青岛某大型温室馆电气消防策略及思考
近期，笔者单位承接了青岛东方伊甸园项目设计，该项目建成后将成为标志性的植物园温室馆，其消防设计有诸多突破现行规范的做法。在设计方和消防顾问合作下，该项目消防设计顺利通过了特殊消防专家评审。
项目概况
青岛东方伊甸园项目是由中国金茂控股集团有限公司、青岛城市建设投资有限责任公司和青岛高新区投资开发集团有限公司共同出资，引进英国伊甸园IP与经营理念，根据青岛特色打造的新型生态、环保、科普教育中心。本文仅介绍该项目的核心区地标建筑—— 热带雨林温室（以下简称温室馆）。温室馆的造型是一个光滑的椭球体，像一颗晶莹剔透的水滴，如图1所示。
温室馆外围护结构为钢结构网壳及ETFE充气气枕，ETFE可以最大程度地为室内提供自然光环境，并且从外观上实现光滑通透的效果。温室馆内的雨林植物、山体、连桥等建筑物，结合云雾、雷雨和闪电等体验项目设计，为游客带来身临其境的热带雨林体验。
温室馆总建筑面积为34 133 m2，南北长轴约194 m，东西短轴约135 m，网壳最高点约57.4 m。其中温室大空间所在防火分区总建筑面积为27 000 m2，最远点到达最近安全出口的距离约为60 m。对于电气专业而言，本项目的消防设计存在以下重点、难点：
a. 植物展示区可以称作一个小型森林，展示的植物、树木本身为可燃物；
b. 展示区面积较大，且不容易设置防火分隔，防火分区远超规范要求；
c. 环境湿度相对较高，对馆内的金属设备材料是一种考验；
d. 馆内植物种类繁多，植物有高有矮、生长繁茂且其生长过程是动态的，这对于火灾探测器的选择和布置提出了更高的要求；
e. 馆内属于人员聚集的公共娱乐场所，人员的不安全行为是潜在的火灾隐患；
f. 馆内配套的体验设施有大量电气设备，电气火灾的发生概率较高。
电气消防策略
本项目属于一个典型的大空间建筑，且空间高度不一致。根据GB 50116 - 2013《火灾自动报警系统设计规范》第12.4节“高度大于12 m的空间场所”12.4.1条规定：“高度大于12 m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”，12.4.2条“火灾初期产生大量烟的场所，应选择线型光束感烟火灾探测器、管路吸气式感烟火灾探测器或图像型感烟火灾探测器。”根据GB 51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》第13.3.4条“大型库房、大厅、室内广场等高大空间建筑，宜选用火焰探测器、线型光束感烟探测器、管路吸气式感烟探测器、图像型感烟火灾探测器或其组合。”基本可将探测器锁定在火焰探测器、线型光束感烟火灾探测器、管路吸气式感烟火灾探测器或图像型火灾探测器，且需要使用两种及以上的组合模式。
线型光束感烟探测器是利用红外线组成探测源，利用烟减少红外发光器发射到红外收光器的光束来判定火灾。从工作原理可以看出红外线的对射是不允许有遮挡物的，就温室馆的室内环境而言，植物的枝叶、高压微雾的水雾均有可能对红外线光束带来遮挡，造成误报警。且下文中会提到，温室的一个防火分区会分成10个防烟分区，当一个防烟分区内的火灾探测器报警时，消防控制室内应能识别出防烟分区地址，以便消防联动控制器控制该防烟分区的消防设备。显然线型光束也无法识别到具体的某个防烟分区，故该种火灾探测器不适用于本项目。
管路吸气式感烟火灾探测器又称作极早期火灾探测器，由于在火灾初期发现火灾可提供充足的时间采取措施来消除火灾隐患，使火灾的损失降到最低。其原理是通过空气采样管把保护区的空气吸入探测器进行分析从而进行火灾的早期预警。系统通过分布在探测区域的空气采样孔，将周围空气以主动吸入的方式，送至激光型感烟探测器，在激光腔内对空气中的烟雾粒子浓度进行分析，从而达到火灾报警的目的。而本项目是人员密集场所，同时可燃物也比较多，对于火灾的早期预警是很有必要的。故本项目将管路吸气式火灾探测器作为其中一种探测器。
根据“采样管网安装高度超过16 m时，灵敏度可调的探测器应设置为高灵敏度，且应减小采样管长度和采样孔数量”“一个探测单元的采样管总长不宜超过200 m，单管长度不宜超过100 m”等原则，本项目设置了30台高灵敏度空气采样主机，根据探测面积选用了2条和4条采样管相结合的方式，管路沿钢网架进行敷设，这样的布置方式不易被察觉，从而避免了对视觉美观的破坏，这也是该探测器的另一项优势。其布置图如图2所示。
该探测器主机采用专用电源（UPS - AC 220 V / DC 24 V 10 A）供电，在市电断电的情况下，其专用电源仍能保证180 min正常工作。每个探测器自带的继电器输出3个干接点信号（预警、火警、故障）与FAS系统的3个输入模块相连接，从而将相应保护区探测器的报警及故障状态传输给FAS系统，实现与现场消防设施及灭火系统的联动。探测器主机距离地面1.4 m抱箍安装。采样管采用阻燃PVC管，管壁应保证不小于2 mm，采样孔直径为3 mm。
图像型火灾探测器的工作原理是利用火灾早期烟气的红外辐射特性和火焰可见光的辐射特性，对火灾信号进行采集、识别、分析、报警。除了烟雾探测功能外，还具有火焰探测功能，并对保护区域进行视频监控，系统可接入视频监控系统，兼具视频监控和火灾探测的双重功能。本项目将设置图像型火灾探测器作为第二种火灾探测器。
本项目选用的图像型探测器可对近红外和彩色图像同时进行分析，即可实现对烟雾、火焰多参数的探测，且自带背景光源，输出像素200万以上。根据GB 50116 - 2013第6.2.14节“火焰探测器和图像型火灾探测器的设置”相关要求，本项目分别在17.25 m和34.25 m两个高度位置设置了42套可以覆盖整个温室馆、且能区分不同防烟分区的图像型火灾探测器。其平面布置图如图3所示。
每2 ~ 4套探测器就近位置设置1套专用设备箱，设备箱内配置工业光纤交换机、光纤接线盒以及DC 24 V消防电源。
最终，本项目选择了管路吸气式感烟 + 图像型两种相结合的方式，作为火灾报警系统的探测器。
自然排烟本是暖通专业在消防设计中的重要组成部分，本工程用到了排烟窗 +“膜熔断”作为自然排烟的开启方式，如图4所示。下面对“膜熔断”的控制方式、熔断方式进行介绍。
每一个气枕膜是一个三角形，当消防联动控制器给出指令，需要将该排烟区域的膜进行熔断打开时，气枕膜三边中有两边会通过电热丝加热，将其两边熔断，如图5所示。此时，气膜将会打开，形成窗口，但不会脱落。根据GB 51251 - 2017《建筑防烟排烟系统技术标准》第5.2.6条相关规定，不论外界环境温度如何，本项目的膜熔断完成时间不应大于60 s。这需要膜熔断厂家模拟外部寒冷天气，确保电热丝一旦开始加热，60 s内气枕膜能够顺利打开。膜熔断装置节点如图5所示。
膜熔断属于一次性的开启方式，当熔断后无法对气膜进行修补并再次利用，只能通过更换一个单位气膜的方式来进行“修补”。据了解，气膜每m2的造价不菲，故气枕膜虽能熔断，但不允许探测器误报而引起的熔断。
膜熔断同样属于火灾自动报警系统联动控制的消防设备，其联动触发信号均采用两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合。为了避免探测器误报而引起气枕膜的误熔断，建议当有一路报警信号时，消控室值班人员将消防设备启动方式由自动转为手动，经人员至现场确认，再发出一路报警信号，启动消防设备。
当一旦确认火灾报警信号后，除了报警区域的防烟分区进行膜熔断外，其相邻的防烟分区及最顶部防烟分区的膜熔断或电动排烟窗均应动作。温室馆防烟分区示意如图6所示。
如当防烟分区03确认着火时，02、03、04、10分区的膜熔断、电动排烟窗均动作；其它防烟分区的气枕膜不熔断，以降低火灾经济损失。
本项目内游客互动、体验设施不少，故馆内用电设备多，存在不少的电气火灾隐患，故在游乐用电设施的电气线路上设置电气火灾监控探测器，在照明线路上设置具有探测故障电弧功能的电气火灾监控探测器。
消防负荷作为一级用电负荷，其电缆电线均采用不低于B1（d0、t0 、a1）级阻燃性能产品，干线采用矿物绝缘电缆，支线及配线采用低烟无卤耐火阻燃电缆。
由于本项目疏散路径较长，所需疏散时间偏长，并考虑到后期救援的需要，疏散走道、公共区域和楼梯间的地面最低水平照度不应低于10 lx。根据特殊消防审查专家意见，对消防应急照明和疏散指示标志备用电源的连续供电时间进行了加强，由原来的不小于60 min，加强为不小于90 min。
电气消防策略的思考—— 火灾探测器补强措施
虽然本项目已通过特殊消防审查和施工图审查，但考虑到项目建成运营后，其内部植物经过几年的生长，会更加枝繁叶茂。其枝叶的遮挡会对探测器的灵敏度产生一定的影响。尤其对应防烟分区10，未来可能种植比较高大的树种。当这些树种成活后，新发出的枝叶会给树下造成一定的监测盲区。为了尽可能避免监测盲区的存在，后期可做探测器布置的补强措施。
如根据植物布置，可沿高大树木敷设管路吸气式感烟探测器，或在树干、枝干上装设无线感烟探测器，如图7所示。
因为有实验表明，烟气上升至6 ~ 7 m处开始出现第一次分层现象，上升至11 ~ 12 m处开始出现第二次分层现象，所以安装高度约为距地面7 m。且对于管路吸气式感烟火灾探测器，由于安装环境不理想，最好选择外置式的过滤装置，这样可以方便清洗和更换，降低使用成本。同时应加装管路反吹 / 清洗装置，如三通等，便于定期对管路进行清洁维护，保证设备运行畅顺。
由于国内植物园温室馆数量较少，其设计经验也较为不足，尤其是电气消防中的火灾自动报警系统设计。笔者在参观已建成的温室馆时，发现还有整馆未设置火灾探测器的情形。青岛东方伊甸园项目温室馆全面考虑了电气消防策略，提出随着植物生长的变化，可能会出现探测盲区，故后期的运营管理人员应及时发现盲区，并对盲区采取探测器补强措施，尽量减少火灾发生的可能性。
本文有删减，全文载于《建筑电气》2021年第8期，详文请见杂志。
版权归《建筑电气》所有。
作者：
李 鹏，男，悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，高级工程师，高级设计总监。
李炳华，男，悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，教授级高级工程师，电气总工程师。
徐学民，男，悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，高级工程师，电气副总工程师。
张 博，男，悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，工程师。
江文凭，男，悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，工程师。