詞：軌道交通；高大空間；火災(zāi)探測(cè)器；環(huán)球度假區(qū)站

一、軌道交通中高大空間建筑及火災(zāi)特點(diǎn)

（一）高大空間的建筑特點(diǎn)

高大空間建筑一般是指單層面積及跨度大且凈空高度大于8m的建筑空間，且建筑空間中通常沒有實(shí)體分隔。高大空間建筑主要包括大劇院、火車站、候機(jī)廳以及大型地鐵站等。軌道交通中高大空間建筑濕度較大，易積灰塵，這會(huì)導(dǎo)致建筑內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)器經(jīng)常產(chǎn)生誤報(bào)；由于建筑內(nèi)頂棚較高，地鐵運(yùn)營(yíng)人員對(duì)于火災(zāi)探測(cè)器的檢修維護(hù)也會(huì)比較困難。

（二）高大空間的火災(zāi)特點(diǎn)

1.火勢(shì)蔓延速度快

軌道交通中高大空間建筑占地面積較大和層高較高，門窗數(shù)量多，機(jī)電設(shè)備擺放集中，如果出現(xiàn)火災(zāi)，火勢(shì)傳播渠道多，速度快，燃燒劇烈，同時(shí)在熱氣流的影響下，很容易造成大規(guī)?；馂?zāi)事故。

2.常規(guī)火災(zāi)探測(cè)很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情

目前常規(guī)的火災(zāi)探測(cè)器主要是以燃燒時(shí)的煙霧濃度或燃燒后的溫度變化為主要探測(cè)信號(hào)，而且大多都安裝在建筑空間頂棚位置。然而在高大空間建筑內(nèi)，火災(zāi)情況下燃燒產(chǎn)生的煙霧通過熱對(duì)流作用會(huì)從地面燃燒點(diǎn)上升至頂棚高度，由于層高較大，待煙霧至頂棚時(shí)其濃度早已被稀釋，溫度也隨之降低，往往不足以觸發(fā)常規(guī)火災(zāi)探測(cè)器。即使此場(chǎng)景下燃燒煙氣足以啟動(dòng)火災(zāi)探測(cè)器，也無法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的早期、及時(shí)探測(cè)。

3.火災(zāi)時(shí)人員疏散困難

由于在軌道交通高大空間建筑內(nèi)，站廳層、站臺(tái)層上下貫通，且人員通常密集分布于地下（即站臺(tái)層），在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人員疏散路徑較長(zhǎng)，導(dǎo)致人員疏散困難。同時(shí)可燃物的不完全燃燒、有毒氣體的釋放和排熱排煙困難也都會(huì)增加人員疏散的難度。

二、火災(zāi)探測(cè)器的選型

（一）線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器

線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器主要以紅外光束作為探測(cè)源，通過煙霧擴(kuò)散至探測(cè)范圍進(jìn)行報(bào)警實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期探測(cè)。其工作原理就是利用燃燒產(chǎn)生的煙霧顆粒減少光電接收器接收到的紅外光束光量來判斷火災(zāi)。線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器通常由分開安裝的紅外光束發(fā)射器和光電接收器組成，一般分為對(duì)射型和反射型兩種。

線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器保護(hù)范圍大，所需敷設(shè)的管線相較于普通點(diǎn)型火災(zāi)探測(cè)器較少，而且有安裝方便、易于調(diào)節(jié)、在相對(duì)濕度較高和電磁干擾強(qiáng)的環(huán)境下反應(yīng)迅速等特點(diǎn)，適合保護(hù)大空間場(chǎng)所。但是對(duì)于某些場(chǎng)所，如可能產(chǎn)生蒸汽和油霧、有大量粉塵和水霧滯留、探測(cè)范圍內(nèi)有物體遮擋、建筑結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)的場(chǎng)所，線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器產(chǎn)生誤報(bào)或發(fā)生損壞的可能性較大，不適合采用此類探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)。

（二）吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器

吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器由吸氣泵、過濾器、激光探測(cè)腔及采樣管網(wǎng)等組成。其工作原理是主機(jī)內(nèi)的吸氣泵通過采樣管上的采樣孔吸入煙霧，沿采樣管道將煙霧傳送至探測(cè)主機(jī)內(nèi)部高度靈敏的激光探測(cè)腔，由其進(jìn)行檢測(cè)并分析出煙霧顆粒濃度，從而判斷火災(zāi)發(fā)生情況。吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器共有以下四個(gè)警報(bào)等級(jí)：警告（Alert）、行動(dòng)（Action）、火警1（Fire1）、火警2（Fire2）。

吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器主要有以下特點(diǎn)：靈敏性較高，能夠?qū)崿F(xiàn)極早期報(bào)警；采樣管一般為塑料材質(zhì)，不受強(qiáng)磁場(chǎng)干擾；受外部安裝環(huán)境影響較小，安裝靈活，適用很多場(chǎng)所；維護(hù)檢修非常方便，只需定期利用主機(jī)內(nèi)吸氣泵對(duì)采樣管進(jìn)行清理，而且由于吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器主機(jī)一般安裝于方便人員檢修的側(cè)墻上，所以無需登高操作，非常適合高大空間的火災(zāi)探測(cè)。在軌道交通中，對(duì)于管線錯(cuò)綜復(fù)雜的裝修吊頂，吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器也是很好的選擇，既能減少安裝火災(zāi)探測(cè)器的管線，又可以避免拆卸吊頂檢修帶來的麻煩。

（三）圖像型火災(zāi)探測(cè)器

圖像型火災(zāi)探測(cè)器是一種具有視頻監(jiān)控及火災(zāi)圖像識(shí)別多功能的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，適用于高大空間場(chǎng)所的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警。圖像型火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)方式是通過采集視頻信號(hào)并轉(zhuǎn)換成圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析（主要針對(duì)的是火災(zāi)時(shí)煙霧和火焰的熱、色、形、光譜及運(yùn)動(dòng)特性），以此來判斷是否發(fā)生火災(zāi)。

作為自帶視頻監(jiān)控的火災(zāi)探測(cè)裝置，圖像型火災(zāi)探測(cè)器對(duì)于煙霧和火焰的運(yùn)動(dòng)模式分析及可視化的報(bào)警驗(yàn)證，大大提高了火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確率，同時(shí)能夠提供火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也方便消防人員快速采取相應(yīng)措施。此外，圖像型火災(zāi)探測(cè)器屬于非接觸式火災(zāi)探測(cè)，可以進(jìn)行快速響應(yīng)，探測(cè)距離遠(yuǎn)，保護(hù)面積大，具有多級(jí)靈敏度可調(diào)，抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，并且能對(duì)高危場(chǎng)所、易爆場(chǎng)所、存在有毒氣體的場(chǎng)所進(jìn)行探測(cè)。

三、現(xiàn)行規(guī)范要求

目前國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軌道交通中高大空間火災(zāi)探測(cè)器的選用有如下要求。

（一）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50116-2013）

高度大于12m的空間場(chǎng)所宜同時(shí)選擇兩種以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測(cè)器。

線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)置應(yīng)符合下列要求：

● 建筑高度不超過16m時(shí)，宜在6m～7m增設(shè)一層探測(cè)器；

● 建筑高度超過16m但不超過26m時(shí)，宜在6m～7m和11m～12m處各增設(shè)一層探測(cè)器。

火災(zāi)初期產(chǎn)生大量煙的場(chǎng)所，應(yīng)選擇線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器、管路吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器或圖像型火災(zāi)探測(cè)器。

火災(zāi)初期產(chǎn)生少量煙并產(chǎn)生明顯火焰的場(chǎng)所，應(yīng)選擇1級(jí)靈敏度的點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器或圖像型火焰探測(cè)器，并應(yīng)降低探測(cè)器設(shè)置高度。

（二）地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（GB51298-2018）

車輛基地的停車庫、列檢庫、停車列檢庫、運(yùn)用庫、聯(lián)合檢修庫及物資庫等庫房應(yīng)設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器，其中的大空間場(chǎng)所宜采用吸氣式空氣采樣探測(cè)器、紅外光束感煙探測(cè)器及可視煙霧圖像探測(cè)器等[1]。

（三）民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB51348-2019）

大型庫房、大廳、室內(nèi)廣場(chǎng)等高大空間建筑，宜選用火焰探測(cè)器、線型光束感煙探測(cè)器、管路吸氣式感煙探測(cè)器、圖像型感煙火災(zāi)探測(cè)器或其組合[2]。

四、環(huán)球度假區(qū)站高大空間火災(zāi)探測(cè)器應(yīng)用實(shí)例

（一）環(huán)球度假區(qū)站的高大空間情況

環(huán)球度假區(qū)站是北京地鐵7號(hào)線東延和八通線南延的終點(diǎn)站，位于環(huán)球度假區(qū)東南側(cè)，沿東西向布置。環(huán)球度假區(qū)站地面站廳層為異型建筑空間，屋頂結(jié)構(gòu)橫向?yàn)椴ɡ诵危媳笨v向由低到高；站廳層公共區(qū)地面至頂棚最高點(diǎn)在北側(cè)為16.6m，南側(cè)的最低高度為79m。環(huán)球度假區(qū)站建筑剖面圖如下圖所示：

（二）環(huán)球度假區(qū)站站廳層公共區(qū)火災(zāi)探測(cè)器選用方案

根據(jù)環(huán)球度假區(qū)站的建筑結(jié)構(gòu)情況可知，本站的站廳層公共區(qū)大部分空間凈空高度超過12m但不高于16m，屬于高大空間建筑。

根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-2013）要求，本站站廳公共區(qū)宜采用兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測(cè)器[3]?？紤]到地鐵空間裝修材料及機(jī)電設(shè)備大多具有耐火和阻燃性能，火災(zāi)初期不會(huì)產(chǎn)生明顯火焰，而是產(chǎn)生大量煙霧，所以應(yīng)選擇規(guī)范中提到的三種感煙火災(zāi)探測(cè)器[4]。此外，通過對(duì)環(huán)球度假區(qū)站站廳層公共區(qū)建筑及環(huán)境分析，頂棚結(jié)構(gòu)為曲面并且有部分遮擋物，在公共區(qū)地面也有很多大型落地空調(diào)等機(jī)電設(shè)備，會(huì)影響到紅外光束的發(fā)射與接收，所以未考慮采用線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器，而是選用吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器和圖像型火災(zāi)探測(cè)器，這種選用組合也方便了地鐵運(yùn)營(yíng)人員的日常檢修維護(hù)工作[5]。

由于圖像型火災(zāi)探測(cè)器與線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器原理相似，且圖像型火災(zāi)探測(cè)器的探測(cè)范圍和適用范圍更廣，所以圖像型火災(zāi)探測(cè)器也能適用規(guī)范中“建筑高度不超過16m時(shí)，宜在6m～7m增設(shè)一層探測(cè)器”的設(shè)置要求[6]。

通過研究分析，環(huán)球度假區(qū)站站廳層公共區(qū)采用了頂棚高度設(shè)置吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器、6m～7m高度范圍設(shè)置圖像型火災(zāi)探測(cè)器的組合方案，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車站站廳層公共區(qū)的早期火災(zāi)探測(cè)。

五、設(shè)計(jì)思考

在城市軌道交通中，我們接觸較多的高大空間主要為地鐵車輛段中用于檢修或停放車輛的車庫，例如停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫及工程車庫等。這些車庫區(qū)域的高度一般在8m～12m之間不等，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，庫頂遮擋物較多，建筑振動(dòng)頻率較高，設(shè)計(jì)方案多選用吸氣式感煙探測(cè)器[7]。某車輛段工程車庫剖面圖如圖3、圖4所示：

圖3某車輛段工程車庫橫剖面圖圖4某車輛段工程車庫縱剖面圖

對(duì)于本文討論的高度大于12m的異型結(jié)構(gòu)空間，我們?cè)谔厥庀涝O(shè)計(jì)選擇火災(zāi)探測(cè)器方案時(shí)首先應(yīng)建立在對(duì)相關(guān)規(guī)范充分理解的基礎(chǔ)上，其次需要更加全面地了解建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)可能形成的火災(zāi)特征以及煙霧在空間內(nèi)的流動(dòng)和擴(kuò)散情況，以此來對(duì)比分析選擇更為合適的探測(cè)技術(shù)。此外，對(duì)于一些無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火災(zāi)特征的區(qū)域場(chǎng)所，可通過進(jìn)一步的模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果，從而選擇更加有效的探測(cè)方式[8]。

結(jié)語

日新月異的軌道交通發(fā)展讓我們看到了很多別具一格的地鐵站建筑，也為乘客展現(xiàn)了頗具特色、美觀雅致的高大地鐵空間，當(dāng)然這些都是建立在安全可靠的前提下?；馂?zāi)探測(cè)報(bào)警在日常工作中至關(guān)重要，我們需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的空間形式、環(huán)境因素、建筑火災(zāi)特點(diǎn)、火災(zāi)探測(cè)器的施工安裝及檢修維護(hù)等各方面進(jìn)行綜合考慮設(shè)計(jì)，因地制宜，為復(fù)雜的高大空間打造科學(xué)有效的解決方案。

參考文獻(xiàn)

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[2]民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]，GB51348-2019.

[3]火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（附條文說明）[S]，GB501160-2013.

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