大空间建筑火灾探测技术的探讨

关键词：大空间建筑；线型光束感烟探测器；图像型火灾探测器；吸气式感烟探测器

0引言

根据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98第7.2.1条规定，在一般建筑中广泛使用顶棚安装的感烟和感温型火灾探测器，其高度通常在8m以下，火灾烟气能够很快到达顶棚，并沿顶棚蔓延，探测效果理想。

建筑的空间结构与火灾探测器的有效性紧密相关，而在大空间建筑中，其早期火灾烟气运动具有的烟气弥散、沉降现象和热障效应，导致大空间内的烟气层高度很不均衡，烟气控制较为复杂。受空间高度和面积的影响，阴燃火的烟气上升速度较慢，同时受到热障效应(又称“逆温层”，16m以上尤为明显)、通风条件的影响，常常当火灾发展到相当的程度，探测器才能感应，难以实现早期火灾报警；明火的火灾烟气虽上升速度快于阴燃火，但升至顶棚后会反向下扩散，并停留于中上部空间，顶棚处烟雾浓度反而较低，因此同样不利于早期探测报警。

目前适用于大空间场所火灾探测的几种探测器类型有：吸气式感烟探测器、线型光束感烟探测器、图像型火灾探测器等，使大空间火灾探测问题得到了较好的解决，并在国内烟草、石化、仓库、会展会堂、体育、广电剧院和电信行业得到了广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

1针对几种大空间场所探测器特点的分析比较

1.1感烟探测方式的比较

(1)吸气式感烟探测器具有较高的灵敏度，在洁净环境中，为最佳选择，且对于各种类型火灾的烟气扩散均能做出报警响应，因此空气采样探测器具有很高的报警准确性，漏报率极低。但受采样管网安装位置影响，相较于线型光束感烟探测器更靠近顶棚，因此响应相对滞后。

(2)线型光束感烟探测器在大空间建筑内可分层设置，对于扩散烟气的报警响应比较灵敏，即烟气扩散到探测器的监测区域并达到一定的浓度探测器即可做出报警响应。线型光束感烟探测器可分为红外对射型和光截面图像型两种，其两者特点分析比较如下：

①红外对射型是有发射器和接收器组成，发射器与接收器必须较精确的对准，否则接收器接收不到发射的红外光线，所以对安装精度要求较高；在使用过程中，由于建筑物的不稳定性，会导致原本对正的接收器和发射器发生偏移，也同样会导致系统的不正常，系统维护相对工作量大。另外，发射器只有一根发射管组成，发射管的老化，会导致红外线衰减，当达到一定程度时，系统会发生误报，这是必须调整其灵敏度来纠正它，使之正常工作；当其使用到一定程度时，发光管必然报废，导致设备的更新。

②光截面图像型探测器采用截面网式覆盖，较好地克除了红外对射的这些缺点，用来取代红外对射从技术角度来说是完全合理的，也是必要的。特点如下：面成像自动跟踪定点监测，彻底解决了常规线性感烟探测器由于安装移动而造成的误报问题；具有分辨发射光源与干扰光源的能力，提高了系统抗干扰的性能；对光截面中相邻光束的相关分析，克服了单光束火灾报警由于系统偶然因素而造成的误报，提高了系统的稳定性；由多光束组成光截面，对被保护空间实施任意曲面式覆盖，极大地提高了快速响应区域的面积，使得在大空间实现早期报警成为可能；自动检测和跟踪由灰尘积累而引起的工作状态的漂移，根据环境变化，自动调节探测器的工作参数，因此可大大降低由灰尘积累和环境变化所造成的误报和漏报。

1.2感火焰探测方式的比较

火焰探测器对于明火的灵敏度远高于其他感烟探测器，但对于不同火源位置的报警响应速度不同，距离起火点越远的探测器报警响应时间越滞后，因此设计选型时应参考保护空间的距离做适当的选型及点位布设。火焰探测器据其探测机理又可分为点式红外火焰探测器和图像型火灾探测器。

(1)点式红外火焰探测器分为单波段、双波段、三波段红外火焰探测器和紫外、红外复合火焰探测器等。其中双波段红外火焰探测器以其可靠性高、成本较低等优势获得了较大的市场，但易受环境干扰，抗阳光、大功率照明灯等热体红外光干扰能力较弱。

(2)图像型火灾探测器采用双波段图像火焰探测技术，由红外CCD和彩色CCD组成，具有同时获取现场的火灾信息和图像信息的功能特点。将火灾探测和图像监控有机地结合在一起，据立体视觉相机定向规则，在彩色影像上对可疑同名点进行计算与判别，利用彩色影像的色度判据、纹理判据进一步判别火灾。探测器可利用能量增长趋势、频闪特性、色谱特征判据、相对稳定性判据、火灾燃烧的纹理判据等一一进行判别，当这些判据全部得到满足后，即可确定存在火灾，误报率极低。同时可根据立体视觉提供的空间坐标，通过联动控制系统实现火灾的定点扑救；并具有防尘、防潮、防腐蚀(或防爆等特殊场所)等功能，可广泛应用于易产生明火及阴燃火的各类场所。

特点如下：具有保护面积大、探测距离远、响应速度快、报警准确性高的优势。

采用CCD摄像机作为探测系统的前端，可实现防火、防盗和一般监控三位一体，高性能价格比。非接触式探测技术，监控距离远(0.5～100m)，保护面积大(最大保护面积2000m2)，适合大空间建筑的火灾探测。

2大空间场所探测器的选型、设计及应用方案

由于大空间建筑的结构特点，单一探测模式很难实现火灾的早期探测，因此对于大空间场所应采用多种探测器的复合探测方式，才能实现对大空间场所各种类型早期火灾的有效探测。

(1)对于初期火灾为阴燃的情况，应采用感烟探测模式。可采用线型光束感烟探测器和吸气式感烟探测器组合，避免由于单一线型光束感烟探测的漏报现象，同时避免由于吸气式感烟探测器采样管的安装位置原因造成的报警响应滞后问题。线型光束感烟探测器的布设，应采用分层布置的设计方案，同一水平高度安装的探测器应采用光轴交网的布防方式；吸气式探测器的采样管宜采用顶棚下水平布管或沿壁下垂布管方式。

(2)对于初期火灾即为明火的情况，应采用感烟及火焰探测器组合的复合探测模式。火焰探测器可提高系统报警响应灵敏度，同时感烟探测器可弥补初期火焰规模太小时对图像型探测器灵敏度的影响，提高整个系统的报警响应速度。图像型火灾探测器的布设，在满足视场角及探测距离的同时，探测器应尽量降低安装高度，以提高探测灵敏度，同时布防时应利用附近探测器的防护角度，消除探测器正下方的布防死角。

3结语

大空间建筑迅速增多，火灾监控形势日益严峻。由于此类大空间场所的火灾报警设计尚无明确的规范条文指导，故设计师在进行选型与设计布防时，应慎重选择，根据建筑的空间构造、使用功能，火灾成因，人员流动情况等多方面综合考虑，选择合适的组合探测模式；并充分考虑现场可能影响探测效果的各种因素，如空调和通风系统对火灾烟气扩散的影响，以及临时悬挂物对探测视角的遮挡等，形成有针对性且性能安全合理的布防方案。

参考文献：

[1]GB50116-98，火灾自动报警系统设计规范[S].

[2]吴龙标，袁宏永.火灾探测与控制工程[M].合肥：中国科学技术大学出版社.1999.

[3]袁宏永，赵建华，苏国锋.图像型大空间建筑早期火灾智能探测报警技术[M].2001.