复杂高大空间火灾探测器的选择 室内游乐场 大于12米 线型光束 吸气式感烟 红外火焰探测器选哪种
1 国内外相关规定和指导意见
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》［3］：第12.4.1条：高度大于12m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。第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、吸气式感烟火灾探测器或图像型感烟火灾探测器。第12.4.3条：线型光束感烟探测器的设置应符合下列要求：①探测器应设置在建筑顶部；②探测器宜采用分层组网的探测方式；③建筑高度不超过16m时，宜在6~7m增设一层探测器；④建筑高度超过16m但不超过26m时，宜在6~7m和11~12m处各增设一层探测器；⑤由开窗或通风空调形成的对流层为7~13m时，可将增设的一层探测器设置在对流层下面1m处；⑥分层设置的探测器保护面积可按常规计算，并宜与下层探测器交错布置。
NFPA72《NationalFireAlarmandSignalingCode》2016 Edition第17.7.3.1.2条、第17.8.3.3.1条和第17.11.5.3条规定：感烟型探测器、火焰型探测器和多感应多组合型探测器等探测器的选择应综合考虑环境温度、湿度、气压、海拔，建筑的结构特点、大小，房间和顶棚的形状、表面特征、高度，保护对象功能、特点，保护区域内预期火灾发生率、可燃物的总量及燃烧特性，室内空调和通风，探测器产品说明书等因素的影响。
NFPA92B《StandardforSmokeManagementSystemsinMalls，Atria，andLargeSpaces》2009 Edition第4.5.1.2条，对于烟雾分层能够发生的大空间，应采用以下规定中的一种监测方法：①光束式感烟探测器以向上的角度对射，穿过烟气层且不考虑分层水平；②水平安装的光束式感烟探测器安装在天花板，其他高度分层安装覆盖整个区域；③水平安装的光束式感烟探测器安装在发生层化现象的最低高度。
美国消防协会对于探测器的选择只有大的原则，无具体的指导意见，高大空间探测器的选择只提到了光束感烟火灾探测器的设置要求。
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》对于高度超过26m的室内空间线型感烟探测器未给出明确定义及设置要求，但已废止的GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》第8.2.1条曾明确规定红外光束感烟探测器的光束轴线距顶棚的垂直距离宜为0.3~1.0m，距地高度不宜超过20m。
此外，GB15631-2008《特种火灾探测器》对于各种特种火灾探测器应用于大于25m室内空间的性能测试也没有提要求，探测器的灵敏度是否满足尚未可知［4］。
对于自动射流灭火装置（消防水炮）自带探测功能的探测器是否可纳入规范规定的火灾探测器的一种也未给出明确定义。
2 各种火灾探测器的性能特点
2.1 点型感烟探测器和感温探测器
点型感烟探测器只能探测一定高度内出现大量可见烟雾阶段的火情，当火灾发生，随着空气的流动和稀释，烟气的浮力与重力达到平衡，烟气不再上升，高大空间中的烟气可能升不到顶棚便开始缓慢下沉。
同时随着热气流的不断上升，将在高大空间上空形成一定厚度的热空气层，从而阻止火灾烟气上升至高大空间的顶棚，出现热障现象。此时烟雾分层，无法到达顶棚上安装的点型感烟探测器。所以，对于超过12m的高大空间，常规的点型感烟探测器已不适用。
点型感温探测器的传感器在高大空间中距起火点较远，同时空气流通较快，要使温度达到顶棚感温探测器的报警阈值，火灾可能已进行到了不可控的严重阶段，起不到预报警作用，灵敏度较低。所以，对于超过8m的高大空间，点型感温探测器也不适用。
2.2 线型光束感烟探测器
线型光束感烟探测器采用烟减光法原理，探测源为红外线，利用红外线通过烟雾光束减少来判定火灾。无论是单光束还是多光束、对射式还是反射式的光束感烟探测器均由红外发光器和收光器组成，需要在红外发射端和接收端的探测光路上无任何遮挡，否则会发出故障信号，无法完成探测功能。
线型光束感烟探测器适用于无遮挡高大空间的库房、档案馆、隧道工程、发电厂等，不宜使用在有日光照射或强红外光辐射源场所、大量粉尘场所、水雾场所、可能产生蒸气油雾和震动的场所。
2.3 吸气式感烟探测器
吸气式感烟探测器通过分布在被保护区域内的采样管网上的采样孔利用吸气泵/风扇主动采集空气样本，与设定的报警阀值对比，符合条件时发出报警信号。此系统的设计理念基于对火灾极早期（过热、闷烧、低热辐射和无可见烟雾生成阶段）的探测和预警，在热分解阶段即能及时报警，能在火灾形成前极早期发现风险隐患，将火灾风险概率降到最低，灵敏度高。
探测器的采样管宜采用水平和垂直结合的布管方式，并保证至少有两个采样孔在16m以下，并宜有2个采样孔设置在开窗或通风空调对流层下面1m处；对于较小功率阴燃火源，布置垂直采样管比顶棚布置的水平采样管能更快更准确地发现火源。
2.4 线型光束图像感烟火灾探测器
线型光束图像感烟火灾探测器又称光截面图像感烟火灾探测器，采用光截面图像感烟火灾探测技术，在探测方式上属于多对一形式的红外光束感烟火灾探测器，可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，不需要准直光路，一个接收器对应多个发射器，能分辩发射光源和干扰光源，具有保护面积大、响应时间短的特点。对光截面中相邻光束的相关分析，可减少单光束火灾报警由于系统偶然因素而引起的误报。
2.5 点型红外火焰探测器点型
红外火焰探测器对有焰火源反应极其迅速，对于明火燃烧的碳氢类气体、油类等可燃物质火灾的探测具有无可比拟的优势。此探测器适用于探测含碳材料产生的明火燃烧，应用于火灾初期以火焰为主的高大空间场所，户内外均可使用，对于太阳光、人工光源、热辐射等干扰不会发生误报警，稳定可靠。
2.6 双波段图像型火焰探测器
双波段图像型火焰探测器由红外CCD摄像机和彩色CCD摄像机组成，通过以上两种摄像机形成红外视频图像和彩色视频图像，图像通过主机进行分析、识别，如果其颜色、运动模式、闪烁频率和灰度变化等参数符合烟雾或火焰的特征，则判别为火警，并发出火灾报警信号，属于火焰型火灾探测器。该探测器解决了高大空间探测高度的问题，定位精度高、监测距离远、保护面积大［5］。但摄像机前方不能有任何遮挡，为了避免产生探测死角，一般需要多套系统。
由此可见，适用于高大空间的探测器包括：线型光束感烟探测器、吸气式感烟探测器、线型光束图像感烟火灾探测器、点型红外火焰探测器和双波段图像型火焰探测器。
3 工程实践
某工程总建筑面积75.89万m2，建筑高度84m，室内游乐园位于其西侧3~8层，面积36722m2，最大净高为38.4m，中间为中空，周边有两个夹层（如图1所示）， 
乐园1层18566m2，乐园2层11081m2，乐园3层7075m2，乐园上空最长处为122.3m，最宽处为107.5m。设置有过山车、跳楼机、海盗船、大摆锤、狂野之翼、激流勇进等游乐设施，游乐设备大部分布置在乐园1层和2层。乐园年容纳游客人数为1200000人，每日最大容纳人数为10200人，瞬间同时容纳人数为7500人。
该室内乐园具有功能和结构造型复杂、人员密集、火灾隐患大的特点，一旦发生火灾将造成巨大的经济损失和社会影响，甚至造成人员伤亡。
为了合理选择探测器，首先对游乐园进行空间分析，根据空间高度将室内游乐园分为高度小于等于12m的区域和高度大于12m的高大空间区域，下面针对这两种区域分别讨论探测器的选择。
3.1高度小于等于12m区域探测器的选择
高度小于等于12m的区域主要是设备用房、后勤用房、剧场、连廊、储藏室、休息区、疏散通道等，这些区域建筑材料均采用耐火等级为一级的不燃性材料，火灾初期出现火焰的概率较低，以阴燃火和初期出现大量烟雾的火灾为主，由于点型感烟探测器的灵敏度优于感温探测器，故这些区域设置点型感烟探测器较为合适。
3.2高度大于12m区域探测器的选择
对于该工程，由于同时容纳人数众多，火灾后果严重，给排水专业在高大空间区域设置了自动射流灭火装置（消防水炮），自带红外火焰探测器，安装高度为距楼面25.65m，安装高度高，降低了探测灵敏度，且根据GB15631-2008《特种火灾探测器》，火灾灵敏度试验一般设置在12m、17m、25m，该探测器灵敏度是否满足要求还需进一步论证，因此本工程不考虑消防水炮自带的探测器作为该区域火灾探测器的一种。为了保证探测的可靠性和灵敏性，尽早探测到火灾信号，本游乐园高大空间仍考虑另设两种探测器的组合模式。
此游乐园中的高大空间可分解为以下4大区域：
a.激流勇进区：水池区（位于乐园1层）距顶棚38.4m，排队区（位于乐园周边夹层2层）距顶棚29.2m，有大量的水蒸气，湿度大。
b.过山车区：该区域层高38.4m，空间内有高度不断变化的遮挡物（过山车轨道和过山车），最低点距楼面高度0.7m，最高点距楼面高度28.21m，且需考虑过山车高速运动时产生的震动。
c.跳楼机区：该区域层高38.4m，跳楼机宽8.5m，高27m，会产生部分遮挡。
d.其他无遮挡的高大空间，该区域层高38.4m，主要设置了旋转木马、小舞台等，设备高度均不超过9m。
对于以上4大区域：
a.吸气式感烟探测器不适用，根据吸气式感烟探测器的安装要求和知名厂家意见，为了满足探测要求，吸气式探测器的单管长度不可超过100m，需采用水平方向双层布管和垂直方向布管相结合的方式。
过山车区和跳楼机区上空均有遮挡，且无安装条件，故不适用；激流勇进区和其他无遮挡空间若采用双层布管方式，不仅影响乐园整体美观性，而且第2层布管区域长宽均超过100m，超过产品性能，其次竖向布管无安装条件。
b.线型光束感烟探测器不适合过山车区和跳楼机区，可安装探测器处均有遮挡物，容易引起误报；也不适合激流勇进区，湿度大，容易产生水雾，降低了探测器的灵敏度并会造成误报，后期维护亦比较困难。
c.点型红外火焰探测器不适用，以上区域游乐设备的材料为钢材和玻璃钢，建筑材料为耐火等级为一级的不燃性材料，当发生火灾出现火焰时，火灾已进入燃烧阶段，预警作用差，反应速度慢，双波段探测器性能更优。
由上分析可知，激流勇进区、过山车区和跳楼机区可选择的最合理的探测器为线型光束图像感烟火灾探测器和双波段图像型火焰探测器的组合方式。
无遮挡区可采用线型光束图像感烟火灾探测器和双波段图像型火焰探测器的组合方式或线型感烟探测器和双波段图像型火焰探测器的组合方式。
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》［3］：第12.4.1条：高度大于12m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。第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、吸气式感烟火灾探测器或图像型感烟火灾探测器。第12.4.3条：线型光束感烟探测器的设置应符合下列要求：①探测器应设置在建筑顶部；②探测器宜采用分层组网的探测方式；③建筑高度不超过16m时，宜在6~7m增设一层探测器；④建筑高度超过16m但不超过26m时，宜在6~7m和11~12m处各增设一层探测器；⑤由开窗或通风空调形成的对流层为7~13m时，可将增设的一层探测器设置在对流层下面1m处；⑥分层设置的探测器保护面积可按常规计算，并宜与下层探测器交错布置。
NFPA72《NationalFireAlarmandSignalingCode》2016 Edition第17.7.3.1.2条、第17.8.3.3.1条和第17.11.5.3条规定：感烟型探测器、火焰型探测器和多感应多组合型探测器等探测器的选择应综合考虑环境温度、湿度、气压、海拔，建筑的结构特点、大小，房间和顶棚的形状、表面特征、高度，保护对象功能、特点，保护区域内预期火灾发生率、可燃物的总量及燃烧特性，室内空调和通风，探测器产品说明书等因素的影响。
NFPA92B《StandardforSmokeManagementSystemsinMalls，Atria，andLargeSpaces》2009 Edition第4.5.1.2条，对于烟雾分层能够发生的大空间，应采用以下规定中的一种监测方法：①光束式感烟探测器以向上的角度对射，穿过烟气层且不考虑分层水平；②水平安装的光束式感烟探测器安装在天花板，其他高度分层安装覆盖整个区域；③水平安装的光束式感烟探测器安装在发生层化现象的最低高度。
美国消防协会对于探测器的选择只有大的原则，无具体的指导意见，高大空间探测器的选择只提到了光束感烟火灾探测器的设置要求。
GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》对于高度超过26m的室内空间线型感烟探测器未给出明确定义及设置要求，但已废止的GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》第8.2.1条曾明确规定红外光束感烟探测器的光束轴线距顶棚的垂直距离宜为0.3~1.0m，距地高度不宜超过20m。
此外，GB15631-2008《特种火灾探测器》对于各种特种火灾探测器应用于大于25m室内空间的性能测试也没有提要求，探测器的灵敏度是否满足尚未可知［4］。
对于自动射流灭火装置（消防水炮）自带探测功能的探测器是否可纳入规范规定的火灾探测器的一种也未给出明确定义。
2 各种火灾探测器的性能特点
2.1 点型感烟探测器和感温探测器
点型感烟探测器只能探测一定高度内出现大量可见烟雾阶段的火情，当火灾发生，随着空气的流动和稀释，烟气的浮力与重力达到平衡，烟气不再上升，高大空间中的烟气可能升不到顶棚便开始缓慢下沉。
同时随着热气流的不断上升，将在高大空间上空形成一定厚度的热空气层，从而阻止火灾烟气上升至高大空间的顶棚，出现热障现象。此时烟雾分层，无法到达顶棚上安装的点型感烟探测器。所以，对于超过12m的高大空间，常规的点型感烟探测器已不适用。
点型感温探测器的传感器在高大空间中距起火点较远，同时空气流通较快，要使温度达到顶棚感温探测器的报警阈值，火灾可能已进行到了不可控的严重阶段，起不到预报警作用，灵敏度较低。所以，对于超过8m的高大空间，点型感温探测器也不适用。
2.2 线型光束感烟探测器
线型光束感烟探测器采用烟减光法原理，探测源为红外线，利用红外线通过烟雾光束减少来判定火灾。无论是单光束还是多光束、对射式还是反射式的光束感烟探测器均由红外发光器和收光器组成，需要在红外发射端和接收端的探测光路上无任何遮挡，否则会发出故障信号，无法完成探测功能。
线型光束感烟探测器适用于无遮挡高大空间的库房、档案馆、隧道工程、发电厂等，不宜使用在有日光照射或强红外光辐射源场所、大量粉尘场所、水雾场所、可能产生蒸气油雾和震动的场所。
2.3 吸气式感烟探测器
吸气式感烟探测器通过分布在被保护区域内的采样管网上的采样孔利用吸气泵/风扇主动采集空气样本，与设定的报警阀值对比，符合条件时发出报警信号。此系统的设计理念基于对火灾极早期（过热、闷烧、低热辐射和无可见烟雾生成阶段）的探测和预警，在热分解阶段即能及时报警，能在火灾形成前极早期发现风险隐患，将火灾风险概率降到最低，灵敏度高。
探测器的采样管宜采用水平和垂直结合的布管方式，并保证至少有两个采样孔在16m以下，并宜有2个采样孔设置在开窗或通风空调对流层下面1m处；对于较小功率阴燃火源，布置垂直采样管比顶棚布置的水平采样管能更快更准确地发现火源。
2.4 线型光束图像感烟火灾探测器
线型光束图像感烟火灾探测器又称光截面图像感烟火灾探测器，采用光截面图像感烟火灾探测技术，在探测方式上属于多对一形式的红外光束感烟火灾探测器，可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，不需要准直光路，一个接收器对应多个发射器，能分辩发射光源和干扰光源，具有保护面积大、响应时间短的特点。对光截面中相邻光束的相关分析，可减少单光束火灾报警由于系统偶然因素而引起的误报。
2.5 点型红外火焰探测器点型
红外火焰探测器对有焰火源反应极其迅速，对于明火燃烧的碳氢类气体、油类等可燃物质火灾的探测具有无可比拟的优势。此探测器适用于探测含碳材料产生的明火燃烧，应用于火灾初期以火焰为主的高大空间场所，户内外均可使用，对于太阳光、人工光源、热辐射等干扰不会发生误报警，稳定可靠。
2.6 双波段图像型火焰探测器
双波段图像型火焰探测器由红外CCD摄像机和彩色CCD摄像机组成，通过以上两种摄像机形成红外视频图像和彩色视频图像，图像通过主机进行分析、识别，如果其颜色、运动模式、闪烁频率和灰度变化等参数符合烟雾或火焰的特征，则判别为火警，并发出火灾报警信号，属于火焰型火灾探测器。该探测器解决了高大空间探测高度的问题，定位精度高、监测距离远、保护面积大［5］。但摄像机前方不能有任何遮挡，为了避免产生探测死角，一般需要多套系统。
由此可见，适用于高大空间的探测器包括：线型光束感烟探测器、吸气式感烟探测器、线型光束图像感烟火灾探测器、点型红外火焰探测器和双波段图像型火焰探测器。
3 工程实践
某工程总建筑面积75.89万m2，建筑高度84m，室内游乐园位于其西侧3~8层，面积36722m2，最大净高为38.4m，中间为中空，周边有两个夹层（如图1所示），
该室内乐园具有功能和结构造型复杂、人员密集、火灾隐患大的特点，一旦发生火灾将造成巨大的经济损失和社会影响，甚至造成人员伤亡。
为了合理选择探测器，首先对游乐园进行空间分析，根据空间高度将室内游乐园分为高度小于等于12m的区域和高度大于12m的高大空间区域，下面针对这两种区域分别讨论探测器的选择。
3.1高度小于等于12m区域探测器的选择
高度小于等于12m的区域主要是设备用房、后勤用房、剧场、连廊、储藏室、休息区、疏散通道等，这些区域建筑材料均采用耐火等级为一级的不燃性材料，火灾初期出现火焰的概率较低，以阴燃火和初期出现大量烟雾的火灾为主，由于点型感烟探测器的灵敏度优于感温探测器，故这些区域设置点型感烟探测器较为合适。
3.2高度大于12m区域探测器的选择
对于该工程，由于同时容纳人数众多，火灾后果严重，给排水专业在高大空间区域设置了自动射流灭火装置（消防水炮），自带红外火焰探测器，安装高度为距楼面25.65m，安装高度高，降低了探测灵敏度，且根据GB15631-2008《特种火灾探测器》，火灾灵敏度试验一般设置在12m、17m、25m，该探测器灵敏度是否满足要求还需进一步论证，因此本工程不考虑消防水炮自带的探测器作为该区域火灾探测器的一种。为了保证探测的可靠性和灵敏性，尽早探测到火灾信号，本游乐园高大空间仍考虑另设两种探测器的组合模式。
此游乐园中的高大空间可分解为以下4大区域：
a.激流勇进区：水池区（位于乐园1层）距顶棚38.4m，排队区（位于乐园周边夹层2层）距顶棚29.2m，有大量的水蒸气，湿度大。
b.过山车区：该区域层高38.4m，空间内有高度不断变化的遮挡物（过山车轨道和过山车），最低点距楼面高度0.7m，最高点距楼面高度28.21m，且需考虑过山车高速运动时产生的震动。
c.跳楼机区：该区域层高38.4m，跳楼机宽8.5m，高27m，会产生部分遮挡。
d.其他无遮挡的高大空间，该区域层高38.4m，主要设置了旋转木马、小舞台等，设备高度均不超过9m。
对于以上4大区域：
a.吸气式感烟探测器不适用，根据吸气式感烟探测器的安装要求和知名厂家意见，为了满足探测要求，吸气式探测器的单管长度不可超过100m，需采用水平方向双层布管和垂直方向布管相结合的方式。
过山车区和跳楼机区上空均有遮挡，且无安装条件，故不适用；激流勇进区和其他无遮挡空间若采用双层布管方式，不仅影响乐园整体美观性，而且第2层布管区域长宽均超过100m，超过产品性能，其次竖向布管无安装条件。
b.线型光束感烟探测器不适合过山车区和跳楼机区，可安装探测器处均有遮挡物，容易引起误报；也不适合激流勇进区，湿度大，容易产生水雾，降低了探测器的灵敏度并会造成误报，后期维护亦比较困难。
c.点型红外火焰探测器不适用，以上区域游乐设备的材料为钢材和玻璃钢，建筑材料为耐火等级为一级的不燃性材料，当发生火灾出现火焰时，火灾已进入燃烧阶段，预警作用差，反应速度慢，双波段探测器性能更优。
由上分析可知，激流勇进区、过山车区和跳楼机区可选择的最合理的探测器为线型光束图像感烟火灾探测器和双波段图像型火焰探测器的组合方式。
无遮挡区可采用线型光束图像感烟火灾探测器和双波段图像型火焰探测器的组合方式或线型感烟探测器和双波段图像型火焰探测器的组合方式。
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