现代体育场馆火灾报警系统设计

吴丽娜 / 高可来 / 孟 冰 (中国建筑东北设计研究院有限公司, 辽宁 沈阳 110003)

第十二届全运会将于2013年在辽宁省举行。目前，全省各市全运会场馆建设正进入攻坚阶段。十二届全运会的举办，将极大促进辽宁大型体育场馆的全面建设，同时对超大空间、复杂结构形式场馆的火灾自动报警设计也提出了难题。2011年笔者有幸参与了第十二届全运会备用场馆—沈阳盛京国际演艺中心的设计，该场馆建筑面积约10万m2；工程包括主体育馆、训练馆、地下车库及坡道，建筑高度约40m，长约170m，宽约170m。本工程为甲级体育建筑，主要用于举办全国性和单项国际性比赛，主要比赛项目为篮球，适当兼顾排球、羽毛球、网球、乒乓球和体操等。工程参照了NBA比赛的设计标准，为便于非比赛时期的使用和经营，还考虑了文艺演出及展览等活动的使用要求。本工程主馆屋面为球面屋面，主馆及训练馆篮球场地上方屋面采用直立锁边铝镁锰合金屋面板，钢结构屋顶。

根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）及《吸气式烟雾探测火灾报警系统设计、施工及验收规范》(DBJ01-622-2005)，本工程的火灾报警系统设计在传统的火灾自动报警及消防联动控制系统上增加了VESDA极早期空气采样式烟雾探测系统。通过消防控制中心的集中监控主机对整座体育馆进行火灾监测及消防联动控制。本文主要阐述了空气采样式烟雾探测系统的工作原理及如何选型布置。

1 VESDA极早期空气采样式烟雾探测系统

1.1 系统的选择

根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98），在一般建筑中，8m以下空间多使用感烟和感温型火灾探测器，探测效果比较理想；在8m～12m的空间一般使用感烟探测器，亦可以满足要求；而在12m以上的空间，选择红外光束感烟探测器及火焰探测器。但是火焰探测器和红外光束感烟探测器不适用于有遮挡的空间，而且红外光束感烟探测器的设置高度不宜超过20m，且接收器与发射器之间的长度不能超过100m。显然本工程主馆上空不适于选用火焰探测器和红外光束感烟探测器。如何解决高大空间的火灾报警这个难题，《吸气式烟雾探测火灾报警系统设计、施工及验收规范》(DBJ01-622-2005)3.2.1 指出，下列场所宜采用 吸气式烟雾探测火灾报警系统：

1）具有高空气流的场所；

2）具有高大开敞空间的场所；

3）低温场所 ；

4）需要进行隐蔽探测的场所；

5）需要进行火灾早期探测的关键场所；

6）人员高度密集的场所；

7）有强电磁波产生和不能被电磁干扰的场所；

8）人员不宜进入的场所。

因此，本工程在体育馆主馆上空选择使用VESDA极早期烟雾探测火灾警报系统（以下简称VESDA）。

在体育馆中还有许多障碍物较多、不方便维修的空间，例如扶梯周围、顶层超过10m的空调机房；在安防监控中心、消防控制中心地板下线缆很多，温度也比较高，如果发生火灾损失惨重，在这些地方也使用了VESDA。我们在做火灾报警系统设计时，不仅要考虑先期成本的投入，也应该考虑到后期维护管理及维修成本。

1.2 系统工作原理

VESDA由空气采样管网、火灾报警装置及显示控制单元组成，通过吸气泵不断地往采样管网中采集空气。采样的空气通过2级过滤器，第1级过滤掉空气中的灰尘和污垢，过滤后的采样空气进入激光探测腔进行探测；第2级过滤（精细过滤）出的超级洁净空气能够保证探测器的光学表面洁净无污染，确保探测器的校准稳定无误，寿命长久，并减少误报。

采样空气经过滤器进入校准的探测腔，如果空气中存在烟雾，探测腔中的激光会发生散射，并且立即被高灵敏度的接收系统所识别。该信号被处理后通过发光图条、报警阀值指示器和/或图形等方式显示出来。

VESDA探测器自带继电器（最多可设置6个，在本工程中考虑到实际成本情况仅使用了3个：1个预警、1个火警、1个故障），利用3个输入模块将该信息传递给消防控制中心火灾报警控制器，实现现场消防设备的联动功能，并把极早期烟雾探测系统和传统火灾报警系统及消防联动控制系统联合起来。

VESDA的报警范围从0.005%到20%obs/m，在此烟雾浓度范围内设置2级报警，第1级报警为 “预警”状态，通过疏散系统启动报警（蜂鸣式），并通过传呼机或手机短信向更多的工作人员发出报警信号，疏导人员离开场馆；第2级报警为“火警”状态，说明火灾已迫近或已经起火。在这个阶段，建筑内的人员已经疏散完毕，火灾报警控制器上的“区域”已激活，报警信号传送到当地的消防监管部门。一旦烟雾浓度充分证明火灾已开始，灭火系统启动。再设置故障报警，通过网络通讯线将故障信息传递至消防控制中心的VESDA集中监控主机，确定故障原因及故障位置，以便进行检修及故障清除。

本工程37台VESDA系统网络使用RS485环形网络结构，通过监控软件对探测器进行观测、编程，具有容错功能，其中任意点断开不影响整个网络通讯。

1.3 探测器选型

根据DBJ01-622-2005《吸气式烟雾探测火灾报警系统设计、施工及验收规范》：

3.1.3 在进行系统设计时，应根据被保护区域的大小、环境状况、被保护对象的位置及防护等级，选择适合的探测器。

3.1.5 探测区域不应跨越防火分区，一条管路的探测区域不宜超过500m2,一台探测器的探测区域不超过2 000m2。

3.1.6 当一台探测器保护多个探测区域时，同一探测器所保护的不同探测区域的气流、温度及湿度等环境条件应一致。

本工程在体育馆主馆上空选择VESDA标准型探测器，报警不区分烟雾来自哪根采样管，而在主馆顶层8个空调机房（机房高度超过12m）内选择VESDA扫描性探测器，可以区分4根采样管中的任一根（即烟雾来自哪一个被保护区域）。在一层相邻的消防控制中心及安防监控中心内也选择VESDA扫描性探测器。这样消防工选择。

表1 探测区域空气交换率与采样孔保护面积的关系

本工程探测区域空气交换律＜8.6次/h。该规范规定：

3.3.7 一台探测器的采样管总长不宜超过200m，单管长度不宜超过100m。作人员在消防控制室就可以判断起火位置，尽早作出反应，尽快采取措施。

图1 看台下方房间的探测器布置

1.4 空气采样管网的布置

根据DBJ01-622-2005《吸气式烟雾探测火灾报警系统设计、施工及验收规范》：

3.3.1 吸气式烟雾探测火灾报警系统的每个采样孔应视作一个点式感烟探测器。采样孔的间距不应大于相同条件下点式感烟探测器的布置间距。

3.3.2 当采样孔在高气流环境（探测区域空气交换律＞8.6次/h）下布置时，每个采样孔的保护面积应相应减少，具体数值应按照表1进行

3.3.1 2非高灵敏型吸气式烟雾探测器的采样管网安装高度不应超过16m，高灵敏型吸气式烟雾探测器的采样管网安装高度可以超过16m，但至少应有2个采样孔被布置在16m以下区域。

一台VESDA可接4根采样管，每根采样管的长度尽量相等，这样就简化了空气采样系统内平衡气流的程序。如果支管长度不同，调整末端帽的尺寸也能达到适当的平衡。本工程选用PVC管做采样管，内径为21mm，采样孔的直径为2mm，16m以下最少设置两个采样点。

1.5 系统的附加作用

在许多公共设施中，不可见的危险来自于有毒气体和其他有害物质，它们会造成巨大的损害并危及人身安全。如果在探测管道上加装双重气体探测器，VESDA吸气式烟雾探测系统就可以同时进行火灾探测和气体探测。这样的解决方案不仅节省了大量开支，并为公众提供了一个安全健康的环境。

2 普通火灾自动报警及消防联动控制系统

2.1 普通探测器在看台下方的布置

本工程除了在主馆上空及其他高大空间设置VESDA极早期空气采样式烟雾探测系统，其余场所设置的都是传统的火灾报警系统。有很多房间位于看台下方，这些房间因为造型的原因采用不吊顶或是镂空吊顶（镂空间隔比较大所以相当于不吊顶），放置探测器难度很大，见图1。

根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）8.1.5规定，当梁突出顶棚的高度超过600mm时，被梁隔断的每个梁间区域至少应设置一台探测器。当梁间净距小于1m时，可不计梁对探测器保护面积的影响。见图2。

2.2 气体灭火系统

本工程在变电所、柴油发电机房和信息网络中心设置气体灭火系统，其工作原理是：火灾自动报警设备（如“烟感”、“温感”）报警后，“报警主机”通过“输出模块”输出24V联动启动气瓶间内引导瓶的电磁阀，之后气瓶内的气体通过管道输送到保护区内部的喷头，喷射到保护区内；还可通过气体灭火控制盘直接输出24V启动电磁阀喷气。规范要求喷气之前有30s的延时便于现场人员疏散。保护区外部还应安装紧急启停按钮便于处理紧急情况；保护区外还应有声光报警器和放气指示灯提醒人员疏散和显示。

2.3 消防联动中切断非消防电源

消防联动中心的控制功能，一般要求为火灾确认后切断有关部位的非消防电源。考虑体育场在举办赛事及各种演出时，人数众多并且位置集中，火灾发生时如果蔓延快，照明停电面积大会使人员发生恐慌，以致骚乱甚至踩踏。在本工程设计中，火灾报警后切断空调、热风幕和厨房的电力电源，并切断相邻区域的照明电源，自动启动应急照明系统，待人员撤离后,再切断所有非消防电源。.

3 结束语

随着国力的发展，我国会建造越来越多的体育场馆来满足全民健身的需求，增强举办大型赛事的能力，让人们可以观看更加丰富多彩的演出。所以早期火灾报警非常重要，电气设计师在进行火灾报警设备选型与布防设计时，应慎重选择；同时根据建筑的空间构造、装修风格、使用功能以及人员流动情况等进行多方面综合考虑，选择合适的组合探测模式，并且注意维护方便及成本。美观、实用、经济和可靠是一个电气消防设计师应遵循的设计理念。

[1]中华人民共和国公安部. 火灾自动报警系统设计规范GB50116-98[S]. 北京：中国计划出版社，1998.

[2]北京市规划委员会，北京市公安局. 吸气式烟雾探测火灾报警系统设计、施工及验收规范DBJ01-622-2005[S].北京：2005.

[3]中华人民共和国公安部. 固定消防灭火系统设计规范GB50338-2003[S]. 北京：中国计划出版社，2003.