浅谈深圳国际会展中心20m高大空间消防系统设置应用解决方案
随着社会文明的不断进步以及高新科技的飞速发展，公共建筑功能愈发复杂，且其具有面积大、人员集中的特点，一旦发生火灾且初期没有及时预警，火灾会快速蔓延、难以扑救，严重威胁人民生命、财产安全。
深圳国际会展中心为例，通过分析火灾探测器的工作原理，阐述高大空间的火灾自动报警系统设计，以实现火灾及时、有效地探测及预警。深圳国际会展中心位于深圳市宝安区福永，历时3年建设完成，深圳国际会展中心作为重要城市基础设施和关系深圳未来百年发展大计的标志性工程，国际会展中心是深圳建市以来最大的单体建筑，也是全球第一个集大型建筑、轨道交通、水利工程、市政工程同时开发的建筑工程。
1、工程特点及消防设计难点
深圳国际会展中心为单层大空间公共建筑，深圳国际会展中心一期项目用地面积约121.42万㎡，总建筑面积约160.5万㎡，其中室内展厅面积约40万㎡，共19个展厅，均采用单层、大跨度空间设计和先进的鱼骨式布局,项目配备有约64.2万㎡的会议、办公、餐饮、仓储及154.3万㎡的配套商业。等二期展厅建成后,这里将成为全球最大的会展中心，层高高、跨度大，因此屋面玻璃罩顶的钢结构在自然环境影响下会发生形变。
深圳国际会展中心一期项目共19个展厅，包括18个2万㎡标准展厅和1个5万㎡超大型展厅，所有展厅采用单层（层高20m）、大跨度空间设计。在设计中充分考虑建筑的特殊性，且对火灾事故进行有效探测、及时报警，将灾害降到最低才是火灾自动报警系统设计的重点。
2、工程设计及难点解决
2.1火灾探测器选择
依据GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》第12.4.1条款规定，高度＞12m的空间场所宜同时选择两种及以上火灾参数的火灾探测器。这里火灾参数主要包含热(温度)、烟(烟雾粒子)、光(火焰)、气(气体)、声(燃烧声)几类，根据探测火灾参数的不同，火灾探测器分为感温探测器、感烟探测器、火焰探测器、气体探测器以及声音探测器等。其中，感温探测器常用产品为点型感温探测器及缆式线型定温火灾探测器，由于探测精度差、反应时间长，不适合用于高大空间建筑;气体探测器多用于环境存在可燃气体的场所;声音探测器的响应速度较慢，且易受环境声音影响产生误报警，实际工程中鲜少使用;另外，点型感烟探测器及点型火焰探测器适用场所的高度宜≤12m，同样不适合高大空间建筑。因此，结合高大空间项目特点及探测器产品特性，适合于高度＞12m的感烟探测器及火焰探测器主要有以下几种。
1)红紫外对射型线性光束感烟火灾探测器探测部分由光束发射器和光电接收器两部分组成。当探测器光路上出现烟雾时，会使到达接收器的信号减弱;当减光率达到预设阈值时，探测器就会产生报警信号。红紫外对射型线性光束感烟火灾探测器易于安装、探测响应迅速且工程造价较低，但因为本工程为玻璃罩顶，稳定性较差，如采用该类型探测器，较难满足发射器与接收器精准的对射，易发生误报警，且后期维护工作量较大。
2)红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器探测部分由发射器和接收器组成（一个接收器，七个发射器），使用时每只接收器对应多只发射器。基于采用红紫外双光源技术的图像感烟火灾探测技术，在被监控区域内设置双鉴式红紫外发光阵列发射器和接收器，使红紫外发光阵列发射出的红紫外光斑影像由红紫外摄像机转换火灾信号，再有接收器通过输入模块接入消防监控中心。一旦发现火灾情况，该探测器即可通过联动控制报警器进行火灾报警。
红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器采用非接触式探测，对环境因素适应能力强，具有分辨发射光源与干扰光源的能力。通过发射器与接收器一对多的形式，可使探测范围形成一组平面或曲面，实现对被保护空间的全面式覆盖，极大提高了火灾报警的准确率和响应速度。
3)管路采样式吸气感烟火灾探测器由吸气泵、过滤器、LED探测腔、控制电路等组成。首先，探测器使用吸气泵通过预先布置好的采样孔和采样管道抽取保护区内的空气，并将空气样本送入LED探测腔，在LED探测腔内利用LED探测照射空气样本;若采样空气中含有烟雾粒子，则烟雾粒子所造成的散射光会被阵列式接收器接收，然后接收器会把光信号转换成电信号，并将其送到控制器的控制电路，这样一来，信号经处理后会转换为烟雾浓度，对比设定报警阈值产生一个对应的输出信号，并在符合条件的时候发出报警信号。管路采样式吸气感烟火灾探测器灵敏度高、维护成本低，不会因环境因素的影响造成误报。本工程屋面东西跨度99m，而单根采样管安装长度宜为≤100m，刚好满足设计需求。
4)双波段图像型火灾探测器由红紫外CCD和可见光CCD组成，将采集到的红紫外视频图像信号或彩色视频图像信号传送给信息处理主机进行处理，通过分析图像判断是否有火灾发生。双波段图像型火灾探测器兼具火焰探测器及现场智能监控功能，基于非接触式探测技术，具有保护面积大、探测距离远、响应速度快等优点，适用于大空间及其他特殊空间场所。
综合上述分析，本工程采用了将能够实现早期烟雾探测的红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器及以带有图像功能的双波段图像型火灾探测器相结合的火灾自动探测报警系统(红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器+图像探测器模块及后台系统即可实现红紫外图像感温、感烟、感火焰复合型探测功能)。
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》：
第12.4.1条：高度大于12m的空间场所宜同时选择两种及以上火灾参数的火灾探测器。
第12.4.2条：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、吸气式感烟火灾探测器或图像型感烟火灾探测器。
第12.4.3条：线型光束感烟探测器的设置应符合下列要求：
①探测器应设置在建筑顶部；
②探测器宜采用分层组网的探测方式；
③建筑高度不超过16m时，宜在6~7m增设一层探测器；
④建筑高度超过16m但不超过26m时，宜在6~7m和11~12m处各增设一层探测器；
⑤由开窗或通风空调形成的对流层为7~13m时，可将增设的一层探测器设置在对流层下面1m处；
⑥分层设置的探测器保护面积可按常规计算，并宜与下层探测器交错布置。
NFPA72《NationalFireAlarmandSignalingCode》2016 Edition第17.7.3.1.2条、第17.8.3.3.1条和第17.11.5.3条规定：感烟型探测器、火焰型探测器和多感应多组合型探测器等探测器的选择应综合考虑环境温度、湿度、气压、海拔，建筑的结构特点、大小，房间和顶棚的形状、表面特征、高度，保护对象功能、特点，保护区域内预期火灾发生率、可燃物的总量及燃烧特性，室内空调和通风，探测器产品说明书等因素的影响。
NFPA92B《StandardforSmokeManagementSystemsinMalls，Atria，andLargeSpaces》2009 Edition第4.5.1.2条，对于烟雾分层能够发生的大空间，应采用以下规定中的一种监测方法：
①光束式感烟探测器以向上的角度对射，穿过烟气层且不考虑分层水平；
②水平安装的光束式感烟探测器安装在天花板，其他高度分层安装覆盖整个区域；
③水平安装的光束式感烟探测器安装在发生层化现象的最低高度。
美国消防协会对于探测器的选择只有大的原则，无具体的指导意见，高大空间探测器的选择只提到了光束感烟火灾探测器的设置要求。
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》对于高度超过26m的室内空间线型感烟探测器未给出明确定义及设置要求，但已废止的GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》第8.2.1条曾明确规定红外光束感烟探测器的光束轴线距顶棚的垂直距离宜为0.3~1.0m，距地高度不宜超过20m。
此外，GB15631-2008《特种火灾探测器》对于各种特种火灾探测器应用于大于25m室内空间的性能测试也没有提要求，探测器的灵敏度是否满足尚未可知。
对于自动射流灭火装置（消防水炮）自带探测功能的探测器是否可纳入规范规定的火灾探测器的一种也未给出明确定义。
2.2工程设计
2.2.1红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器感烟火灾探测器布置
设计考虑到高度超过12m的高大空间场所建筑结构的特点，在发生火灾时火源位置、类型、功率等因素的不确定性以及高大空间内烟气存在分层现象，在可能存在烟气的多个高度设置线型光束感烟火灾探测器。本工程结合实际情况将红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器的设置分为两个方面:展馆内部空间保护及弧形屋顶空间保护。
1)展馆内部（高度20m）空间保护红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器感烟火灾探测器水平分层布置，分为7个探测范围，每个范围内因具体层高不同，设置2层红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器，在16m的位置布置一层，19.5m的位置布置第二层。
2)展馆弧形屋顶空间保护由于烟雾会在空间顶部聚集，为提高报警的灵敏度，探测器的光束轴线至顶棚的垂直距离宜为0.3～1.0m。本项目在距玻璃罩顶部＜1m的范围内设置6组红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器。
2.2.2 双波段图像型火灾探测器布置设计
双波段图像型火灾探测器根据探测距离的不同分为30m、60m、80m、100m等多种型号规格。根据保护距离的远近，本工程选用的型号为:100m双波段图像型火灾探测器。
双波段图像型火灾探测器工作电压等级为24V，由安装在顶部的电源箱引出。电源箱电源及消防水炮解码器AC220V电源均由设置在消防控制室内消防水炮控制器的UPS不间断电源提供，经强电消防线槽引来。双波段图像型火灾探测器的输出信号为复合视频信号，每只双波段图像型火灾探测器需接入两根视频同轴线缆。
2.2.3吸气式感烟火灾探测器设置
吸气式感烟火灾探测器，设备安装在距离地面1.5m的位置，通过规格DN25，ABS阻燃型采样管布置在展馆的顶部及周边采集空气样本从而发出预警信号，采样管安装在顶部，每7m设置一个采样孔，一个采样孔相当于传统的一个烟感的保护面积及作用。
红紫外双鉴式成像感烟火灾探测器、双波段图像型火灾探测器、吸气式感烟火灾探测器的相互结合，既实现了对早期火灾烟雾探测的要求，又满足了早期火焰探测的要求，同时兼具视频可视功能，在保护区域实现双重覆盖，探测功能上实现互补。结合实际产品设备参数，仍有以下几项需要在产品安装及设备调试过程中注意。
大型开放空间 – 如机场，火车站，体育场及购物中心，这些场所的特殊环境，对可靠火灾探测技术提出了严峻的挑战。这些挑战包括火灾探测的可靠性，配置的灵活性,以及如何预防干扰性报警，如何有效降低安装和维护的成本,提高效益。
普通的传统对射式探测器容易出现以下问题:
易受到建筑物结构位移的影响，造成对准偏移,不能对烟雾进行有效探测和报警;
由于灰尘和飞虫,雾汽等干扰物的存在,容易引起干扰性报警;
传统对射式探测器在安装调试时需要精确对准，往往需要花费很多时间进行安装，调试及后续的日常维护;
传统对射式探测器在不规则的空间应用具有局限性。
首先，消防设计能符合最新国标对高度超过 12 米的高大空间的消防保护要求，并且能够实现复合型火灾探测器（感温、感烟、感火焰）；
其次，产品的性能必须满足会展中心开展日常工作的需要，比如，展会期间的展板、围栏、横幅等物体的遮挡，不能引起探测器的误报，这要求设备对遮挡物包括灰尘雾霾等具有抗干扰能力；
同时，后期的维护工作量也是关注的焦点，而传统对射探测器，受建筑物热胀冷缩及自然沉降的影响， 会不可避免的发生位移从而可能导致误报警，业主将不得不花费大量的时间人力物力财力在对射探测器的频繁校准维护工作上，这是业主不可接受的；采用双鉴式红紫外火灾探测器+图像+吸气式感烟火灾探测器从而实现复合型探测，并且维护方便简单。
功能复杂的大型公共建筑如何实现有效、及时的火灾探测在火灾自动报警系统的设计中尤为重要。从安全的角度考虑，通过将适应工程特性的不同火灾参数探测器结合使用（实现感温、感烟、感火焰），对不同火灾参数进行综合分析判断，可更加快速、准确的探测火灾事故的发生，使火灾能够在第一时间得到处理。