近期，筆者單位承接了青島東方伊甸園項(xiàng)目設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目建成后將成為標(biāo)志性的植物園溫室館，其消防設(shè)計(jì)有諸多突破現(xiàn)行規(guī)范的做法。在設(shè)計(jì)方和消防顧問合作下，該項(xiàng)目消防設(shè)計(jì)順利通過了特殊消防專家評審。
項(xiàng)目概況
青島東方伊甸園項(xiàng)目是由中國金茂控股集團(tuán)有限公司、青島城市建設(shè)投資有限責(zé)任公司和青島高新區(qū)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司共同出資，引進(jìn)英國伊甸園IP與經(jīng)營理念，根據(jù)青島特色打造的新型生態(tài)、環(huán)保、科普教育中心。本文僅介紹該項(xiàng)目的核心區(qū)地標(biāo)建筑—— 熱帶雨林溫室（以下簡稱溫室館）。溫室館的造型是一個(gè)光滑的橢球體，像一顆晶瑩剔透的水滴，如圖1所示。
溫室館外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼及ETFE充氣氣枕，ETFE可以最大程度地為室內(nèi)提供自然光環(huán)境，并且從外觀上實(shí)現(xiàn)光滑通透的效果。溫室館內(nèi)的雨林植物、山體、連橋等建筑物，結(jié)合云霧、雷雨和閃電等體驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，為游客帶來身臨其境的熱帶雨林體驗(yàn)。
溫室館總建筑面積為34 133 m2，南北長軸約194 m，東西短軸約135 m，網(wǎng)殼最高點(diǎn)約57.4 m。其中溫室大空間所在防火分區(qū)總建筑面積為27 000 m2，最遠(yuǎn)點(diǎn)到達(dá)最近安全出口的距離約為60 m。對于電氣專業(yè)而言，本項(xiàng)目的消防設(shè)計(jì)存在以下重點(diǎn)、難點(diǎn)：
a. 植物展示區(qū)可以稱作一個(gè)小型森林，展示的植物、樹木本身為可燃物；
b. 展示區(qū)面積較大，且不容易設(shè)置防火分隔，防火分區(qū)遠(yuǎn)超規(guī)范要求；
c. 環(huán)境濕度相對較高，對館內(nèi)的金屬設(shè)備材料是一種考驗(yàn)；
d. 館內(nèi)植物種類繁多，植物有高有矮、生長繁茂且其生長過程是動態(tài)的，這對于火災(zāi)探測器的選擇和布置提出了更高的要求；
e. 館內(nèi)屬于人員聚集的公共娛樂場所，人員的不安全行為是潛在的火災(zāi)隱患；
f. 館內(nèi)配套的體驗(yàn)設(shè)施有大量電氣設(shè)備，電氣火災(zāi)的發(fā)生概率較高。
電氣消防策略
本項(xiàng)目屬于一個(gè)典型的大空間建筑，且空間高度不一致。根據(jù)GB 50116 - 2013《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第12.4節(jié)“高度大于12 m的空間場所”12.4.1條規(guī)定：“高度大于12 m的空間場所宜同時(shí)選擇兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器”，12.4.2條“火災(zāi)初期產(chǎn)生大量煙的場所，應(yīng)選擇線型光束感煙火災(zāi)探測器、管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器或圖像型感煙火災(zāi)探測器?！备鶕?jù)GB 51348 - 2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第13.3.4條“大型庫房、大廳、室內(nèi)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(zāi)探測器或其組合?！被究蓪⑻綔y器鎖定在火焰探測器、線型光束感煙火災(zāi)探測器、管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器或圖像型火災(zāi)探測器，且需要使用兩種及以上的組合模式。
線型光束感煙探測器是利用紅外線組成探測源，利用煙減少紅外發(fā)光器發(fā)射到紅外收光器的光束來判定火災(zāi)。從工作原理可以看出紅外線的對射是不允許有遮擋物的，就溫室館的室內(nèi)環(huán)境而言，植物的枝葉、高壓微霧的水霧均有可能對紅外線光束帶來遮擋，造成誤報(bào)警。且下文中會提到，溫室的一個(gè)防火分區(qū)會分成10個(gè)防煙分區(qū)，當(dāng)一個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)探測器報(bào)警時(shí)，消防控制室內(nèi)應(yīng)能識別出防煙分區(qū)地址，以便消防聯(lián)動控制器控制該防煙分區(qū)的消防設(shè)備。顯然線型光束也無法識別到具體的某個(gè)防煙分區(qū)，故該種火災(zāi)探測器不適用于本項(xiàng)目。
管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器又稱作極早期火災(zāi)探測器，由于在火災(zāi)初期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)可提供充足的時(shí)間采取措施來消除火災(zāi)隱患，使火災(zāi)的損失降到最低。其原理是通過空氣采樣管把保護(hù)區(qū)的空氣吸入探測器進(jìn)行分析從而進(jìn)行火災(zāi)的早期預(yù)警。系統(tǒng)通過分布在探測區(qū)域的空氣采樣孔，將周圍空氣以主動吸入的方式，送至激光型感煙探測器，在激光腔內(nèi)對空氣中的煙霧粒子濃度進(jìn)行分析，從而達(dá)到火災(zāi)報(bào)警的目的。而本項(xiàng)目是人員密集場所，同時(shí)可燃物也比較多，對于火災(zāi)的早期預(yù)警是很有必要的。故本項(xiàng)目將管路吸氣式火災(zāi)探測器作為其中一種探測器。
根據(jù)“采樣管網(wǎng)安裝高度超過16 m時(shí)，靈敏度可調(diào)的探測器應(yīng)設(shè)置為高靈敏度，且應(yīng)減小采樣管長度和采樣孔數(shù)量”“一個(gè)探測單元的采樣管總長不宜超過200 m，單管長度不宜超過100 m”等原則，本項(xiàng)目設(shè)置了30臺高靈敏度空氣采樣主機(jī)，根據(jù)探測面積選用了2條和4條采樣管相結(jié)合的方式，管路沿鋼網(wǎng)架進(jìn)行敷設(shè)，這樣的布置方式不易被察覺，從而避免了對視覺美觀的破壞，這也是該探測器的另一項(xiàng)優(yōu)勢。其布置圖如圖2所示。
該探測器主機(jī)采用專用電源（UPS - AC 220 V / DC 24 V 10 A）供電，在市電斷電的情況下，其專用電源仍能保證180 min正常工作。每個(gè)探測器自帶的繼電器輸出3個(gè)干接點(diǎn)信號（預(yù)警、火警、故障）與FAS系統(tǒng)的3個(gè)輸入模塊相連接，從而將相應(yīng)保護(hù)區(qū)探測器的報(bào)警及故障狀態(tài)傳輸給FAS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場消防設(shè)施及滅火系統(tǒng)的聯(lián)動。探測器主機(jī)距離地面1.4 m抱箍安裝。采樣管采用阻燃PVC管，管壁應(yīng)保證不小于2 mm，采樣孔直徑為3 mm。
圖像型火災(zāi)探測器的工作原理是利用火災(zāi)早期煙氣的紅外輻射特性和火焰可見光的輻射特性，對火災(zāi)信號進(jìn)行采集、識別、分析、報(bào)警。除了煙霧探測功能外，還具有火焰探測功能，并對保護(hù)區(qū)域進(jìn)行視頻監(jiān)控，系統(tǒng)可接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，兼具視頻監(jiān)控和火災(zāi)探測的雙重功能。本項(xiàng)目將設(shè)置圖像型火災(zāi)探測器作為第二種火災(zāi)探測器。
本項(xiàng)目選用的圖像型探測器可對近紅外和彩色圖像同時(shí)進(jìn)行分析，即可實(shí)現(xiàn)對煙霧、火焰多參數(shù)的探測，且自帶背景光源，輸出像素200萬以上。根據(jù)GB 50116 - 2013第6.2.14節(jié)“火焰探測器和圖像型火災(zāi)探測器的設(shè)置”相關(guān)要求，本項(xiàng)目分別在17.25 m和34.25 m兩個(gè)高度位置設(shè)置了42套可以覆蓋整個(gè)溫室館、且能區(qū)分不同防煙分區(qū)的圖像型火災(zāi)探測器。其平面布置圖如圖3所示。
每2 ~ 4套探測器就近位置設(shè)置1套專用設(shè)備箱，設(shè)備箱內(nèi)配置工業(yè)光纖交換機(jī)、光纖接線盒以及DC 24 V消防電源。
最終，本項(xiàng)目選擇了管路吸氣式感煙 + 圖像型兩種相結(jié)合的方式，作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的探測器。
自然排煙本是暖通專業(yè)在消防設(shè)計(jì)中的重要組成部分，本工程用到了排煙窗 +“膜熔斷”作為自然排煙的開啟方式，如圖4所示。下面對“膜熔斷”的控制方式、熔斷方式進(jìn)行介紹。
每一個(gè)氣枕膜是一個(gè)三角形，當(dāng)消防聯(lián)動控制器給出指令，需要將該排煙區(qū)域的膜進(jìn)行熔斷打開時(shí)，氣枕膜三邊中有兩邊會通過電熱絲加熱，將其兩邊熔斷，如圖5所示。此時(shí)，氣膜將會打開，形成窗口，但不會脫落。根據(jù)GB 51251 - 2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.6條相關(guān)規(guī)定，不論外界環(huán)境溫度如何，本項(xiàng)目的膜熔斷完成時(shí)間不應(yīng)大于60 s。這需要膜熔斷廠家模擬外部寒冷天氣，確保電熱絲一旦開始加熱，60 s內(nèi)氣枕膜能夠順利打開。膜熔斷裝置節(jié)點(diǎn)如圖5所示。
膜熔斷屬于一次性的開啟方式，當(dāng)熔斷后無法對氣膜進(jìn)行修補(bǔ)并再次利用，只能通過更換一個(gè)單位氣膜的方式來進(jìn)行“修補(bǔ)”。據(jù)了解，氣膜每m2的造價(jià)不菲，故氣枕膜雖能熔斷，但不允許探測器誤報(bào)而引起的熔斷。
膜熔斷同樣屬于火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動控制的消防設(shè)備，其聯(lián)動觸發(fā)信號均采用兩個(gè)獨(dú)立的報(bào)警觸發(fā)裝置報(bào)警信號的“與”邏輯組合。為了避免探測器誤報(bào)而引起氣枕膜的誤熔斷，建議當(dāng)有一路報(bào)警信號時(shí)，消控室值班人員將消防設(shè)備啟動方式由自動轉(zhuǎn)為手動，經(jīng)人員至現(xiàn)場確認(rèn)，再發(fā)出一路報(bào)警信號，啟動消防設(shè)備。
當(dāng)一旦確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警信號后，除了報(bào)警區(qū)域的防煙分區(qū)進(jìn)行膜熔斷外，其相鄰的防煙分區(qū)及最頂部防煙分區(qū)的膜熔斷或電動排煙窗均應(yīng)動作。溫室館防煙分區(qū)示意如圖6所示。
如當(dāng)防煙分區(qū)03確認(rèn)著火時(shí)，02、03、04、10分區(qū)的膜熔斷、電動排煙窗均動作；其它防煙分區(qū)的氣枕膜不熔斷，以降低火災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失。
本項(xiàng)目內(nèi)游客互動、體驗(yàn)設(shè)施不少，故館內(nèi)用電設(shè)備多，存在不少的電氣火災(zāi)隱患，故在游樂用電設(shè)施的電氣線路上設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，在照明線路上設(shè)置具有探測故障電弧功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。
消防負(fù)荷作為一級用電負(fù)荷，其電纜電線均采用不低于B1（d0、t0 、a1）級阻燃性能產(chǎn)品，干線采用礦物絕緣電纜，支線及配線采用低煙無鹵耐火阻燃電纜。
由于本項(xiàng)目疏散路徑較長，所需疏散時(shí)間偏長，并考慮到后期救援的需要，疏散走道、公共區(qū)域和樓梯間的地面最低水平照度不應(yīng)低于10 lx。根據(jù)特殊消防審查專家意見，對消防應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志備用電源的連續(xù)供電時(shí)間進(jìn)行了加強(qiáng)，由原來的不小于60 min，加強(qiáng)為不小于90 min。
電氣消防策略的思考—— 火災(zāi)探測器補(bǔ)強(qiáng)措施
雖然本項(xiàng)目已通過特殊消防審查和施工圖審查，但考慮到項(xiàng)目建成運(yùn)營后，其內(nèi)部植物經(jīng)過幾年的生長，會更加枝繁葉茂。其枝葉的遮擋會對探測器的靈敏度產(chǎn)生一定的影響。尤其對應(yīng)防煙分區(qū)10，未來可能種植比較高大的樹種。當(dāng)這些樹種成活后，新發(fā)出的枝葉會給樹下造成一定的監(jiān)測盲區(qū)。為了盡可能避免監(jiān)測盲區(qū)的存在，后期可做探測器布置的補(bǔ)強(qiáng)措施。
如根據(jù)植物布置，可沿高大樹木敷設(shè)管路吸氣式感煙探測器，或在樹干、枝干上裝設(shè)無線感煙探測器，如圖7所示。
因?yàn)橛袑?shí)驗(yàn)表明，煙氣上升至6 ~ 7 m處開始出現(xiàn)第一次分層現(xiàn)象，上升至11 ~ 12 m處開始出現(xiàn)第二次分層現(xiàn)象，所以安裝高度約為距地面7 m。且對于管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器，由于安裝環(huán)境不理想，最好選擇外置式的過濾裝置，這樣可以方便清洗和更換，降低使用成本。同時(shí)應(yīng)加裝管路反吹 / 清洗裝置，如三通等，便于定期對管路進(jìn)行清潔維護(hù)，保證設(shè)備運(yùn)行暢順。
由于國內(nèi)植物園溫室館數(shù)量較少，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也較為不足，尤其是電氣消防中的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。筆者在參觀已建成的溫室館時(shí)，發(fā)現(xiàn)還有整館未設(shè)置火災(zāi)探測器的情形。青島東方伊甸園項(xiàng)目溫室館全面考慮了電氣消防策略，提出隨著植物生長的變化，可能會出現(xiàn)探測盲區(qū)，故后期的運(yùn)營管理人員應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)盲區(qū)，并對盲區(qū)采取探測器補(bǔ)強(qiáng)措施，盡量減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。
本文有刪減，全文載于《建筑電氣》2021年第8期，詳文請見雜志。
版權(quán)歸《建筑電氣》所有。
作者：
李 鵬，男，悉地（北京）國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，高級工程師，高級設(shè)計(jì)總監(jiān)。
李炳華，男，悉地（北京）國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，教授級高級工程師，電氣總工程師。
徐學(xué)民，男，悉地（北京）國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，高級工程師，電氣副總工程師。
張 博，男，悉地（北京）國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，工程師。
江文憑，男，悉地（北京）國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，工程師。
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