王輝

（總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑技術(shù)水平的提高，具有高大空間的建筑物越來越多。這些場(chǎng)所如何進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)、報(bào)警的問題也突顯出來。由于很多高大空間的體量已超出現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 50116－2013規(guī)定設(shè)置的探測(cè)器所能探測(cè)的范圍，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)及實(shí)際落實(shí)中的不規(guī)范，如果采取的方案及措施不合理，直接的結(jié)果就是探測(cè)手段失效、失準(zhǔn)，為建筑物的安全留下隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)可能會(huì)帶來重大損失甚至危及人員的生命安全。

2 高大空間火災(zāi)的特點(diǎn)

2.1 火災(zāi)蔓延速度快

在具有高大空間的建筑物內(nèi)，若室外溫度低于室內(nèi)溫度，由于室內(nèi)空氣密度小，此時(shí)在中庭、樓梯、豎井等部位，就會(huì)有上升的氣流，這種現(xiàn)象叫做 “煙囪效應(yīng)”。一旦發(fā)生火災(zāi)，由于空間高大，沒有阻隔，加之“煙囪效應(yīng)”的作用，火災(zāi)蔓延速度將非?？?，且撲救也相對(duì)困難。如1994年12月新疆克拉瑪依火災(zāi)，1998年5月北京玉泉營(yíng)環(huán)島家具城火災(zāi)，1997年12月吉林長(zhǎng)春商業(yè)城火災(zāi)，1999年1月四川達(dá)川市百貨商場(chǎng)火災(zāi)等，都造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 探測(cè)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)

受建筑本身如陽光屋頂、玻璃幕墻以及空調(diào)系統(tǒng)等影響，高大空間建筑物內(nèi)的氣流擾動(dòng)比較大。既有向上的氣流（如前所述），也有向下的氣流。兩種氣流相互作用形成不同空氣團(tuán)，從而出現(xiàn)空氣分層現(xiàn)象：空間上部為熱空氣團(tuán)，下部為冷空氣團(tuán)（或者相反）。這種空氣分層現(xiàn)象將阻礙火災(zāi)初期煙霧的上升，甚至有可能使煙霧滯留于某一層面，從而延誤感煙探測(cè)器的報(bào)警時(shí)間。

另外，高大空間多數(shù)也是人員聚集的場(chǎng)所，這也加重了其火災(zāi)的危險(xiǎn)性。

3 探測(cè)手段

正由于高大空間火災(zāi)的高危性且難于快速反應(yīng)，各國(guó)火災(zāi)防范專業(yè)人士一直致力于研究高大空間火災(zāi)探測(cè)技術(shù)。目前用于高大空間的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)有紅外光束探測(cè)、空氣管采樣探測(cè)、圖像型火災(zāi)探測(cè)。

3.1 紅外光束探測(cè)

紅外光束探測(cè)有感煙式探測(cè)器和火焰探測(cè)器。

紅外光束感煙探測(cè)器主要是由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器構(gòu)成，工作原理是發(fā)射器發(fā)出紅外光線，如果接收器接受的光線減弱到設(shè)定的數(shù)值，接收器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。火焰探測(cè)器是探測(cè)火焰發(fā)出的紅外（或紫外）光線，達(dá)到設(shè)定值即可報(bào)警。

紅外光束感煙探測(cè)器經(jīng)常應(yīng)用高度在20m左右的大空間，火焰探測(cè)器的探測(cè)距離一般為30m左右。在火災(zāi)類型符合或須對(duì)火焰做出快速反應(yīng)的場(chǎng)所，應(yīng)采用火焰探測(cè)器與紅外光束感煙探測(cè)器疊加的探測(cè)方式，如北京電視臺(tái)的中庭即采用這種方式。

但紅外光束感煙探測(cè)器有一定的局限性，火焰探測(cè)器僅適宜有強(qiáng)烈火焰輻射和無陰燃的火災(zāi)；紅外光束感煙探測(cè)器受環(huán)境影響比較多，在有大量粉塵、機(jī)械振動(dòng)干擾較大、探測(cè)光路上存在遮擋、磁場(chǎng)較強(qiáng)或高溫的場(chǎng)所都不適用。

當(dāng)被探測(cè)空間過高時(shí)，煙霧探測(cè)器會(huì)受到以下兩方面因素的影響而延遲報(bào)警時(shí)間：一是由于煙霧升起時(shí)不斷混入空氣，升得越高，混入空氣越多，而煙霧濃度也就越低，這就意味著煙霧探測(cè)器不能及時(shí)報(bào)警；二是受空氣分層現(xiàn)象的影響（如前所述）導(dǎo)致煙霧探測(cè)器不能及時(shí)報(bào)警。

3.2 空氣管采樣探測(cè)

空氣管采樣探測(cè)系統(tǒng)由采樣管道、吸氣泵、過濾器、探測(cè)腔以及控制器組成，如圖1所示。工作原理是通過吸氣泵接連不斷將防護(hù)區(qū)內(nèi)的空氣吸入采樣管，經(jīng)過濾后進(jìn)入探測(cè)腔，通過激光進(jìn)行分析和測(cè)定煙霧濃度，根據(jù)不同的煙霧濃度值發(fā)出不同的告警信號(hào)。

圖1 空氣管采樣探測(cè)系統(tǒng)示意圖

傳統(tǒng)紅外光束感煙探測(cè)器屬于被動(dòng)式探測(cè)，即煙霧必須達(dá)到探測(cè)器位置且濃度足夠才可報(bào)警，而空氣管采樣探測(cè)是主動(dòng)的，即使是微量煙霧也可探測(cè)到，同時(shí)探測(cè)范圍寬，從陰燃階段一直到可見煙霧階段（被動(dòng)煙霧探測(cè)器的響應(yīng)區(qū)）設(shè)置4個(gè)報(bào)警級(jí)別。這樣在火災(zāi)極早期便可發(fā)出告警，為查找火源、控制火情發(fā)展以及人員疏散贏得更多的時(shí)間。

采樣系統(tǒng)的工作原理決定了該系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛性。空氣管采樣探測(cè)系統(tǒng)不存在振動(dòng)、磁場(chǎng)干擾的問題；也不受空間形狀、潔凈度的限制，即使是多塵的環(huán)境，由于系統(tǒng)具有粉塵過濾環(huán)節(jié)，避免了類似其他煙霧探測(cè)器的誤報(bào)問題。如八一電影制片廠攝影棚，棚高18m，安裝了空氣管采樣探測(cè)系統(tǒng)，在運(yùn)行近兩年的時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)生誤報(bào)，其間曾發(fā)生大功率燈具將纜線烤糊的情況，采樣系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出告警，避免了火災(zāi)的發(fā)生。

空氣管采樣探測(cè)也會(huì)受空氣分層的影響，導(dǎo)致空氣采樣探測(cè)的報(bào)警時(shí)間延長(zhǎng)。

3.3 圖像型火災(zāi)探測(cè)

目前圖像型火災(zāi)探測(cè)有雙波段火災(zāi)探測(cè)技術(shù)和光截面感煙火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，如圖2所示。

1）雙波段圖像型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)由攝像機(jī)、并行處理器、信息處理主機(jī)構(gòu)成。在該系統(tǒng)中將攝像機(jī)作為前端探測(cè)器，獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的紅外圖像和彩色圖像，信息處理主機(jī)根據(jù)火災(zāi)燃燒過程中的光譜特性、色度特性、紋理特性、運(yùn)動(dòng)特性等，對(duì)圖像進(jìn)行對(duì)比判別，以此實(shí)現(xiàn)識(shí)別火災(zāi)信息的功能。它具有以下特點(diǎn)。

圖2 圖像型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

（1）探測(cè)距離遠(yuǎn)，響應(yīng)速度快，報(bào)警確認(rèn)簡(jiǎn)單、直觀，能有效消除誤報(bào)。

（2）前端探測(cè)器可具有防爆、防潮功能，輕松應(yīng)對(duì)環(huán)境惡劣場(chǎng)所。

（3）能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，保留現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，為事后分析、處理提供依據(jù)。

2）光截面圖像感煙火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)由紅外光源、紅外攝像機(jī)、并行處理器、信息處理主機(jī)構(gòu)成。在該系統(tǒng)中以紅外光點(diǎn)陣作為發(fā)射器，紅外攝像機(jī)作為接收器，通過分析探測(cè)區(qū)域紅外光斑圖像來判別火災(zāi)信息。其原理與紅外光束感煙探測(cè)相同，但具有以下特點(diǎn)。

（1）對(duì)保護(hù)空間可以任意曲面式覆蓋，不需要準(zhǔn)直光路，一個(gè)接收器對(duì)應(yīng)多個(gè)發(fā)射器。

（2）圖像探測(cè)克服了紅外光束感煙探測(cè)器抗震能力差的缺點(diǎn)。

（3）通過對(duì)點(diǎn)陣中相鄰光束的分析，可以避免紅外光束感煙探測(cè)器由于偶然因素而引起的誤報(bào)問題。

圖像型火災(zāi)探測(cè)技術(shù)很好地解決了高大空間火災(zāi)探測(cè)中的靈敏度和可靠性問題，能夠準(zhǔn)確區(qū)分真實(shí)火焰和各種干擾源，如各種燈光、太陽輻射、電弧焊、耀斑輻射、黑體輻射、CO2熱氣體排放等，適用于各種高大空間建筑物。

該探測(cè)手段在國(guó)內(nèi)是一項(xiàng)新技術(shù)，近年已有一些工程采用，如上海旗忠森林網(wǎng)球中心及即將建成的武漢保利文化廣場(chǎng)等。

4 結(jié)束語

對(duì)高大空間火災(zāi)探測(cè)方案的選擇應(yīng)建立在性能化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，不同情況采取不同探測(cè)技術(shù)，或者幾種技術(shù)的混合。通過性能化設(shè)計(jì)，對(duì)可能出現(xiàn)的火災(zāi)規(guī)模、類型，煙霧在空間內(nèi)的流動(dòng)和擴(kuò)散狀況進(jìn)行分析，才能選出既科學(xué)有效又經(jīng)濟(jì)合理的探測(cè)方案。