全景畫館的火災危險性分析

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側0.6m左右的環形范圍內。全景畫布屬薄型固體可燃物，其特點是厚度小、面積大，總質量相對較小，因此熱容量小，受熱之后升溫很快，很容易達到熱解、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施設計面臨的問題

因全景畫館屬于大空間建筑，在館內全景畫布是油畫布，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，且豎向火焰傳播速度超快，燃燒猛烈，釋放出大量煙霧等特點，由于現行規范中缺少對垂直油畫布的消防設施的設置要求，因此自動消防設施的選擇上存在以下問題:

自動滅火系統，在全景畫館內油畫布是主要可燃物，因此自動滅火系統應符合安裝高度和油畫布的燃燒規律要求。一是選擇閉式自動噴水滅火系統，凈空高度不大于12m［1］，不適用對油畫布的保護。二是選擇自動水炮滅火系統和自動掃描定位噴水滅火系統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自動報警系統完成。由于油畫布火勢為豎向發展迅速，火焰成高速移動狀態，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，其中標準型大空間智能滅火裝置，安裝高度為6～25m，保護半徑為≤6m，系統采用智能型紅外探測組件探測火災［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燈光無法達到的位置，可以避免誤報的產生，這種標準型大空間智能滅火裝置在全景畫館內應用是可行的，但是因油畫布畫幅巨大，火災時噴頭開啟數量無法確定。四是選擇雨淋噴水滅火系統，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，同時全景畫經濟價值巨大，一旦被水浸濕，勢必造成重大經濟損失。

火災探測器，一是選擇常用的點型感煙和或感溫火災探測器，最大安裝高度分別為12m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探測器有火焰探測器、紅外光束感煙探測器、圖像式火災探測器(包括光截面圖像感煙火災探測技術和雙波段圖像火災探測器)，但是由于它們均易受到展廳內的燈光等光線的影響，易發生誤報。三是火災時火災探測器應能準確定位火災位置，因此采用上述大空間火災探測器的實效，需要進一步分析研究。

排煙系統，由于火災時全景畫館內上部煙氣的溫度未知，煙氣溫度在何時超過280℃導致排煙風機停止工作?因此不能確定排煙風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。

油畫布的火災試驗和火災數值模擬

根據油畫布消防設計面臨的問題，采用常規消防設計手段無法驗證消防設施的有效性，本文采用性能化消防設計的方法，即采用小尺寸火災試驗和計算機模擬(采用FDS火災數值模擬軟件模擬)相結合的方法進行設計。

1.火災試驗

(1)通過試驗發現火焰前鋒位置s(t)和燃燒時間(t)呈冪函數的增長趨勢，得到油畫布火焰前鋒位置的經驗模型［4］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，垂直方向蔓延速度遠大于水平方向蔓延速度，使得V形痕跡的兩側邊夾角變小，火焰體表現為夾角為10～15°的V狀火焰，形成夾角大約為10～15°的V形痕跡［4］(見圖2)。(3)因全景畫館為一個相對密閉場所，室內幾乎沒有風，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，不完全燃燒產生大量黑色煙霧，但是煙氣沒有出現有滯留半空的現象，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象。

2.FDS火災數值模擬結果

(1)全景畫館頂部溫度測點隨時間變化曲線。(2)火災煙氣到達頂部隨時間變化情況。根據火災模擬數據可以得出，油畫布燃燒煙氣于8．5s即達到頂部，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到16．3m，此時對應的煙氣閾值濃度用減光系數表示約為1dbm－1，達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，油畫布上方頂部溫度即達到70℃，溫度變化。

自動消防設施的選擇和設計要求

1.雨淋噴水滅火系統和標準型大空間智能滅火裝置適用性分析

(1)雨淋噴水滅火系統。雨淋噴水滅火系統安裝高度符合要求，但是存在火災時消防用水量非常大，同時會造成較大的次生災害，因此，全景畫館內雨淋噴水滅火系統可按以下要求設置:因全景畫館內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置環狀雨淋噴頭，并且分段控制，每段長度為L≥2×k×H×tg(a/2)式中:H———畫布高度，m;a———油畫布V狀火焰夾角，°;k———安全系數可取1．1～1．2。考慮到火災發生在邊界處的可能性，以及火災時油畫布著火局部可能掉落，從而擴大火災范圍，因此，火災發生時，可通過火災自動報警系統探測器的精確定位，開啟著火區段和相鄰兩段噴頭(三段長度最大不得超過18m)，即達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的啟動方式。一是經火災報警探測器探測火災和定位火災位置，聯動開啟著火區和相鄰兩區的雨淋閥或電磁閥，噴水滅火，此方式的特點是雨淋噴水滅火系統啟動迅速。二是經雨淋系統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到頂部的時間是64．5s，此時雨淋系統水力傳動管上閉式噴頭(選用快速響應噴頭RTI≤50)隨即破碎，同時啟動水力傳動管對應的著火區雨淋閥，再經火災報警控制器聯動開啟相鄰兩區的雨淋閥，此方式的特點是滅火系統啟動可靠，缺點是啟動時間較長。為了縮短系統噴水時間，縮短水在管道內的流動時間，建議雨淋閥設置在旋轉平臺下設備用房內，并在旋轉看臺上設置手動開啟相應燃燒位置的雨淋閥控制按鈕。(2)標準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狀設置標準型大空間智能滅火噴頭，全景畫館可按嚴重危險Ⅱ級規定布置噴頭，根據DBJ15-34－2004《大空間智能型主動噴水滅火系統設計規范》表5．0.1－1，噴頭單排布置，噴頭間距不大于4．2m。因單個標準型噴頭的安裝高度最低安裝高度不應小于6m，因此，對于垂直懸掛的油畫布火災頂部位置，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，從而造成對畫布上部保護存在空白的問題，為保證對畫布實現全面覆蓋，可以在油畫布正上方布置一排標準開式直立型噴頭，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量造成工程造價較高的問題，又實現了對油畫布的全面保護。火災發生時，可通過火災自動報警系統探測器的精確定位，開啟著火區噴頭和相鄰兩個噴頭，或同時按照雨淋系統中傳動管的布置形式布置傳動管，來啟動主動噴水滅火，達到有效控火和滅火的目的，避免火災次生災害較大的問題。