2016.12|曹文,周名嘉:大型剧院舞台自动喷水灭火系统联动控制设计

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大型剧院舞台的可燃物较多，火灾负荷较大，各种用电设备和管线复杂，发生火灾的危险性较大。近年来，国内外不时有剧院舞台发生火灾的新闻报道，而且多是发生在剧院舞台使用期间，即舞台表演期间，造成巨大的生命及财产损失。据统计，在400次剧场火灾中，有307次都是舞台失火引起的。剧场火灾，人员伤亡和财产损失都是很大的，因此剧场消防设计十分重要。

舞台为剧场演出部分总称，包括主台、侧台、后舞台、乐池、台唇、耳台、台口、台仓、台塔。舞台内布幕、景片、道具多为易燃材料，灯具多、线路复杂，演出中往往还有效果烟火，舞台空间高大，适于燃烧，扑救困难，因此舞台往往是剧场中火灾主要起源之一。据调查，大量舞台火灾起源于舞台幕布被舞台灯光烤燃，而且剧院人员密集，疏散速度慢，故需对火灾进行及早的探测并处置，及时发出有效的报警，以保证观众及时、安全地疏散。

本文根据具体的工程设计实例，就主台、侧台、后舞台的自动喷水灭火系统联动控制设计进行分析，重点探讨利用吸气式感烟火灾探测报警系统实现主舞台雨淋系统灭火的分区控制。

1  主舞台自动喷水灭火系统联动控制

主舞台是指台口线以内的主要表演空间，台内设有多道幕布，台面配有脚灯，台顶部天桥内设有顶光、面光、追光等数量较多的灯，且大都靠近易燃的幕布和为其服务的众多复杂的供电线路都是发热热源；为了演出效果的需要而设置的布景、景观片、道具等多是易燃物质；演出过程中所施放的效果烟火更是引发火灾的源头。

在舞台12 ~ 40 m的高大空间内，一旦发生火灾就会产生强大的热对流，助长了火势的横向和纵向蔓延。据有关资料介绍，12 m高的幕布不到10 s就可以完全烧光，如不及早探测报警发现并处置，将舞台火灾有效控制在火灾萌芽初期，将会产生极其严重的后果。

1.1 雨淋系统

本项目主舞台长28. 6 m，宽20. 8 m，面积约600 m2，舞台楼板面距棚顶（俗称葡萄架）28 m。

根据JGJ 57 - 2000《剧场建筑设计规范》第8. 3. 3条规定：“超过1 500个座位的剧场，舞台的葡萄架下，应设雨淋喷水灭火系统。超过800座的剧场舞台葡萄架下宜设雨淋喷水灭火系统。”

雨淋系统是由火灾自动报警系统或传动管控制，自动开启雨淋报警阀和启动供水泵后，向开式洒水喷头供水的自动喷水灭火系统，亦称开式系统。由于主舞台的面积大于260 m2，按给排水专业相关规范规定，将主舞台雨淋系统划分为A、B、C、D 4个灭火分区，每个区的作用面积约为150 m2，每个区由一个雨淋阀控制，共设置4个雨淋阀，雨淋阀按分区分别命名为a、b、c、d。主舞台雨淋系统分区示意图如图1所示。

主舞台面积较大，为了演出需要，各喷水灭火区不能出现物理分隔，这就要求雨淋系统能有效扑灭两个相邻喷水灭火分界面发生的火灾，发生火灾时需同时开启相邻分区的两个雨淋阀。

但是如果一个雨淋阀控制的面积过大，将会使系统的流量过大，导致总用水量过大，并带来较大的水渍损失，影响系统的经济性能，因此GB 50084 - 2001（2005年版）《自动喷水灭火系统设计规范》第5. 0. 4条规定：设置的雨淋系统中每个雨淋阀控制的喷水面积不宜大于260 m2。

本项目将主舞台雨淋系统划分为4个灭火分区，可以有效减小消防水池容量及水池占地面积，相应地对选择火灾探测器和联动控制设计提出了特殊要求。

1. 2 火灾探测器

根据GB 50116 - 2013《火灾自动报警系统设计规范》（以下简称“新《火规》”）第4. 2. 3条规定：雨淋系统的联动控制要求同一报警区域内两只及以上独立的感温火灾探测器或一只感温火灾探测器与一只手动火灾报警按钮的报警信号，作为雨淋阀组开启的联动触发信号；

新《火规》第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。

由于主舞台高度大于12 m的原因，设置感温探测器根本达不到实际探测效果，因此本项目采用同一报警区域内一只双波段火焰探测器、一只光截面图像感烟探测器和一只吸气式感烟火灾探测器的报警信号“与”逻辑组合，作为雨淋阀组开启的联动触发信号，联动控制雨淋阀组的开启。

雨淋阀组启动，压力开关动作，连锁启动雨淋消防泵。采用此报警信号的逻辑组合关系主要考虑的是保障系统动作的可靠性，避免误报、误动作造成不必要的财产损失。

双波段火焰探测器是采用红外CCD和彩色CCD传感器作为探测组件，获取监控现场的红外图像和彩色图像，通过对序列图像的亮度、颜色、纹理、运动等特性进行分析，由计算机进行判别确认火灾的感火焰火灾探测器。消防控制室值班人员也可通过监视器上显示的现场彩色图像进行人工确认，甚至可替代保护区域内的监控系统。

光截面图像感烟探测器是采用高强度红外发光点阵作为发射器，以高分辨率红外CCD作为接收器，通过分析发射器光斑图像的强度、形状、纹理等特征的变化来探测火灾烟雾的感烟火灾探测器，具有一只接收器对应多只发射器的特点。

光截面图像感烟探测器与红外光束感烟探测器的区别就是一收多发，即一只接收器对应多只发射器（每只接收器最多对应的发射器不可超过8只）；可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，具有分辨发射光源与干扰光源的能力。

吸气式感烟火灾探测报警系统由空气采样管网、火灾报警装置及显示控制单元组成，通过分布在探测区域的采样管网上的采样孔，将空气样品抽吸到探测报警器内进行分析，并显示出所保护区域的烟雾浓度和报警、故障状态的系统。

根据新《火规》第5. 4. 1条规定要求，在主舞台上方设置吸气式感烟火灾探测器。吸气式感烟火灾探测器具有复位、消音、自检等功能，可以独立使用，可对报警信号进行本地或远程输出。根据新《火规》第6. 2. 17条规定要求：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，同一根采样管不应穿越防火分区；采样孔总数不宜超过100个，单管上的采样孔数量不宜超过25个；当采样管道布置形式为垂直采样时，每隔2 ℃ 温差间隔或3 m间隔（取最小者）应设置一个采样孔。新《火规》第12. 4. 4条规定要求：探测器的采样管宜采用水平和垂直结合的布管方式，并应保证至少有两个采样孔在16 m以下。

由于主舞台高度大于16 m，本项目采用高灵敏型的吸气式感烟火灾探测器，并且采样管采用水平和垂直结合的布管方式。

根据本项目主舞台的具体情况，共设7个火灾报警探测点，具体分布如表1所示。

其中双波段火焰探测器和光截面图像感烟探测器的报警信号仅作为联动控制雨淋阀组开启的联动触发信号之一，至于具体开启哪个区域的雨淋阀组由吸气式感烟火灾探测器报警信号决定。

另外在主舞台葡萄架上方的设备层顶板下设置光电感烟探测器，主要是对设备层顶板下方的区域进行火灾探测。主舞台火灾探测器设置如图2和图3所示。

1. 3 联动控制

本项目根据吸气式感烟火灾探测器主机的报警原理，充分考虑保障系统可靠性，设置3台吸气式感烟火灾探测器主机，每台主机均具备对单一采样管进行寻址和设置的功能。对每台主机上采样管的采样孔进行分组报警，从而迅速、准确地对烟雾产生的位置进行确定。下面根据剧院舞台不同使用时期，分析吸气式感烟火灾探测器对雨淋阀组的分区控制原理。

1. 3. 1 非演出期间的自动控制

在主舞台设置3台吸气式感烟探测器主机，每台带1条采样管，3条采样管与主舞台台口平行，分别设置在雨淋系统4个灭火分区的分界处AB、BC、CD，分别命名为1#、2#、3#吸气式感烟火灾探测器主机。如果在分隔处发生火灾，相应的吸气式感烟火灾探测器主机发出报警信号，由消防联动控制器控制相邻两个分区的雨淋阀开启，详见表2。

1. 3. 2 演出及排练期间的手动控制

演出及排练期间，将消防联动控制器切换到手动状态。在舞台演出过程中如发生火灾，火灾探测器主机发出报警信号，舞台管理人员或消防值班人员确认火灾发生后，迅速到达舞台现场附近，立即打开发生火灾位置处的喷水灭火作用区相应雨淋阀的手动开启阀；也可由消防控制室内的手动控制盘直接手动控制雨淋阀的开启。

1. 3. 3 主舞台吸气式感烟火灾探测器与雨淋阀组分区控制关系（如表2所示）

表2中吸气式感烟火灾探测器主机的报警信号仅作为联动控制相关区域雨淋阀开启的联动触发信号之一，必须再加上一只双波段火焰探测器和一只光截面图像感烟探测器的报警信号组成的“与”逻辑组合，作为雨淋阀组开启的联动触发信号。雨淋阀组启动，压力开关动作，连锁启动雨淋消防泵向管网供水，从而达到控火、灭火的目的。

需要注意的是，雨淋系统的消防水泵均是由雨淋阀组压力开关动作信号直接启泵的，属于连锁控制，是雨淋系统自身完成的，此类控制不需要火灾自动报警系统参与，因此不适用新《火规》第4. 1. 6条的规定。连锁控制方式不依赖于消防联动控制系统，也不受消防联动控制器处于

自动和手动状态影响，连锁控制通过专用线路实现。

消防联动控制器通过联动控制，为雨淋系统提供连锁控制之外的后备控制。根据新《火规》第4. 1. 6条规定要求：需要火灾自动报警系统联动控制的消防设备，其联动触发信号应采用两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合。

因此雨淋系统的联动触发信号是雨淋阀压力开关的动作信号与该雨淋阀防护区域内任一火灾探测器或手动报警按钮的报警信号的“与”逻辑。联动控制由消防联动控制器或火灾报警控制器（联动型）通过输出模块实现，联动控制不影响连锁控制的功能。

2  侧舞台和后舞台自动喷水灭火系统联动控制

侧舞台设在主舞台两侧，为迁换布景、演员候场、临时存放道具景片及车台的辅助区域。由于侧舞台与主舞台直接连通，一旦主舞台发生火灾会直接影响到侧台安全。

后舞台设在主舞台后面，可增加表演区纵深方向的舞台。后舞台是为演出服务的化妆、服装更换、演员和工作人员的休息、调音、演员跑场、必要库房布置转台景物、盥洗、淋浴、卫生间等用房。

后台在演出时作为候场（特别是合唱团）、在非演出期间作为驻院文艺团体排练之用，所以后台也设有各种吊杆、台灯及必要的景物，其与主舞台也是直接连通，其火灾危险性仅次于主舞台。

2. 1 大空间智能型主动喷水灭火系统

本项目在主舞台两侧设置侧舞台，长15. 6 m，宽17. 8 m，面积约280 m2，舞台楼板面距顶板面16. 5 m；在主舞台后面设置后舞台，长19 m，宽15. 7 m，面积约300 m2，舞台楼板面距顶板面15. 8 m。

由于舞台高度及其上方有吊架、幕布、布景及灯具等各种障碍物，根据给排水专业相关规范要求，为保障灭火效果，在侧舞台及后舞台均采用大空间智能型主动喷水灭火系统，设置大空间智能灭火装置。

大空间智能型主动喷水灭火系统是由大空间灭火装置、信号阀组、水流指示器等组件以及管道、供水设施等组成，能在发生火灾时自动探测着火部位并主动喷水的灭火系统。大空间智能灭火装置的灭火喷水面为圆形，是能主动探测着火部位并开启喷头喷水灭火的智能型自动喷水灭火装置。大空间智能灭火装置安装高度为6 ~ 25 m，保护半径 ≤ 6m，喷水方式为着火点及周边圆形区域均匀洒水。

2. 2 火灾探测器

考虑到侧舞台、后舞台与主舞台功能及空间相似，根据相关规范要求，火灾探测器也选择双波段火焰探测器、光截面图像感烟探测器及吸气式感烟火灾探测器的组合。

根据本项目左侧舞台的具体情况，共设7个火灾报警探测点，具体分布如表3所示。

2. 3 联动控制

本项目大空间智能型主动喷水灭火系统设置专用的智能灭火装置控制器，控制器具有与火灾自动报警及联动控制器联网的监控接口。智能灭火装置控制器及电源装置设置在消防控制室。在舞台进行演出及排练时，为达到某种演出效果往往要施放烟火，或采用各种特效照明灯光，这些烟火以及光谱波长近似于火焰的灯光，容易引起智能型探测组件的误报警及引起系统误喷。

为防止出现这种情况，大空间智能型主动喷水灭火系统设有手动与自动控制的转换装置，演出及排练时，应将系统转为手动控制，智能型探测组件此时转为只报警而不自动控制系统的启动；系统的启动由舞台管理人员或消防值班人员根据现场火灾的确认结果进行手动启动。

2. 3. 1 非演出期间的自动控制

当智能型探测组件探测到火灾发生时，立即向智能灭火装置报告，由控制器发出指令，消防联动控制器启动火灾警报装置和各种联动设备；或当双波段火焰探测器、光截面图像感烟探测器及吸气式感烟火灾探测器的报警信号等组成“与”逻辑组合或其中一种探测器与一只手动火灾报警按钮的报警信号组成“与”逻辑组合作为电磁阀开启的联动触发信号，电磁阀启动，同时启动大空间消防水泵，向管网供水，扑灭火灾。

2. 3. 2 演出及排练期间的手动控制

每个舞台区域均设有现场手动控制箱，具有优先控制功能。在演出及排练期间，将大空间智能型主动喷水灭火系统置于手动状态，在此状态下，电磁阀及消防水泵等系统组件除接收大空间灭火装置控制信号外，还必须接收人工手动控制信号。

当发生火灾时，大空间灭火装置完成对火源的判定和定位，电磁阀及消防水泵不会立即打开和启动，而只有再接收到人工手动控制信号后才能打开和启动，例如该报警区域内的手动火灾报警按钮的报警信号或者现场手动控制箱的操作信号。若上述控制失效，在消防控制室通过智能灭火装置控制器也能进行强制启动，以确保既可防止误喷，又能在火灾发生时启动电磁阀。在演出及排练结束后，系统应转换到自动状态。

3  相关联动控制

本项目舞台区域的消防联动控制系统主要包括水幕系统、消火栓系统、防烟排烟系统、火灾警报和消防应急广播系统、防火门及防火卷帘系统、电梯系统、消防应急照明和疏散指示系统、舞台灯光系统、舞台音响系统和舞台机械系统等。以下主要就水幕系统和舞台机械系统等与舞台密切相关的系统联动控制要求进行分析。

3. 1 水幕系统

水幕系统由开式洒水喷头或水幕喷头、雨淋报警阀组或感温雨淋阀，以及水流报警装置（水流指示器或压力开关）等组成，用于挡烟阻火和冷却分隔物的喷水系统。本项目在主舞台与观众厅之间的台口处设有刚性防火幕，给排水专业相应的设置防护冷却水幕系统，设计喷水时间按3h计算，防护冷却水幕喷头沿钢质防火幕一侧布置。水幕带共设置一个雨淋阀，雨淋阀安装在舞台附近的报警阀间内，雨淋阀的手动控制阀设置在舞台现场附近，方便手动操作。

3. 1. 1 非演出期间的自动控制

根据新《火规》第4. 2. 4条规定：当自动控制的水幕系统用于防火卷帘的保护时，应由防火卷帘下落到楼板面的动作信号与本报警区域内任一火灾探测器或手动火灾报警按钮的报警信号作为水幕阀组启动的联动触发信号，并应由消防联动控制器联动控制水幕系统相关控制阀组的启动。

在防火幕两侧的主舞台和观众厅任一侧发生火灾时，防火幕所在防火分区内任两只独立的火灾探测器的报警信号，作为防火幕下降的联动触发信号，直接下降到舞台楼板面，其限位开关动作，限位开关的动作信号与本探测区域内的火灾报警信号组成“与”逻辑控制水幕系统的雨淋报警阀开启，雨淋报警阀泄压，压力开关动作，连锁启动水幕消防泵。

3. 1. 2 演出及排练期间的手动控制

将消防联动控制器切换到手动状态，防止演出期间通过火灾探测器的报警信号联动控制水幕系统雨淋阀的启动导致误动作。

在舞台演出及排练过程中如发生火灾，舞台管理人员或消防值班人员确认火灾发生后，迅速到达舞台现场附近，通过防火幕手动控制按钮控制防火幕直接下降到舞台楼板面，并且立即手动打开水幕系统雨淋阀的手动控制阀；也可由消防控制室内的手动控制盘直接手动控制雨淋阀的开启。雨淋阀开启，压力开关动作即可开启水幕系统的加压水泵向管网供水，使得防火幕达到防火隔火的目的。

以上为水幕系统的连锁控制，联动控制要求与雨淋系统类似，不在此赘述。

3. 2 舞台机械系统

本项目在主舞台、侧舞台及后舞台等区域均设有舞台机械系统，即升降舞台。考虑在演出及排练期间发生火灾时，舞台有可能处于升高或降低状态，并不是与本层地面平齐，不利于人员疏散。

因此在确认火灾发生后，首先应使舞台机械系统动作，使舞台楼板面恢复到初始状态，即保持舞台楼板面与本层地面平齐，利于人员快速安全疏散。在舞台机械系统动作后，雨淋系统、水幕系统及大空间智能型主动喷水灭火系统等消防水系统动作前，及时切断舞台机械系统等舞台区域非消防用电设备的电源，以保证人员安全。

在民用建筑工程中，大型剧院舞台火灾危险性相对较高，舞台区域的火灾自动报警系统及消防联动控制也是设计的难点所在。本文提出的设计方法并不是完美或唯一的，期待与各位同行共同探讨，共同提高，以达到更好的设计，保障人民生命财产安全。

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作者：

曹文，广州市设计院，工程师。

周名嘉，广州市设计院，教授级高级工程师，院副总工程师。

全文载于《建筑电气》2016年第12期，详文请见杂志。版权归《建筑电气》所有。

xiaoyi_7

很好的东西，好好学习。