畫館自動消防設(shè)施功能設(shè)計綜述

畫館自動消防設(shè)施功能設(shè)計綜述

全景畫館的火災(zāi)危險性分析

由于地面塑型、電纜電線、座椅、裝飾材料均可采用不燃材料制

作，所以在上述物品中最具火災(zāi)危險性的可燃物是垂直懸掛的畫布,

分布在沿全景畫館筒壁內(nèi)側(cè)0.6m左右的環(huán)形范圍內(nèi)。全景畫布屬薄

型固體可燃物，其特點是厚度小、面積大，總質(zhì)量相對較小，因此熱

容量小，受熱之后升溫很快，很容易達(dá)到熱解、氣化溫度，容易著火。

另一方面因面積較大，與周圍空氣中的氧氣接觸面大，供氧充分，也

是容易著火的另一重要因素。

全景畫館自動消防設(shè)施設(shè)計面臨的問題

因全景畫館屬于大空間建筑，在館內(nèi)全景畫布是油畫布，是主要

可燃物，且全景畫布屬于較薄豎向可燃織物，油畫布一旦被點燃，其

燃燒具有豎向燃燒速度明顯高于水平燃燒速度，且豎向火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

超快，燃燒猛烈，釋放出大量煙霧等特點，由于現(xiàn)行規(guī)范中缺少對垂

直油畫布的消防設(shè)施的設(shè)置要求，因此自動消防設(shè)施的選擇上存在以

下問題：

自動滅火系統(tǒng)，在全景畫館內(nèi)油畫布是主要可燃物，因此自動滅

火系統(tǒng)應(yīng)符合安裝高度和油畫布的燃燒規(guī)律要求。一是選擇閉式自動

噴水滅火系統(tǒng)，凈空高度不大于12m[1],不適用對油畫布的保護(hù)。

二是選擇自動水炮滅火系統(tǒng)和自動掃描定位噴水滅火系統(tǒng)雖然其安

裝高度滿足全景畫館的高度要求，但是其啟動和滅火定位均由火災(zāi)自

動報警系統(tǒng)完成。由于油畫布火勢為豎向發(fā)展迅速，火焰成高速移動

狀態(tài)，勢必造成水炮和自動掃描定位噴水無法定位火源。三是選擇大

空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)，其中標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置，安

裝高度為6?25m,保護(hù)半徑為W6m,系統(tǒng)采用智能型紅外探測組件

探測火災(zāi)[2],針對油畫布的特點，探測組件可以上下垂直安裝，可

以安裝在全景畫館內(nèi)燈光無法達(dá)到的位置，可以避免誤報的產(chǎn)生，這

種標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置在全景畫館內(nèi)應(yīng)用是可行的，但是因油

畫布畫幅巨大，火災(zāi)時噴頭開啟數(shù)量無法確定。四是選擇雨淋噴水火

火系統(tǒng)，雖然沒有安裝高度限制，但是油畫布周長較大有500多米,

存在消防用水量需求太大的問題，同時全景畫經(jīng)濟(jì)價值巨大，一旦被

水浸濕，勢必造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

火災(zāi)探測器，一是選擇常用的點型感煙和或感溫火災(zāi)探測器，最

大安裝高度分別為12nl和8m[3]不符合場所要求。二是選擇適用于

大空間建筑的火災(zāi)探測器有火焰探測器、紅外光束感煙探測器、圖像

式火災(zāi)探測器（包括光截面圖像感煙火災(zāi)探測技術(shù)和雙波段圖像火災(zāi)

探測器），但是由于它們均易受到展廳內(nèi)的燈光等光線的影響，易發(fā)

生誤報。三是火災(zāi)時火災(zāi)探測器應(yīng)能準(zhǔn)確定位火災(zāi)位置，因此采用上

述大空間火災(zāi)探測器的實效，需要進(jìn)一步分析研究。

排煙系統(tǒng)，由于火災(zāi)時全景畫館內(nèi)上部煙氣的溫度未知，煙氣溫

度在何時超過280c導(dǎo)致排煙風(fēng)機停止工作？因此不能確定排煙風(fēng)機

正常運行的有效時間以及此有效時間能否滿足人員疏散時間的需要。

油畫布的火災(zāi)試驗和火災(zāi)數(shù)值模擬

根據(jù)油畫布消防設(shè)計面臨的問題，采用常規(guī)消防設(shè)計手段無法驗

證消防設(shè)施的有效性，本文采用性能化消防設(shè)計的方法，即采用小尺

寸火災(zāi)試驗和計算機模擬（采用FDS火災(zāi)數(shù)值模擬軟件模擬）相結(jié)合

的方法進(jìn)行設(shè)計。

1.火災(zāi)試驗

（1）通過試驗發(fā)現(xiàn)火焰前鋒位置s（t）和燃燒時間（t）呈基函數(shù)的

增長趨勢，得到油畫布火焰前鋒位置的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?］

為：s（t）=3.669t2.065由此模型可知，對于20m高的油畫布，火焰

前鋒由底部達(dá)到頂部的時間是64.5s。（2）油畫布燃燒蔓延痕跡呈小

夾角V形，由于其燃燒時供氧量充足，使熱氣流及火焰上升速度加快,

垂直方向要延速度遠(yuǎn)大于水平方向蔓延速度，使得V形痕跡的兩側(cè)邊

夾角變小，火焰體表現(xiàn)為夾角為10?15度的V狀火焰，形成夾角大

約為10?15度的V形痕跡［4］（見圖2）。（3）因全景畫館為一個相

對密閉場所，室內(nèi)幾乎沒有風(fēng)，油畫布燃燒時，涂油彩油畫布豎向燃

燒火勢迅猛，火焰輻射和對流強烈，不完全燃燒產(chǎn)生大量黑色煙霧,

但是煙氣沒有出現(xiàn)有滯留半空的現(xiàn)象，而是煙羽流迅速垂直上升至頂

棚，撞擊頂棚后迅速向周圍空間蔓延，在水平方向擴散的同時不斷向

下沉降，實驗場所都有明顯的煙氣分層現(xiàn)象。

2.FDS火災(zāi)數(shù)值模擬結(jié)果

（1）全景畫館頂部溫度測點隨時間變化曲線。（2）火災(zāi)煙氣到達(dá)頂

部隨時間變化情況。根據(jù)火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)可以得出，油畫布燃燒煙氣于

8.5s即達(dá)到頂部，撞擊頂棚后迅速向周圍空間蔓延（見圖5）。在15s

時，油畫布上方頂棚的可視距離即達(dá)到16.3m,此時對應(yīng)的煙氣閾

值濃度用減光系數(shù)表示約為ldbm-1,達(dá)到感煙探測器報警條件。（3）

全景畫館油畫布上方煙氣溫度變化曲線，在油畫布燃燒后42s時，油

阿布上方頂部溫度即達(dá)到70C,溫度變化。

自動消防設(shè)施的選擇和設(shè)計要求

1,雨淋噴水滅火系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置適用性分析

（1）雨淋噴水滅火系統(tǒng)。雨淋噴水滅火系統(tǒng)安裝高度符合要求，

但是存在火災(zāi)時消防用水量非常大，同時會造成較大的次生災(zāi)害，因

此，全景畫館內(nèi)雨淋噴水滅火系統(tǒng)可按以下要求設(shè)置：因全景畫館內(nèi)

主要可燃物為油畫布，且位置固定，因此僅需要在油畫布上方沿油畫

布的周長方向設(shè)置環(huán)狀雨淋噴頭，并且分段控制，每段長度為

L≥2xkxllxtg（a/2）式中:11-----------畫布高度，

m;a-----------油畫布V狀火焰夾角，度;k------------安全系數(shù)

可取1.1-1.2o考慮到火災(zāi)發(fā)生在邊界處的可能性，以及火災(zāi)時

油畫布著火局部可能掉落，從而擴大火災(zāi)范圍，因此，火災(zāi)發(fā)生時,

可通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測器的精確定位，開啟著火區(qū)段和相鄰兩

段噴頭（三段長度最大不得超過18m）,即達(dá)到有效控火和滅火的目的,

又解決了消防用水量較大的問題。分段式雨淋噴水系統(tǒng)的啟動方式。

一是經(jīng)火災(zāi)報警探測器探測火災(zāi)和定位火災(zāi)位置，聯(lián)動開啟著火區(qū)和

相鄰兩區(qū)的雨淋閥或電磁閥，噴水滅火，此方式的特點是雨淋噴水滅

火系統(tǒng)啟動迅速。二是經(jīng)雨淋系統(tǒng)上水力傳動管上閉式噴頭啟動，因

油畫布火焰前鋒由底部達(dá)到頂部的時間是64.5s,此時雨淋系統(tǒng)水

力傳動管上閉式噴頭（選用快速響應(yīng)噴頭RTIW50）隨即破碎，同時啟

動水力傳動管對應(yīng)的著火區(qū)雨淋閥，再經(jīng)火災(zāi)報警控制器聯(lián)動開啟相

鄰兩區(qū)的雨淋閥，此方式的特點是滅火系統(tǒng)啟動可靠，缺點是啟動時

間較長。為了縮短系統(tǒng)噴水時間，縮短水在管道內(nèi)的流動時間，建議

雨淋閥設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺下設(shè)備用房內(nèi)，并在旋轉(zhuǎn)看臺上設(shè)置手動開啟

相應(yīng)燃燒位置的雨淋閥控制按鈕。（2）標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置。

在油畫布上方沿油畫布的周長方向環(huán)狀設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火

噴頭，全景畫館可按嚴(yán)重危險n級規(guī)定布置噴頭，根據(jù)DBJ15-34-

2004《大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》表5.0.1-1,噴

頭單排布置，噴頭間距不大于4.2m。因單個標(biāo)準(zhǔn)型噴頭的安裝高度

最低安裝高度不應(yīng)小于6m,因此，對于垂直懸掛的油畫布火災(zāi)頂部

位置，因主動噴頭安裝位置受限，安裝高度距離畫布較近，因灑水噴

頭的錐形效應(yīng)，從而造成對畫布上部保護(hù)存在空白的問題，為保證對

畫布實現(xiàn)全面覆蓋，可以在油畫布正上方布置一排標(biāo)準(zhǔn)開式直立型噴

頭，每段長度不小于4.2m,由控制大空間智能滅火裝置噴頭的電磁

閥開啟。這樣既解決了加密噴頭的數(shù)量造成工程造價較高的問題，又

實現(xiàn)了對油畫布的全面保護(hù)。火災(zāi)發(fā)生時，可通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

探測器的精確定位，開啟著火區(qū)噴頭和相鄰兩個噴頭，或同時按照雨

淋系統(tǒng)中傳動管的布置形式布置傳動管，來啟動主動噴水滅火，達(dá)到

有效控火和滅火的目的，避免火災(zāi)次生災(zāi)害較大的問題。#p#分頁標(biāo)

題#。#

2.排煙系統(tǒng)的設(shè)計要求

根據(jù)火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)可以看出，在油畫布自由燃燒時260s之后全

景畫館頂部溫度已經(jīng)達(dá)到350℃,排煙風(fēng)機己超過280C的工作溫度,

排煙風(fēng)機不能正常工作。在自動噴水滅火系統(tǒng)的作用下，在360s之

后除頂部靠近火源側(cè)的溫度僅達(dá)到160℃外，而頂部其他位置的溫度

均不超過60℃,排煙風(fēng)機的工作溫度始終不超過280℃,因此排煙系

統(tǒng)可以一直正常運行。鑒于油畫布燃燒時火焰范圍較大，為防止火焰

被吸入排煙風(fēng)機內(nèi)，因此，屋頂排煙風(fēng)機對應(yīng)的排煙口應(yīng)設(shè)置在距畫

布5nl以外的區(qū)域內(nèi)。

3.火災(zāi)探測器的選擇

全景畫館內(nèi)的火災(zāi)自動報警探測系統(tǒng)必須滿足可在高大空間內(nèi)

自動探測火災(zāi)，而且必須可以自動精確定位火災(zāi)位置，有效啟動著火

區(qū)的雨淋閥和電磁閥。根據(jù)GB50116—98（2008年版）《火災(zāi)自動報警

系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《報規(guī)》）第9.1.1.6條對火災(zāi)形成特

征不可預(yù)測的場所，可根據(jù)模擬試驗的結(jié)果選擇特測器的要求，根據(jù)

計算機模擬數(shù)據(jù)可以得出，在15s時，感煙探測器即達(dá)到報警條件。

考慮感煙報警探測器響應(yīng)時間20s,感煙報警探測器在油畫布燃燒后

35s時即會發(fā)出火災(zāi)報警信號。根據(jù)《報規(guī)》條文解釋第9.2.5和

9.2.6條一般來說，感溫探測器對火災(zāi)的探測不如感煙探測器靈敏，

它們對陰燃火不可能響應(yīng)。根據(jù)經(jīng)驗，只有當(dāng)火焰高度達(dá)到至頂棚的

距離為房間高度的1/3時，感溫探測器才能響應(yīng)。本文中，設(shè)定全景

畫館內(nèi)感溫探測器的響應(yīng)溫度為57℃,根據(jù)火災(zāi)模擬結(jié)果可知，在

畫布燃燒后40s時，頂部溫度即超過60℃,考慮響應(yīng)時間上限40s,

感溫探測器在極保守的條件下80s即可發(fā)出火警信號。根據(jù)油畫布的

燃燒時火焰明亮的燃燒特點，建議在油畫布背后沒有燈光影響的位置

設(shè)置火焰探測器，以盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。由此可見，此類場所采用點型感

溫、離子感煙探測器和火焰探測器的組合，就可以及時探測到火災(zāi)，

通過離子感煙探測器和火焰探測器探測火災(zāi)，通過感溫探測器啟動自

動噴水滅火系統(tǒng)。鑒于火災(zāi)時全景畫館頂部煙氣擴散較快，報警點數(shù)

較多，為了準(zhǔn)確定位火源，應(yīng)根據(jù)感煙探測器首警地址和感溫探測器

首警地址，兩個探測器同時報警即可確認(rèn)火警，又可準(zhǔn)確定位火源位

置。

結(jié)論

（1）在全景畫館內(nèi)采用感煙報警探測器在火災(zāi)發(fā)生后35s時即可

發(fā)出火災(zāi)報警信號，感溫探測器在80s時即可發(fā)出火警信號，啟動自

動噴水系統(tǒng)進(jìn)行滅火，因此在全景畫館內(nèi)設(shè)置點型感溫和感煙探測器

定位火災(zāi)是可行可靠的。（2）根據(jù)全景畫館內(nèi)油畫布的燃燒火焰V