体育场馆大空间火灾自动报警系统设计探讨

0 引言

大空间火灾探测一直是火灾探测领域的重点和难点，因此设置一整套严密可靠的火灾探测系统就显得尤为必要。由于烟雾分层及大空间内通风等设备的影响，传统的点型火灾探测器已经难以满足规范要求，因此需要采用特殊的大空间探测方式来达到较好的火灾探测效果。

体育场馆多为高大开放式建筑，包括篮球馆、羽毛球馆、游泳跳水馆等，这类建筑普遍具有人员较为密集。高火灾隐患尧消防探测困难等特点，且现今越来越多的体育场馆还经常被用于大型商业演出，因而会临时安装许多舞台灯光及音响设备，这些发热量大的设备就更增加了火灾隐患。一旦发生火灾，如果不能及时发现并扑救，不但会产生重大社会影响和财产损失，严重的还有可能造成大量人员伤亡。随着各种大空间建筑的出现，对大空间火灾自动报警系统的设计提出了越来越高的要求，因此设置一套保护严密。安全可靠的火灾自动报警探测系统是极有必要的。

1 项目概况

浙江省绍兴县体育中心体育馆为该省第十五届省运会主场馆之一，建筑面18513 m ² ，建筑高度27m，结构形式为框架剪力墙结构，现浇混凝土楼板，可容纳4000 人观赛。整个场馆共有3 个大空间区域，分别是比赛大厅，训练场地及观众前厅，如图1 所示。除观众前厅有吊顶外其余两处大空间顶部均为金属桁架结构，金属桁架下方有马道用于安装场地灯光、音响、消防广播喇叭等电气设备。在四周幕墙设置有火灾时可电动开启的排烟窗。本文主要介绍比赛大厅及观众前厅的火灾自动报警系统设计。

2 比赛大厅的火灾自动报警设计

比赛大厅由使用功能划分为上下两部分。即比赛观众区及屋顶马道区。

2.1 比赛观众区的火灾自动报警设计

在火灾自动报警系统设计中，火灾探测器的选用与布置是系统设计的一项根本内容。火灾探测器的种类很多，要根据GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》和探测区域内可能发生的初期火灾的形成、发展特征、空间高度、环境、人员密集条件以及可能引起误报的原因等因素综合决定。

依据GB50116-2013 的相关规定：点型感烟探测器的安装高度不适宜高于12m；红外光束感烟探测器的安装高度不宜大于20m。该体育馆的比赛场地高度超过24 m，因此在该空间使用上述两种探测方式均不能满足规范要求遥根据CECS245：2008《自动消防炮灭火系统技术规程》3.2.1条规定：建筑物高于8 m且使用性质重要和火灾危险性大的场所宜设置自动消防炮灭火系统，据此设计决定采用某型自动消防炮灭火系统。自动消防炮灭火系统具有及早发现火情，定位准确尧灭火及时，保护范围大的特点，特别适用于大空间火灾探测及扑救。该系统分为电控系统、供水给水系统、智能图像监控系统3大部分。其中电控部分主要由集中控制装置、现场手动控制装置、电源信号装置及自动跟踪定位射流灭火装置等部分组成；智能图像监控部分主要由双波段图像火灾探测器、硬盘录像机、视频采集卡、显示器及视频放大器等组成。该系统集防火、防盗、监控于一体，以图像型火灾探测报警系统为核心，常规火灾报警联动控制系统作为补充，实现分布控制，集中管理模式。现场一旦发生火灾，信息处理主机发出报警信号，显示报警区域的图像，并自动开启录像机进行记录；同时通过联动控制台，采用人机协同的方式启动自动消防炮进行定点灭火。该系统探测器由现场直流电源供电，工作电压为24V。

双波段图像火灾探测器属于智能型火灾探测设备，它具有火焰探测功能，适用于大空间和其它特殊空间场所。它由红外CCD 和彩色CCD 组成，可将采集到的红外视频图像信号和彩色视频图像信号传送给信息处理主机，使火灾探测和图像监控得到有机的结合。报警灵敏度可现场编程灵活设定，以满足不同场所需要。双波段图像火灾探测器采用非接触式探测，具有防尘、防潮、防腐蚀功能，对环境因素适应能力强。

该型自动消防炮采用双波段图像火灾探测器袁依据CECS245：2008第8.2.8条：当净空高度h＞8m时，距顶棚的垂直高度不应小于0.5m。由于本比赛大厅高度为24m，且最后一排的座椅标高为16m左右，为避开干扰，探测器安装高度应大于人的伸臂高度，因此决定将双波段图像火灾探测器安装高度定在18.5m。由于本比赛大厅南北最长间距为80m，东西墙最长间距为70m，因此依据CECS245：2008表4.3.1，保护角度确定为水平角32°，垂直角24°，如表1 所示。经合理配置可完全覆盖该比赛及观众区，如图2，图3所示。

图2 双波段图像火灾探测器覆盖范围（剖面）

图3 双波段图像火灾探测器覆盖范围（平面）

2.2 屋顶马道区的火灾自动报警系统设计

屋顶马道区主要用于安装各种设备，包括场地照明灯具、场地扩声音响等。由于灯具密集、功率较大，因此有相当火灾隐患，但该位置因高度过高袁自动消防炮无法覆盖，并且在大空间的顶部会产生烟雾分层与烟雾稀释问题。烟雾分层是指热烟雾在上升过程中不断散失热量，在未到达房顶之前就已与周围环境温度相同，因此烟雾便不再上升至屋顶；烟雾稀释是指由于空调通风的影响，烟雾在上升过程中不断与新风混合使其浓度降低。有以上两点的影响使得传统被动的烟温感探头难以探测到，故应选用其他探测方式。经比较：主动吸气式烟雾探测器可以满足保护要求。

主动吸气式烟雾报警器又叫空气采样火灾报警探测器，是一种应用范围比较广泛的探测方式，既可以用于普通的大空间建筑，又可应用于对火灾自动报警系统有早期报警特殊要求的大空间场所。 探测方式是在火灾防护区域内架设空气采样管（可以是PVC 管或钢管），并在采样管上开孔，将被采集的气体持续吸入采样管网的取样孔中，并送至相对集中设置的气体探测器中。 气体探测器将空气过滤并输入探测腔，其中的光散射技术能探测到极少数的烟雾； 同时，探测器内设置超声波气流传感装置，可直接读取采样管内的气流率，使系统不会受到空气温度。 气压变化及外部污染的影响。 该系统的另一个优势在于可以不受任何遮挡障碍物的影响。 不论是光截面探测器，还是反射式光束探测器在光路上都不能有任何遮挡，但是像体育馆这样大空间的屋顶马道上方有大量错综复杂的结构桁架尧支撑构件等，这就使任何发射光束性的探测器难以设置，并且维护不便，而吸气式烟雾探测器的空气管只需沿桁架敷设即可。

在本工程中关于空气采样系统最初有两种保护方案：一是在桁架上满铺，使其覆盖整个屋顶桁架下方，对比赛大厅全面保护；二是只保护马道区域，因此仅在马道上方布置空气采样管。经比较，若采用方案一，对比赛大厅进行全面保护需气体探测设备18 部，同时依据GB50116-2013第6.2.17 条规定“非高灵敏型探测器的采样管网安装高度不超过16m”，故该方案不满足相关规定要求，因此采用方案二。经计算马道总长约为550m，确定采样管敷设路由（不重复敷设，最大限度减少空气探测器数量以节约成本），并依据GB50116-2013第6.2.17条规定：“一台探测器采样管总长不宜超过200m，单管长度不宜超过100m，同一根采样管不应穿越防火分区。采样孔总数不宜超过100个，单管上的采样孔数量不宜超过25 个”。决定共设置4 组空气采样探测装置，如图4 所示。图中1#探测器保护长度共150m、2#保护长度共60m、3#保护长度共150 m、4#保护长度共198 m，并保证以上4只探测器每只采样管开孔数不超过25 个。空气采样管沿桁架敷设，气体探测器设置于马道侧面的栏杆上，安装高度由设备中标厂家依据现场情况确定。

3 观众前厅的火灾自动报警系统设计

绍兴县  体育中心  体育馆的观众前厅是一个环绕比赛大厅狭长而弯曲的大空间，该区域有吊顶，吊顶标高为18.3m，四周为玻璃幕墙且幕墙上有在火灾时，需要联动打开的排烟窗。由于吊顶高度超过12m，故依然无法选用传统的点式火灾探测器，而采用空气采样设备的话，由于四周为玻璃幕墙，空气采样管伸至16m以下会影响美观，且在吊顶上难以设置气体探测器袁因此不宜采用该探测方式。

经对比研究，决定继续采用自动消防炮灭火系统。但由于该区域有消防联动开启排烟窗的要求，而常规火灾自动报警和自动消防炮是两套不同的系统，虽然理论上两套系统通过模块是可以达到互联互通，但是在火灾发生时，消防炮系统的探测器发现火灾并报警之后，该火灾信号通过模块组传给另一套系统的电动排烟窗，其是否有足够的可靠性还有待检验。因此为了保证在火灾时消防联动的可靠性，决定额外设置反射式线型光束火灾探测器。红外光束火灾探测器分为对射型和反射型两种，前者由发射器和接收器组成，故需要对二者分别供电，因此该种形式较复杂，投资较高；后者仅由收发光器和反光板组成，因此不两端供电，所以系统较简单，经过比较故而决定选用反射式光束火灾探测器。

依照GB50116-2013第6.2.15条：“探测器的光束轴线距顶棚的垂直距离宜为0. 3-1.0m，距地面高度不宜超过20m。”但在实际布置时发现观众前厅的两排柱子的18.0m标高处有梁（如图5 所示），因此为避开这些梁袁将探测器的高度设定在距吊顶0.4m处。根据GB50116-2013第6.2.15条第2款：探测器至侧墙水平距离不应大于7m，且不应小于0.5m。因此采用如图6 所示的布置方式，发射接收器和反光板分别固定于柱子上，红外光束刚好穿过两根柱子之间梁下的缝隙，且可以保证光束至两边侧墙距离不大于7m以满足规范。因该区域相对狭窄，且有众多柱子，所以图像型探测器的盲区较多，而光束型探测器可以在窄小的空间中发射光束，受障碍物影响较小。

图5 观众前厅剖面（局部）

图6 反射式光束探测器布置示意（局部）

4 结语

随着我国综合国力的不断提升，为了满足人民群众越来越多的精神文化需要，像体育场馆。影剧院这样的大空间场所会越来越多。对于大空间来说，选择火灾探测的方式极其重要，而要做到有的放矢就必须要了解每种探测方式的优缺点，这样在设计时才能知道其更适合于哪种情况，并作出合理的选择。

结合绍兴县体育中心体育馆这一工程来看，根据其大空间的不同情况具体分析，不拘泥于某一种固定的探测方式，当一种探测手段不能满足全面保护的要求时，很有必要使用其他方式作为补充和加强。消防是关乎人民生命财产安全的大事，尤其是像体育场馆这种人员密集场所，因此在设计时要做到周到、认真、细致，结合具体情况科学合理设计，这样才能将火灾隐患降到最低。

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