轨道交通中高大空间火灾探测器选型的研究与探讨

作者简介：牛庚（1995-），男，汉族，安徽阜阳人，本科，助理工程师，研究方向：城市轨道交通自动控制专业（火灾自动报警系统、环境与设备监控系统及门禁系统等）。摘要：目前，中国的城市轨道交通发展迅速，各种高大、异型地铁车站建筑随之出现。对于轨道交通中高大空间火灾探测器的设置，需根据高大空间的实际建筑特点，对比分析各类火灾探测器的性能及适用环境，并结合相关的现行规范，进行全面、科学的设计。本文以环球度假区站站厅层公共区为例，介绍其建筑特点并分析火灾探测器的实际选型。关键词：轨道交通；高大空间；火灾探测器；环球度假区站一、轨道交通中高大空间建筑及火灾特点（一）高大空间的建筑特点高大空间建筑一般是指单层面积及跨度大且净空高度大于8m的建筑空间，且建筑空间中通常没有实体分隔。高大空间建筑主要包括大剧院、火车站、候机厅以及大型地铁站等。轨道交通中高大空间建筑湿度较大，易积灰尘，这会导致建筑内的火灾探测器经常产生误报；由于建筑内顶棚较高，地铁运营人员对于火灾探测器的检修维护也会比较困难。（二）高大空间的火灾特点1.火势蔓延速度快轨道交通中高大空间建筑占地面积较大和层高较高，门窗数量多，机电设备摆放集中，如果出现火灾，火势传播渠道多，速度快，燃烧剧烈，同时在热气流的影响下，很容易造成大规模火灾事故。2.常规火灾探测很难及时发现火情目前常规的火灾探测器主要是以燃烧时的烟雾浓度或燃烧后的温度变化为主要探测信号，而且大多都安装在建筑空间顶棚位置。然而在高大空间建筑内，火灾情况下燃烧产生的烟雾通过热对流作用会从地面燃烧点上升至顶棚高度，由于层高较大，待烟雾至顶棚时其浓度早已被稀释，温度也随之降低，往往不足以触发常规火灾探测器。即使此场景下燃烧烟气足以启动火灾探测器，也无法实现对火灾的早期、及时探测。3.火灾时人员疏散困难由于在轨道交通高大空间建筑内，站厅层、站台层上下贯通，且人员通常密集分布于地下（即站台层），在火灾发生时，人员疏散路径较长，导致人员疏散困难。同时可燃物的不完全燃烧、有毒气体的释放和排热排烟困难也都会增加人员疏散的难度。二、火灾探测器的选型（一）线型光束感烟火灾探测器线型光束感烟火灾探测器主要以红外光束作为探测源，通过烟雾扩散至探测范围进行报警实现火灾早期探测。其工作原理就是利用燃烧产生的烟雾颗粒减少光电接收器接收到的红外光束光量来判断火灾。线型光束感烟火灾探测器通常由分开安装的红外光束发射器和光电接收器组成，一般分为对射型和反射型两种。线型光束感烟火灾探测器保护范围大，所需敷设的管线相较于普通点型火灾探测器较少，而且有安装方便、易于调节、在相对湿度较高和电磁干扰强的环境下反应迅速等特点，适合保护大空间场所。但是对于某些场所，如可能产生蒸汽和油雾、有大量粉尘和水雾滞留、探测范围内有物体遮挡、建筑结构会产生剧烈振动的场所，线型光束感烟火灾探测器产生误报或发生损坏的可能性较大，不适合采用此类探测器进行火灾探测。（二）吸氣式感烟火灾探测器吸气式感烟火灾探测器由吸气泵、过滤器、激光探测腔及采样管网等组成。其工作原理是主机内的吸气泵通过采样管上的采样孔吸入烟雾，沿采样管道将烟雾传送至探测主机内部高度灵敏的激光探测腔，由其进行检测并分析出烟雾颗粒浓度，从而判断火灾发生情况。吸气式感烟火灾探测器共有以下四个警报等级：警告（Alert）、行动（Action）、火警1（Fire1）、火警2（Fire2）。吸气式感烟火灾探测器主要有以下特点：灵敏性较高，能够实现极早期报警；采样管一般为塑料材质，不受强磁场干扰；受外部安装环境影响较小，安装灵活，适用很多场所；维护检修非常方便，只需定期利用主机内吸气泵对采样管进行清理，而且由于吸气式感烟火灾探测器主机一般安装于方便人员检修的侧墙上，所以无需登高操作，非常适合高大空间的火灾探测。在轨道交通中，对于管线错综复杂的装修吊顶，吸气式感烟火灾探测器也是很好的选择，既能减少安装火灾探测器的管线，又可以避免拆卸吊顶检修带来的麻烦。（三）图像型火灾探测器图像型火灾探测器是一种具有视频监控及火灾图像识别多功能的火灾探测系统，适用于高大空间场所的火灾探测报警。图像型火灾探测器探测方式是通过采集视频信号并转换成图像，对图像进行处理、分析（主要针对的是火灾时烟雾和火焰的热、色、形、光谱及运动特性），以此来判断是否发生火灾。作为自带视频监控的火灾探测装置，图像型火灾探测器对于烟雾和火焰的运动模式分析及可视化的报警验证，大大提高了火灾探测的准确率，同时能够提供火灾现场的实时监控，也方便消防人员快速采取相应措施。此外，图像型火灾探测器属于非接触式火灾探测，可以进行快速响应，探测距离远，保护面积大，具有多级灵敏度可调，抗干扰能力和环境适应能力强，并且能对高危场所、易爆场所、存在有毒气体的场所进行探测。三、现行规范要求目前国家规范标准对轨道交通中高大空间火灾探测器的选用有如下要求。（一）火灾自动报警系统设计规范（GB50116-2013）高度大于12m的空间场所宜同时选择两种以上火灾参数的火灾探测器。线型光束感烟火灾探测器的设置应符合下列要求：●建筑高度不超过16m时，宜在6m～7m增设一层探测器；●建筑高度超过16m但不超过26m时，宜在6m～7m和11m～12m处各增设一层探测器。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。（二）地铁设计防火标准（GB51298-2018）车辆基地的停车库、列检库、停车列检库、运用库、联合检修库及物资库等库房应设置火灾探测器，其中的大空间场所宜采用吸气式空气采样探测器、红外光束感烟探测器及可视烟雾图像探测器等[1]。（三）民用建筑电气设计标准（GB51348-2019）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、线型光束感烟探测器、管路吸气式感烟探测器、图像型感烟火灾探测器或其组合[2]。四、环球度假区站高大空间火灾探测器应用实例（一）环球度假区站的高大空间情况环球度假区站是北京地铁7号线东延和八通线南延的终点站，位于环球度假区东南侧，沿东西向布置。环球度假区站地面站厅层为异型建筑空间，屋顶结构横向为波浪形，南北纵向由低到高；站厅层公共区地面至顶棚最高点在北侧为16.6m，南侧的最低高度为79m。环球度假区站建筑剖面图如下图所示：（二）环球度假区站站厅层公共区火灾探测器选用方案根据环球度假区站的建筑结构情况可知，本站的站厅层公共区大部分空间净空高度超过12m但不高于16m，属于高大空间建筑。根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）要求，本站站厅公共区宜采用两种及以上火灾参数的火灾探测器[3]。考虑到地铁空间装修材料及机电设备大多具有耐火和阻燃性能，火灾初期不会产生明显火焰，而是产生大量烟雾，所以应选择规范中提到的三种感烟火灾探测器[4]。此外，通过对环球度假区站站厅层公共区建筑及环境分析，顶棚结构为曲面并且有部分遮挡物，在公共区地面也有很多大型落地空调等机电设备，会影响到红外光束的发射与接收，所以未考慮采用线型光束感烟火灾探测器，而是选用吸气式感烟火灾探测器和图像型火灾探测器，这种选用组合也方便了地铁运营人员的日常检修维护工作[5]。由于图像型火灾探测器与线型光束感烟火灾探测器原理相似，且图像型火灾探测器的探测范围和适用范围更广，所以图像型火灾探测器也能适用规范中“建筑高度不超过16m时，宜在6m～7m增设一层探测器”的设置要求[6]。通过研究分析，环球度假区站站厅层公共区采用了顶棚高度设置吸气式感烟火灾探测器、6m～7m高度范围设置图像型火灾探测器的组合方案，可实现对车站站厅层公共区的早期火灾探测。五、设计思考在城市轨道交通中，我们接触较多的高大空间主要为地铁车辆段中用于检修或停放车辆的车库，例如停车列检库、联合检修库及工程车库等。这些车库区域的高度一般在8m～12m之间不等，结构较为简单，库顶遮挡物较多，建筑振动频率较高，设计方案多选用吸气式感烟探测器[7]。某车辆段工程车库剖面图如图3、图4所示：图3某车辆段工程车库横剖面图图4某车辆段工程车库纵剖面图对于本文讨论的高度大于12m的异型结构空间，我们在特殊消防设计选择火灾探测器方案时首先应建立在对相关规范充分理解的基础上，其次需要更加全面地了解建筑结构内可能形成的火灾特征以及烟雾在空间内的流动和扩散情况，以此来对比分析选择更为合适的探测技术。此外，对于一些无法准确预测火灾特征的区域场所，可通过进一步的模拟实验对比分析结果，从