某航站楼火灾自动报警系统设计与施工小结

2018-11-26沈丹，李军

智能建筑电气技术 2018年5期

沈丹，李军

(中南建筑设计院股份有限公司，武汉 430071)

0 引言

本项目为某机场航站楼工程，属特大型交通建筑。从可研立项到项目完工交付，设计团队经历了从项目前期消防性能化设计、系统方案比选、与消防及运维部门沟通、初步设计与施工图设计、消防专项审查、施工及竣工验收、转场投运等多道程序，期间又遇到了《火灾自动报警系统设计规范》、《建筑设计防火规范》等规范的改版更新、施工配合调整，消防验收整改等困难，故笔者总结了项目设计和施工过程中出现的一些值得关注的问题，如消防控制室的供电、探测器的选择、联动的逻辑关系等，以供同类型项目参考。

1 工程概况

航站楼建筑面积约50万m2，其中地上42.5万m2，地下6.96万m2，建筑总高41.4m。航站楼由中部的4层航站主楼和两翼的2层指廊和连廊组成，采用混流设计。航站楼主楼从上到下分别为：办票大厅和国际/国内出发层(14.0m标高)、国际到达层(9.5m标高)、国内候机、到达层和行李提取厅(5.1m标高)、旅客集散厅(±0.0标高)，地下室主要是设备用房及行李处理房。本建筑耐火等级为一级，防雷等级为二类。

2 系统及消防控制室的确定

消防控制室作为火灾扑救时控制、管理中心，是航站楼安全保障的重要设备用房，故消防控制室位置的选择非常重要。航站楼由航站楼主楼加东西两侧指廊、与T2连廊组成，建筑物总长为1 188m(包括主楼及两侧指廊的总长)，宽354.6m，连接T2的总连廊长366.2m。

根据航站楼建筑平面布局及功能分区、机场公安管理需求，并结合火灾自动报警系统设备特点，在一层航站楼主楼区域设置一间消防控制室，东西连廊区域各设置一间消防分控室(消防控制室选择的位置直通室外，且消防车均可直接到达)。

位于主楼区域的消防控制室主要负责管辖区域内的火灾报警及消防水泵、风机等消防设备的联动及控制，并将两个分控室的报警及联动信号通过通信线路传至消防控制室内的火灾报警主机及联动控制器，以实现对整个航站楼内所有火灾报警信号处理和集中显示,并对消防联动设备进行集中控制、监视、显示和检测。

设置在东、西连廊区域的消防分控室，分别负责东、西两侧指廊及连廊区域内的火灾报警及消防风机、电磁阀等消防设备的联动控制，其报警及联动信息均通过光纤传至主楼内的消防控制室。

航站楼火灾自动报警系统形式为控制中心报警系统，为确保主控室与分控室之间报警主机的可靠通信，设计采用光纤环网连接方式(火灾自动报警系统构架图如图1所示)，即通信线路任何一点发生故障，对整个航站楼内的火灾自动报警系统无影响。

图1 火灾自动报警系统构架图

航站楼火灾自动报警系统中报警点位约13 000个，监视和控制点约8 000个，除了火灾自动报警主机、联动控制器等设备外，与消防联动相关的系统设备(如消防炮控制器及显示装置、智能应急疏散照明系统主机、漏电火灾报警主机、消防电源监控系统主机、防火门监控系统主机、空气采样系统报警主机、安防系统监控终端等)均设置在消防控制室内；消防分控室内仅设置火灾自动报警主机、联动控制器、手动控制盘及消防图像显示装置。因此消防控制室面积需根据各系统设备来确定。设计时应考虑各设备的布置摆放，明确各控制室面积。本工程主楼区域设置的消防控制室面积约120 m2，东西连廊设置的消防分控室面积约80 m2。消防控制室的位置示意图如图2所示。消防控制室(总控)的平面布置图如图3所示。

图2 消防控制室位置示意图

3 系统电源设置

3.1 消防控制室内电源的设置

火灾自动报警系统供电是整个系统设计最容易忽略的部分。根据GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》10.1.1条规定，火灾自动报警系统应设置交流电源和蓄电池备用电源。设计初期常规做法是在消防控制室设置一个双电源切换箱，出线回路开关及线缆均预留，后期由施工方进行深化实施。由于本项目跟消防有关的系统设备种类多，对电源可靠性要求高，故设置在消防控制室内与消防有关的设备电源均采用UPS电源装置供电，还需考虑应急电源的输出功率为消防系统设备全负荷功率的1.2倍。经过计算，在消防控制室设置一台20kVA的UPS电源装置，两个分控室分别设置一台10 kVA的UPS电源装置，供电时间3h。

图3 消防控制室平面布置图

3.2 直流24V电源的设置

火灾自动报警及消防联动系统DC 24V电源设置与建筑规模、供电距离、消防设备数量有关，为确保系统的稳定可靠，系统电源的配置应从以下几个方面考虑。

(1)线路满载需保证末端设备电压足够。当导线长、线路电流大时，导线上压降就非常显著，所以导线选择不当会使消防设备因电压不足而无法启动。配置电源时，应保证线路末端电压大于用电设备的最小工作电压。可以通过增大线径的方式减少末端电压损失，还可以利用火灾报警控制器延时输出功能，通过软件编程的方式，对同一回路上的设备进行分时控制，即同一时间内外控设备数量减少。在此项目中，为确保系统线路的可靠性，电源线采用截面4mm2的铜芯线缆，经实际测试，电源线长达250m时电压损失不明显。

(2)确保提供足够电源电流容量。防火卷帘门、风机、水泵都是通过中间继电器来控制的，选用的继电器阻值一般在500Ω以上，此类设备不是产生压降的主要原因，而排烟阀、风口、气体灭火启动钢瓶等电磁阀类联动设备动作电流比较大，如电磁阀的电阻值一般为36Ω，动作电流为0.65A，门口执行机构电流多在1～2A，故这类设备的启动电流大，对线路压降造成的影响也很大。在这些区域，可以通过设置区域直流电源箱。通过单独设置直流电源箱，把外部设备电源与模块的电源分开，更能保证模块的正常工作，也减少了外部电源对系统的干扰。本项目采用了分区域设置直流电源箱的方式对末端联动设备进行供电。

4 火灾探测器的选择及布置

航站楼的火灾探测器分为以下几类。

(1)点式感烟及感温探测器的设置：在高度<12m的空间如办公室、门厅、设备用房等部位设置点式智能感烟探测器，吸烟室、发电机房、厨房等空间设置感温探测器，有可靠联动要求或分步动作的场所同时设置感烟及感温探测器。设计时应注意无吊顶区域结构梁高对探测器的影响，需提前与建筑结构专业进行沟通确认，对无吊顶区域梁高数据进行复核，探测器的布置需满足GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》6.2.3条的规定。

本项目强弱电间、行李设备平台层、行李用房、高度小于2m的设备夹层等部位，梁高均大于600mm以上，初设阶段按照有简单吊顶的方式进行设计估算，但在后期实施过程中取消了吊顶，则需要考虑梁高对探测器布置的影响，后期较初步设计阶段增设了近3 000只火灾报警探测器。

(2)高大空间火灾探测器的设置：四层出发层，建筑高度14～24.5m，对高大空间的保护目前设计上采用的火灾探测器主要有红外光束感烟探测器、光截面图像探测器、空气采样早期烟雾探测器和双波段图像探测器这几种，各探测器的适用场所如下。

1)红外光束探测器适用场合

红外光束感烟探测器安装示意图如图4所示。

图4 红外光束感烟探测器安装示意图

该探测器适合火灾阴燃阶段，且高度>12m，在探测器光路上无固定遮挡物、无大量粉尘、干粉、水雾和蒸汽等环境比较洁净的高大空间场所；无强磁场、高温和较大振动干扰绕的高大空间场所。

2)光截面图像探测器适用场合

光截面图像探测器安装示意图如图5所示。

该探测器适用于大空间和其他特殊空间，可以对保护空间实施任意曲面式覆盖，适合火灾阴燃阶段，光截面探测器采用非接触式探测，对环境适应能力强、可用于有一定震动及干扰光线较强的场所。

图5 光截面图像探测器安装示意图

3)空气采样早期烟雾探测器适用场合

空气采样早期烟雾探测器安装示意图如图6所示。

图6 空气采样早期烟雾探测器安装示意图

该探测器适合火灾阴燃阶段，且无大量粉尘、干粉、水雾和蒸汽等环境比较洁净的高大空间场所；有较强的电磁辐射容易引起其他探测器误报的高大空间场所；有固定遮挡物和移动遮挡物的高大空间场所；有高速空气流、低温、人员不宜进入的场所。

4)双波段图像探测器适用场合

双波段图像探测器安装示意图如图7所示。

图7 双波段图像探测器安装示意图

该探测器适用于火灾发展迅速产生大量的烟和火焰辐射的高大空间场所；无大量粉尘、蒸汽、水雾、油雾等环境相对洁净的场所；无强光、白炽灯等光源直接或间接照射的场所。

根据规范要求，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。设计初期考虑使用双波段图像型、红外光束探测器作为高大空间火灾自动探测装置，同时双波段图像型火灾探测器还作为自动消防水炮的定位装置。

但实际上，对航站楼这样具有高大空间、大跨距(18m×18m)特点的建筑，在四层出发层使用线型光束感烟探测器是不合适的。因设计中要考虑烟气分层的影响(通过实验可得知，烟气上升过程中，在6～7m出现第一次分层，上升至11～12m处开始出现第二次分层)，故在烟气分层区域设置火灾探测器有利于火灾的早期探测。

航站楼主楼区域长为414.5m，宽354.6m，若采用红外光束感烟探测器，则需要在烟气分层区域进行两行探测器的安装，红外光束感烟探测器安装要求间距≤14m，接收器和发射器之间的距离≤100m，此方案难以操作，受限较多。原因之一是影响顶棚的美观，分层安装需从顶棚往下安装吊杆；其次顶棚在不同部位悬挂广告牌、引导屏等，对探测器有很大干扰。

故设计采用空气采样早期烟雾探测器作为早期探测的预警，安装时探测器主机装设与四层马道夹层上，采样管根据顶棚天花的模数，按8m×8m的间距进行安装，在高于16m的空间采样管沿钢柱往下敷设，每隔3m设置一个采样点，保证16m以下区域至少有两个采样孔设置在开窗或空调对流层下1m处。

本项目高大空间采用双波段图像探测器加空气采样早期烟雾探测器的方式进行保护。如图8所示，采样孔在顶棚天花的拼缝处设置，整个顶部空间美观整洁，即使有遮挡物也不会对火灾探测器的使用效果造成影响。

图8 空气采样早期烟雾探测器现场效果图

5 消防设备的联动控制

本工程消防系统多而全、控制逻辑复杂，四层高大空间区域超出国家消防技术标准，属于消防性能化的范围，这些区域不能按常规的防火分区实现联动控制，故需对此区域内的消防设备联动控制要求进行相应的调整。重点讨论以下几个系统。

5.1 门禁释放按钮及消防联动逻辑设置原则

规范要求火灾时消防联动控制器具有打开疏散通道上由门禁系统控制的门的功能。对航站楼这样的特大型建筑，单层面积大，功能复杂，部分区域门禁还涉及到安检及安全，一旦火灾时释放所有疏散通道上的门禁，势必带来很大的安全隐患，给航站楼的管理造成极大的难度。

经过与消防、航站楼管理部门的沟通，对性能化区域，采用了虚拟防火分区的方式。在虚拟防火分区内，按照功能区域进行设置门禁释放按钮，具体设置原则为：根据不同楼层、不同功能分区(如指廊区、行李提取大厅、迎客大厅)分为12个区域。发生火灾时，释放相应区域的门禁即可，也不会对其他区域造成较大的影响，航站楼管理部门可就以上设置原则制定相应的应急策略。

5.2 FA系统与行李系统(BHS)的接口及联动关系

在行李系统穿越防火分区处，装设有防火卷帘门。火灾自动报警系统与卷帘门、BHS的关系如下：火灾确认后，通过模块将报警信息传递给BHS系统的PLC，然后PLC控制BHS动作，清空皮带上的行李并停止，把卷帘门可以动作的信号返给火灾报警系统。系统主机得到认可消息后发布命令给卷帘门，卷帘门开始动作，下降到底后，返回信号给BHS。其他如开、关门请求信号，开、关门到位请求信号等， BHS系统负责把BHS子系统与卷帘门之间的连锁信号线由防火卷帘门控制箱引至BHS各子系统的远程I/O控制箱处(详图9)。

由此可知，行李系统不能直接控制卷帘门，必须要通过与火灾报警系统的对接后，间接控制卷帘门，并获得反馈信息。本项目的具体做法为在防火卷帘门控制箱处设置模块箱，内设3只控制/反馈模块(2只模块用于防火门控制箱，1只报警并接入行李系统PLC)完成上述联动功能。

需要强调的是，施工时尤其要注意要求机电安装承包商在消防卷帘门附近提供消防报警信号源接口，从该接口到行李系统PLC控制的线缆连接，接口信号连接、控制处理等工作均由行李系统承包人负责。

图9 BHS系统与防火卷帘门之间的连锁信号示意图

5.3 超细干粉灭火系统的联动控制

航站楼内设有超细干粉的设备间近300间。按照常规做法，超细干粉的联动控制同气体灭火系统，实现此功能必须设置单区气体灭火控制盘、紧急启停按钮、放气信号灯、声光报警器等设备。

在本项目中，若超细干粉系统的联动控制也按此方法进行设计和实施，则仅此一项控制系统的设备造价就高达400多万。因设备间数量较多，且均为无人值守机房，经过与相关部门的沟通，在满足功能和现场实施的前提下，设计采用了简化方案:设计采用一只控制/反馈模块与超细干粉灭火装置的电控阀连接，控制/反馈模块接入火灾自动报警系统中(火灾报警系统主机可显示具体灭火的区域)，以此方式实现系统的自动控制；在强弱电间的门外设置一只启动按钮，按钮与电控阀通过硬线直接连接，以实现现场手动操作功能。采用此方案，可实现消防控制室对超细干粉系统的远程控制、信号反馈、手自动控制功能，节省造价300多万元，也通过了消防部门的验收许可。简化后的超细干粉灭火系统联动控制图如图10所示。

图10 超细干粉联动控制系统图(简化)

6 设计与施工中应注意的问题

6.1 模块的设置

根据规范要求，每个报警区域内的模块宜相对集中设置在本报警区域内的金属模块箱中。但本项目消防设备多、位置比较分散，如果将模块集中设置在配电间内，虽然便于维护管理，但出线回路长，提高了工程造价。因此，本设计采用相对集中的方式，如在配电间、空调机房等设备间内设置模块箱，同时对联动回路单独设置探测回路和电源线路，可有效节省造价，也便于后期维护。

6.2 消防广播系统

本项目利用航站楼公共/业务广播系统作为火灾应急广播。系统采用IP系统广播，设计时应注意广播线缆的选择，光纤及铜缆均要求采用阻燃型线缆，设备需符合国家消防电子产品质量检验的选用标准，能提供检验报告。

根据GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》4.8.8条要求，火灾确认后，应同时向全楼进行广播。施工单位在实施过程中容易对此条文产生误解，实施时没有按照防火分区/消防联动分区进行编码，仅仅用了七只模块分别对四个指廊、一层、二层、四层进行分区，这不符合规范4.8.10条中提到的消防控制室能手动或按预设控制逻辑联动选择广播分区。故设计时需明确要求在消防控制室将各个防火分区/消防联动分区的报警信号接入消防广播应急切换装置，实现分区广播，并能在火灾时全楼播放应急广播。

6.3 消防设备的手动控制功能

消防设备的手动控制功能分为两种，一种是采用专用线路直接连接至设置在消防控制室内的消防联动控制器的手动控制盘实现手动功能；另一种是通过消防联动控制器上的按钮实现手动功能。

采用专用线路进行实现手动控制方式的设备有：防排烟风机、消防水泵、预作用阀组和快速排气阀前的电动阀、雨淋阀组；采用消防联动控制器上的按钮实现手动控制方式的设备有：排烟系统、防烟系统中加压送风口、电动档烟垂壁、排烟口、排烟窗、排烟阀，非疏散通道上设置的防火卷帘门、电动窗、门禁系统。故设计时需要提出在消防联动控制器实现以上设备的手动控制功能，以防设备采购和安装时漏掉此部分。