劇場大空間火災自動報警系統設計探析

陳如麒

(福建省合道建筑設計有限公司 福建福州 350001)

0 引言

在高大空間諸如大劇院此類建筑物中，考慮到觀演時有大量觀眾和演出工作人員密集聚集，一旦發生火災，高大空間中的煙霧容易形成稀釋分層等特殊情況，傳統的點型感煙探測器探測和保護已經遠不能適應這些高大空間。另外，由于其場所的面積大，人員集中，其火災保護顯得極為重要。為此，應用在高大空間場所的新型火災探測器應運而生。

《火災自動報警系統設計規范》(GB 50116-2013)第12.4.1條和《民用建筑電氣設計標準》(GB 51348-2019)第13.3.4條規定：高度大于12 m的空間場所，宜同時選擇兩種及以上火災參數的火災探測器；大型庫房、大廳、室內廣場等高大空間建筑，宜選用火焰探測器、線型光束感煙探測器、管路吸氣式感煙探測器、圖像型感煙火災探測器或其組合[1]。

據調查，一般應用在高大空間場所的火災探測器常用的就是線型光束感煙火災探測器(對射)、圖像式雙波段火焰探測器、光截面圖像感煙探測器、吸氣式空氣采樣型感煙探測器。

1 常用大空間火災探測器

1.1 光截面圖像感煙探測器和線型光束感煙火災探測器

光截面圖像感煙探測器抗干擾能力強，能夠分辨發射光源，并對保護空間進行曲面式覆蓋，是一種新型的智能探測器。該探測器在被監控區域內設置的紅外攝像機和紅外發光陣列，發射出的紅外光斑影像由紅外攝像機轉換成視頻信號，傳送給視頻切換器，然后以巡檢方式，逐一將接收到的視頻信號送入控制主機進行處理報警。傳統線型對射是一對一發射接收，而該探測器由發射器和接收器組成，每只接收器可對應多只發射器，一般發射器最多不超過8只。

1.2 圖像式雙波段火焰探測器

雙波段圖像式火災探測器屬于智能型火焰火災探測設備，適用于高大空間等特殊場所。根據保護距離的遠近，可選用適合的規格型號(分為30 m、60 m、80 m、100 m等)，其電壓等級為DC24V，可吊頂式安裝或者壁裝。它由紅外CCD和彩色CCD組成，可將采集到的紅外視頻圖像信號/彩色視頻圖像信號傳送給控制室主機，由信息處理主機判斷有無火災的發生。報警靈敏度可按現場編程靈活設定，以滿足不同需要。該探測器適應環境因素強，并采用非接觸式探測。

1.3 吸氣式空氣采樣型感煙探測器

吸氣式空氣采樣型感煙探測器是一種智能型早期火災探測預警設備，采用主動采樣被保護區域的空氣樣本，能夠在火災前提前預警。它由氣體采樣管網采集到被保護區域內的空氣樣本，空氣樣本通過采樣管網進入探測主機的激光腔，主機對采集到的空氣樣本中的煙霧粒子的粒徑及其濃度值，與原來探測主機預設的報警閾值進行分析比較，一旦達到設定值時，便進行報警。該探測器的高響應速度和高探測靈敏度，一般適用于高氣流高潔凈、通信計算機用房、會展中心等高大空間的建筑物。

2 項目概況

“福州大學城文化藝術中心”位于福州大學城共享區的中心，基地北側緊鄰明德路；西近學府路；東靠旗山大道；南側緊鄰旗山湖，與福建工程學院隔湖相望，景觀優美；地鐵二號線經過基地東側，董嶼站出口及福州西客站臨近基地，交通便利。

該項目由3個單體組成，分別為劇場(1200座)，藝術展覽、電影院(900座，8個影廳)和辦公、附屬設施，地下室設在劇場下面。項目規劃用地面積約5萬m2，項目總建筑面積3.6萬m2，其中地上建筑面積約2.9萬m2，地下室建筑面積約0.6萬m2，容積率0.58，建筑密度32%，綠化率35%。

建筑高度：劇場23.90 m(舞臺28.30 m)；藝術展覽、電影院16.9 m；辦公、附屬設施20.30 m。建筑屬多層建筑，耐火等級二級，按《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)要求設計。該工程項目效果圖及夜景透視圖,如圖1所示。

圖1 大學城文化藝術中心項目效果圖及夜景透視圖

3 火災探測器的選用

該工程設計高大空間分成為入口門廳、觀眾廳、舞臺(主舞臺、側舞臺、后舞臺)3個區域：入口門廳空間中，由于沒有固定或者流動遮擋物，適合選用線型光束感煙火災探測器和圖像式雙波段火焰探測器；觀眾廳上空頂棚為曲面波浪形結構，鑒于光截面圖像感煙探測器抗干擾能力強，能對保護空間進行曲面式覆蓋，適合選用光截面圖像感煙探測器和圖像式雙波段火焰探測器。舞臺區域為劇院建筑的重點設防位置，主舞臺、側舞臺、后舞臺演出時，懸掛有大量的舞臺燈具和舞臺幕布，其火災危險性可想而知，故選用能夠早期火災探測預警的吸氣式空氣采樣型感煙探測器，另外搭配光截面圖像感煙探測器和圖像式雙波段火焰探測器，以達到多重保護的目的。

4 大空間火災探測器布置方案

4.1 入口門廳

入口門廳高12.0 m，由于該空間中沒有固定或者流動遮擋物，無法滿足安裝線型光束感煙火災探測器和圖像式雙波段火焰探測器的條件。按規范要求，“探測器的光束軸線至頂棚的垂直距離宜為0.3 m～1.0 m，距地高度不宜超過20 m，并且相鄰兩組探測器的水平距離不應大于14 m，探測器至側墻水平距離不應大于7 m，且不應小于0.5 m，探測器的發射器和接收器之間的距離不宜超過100 m”。工程設計選用4組線型光束感煙火災探測器和2組圖像式雙波段火焰探測器，2組圖像式雙波段火焰探測器采用東西兩側對角方式布置，4組線型光束感煙火災探測器采用南北兩側分組分層組網方式布置，線型光束感煙火災探測器分別安裝于H=5 m、11.5 m，圖像式雙波段火焰探測器安裝于H= 11.5 m。線型對射滿足火規第6.2.15條及14X505-1火規圖示第48、78頁中的相關要求。

4.2 觀眾廳

觀眾廳頂棚為曲面波浪形結構，平均高度約為15 m，長×寬大約是30 m×30 m。根據觀眾廳的結構情況，并結合規程DBJ/CT 519-2006的相關要求，工程選用2組光截面圖像感煙探測器(其中設2只接收器，6只發射器)和2組圖像式雙波段火焰探測器，2組圖像式雙波段火焰探測器分別設置于觀眾廳的西北角和東南角，2組光截面圖像感煙探測器的接收器分別設置于觀眾廳的東北角和西南角，6只發射器分別設置于觀眾廳東西兩側均布，與接收器一一呼應。以上兩種探測器對觀眾廳實施全方位形式覆蓋保護。實際的安裝高度可根據二次裝修的要求去調整，探測器至頂棚的垂直距離控制在1.0 m內。頂棚上馬道層內舞臺面光橋處，在網架頂另設有普通點型感煙探測器進行保護。

4.3 舞臺

舞臺分為主舞臺、兩邊側舞臺及后舞臺。主舞臺長×寬約30 m×15 m，兩邊側舞臺長×寬約13 m×15 m，后舞臺長×寬約21 m×15 m。主舞臺上方四周設有三道天橋，主舞臺及后舞臺上方均設有格柵層(葡萄架)?？紤]到舞臺工藝方面在舞臺面上和舞臺上方設有大量大功率的舞臺燈光、音響設備、幕布、舞臺機械電機等專屬舞臺工藝方面的特殊設備，本工程主舞臺部分在葡萄架下方另外設有2組光截面圖像感煙探測器(其中設2只接收器，12只發射器)；2組圖像式雙波段火焰探測器和3組吸氣式空氣采樣型感煙探測器，2組圖像式雙波段火焰探測器分別設置于主舞臺的西北角和東南角；安裝于H=10.5 m，2組光截面圖像感煙探測器的接收器，分別設置于主舞臺的東北角和西南角；安裝于H=10.5 m，12只發射器分，別設置于主舞臺東西兩側均布，分別安裝于H=10.5 m、19.7 m。另外，在每個雨淋閥分區內設1組吸氣式空氣采樣型感煙探測器。為滿足規范，要求“探測器的采樣管采用水平和垂直結合的布管方式，并應保證至少有兩個采樣孔在16 m以下，并宜有2個采樣孔設置在開窗或通風空調對流層下面1 m處”[2-4]。該工程采樣管在垂直向下靠近馬道外側布置，分別在H=9 m、12 m、15 m、18 m、21 m等5個標高處各設置一個采樣孔，采樣管末端設置末端帽，吸氣式感煙火災探測器主機底邊距第三道天橋地面1.5 m安裝。

側舞臺部分設有2組光截面圖像感煙探測器(其中設2只接收器，12只發射器)、2組圖像式雙波段火焰探測器和1組吸氣式空氣采樣型感煙探測器。2組圖像式雙波段火焰探測器分別設置于側舞臺的西南角和東北角；安裝于H=9.5 m，2組光截面圖像感煙探測器的接收器分別設置于主舞臺的西北角和東南角；安裝于H=9.5 m，12只發射器分別設置于側舞臺東西兩側均布，分別安裝于H=9.5 m、15 m。另外，1組吸氣式空氣采樣型感煙探測器底邊距地面1.5 m安裝，垂直管分別在H=9 m、12 m等2個標高處各設置一個采樣孔。

后舞臺部分設有2組光截面圖像感煙探測器(其中設2只接收器，12只發射器)、2組圖像式雙波段火焰探測器和1組吸氣式空氣采樣型感煙探測器。2組圖像式雙波段火焰探測器分別設置于后舞臺的西北角和東南角；安裝于H=9.5 m，2組光截面圖像感煙探測器的接收器分別設置于主舞臺的西南角和東北角；安裝于H=9.5 m，12只發射器分別設置于后舞臺東西兩側均布，分別安裝于H=9.5 m、12.5 m。另外，根據雨淋閥分區，另設有2組吸氣式空氣采樣型感煙探測器，底邊距地面1.5 m安裝，垂直管分別在H=9 m、12 m等2個標高處各設置一個采樣孔。

舞臺探測器在滿足規范要求的條件下，探測器安裝還應考慮幕布、吊桿的遮擋，并應與舞臺機械專業配合。

該工程在舞臺四周三道天橋頂設有普通點型感煙探測器，另外在葡萄架頂上方也設有普通點型感煙探測器進行保護。

5 火災自動報警系統聯動方案

給排水專業在入口門廳、觀眾廳等高大空間，應設置大空間智能型主動噴水滅火控制系統(消防炮)。該系統由下列部件組成：智能滅火裝置控制器、智能型探測組件、電源裝置、火災報警裝置、水泵控制箱以及其它控制配件。大空間智能型主動噴水滅火系統由專用控制主機進行聯動控制，其啟動方式有控制室自動、手動和現場應急手動等3種啟動方式[5]。

(1)自動控制方式：消控室無人值守時，或人為使系統處于自動狀態下，探測器將火災信息傳送到信息處理主機，主機發出滅火指令，滅火裝置按已經設置好的程序搜索滅火點并鎖定，進而啟動電動閥和消防泵進行噴水滅火。

(2)手動控制方式：消防控制室設備在手動狀態下，當火警信號被圖形顯示裝置捕捉到后，消控室內的執勤人員通過控制室內滅火操作盤上的手動操作按鈕，啟動電動閥和消防水泵實施滅火。

(3)現場應急操作方式：現場工作人員發現火情后，通過設在現場的手動控制裝置，開啟電動閥和消防泵進行滅火。

另外，給排水專業在舞臺等高大空間設置雨淋系統，在主舞臺和觀眾廳、主舞臺和后舞臺之間分別均設有防火幕進行防火分隔保護，給排水專業在每道防火幕旁另設有水幕系統。依據《火災自動報警系統設計規范》(GB 50116-2013)第4.1.6、4.2.3、4.2.4條[2]，工程在主舞臺、側舞臺、后舞臺設置的圖像式雙波段火焰探測器和光截面圖像感煙探測器的報警信號，僅作為聯動控制雨淋閥組開啟的聯動觸發信號之一。給排水專業按區域設置的雨淋分區對應相應的雨淋閥組，由各區域吸氣式空氣采樣型感煙探測器報警信號聯動開啟。

防火幕由所在防火分區內，任兩只獨立的火災探測器的報警信號，作為防火幕下降的聯動觸發信號，并應聯動控制防火幕直接下降到樓板面。另外，防火幕下落到樓板面的動作信號與報警區域內，任一火災探測器或手動火災報警按鈕的報警信號，作為水幕閥組啟動的聯動觸發信號，并應由消防聯動控制器聯動控制水幕系統相關控制閥組的啟動。

6 應用效果分析

該工程在建設單位、設計單位、施工單位、監理單位、勘察單位等五方的通力配合下，克服項目施工中存在的諸多難點問題，最終得以順利竣工驗收，為業主方交上了一份完整的答卷。目前，保利劇院將管理和運營福州大學城文化藝術中心劇院項目，功能定位為大學生文藝創作孵化空間、文化藝術作品展示平臺、大學生文化藝術基地、兩岸青年藝術交流窗口，將來將成為福州高新區上街大學城的城市地標，并作為各高校在文化、藝術、科研等領域深度交流的窗口和平臺。

7 結語

本文對高大空間建筑物的火災探測器的選用、布置方案及相關聯動設計進行分析探討說明，對后續同行設計類似高大空間建筑物的火災自動報警設計，具有一定的參考性和可借鑒性。