【導讀】科四廠進行防火性能化設計，并進行研究。4．范維澄,孫金華.火災風險評估方法學[M].北京:科學出版社,2020.隨著經(jīng)濟的發(fā)展,大型鋼結(jié)構(gòu)廠房越來越多，其消防安全設計顯得尤為重要。國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。鋼材雖然是不燃材料,但在高溫條件下存在強度降低和蠕變?，F(xiàn)象，火災中極易發(fā)生坍塌事件。通過對鋼結(jié)構(gòu)廠房消防性能化設計的初步探討，結(jié)合安彩高科四廠實例，設計消防報警探測系統(tǒng)。

　　

【正文】 2020 熱釋放速率 時間（ t） 大型鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性能化設計 20 預測火災蔓延擴大對人員消防安全疏散的影響，通過分析比較多個最有可能產(chǎn)生較嚴重后果或?qū)?災蔓延影響大的部位，在本文的設計案例研究中，確定以展覽廳內(nèi)一個展位列為例考察火災蔓延方式，并選擇處于中部的展位起火，作為具有典型性的起火部位進行分析和比較，見圖 。 G F E D C B A B C D E F G H G F E D C B C D E F G H 圖 典型起火部位簡易圖及房間 A起火后的火災蔓延情形示意圖 根據(jù)火災發(fā)展的一般規(guī)律，當某部位起火后火災極有可能按照圖 所示的 方式向周圍蔓延，圖中 A 為火源位置。由于各辦公室之間緊密排列，當首個辦公室 起火以后，如 辦公室 之間的隔 板可燃或分隔板上有可燃裝飾材料，則火災可能直接蔓延到其它 房間 展位，同排 房間 將會相繼起火。如按起火順序?qū)⑼?房間 分組，火災蔓延的順序為 ABCDEFGH??。參考 NIST 的辦公家具組合單元火災實驗結(jié)果，如忽略實驗開始的引燃階段，火災的熱釋放速率可在 4 min 左右達到其峰值。根據(jù)公式 可以計算各 房間 相繼起火的時間，然后根據(jù)起火前后進行火災熱釋放速率疊加得出 房間 列發(fā)生火災時的熱釋放速率曲線。通過分析比較， 房間 列的中間發(fā)生火災后，其初期火災發(fā)展規(guī)律與火災增長系數(shù)α = 的 2t 快速火相近，如圖 所示。 圖 火災初期增長的熱釋放速率曲線 依據(jù)火災荷載密度計算 廠房 內(nèi)的火災危險源包括 存放 物品、 電氣設備 、電器纜線、 辦公區(qū)域 的家具器材、5000 10000 15000 20200 25000 30000 35000 40000 45000 200 600 1000 400 800 熱釋放速率 時間（ t） 1 2 2：疊加曲線 1： 2t 快速火 大型鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性能化設計 21 可燃裝 飾材料等。由于 廠房 建筑的 區(qū)域 布置具有較大的不確定性，因此 廠房 的火災荷載也具有較大的不確定性，鑒于分析對象的可燃物構(gòu)成比較復雜，難以對所有可燃物都進行模擬計算，本文在模擬計算過程中將火災荷載簡化轉(zhuǎn)化為同等荷載的木材，燃燒值為 MJ/kg。為保守考慮，現(xiàn)運用 Moc‘s Notification 1441(2020)中的公式計算火災增長系數(shù)α，比較上面快速火的火災增長系數(shù)α，選取較大值?；馂暮奢d一般分為不可移動的燃料和可移動的燃料兩類，目前對火災荷載的確定主要還是通過調(diào)查結(jié)果和計算分析相結(jié)合的方式，許多 國家和一些組織對各種使用性質(zhì)建筑物的火災荷載作了大量的調(diào)查，如美國、澳大利亞等國家和 NIST， CIB W14 等組織都收集了很多有用的數(shù)據(jù)，本文參考 CIBW14 的調(diào)查結(jié)果 [14]，火災荷載密度設計（可移動火災荷載）見表 。 表 火災荷載密度設計（可移動火災荷載） 分類 使用場所 火災 載荷密度 (MJ/地板 ) 1 學校 300 教堂 200 2 郵政局 400 銀行 800 3 書店 1000 百貨商店 400 服裝店 600 4 汽車廳 200 家具大廳 500 機械產(chǎn)品大廳 80 根據(jù) Moc’ s Notification 1441(2020)，如式 、 所示，這里火災增長系數(shù) 的計算綜合考慮了可燃物 ()f? 、墻及頂棚材料 ()m? ， [15] 的作用。 fm? ? ??? （ ） 5 36 10f q? ??? （ ） 式中： 為不同房間的可移動火災荷載密度，如表 所示。 ()m? 的值由墻面內(nèi)裝修材料的可燃等級來確定，如表 所示。 表 墻面裝修材料上的火焰增長速率 [16] 大型鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性能化設計 22 墻面裝飾材料的等級 墻面裝修材料上的火焰增長速率 KW/S178。 不燃性材料 準不燃性材料 緩慢燃燒材料 木材或類似材料 本次計算中，考慮較為不利的場景 ，選取可移動火災荷 2( ) 50 0 /f M J m? ? 得 556 6 2331( ) 2 . 6 1 0 2 . 6 1 0 5 0 0 0 . 0 8 1 8 9 5 /f q KW s? ??? ? ? ? ? ?同時根據(jù) 安彩高科產(chǎn)房 的設計方案， 辦公室 裝修材料采用不燃性材料，取 2( ) /m K W S? ? ，則火災增長系數(shù) 2( ) 0. 08 18 95 0. 00 35 0. 08 53 95 /m KW S? ? ? ?通過計算與比較，本文選取火災增長20. 08 53 95 /K W S? ? 對設計研究案例進行分析，其火災初期發(fā)展規(guī)律介于快速火和超快速火之間。 火災自動報警系統(tǒng)的 設計 報警區(qū)域及探測區(qū)域劃分 為了迅速、準確地報出火災的具體部位 ， 以便就近采取措施 ， 撲滅火災 ， 首先要正確地劃分火災報警區(qū)域和探測區(qū)域。大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的一個報警區(qū)域按照規(guī)范的要求劃分 ， 宜由一個或同層相鄰的幾個防火分區(qū)組成 [5]， 通過報警區(qū)域把廠房內(nèi)的防火分區(qū)與火災自動報警系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來。再把被保護區(qū)域按順序劃分成若干個探測區(qū)域 ， 探測區(qū)域?qū)缶瘏^(qū)域按廠房內(nèi)不同的使用區(qū)域和內(nèi)部房間劃分 ， 以便及早、準確地確定火災所在區(qū)域或房間。安彩高科鋼結(jié)構(gòu)主廠房報警區(qū)域按照廠房內(nèi)生產(chǎn)性質(zhì)的不同劃分為 3 個報警區(qū)域。爐區(qū) 、壓機成型區(qū)作為一個報警區(qū)域 ， 退火爐區(qū)、后加工區(qū)作為一個報警區(qū)域 ， 后加工包裝區(qū)、倉庫作為另一個報警區(qū)域。屏錐爐、壓機、退火爐、研磨機等處溫度高、煙霧大、溫差大、粉塵多及所在區(qū)域高度高 ， 不適合安裝設備進行火警探測。由于這些區(qū)域全天都有人值班 ， 一旦有火警發(fā)生 ， 也能被第一時間發(fā)現(xiàn) ,但其周圍的配電室、控制室及辦公室等適合安裝設備進行火警探測的場所分別作為一個探測區(qū)域。后加工包裝區(qū)作為一個探測區(qū)域 ， 倉庫作為另一個探測區(qū)域。 探測器的選擇 根據(jù)大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑火災早期煙氣運動特點和《火災自動報警系統(tǒng) 設計規(guī)范》[1]第 條選擇點型探測器的規(guī)定（見表 ），常規(guī)點型感煙、感溫探測器不適合大型鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性能化設計 23 大空間震動較多的場合。雖然能有效避免煙氣運動對火災探測影響的探測方式是采用感火焰的方式實現(xiàn)火災探測，但是由于火焰探測器不能探測陰燃火，只能在特殊的場所使用（本工程用在辦公區(qū)域），或者作為感煙或感溫探測器的一種輔助手段，不作為通用型火災探測器。火焰探測器是一種響應火災發(fā)出的電磁輻射（紅外、可見和紫外譜帶）的火災探測器，只靠火焰的輻射就能響應，而無需燃燒產(chǎn)物的對流傳輸，對明火的響應也比感煙和感溫探測器快得多，且無需安 裝在頂棚上，特別適合生產(chǎn)、儲存和運輸高度易燃物質(zhì)的危險性很大的場所?？紤]到大空間建筑功能分區(qū)和可燃物品的不確定性，火災可能有一個初期陰燃階段，在此階段有濃煙擴散，而且其判據(jù)單一，容易對正常情況下明火作業(yè)、高功率熱源、 X 射線或強光（如電弧等）產(chǎn)生誤報，因此大空間內(nèi)也不宜選擇火焰探測器。復合型火災探測器并沒有完全消除前面幾種探測器的缺點，僅僅增加了判據(jù)的數(shù)目，使探測器的整體性能有所改善，但仍然無法應用于打空間場合。 表 [7] 房間高度 h(m) 感煙探測器 感溫探測器 火 焰探測器 一級 二級 三級 12h=20 不適合 一級 不適合 不適合 適合 8h=12 適合 不適合 不適合 不適合 適合 6h=8 適合 適合 適合 不適合 適合 4h=6 適合 適合 不適合 不適合 適合 h=4 適合 適合 適合 適合 適合 紅外對射式感煙火災探測器是應用煙粒子吸收或散射紅外光使紅外光束強度發(fā)生變化的原理而工作的一種火災探測器。這種探測器由發(fā)射器和接收器兩部分組成，一般安裝于被保護空間兩端。發(fā)射器中裝有紅外發(fā)光二極管，在間歇振蕩器的作用下，經(jīng)過凸 透鏡形成近似平行的光束，穿過被保護空間射向接收器，接收器中的接收元件（紅外光敏管）接收到發(fā)射器發(fā)射來的紅外光 束，并將其轉(zhuǎn)換為脈沖信號，經(jīng)內(nèi)部放大及積分電路的共同作用，輸出 直流電平，此直流電平的大小可模擬紅外光束的輻射通量大小。當發(fā)生火災時，物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙霧擴散到光束區(qū)域，使接收器收到的輻射通量減弱，此直流電平下降，當其值下降到預定的感煙動作閾值時，接收器信號線輸出火災報警信號。 根據(jù)廠房早期火災煙氣運動的特點，紅外對射式感煙火災探測器安裝高度有如下要求：①建筑物舉架≤ 5m時，探測器的安裝高度為距頂棚＜ ；②建筑物舉架 5m～大型鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性能化設計 24 8m 時，探測器的安裝高度為距頂棚 ～ ；③建筑物舉架＞ 8m時，探測器應安裝在距地面 8m 左右的相對兩墻墻壁上 [18]。 錐頸焊接間、可燃氣體管道匯聚間等可燃氣體易泄漏場所應根據(jù)所用的可燃氣體的性質(zhì) ,選用天燃氣防爆探測器或液化氣防爆探測器進行監(jiān)控。可燃氣體濃度達到爆炸下限的 25%時報警。 主廠房內(nèi)爐區(qū)、壓機成型區(qū)、退火爐區(qū)、后加工區(qū)由于溫度高、煙霧大、濕度大、粉塵多及空間高度高等 ， 不適合安裝點型探測器。但其中用鋼彩板搭建的配電室、控制室、辦公室及走廊等場所適合安裝點型探測器。 點型探測器選用類比智能光電感煙、感溫探測器 ， 智能探測器進行自動靈敏度檢測與調(diào)整 ， 能克服現(xiàn)場粉塵多、濕度大帶來的影響?？紤]到辦公室內(nèi)有空調(diào)降溫 ， 室內(nèi)外溫差大 ,室內(nèi)頂部匯聚的冷凝水會通過探測器底座流進探測器 ， 造成電路短路、接地等損壞探測器 ， 辦公室內(nèi)安裝的探測器底座應選用防水底座。在后加工包裝區(qū)、倉庫等空間較大的場所 ， 選用閾值的傳統(tǒng)標準型感煙、感溫探測器 ， 通過輸入模塊報出一個或多個地址 ， 大大減少了回路報警部件 ， 提高了回路的可靠性。 從許多大空間建筑的實際運用看，在鋼結(jié)構(gòu)廠房 的 大空間中一般采用紅外對射式感煙火災探測器 、光截面圖像感煙火災探測器和早期可視煙霧探測（ Video Smoke Detection， VSD）火災報警系統(tǒng)。其中，紅外對射式感煙火災探測器和光截面圖像感煙火災探測器屬于線型感煙火災探測器，根據(jù)廠房中早期火災煙氣運動的特點，應該布置在較低位置即火災早期煙氣肯定能上升到的高度?；诒ＷC滿足技術(shù)要求前提下，考慮安裝難易程度及工程造價，我們在廠房內(nèi)的后加工包裝區(qū)、倉庫等大空間且較高的場所選用紅外對射式感煙探測器。 對不適用安裝點型探測器的場所 ,采用空氣采樣探測系統(tǒng) ， 以提高系統(tǒng)可靠性。如四期主廠房一層東成品暫存庫 ,面積為 24 m 48 m,頂為鋼板結(jié)構(gòu) ， 上層中 2 層包裝車間運輸產(chǎn)品時會引起鋼板劇烈振動 ， 不適宜安裝點型感煙探測器 ， 選用空氣采樣探測系統(tǒng) [19]。 相關(guān)系統(tǒng)配置 系統(tǒng)布線 在設計系統(tǒng)布線時 ， 應結(jié)合廠房的防火分區(qū)、結(jié)構(gòu)特征、布局以及探測器設置的部位 ， 做到合理布線。大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑面積大 ， 結(jié)構(gòu)復雜 ， 工程管網(wǎng)、電纜、橋架等較多 ， 系統(tǒng)布線要使路由簡捷 ,安全可靠 ,距離最短 ， 節(jié)點支路少 ， 盡量不與其大型鋼結(jié)構(gòu)廠房防火性能化設計 25 他管線交叉跨越 ,要避開環(huán)境條件惡劣的場所。由于每條報警回路距離長 ， 所在區(qū)域環(huán)境惡劣 ， 因此 火警總線設計為雙端供電、雙端監(jiān)控的兩線制環(huán)路最好。環(huán)形回路結(jié)構(gòu)可雙向通信 ， 把斷路對系統(tǒng)的影響降低到最小范圍。系統(tǒng)部件串聯(lián)在總線回路中 ，對有些不方便串入或串入后會使回路更復雜的部件用分支連接。鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)各種電磁干擾嚴重 ， 報警回路宜選用屏蔽線纜 ,穿金屬管保護。安彩高科鋼結(jié)構(gòu)廠房報警回路選用 ZRRVVP2 1. 5 2m 和 ZRRVVP4 1. 5 2m 線纜 ,對距離較遠的報警回路線芯截面積增大到 2. 5 2m 。 火災報警控制器 由于工業(yè)項目大多存在著邊建設、邊生產(chǎn)的現(xiàn)象 ， 所以在大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房火災自動報警系統(tǒng)的設計中 ， 應放棄選用大容量火災報警控制器進行集中報警 ， 對現(xiàn)階段建設的或相對集中的建筑部分選用一臺或多臺 具有組網(wǎng) 靈活、擴展方便的小容量智能報警控制器進行監(jiān)控 ， 組成各自的監(jiān)控子系統(tǒng) ， 待子系統(tǒng)穩(wěn)定后再并入系統(tǒng)網(wǎng)絡中 ，這樣系統(tǒng)既安全可靠 ， 又經(jīng)濟合理。安彩高科 開始 建設四期工程 ， 建筑分散 ， 各建筑進度不相同。 2020 年建成 、 主廠房及配套建筑 ,兩條玻殼生產(chǎn)線開 始投產(chǎn) ， 2020 年又在 1 號主廠房增加了新增屏線和后加工車間。在設計四期火災自動報警系統(tǒng)時 ， 考慮到后續(xù)建好的各個建筑火災報警系統(tǒng) ,在調(diào)試階段或在運行的初期 ， 都會使整個系統(tǒng)處于不穩(wěn)定運行狀態(tài) ， 這無疑會影響到其他正常運行的部分 ， 因此 ， 放棄選用大容量火災報警控制器 ， 而選用小容量的火災報警控制器。主廠房等先期建好建筑的災報警系統(tǒng) ,通過一臺小容量火災報警控制器先行運行 ， 而將后期建好的新