超高層建筑應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計

尹伯慶 / 張?（天津市建筑設(shè)計院， 天津 300074）

1 前言

民用建筑設(shè)計通則中規(guī)定“建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑”。“超高層建筑”顧名思義就是建筑主體高、建筑體量大、功能復(fù)雜、系統(tǒng)繁多、技術(shù)要求高。由于超高層建筑的特點，決定了一旦發(fā)生各類災(zāi)害事故（人為的或自然的），建筑物的安全、內(nèi)部人員的逃生都很難得到保障，對建筑物內(nèi)人員生命安全和財產(chǎn)安全都構(gòu)成極大威脅，常常造成群死群傷事故。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，如何應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)手段，借助于性能化安全疏散設(shè)計方法，最大限度的防止和減少火災(zāi)造成的危害，保障人身和財產(chǎn)安全，是擺在每位工程設(shè)計者面前的研究課題，必須引起我們高度重視。

自1994年筆者完成第一項超高層建筑設(shè)計至今的十幾年間又陸續(xù)完成了多項超高層建筑的設(shè)計，下面就結(jié)合剛剛設(shè)計完成的天津遠(yuǎn)洋大廈二期項目，對超高層建筑應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計做簡要介紹。

2 項目概況

本項目位于天津市中心城區(qū)，南臨海河?xùn)|路，東近大沽橋，毗鄰遠(yuǎn)洋大廈一期工程。建筑總高度為218m，總建筑面積為10萬余m2，主體建筑地上49層，地下4層，其中地下層主要為停車庫及設(shè)備用房，地上建筑為5A甲級高品質(zhì)的寫字樓，避難層分別設(shè)于13、27及40層。是一座具備新時代特質(zhì)的天津海河商務(wù)區(qū)新地標(biāo)建筑。

本項目為超高層建筑，在設(shè)計中應(yīng)用性能化安全疏散設(shè)計方法，對安全疏散時間進(jìn)行必要的分析與評估，合理設(shè)置應(yīng)急照明工作時間和應(yīng)急電源供電時間，實現(xiàn)了安全疏散系統(tǒng)設(shè)置的科學(xué)性、有效性和經(jīng)濟(jì)性的良好統(tǒng)一。設(shè)計中采用了智能疏散逃生系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場災(zāi)情和制訂的疏散預(yù)案，向受災(zāi)人員實時提示災(zāi)情，指示最佳疏散逃生路徑，對穩(wěn)定逃生人員的情緒，最大限度縮短疏散時間，實現(xiàn)安全撤離有著重要作用。

3 疏散時間分析與評估

當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，人們首先想到的就是怎樣安全逃生，如何保障災(zāi)害現(xiàn)場人員的快速、準(zhǔn)確、鎮(zhèn)靜地得以安全疏散，是我們設(shè)計中重點考慮的問題。由于超高層建筑面積大，水平與垂直疏散距離長，使得安全疏散時間大為延長，因此應(yīng)對安全疏散時間進(jìn)行必要的性能化分析。

3.1 計算參數(shù)取值

目前國內(nèi)雖有一些科研機(jī)構(gòu)和院校曾對人員疏散的行走速度進(jìn)行過研究，并獲得了部分?jǐn)?shù)據(jù)，但沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)對這些研究成果進(jìn)行分析歸納，也沒有形成一套大家公認(rèn)的體系。因此，在進(jìn)行實際設(shè)計時，經(jīng)常參考國外相關(guān)專家的研究成果或者國外權(quán)威機(jī)構(gòu)出版的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。美國消防工程師協(xié)會（SFPE）《消防工程手冊》對人員疏散參數(shù)（疏散速度、人流量、有效疏散寬度）的系統(tǒng)歸納，被消防安全工程界廣泛采納。該手冊認(rèn)為人員的行走速度是人員密度的函數(shù)：當(dāng)人員密度在＜0.54人/m2時，人員水平疏散速度1.2m/s，樓梯下行速度0.86m/s。本項目總建筑面積10萬m2；最大防火分區(qū)建筑面積1500 m2；疏散步行水平最長距離80m；疏散下行樓梯最長距離612m；建筑物內(nèi)人員密度0.06人/ m2；出口有效疏散系數(shù)60人/ min.m[2]；出口有效寬度2.4m。建筑內(nèi)部人員類型構(gòu)成可簡化為以下兩種：成年男士和成年女士。

3.2 本項目疏散所需時間計算

通常情況下疏散所需時間te由疏散開始時間和疏散行動時間二者之和確定，其中疏散開始時間包括火災(zāi)探測報警時間和人員準(zhǔn)備疏散時間；疏散行動時間包括疏散步行時間和疏散出口時間。

1) 全樓疏散開始時間

式中：tstart全樓疏散開始時間(min) ；

Afloor最大防火分區(qū)建筑面積（m2）；

t0人員狀態(tài)系數(shù), 取值3min。

)2) 疏散步行時間

式中：tstort疏散步行時間(min)；

l1步行水平最長距離（m）；

l2步行樓梯最長距離（m）；

v1水平步行速度（m/min）；

v2樓梯下行速度（m/min）；3

疏散出口時間

式中：tqueue疏散出口時間(min)；

P 建筑物內(nèi)人員密度（人/ m2）；

A 建筑物總建筑面積（m2）；

N 出口有效疏散系數(shù)（人/min.m）；

B 出口有效寬度（m）。4

疏散所需時間te

通過以上分析計算得到的疏散所需時間值作為確定本工程應(yīng)急照明工作時間的指導(dǎo)參數(shù)及基礎(chǔ)條件，保證在建筑物內(nèi)所有人員安全疏散完成前其疏散照明及疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)的可靠有效性，使逃生人員不會在伸手不見五指的逃生環(huán)境中喪失逃生意志、迷失逃生方向。

4 應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)置要求

應(yīng)急照明系統(tǒng)是超高層建筑防火設(shè)計的重要組成部分，在進(jìn)行超高層建筑應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)以安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實用為主要原則。

4.1 應(yīng)急照明系統(tǒng)一般由三類功能組成

1) 由消防應(yīng)急工作照明燈組成的備用照明功能系統(tǒng)，為滅火及救援人員而設(shè)置。一般設(shè)置在發(fā)電配電房、消防泵房、消防控制中心、防排煙機(jī)房、通訊中心、避難層及直升機(jī)停機(jī)坪等火災(zāi)時需要繼續(xù)工作的重要場所。

2) 由消防應(yīng)急疏散照明燈組成的消防疏散照明功能系統(tǒng)，為人員疏散時提供必需的照度而設(shè)置。一般設(shè)置于公共疏散通道、電梯前室、疏散樓梯間及防煙樓梯間前室等場所。

3) 由應(yīng)急疏散指示標(biāo)志燈組成的疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)，為人員疏散提供明確引導(dǎo)方向及途徑。一般安裝于公共疏散通道、避難層、疏散樓梯間及安全出口等處。

4.2 應(yīng)急照明燈具設(shè)置要求

備用照明燈具一般設(shè)置于墻面或頂棚上，其應(yīng)急工作時間不應(yīng)低于180 min（避難層、直升機(jī)停機(jī)坪應(yīng)急工作時間不低于60 min），并滿足正常工作照度要求；消防疏散照明燈具一般設(shè)置于墻面或頂棚上，其應(yīng)急工作時間不低于30min，照度不低于5 lx；安全出口標(biāo)志燈具一般設(shè)置于安全出口上方，疏散指示標(biāo)志燈具一般設(shè)置于疏散通道及轉(zhuǎn)角處距地面1m以下的墻面上或地面上，其應(yīng)急工作時間不低于30 min，標(biāo)志燈主標(biāo)界面表面亮度不低于15 cd/ m2、不高于300 cd/ m2。

在此特別說明的是，根據(jù)規(guī)范要求，應(yīng)按不同觀察距離，確定疏散指示標(biāo)志燈的尺寸要求[3]；疏散指示標(biāo)志燈安裝在不同的場所，如地下、人防工程、袋型通道、普通通道、通道轉(zhuǎn)角處等，則有不同的間距要求；應(yīng)急照明燈應(yīng)采用應(yīng)急時能夠迅速點亮的光源，并帶玻璃罩保護(hù)；這些要求往往在設(shè)計中被忽視，應(yīng)引起設(shè)計者的充分注意。

4.3 疏散照明系統(tǒng)的供電與控制

本工程中應(yīng)急照明負(fù)荷為一級負(fù)荷，電源由市政雙電源供電，采用專用回路雙電源供電，并在末端配電裝置處設(shè)置自動切換裝置，另設(shè)分散設(shè)置的EPS電源，作為應(yīng)急照明等的應(yīng)急供電電源。

消防聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對備用照明及疏散照明系統(tǒng)的監(jiān)視及控制。疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)則采用智能疏散逃生系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用開放的數(shù)據(jù)接口和通訊協(xié)議與FAS系統(tǒng)聯(lián)接，根據(jù)FAS火災(zāi)報警信息，對通道內(nèi)的疏散燈指示路徑進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，通過語音、方向可調(diào)、視覺連續(xù)等引導(dǎo)方式，實現(xiàn)快捷的避煙疏散逃生。

4.4 供配電線纜的選型

火災(zāi)造成人類死亡的一個重要原因是火焰煙霧中毒所致的窒息?；馂?zāi)煙霧中含有大量的一氧化碳及塑料化纖燃燒產(chǎn)生的含氯、苯等有害物質(zhì)的氣體，火焰又可造成呼吸道灼傷及喉頭水腫，這些因素足可使?jié)鉄熤械谋焕д咴?～5min內(nèi)中毒窒息身亡。 因此在超高層建筑設(shè)計中對一般負(fù)荷配電應(yīng)選用阻燃型低煙無鹵環(huán)保電纜（電線），對消防或重要負(fù)荷配電應(yīng)選用礦物絕緣防火電力電纜，以盡量減少因電纜絕緣及護(hù)套的燃燒引起的煙霧及有毒氣體對人員造成的傷害，為大樓內(nèi)的人員疏散爭取更多的逃生時間。同時也保證火災(zāi)中消防設(shè)備的供電連續(xù)可靠性。

現(xiàn)行國家規(guī)范已對應(yīng)急照明做出了詳盡的要求，在此不做過多的贅述。

5 智能疏散逃生系統(tǒng)

2010年9月筆者受邀參加了由天津消防協(xié)會主持召開的智能疏散逃生系統(tǒng)應(yīng)用專家研討會。與會專家對智能疏散逃生系統(tǒng)應(yīng)用的必要性、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計原則、適用范圍等進(jìn)行了深入的研討。一致認(rèn)為“智能疏散逃生系統(tǒng)適用于機(jī)場、 綜合交通樞紐、 地鐵、會展中心、醫(yī)院、商場等人員密集場所和大型、超高層公共建筑”。這就為智能疏散逃生系統(tǒng)圈定了基本的應(yīng)用范圍，并據(jù)此考慮經(jīng)濟(jì)性因素。本項目在疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)上采用了智能疏散逃生系統(tǒng)，而疏散照明燈沒有納入其中，以期得到較高的性價比。

5.1 智能疏散逃生系統(tǒng)簡介

該系統(tǒng)是基于當(dāng)代計算機(jī)通訊技術(shù)開發(fā)的新產(chǎn)品，它有著傳統(tǒng)的單燈型應(yīng)急燈無法比擬的優(yōu)越性能。智能疏散逃生系統(tǒng)重構(gòu)高層建筑疏散體系，在現(xiàn)代建筑中有著廣闊的應(yīng)用前景。

系統(tǒng)由設(shè)于消防控制中心的中央主機(jī)、中心接入器、智能區(qū)域集控應(yīng)急照明配電箱、區(qū)域匯集單元、回路控制模塊、智能應(yīng)急照明燈具和智能疏散應(yīng)急標(biāo)志燈具組成。中央主機(jī)與智能區(qū)域集控應(yīng)急照明配電箱之間采用總線通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。智能應(yīng)急照明燈具和智能疏散應(yīng)急標(biāo)志燈具均具有獨立地址，采用LED光源，具有日常故障巡檢功能。

5.2 智能疏散逃生系統(tǒng)的自檢測功能

● 監(jiān)測主機(jī)備用電源故障

● 監(jiān)測主機(jī)光源故障

● 監(jiān)測主機(jī)電壓回路欠壓狀態(tài)

● 監(jiān)測燈具蓄電池故障

● 監(jiān)測燈具光源故障

● 監(jiān)測燈具應(yīng)急回路欠壓狀態(tài)

系統(tǒng)的日常設(shè)備故障維護(hù)功能很好的解決了傳統(tǒng)消防疏散指示標(biāo)志燈具日常巡檢、維護(hù)困難的問題，確保系統(tǒng)正?？煽窟\行。

5.3 智能疏散逃生系統(tǒng)的人性化功能

5.3.1 語音功能

消防應(yīng)急燈具系統(tǒng)中的出口標(biāo)志燈引入語音功能，平常語音不開啟，火災(zāi)時，根據(jù)出口安全與否開啟、關(guān)閉語音功能。研究表明在火災(zāi)中，煙霧蔓延直接影響能見度，即便是少量煙霧，人的可視距離只能在4m之內(nèi)，而在濃煙中人的可視距離只能達(dá)到1m。此外，出口標(biāo)志通常安裝在距地2.1m～2.7m的高度（正處于濃煙層），此時不到出口1m之內(nèi)，無法看到出口燈具，高位疏散標(biāo)志（無論是文字還是圖形）流于擺設(shè)，可見高位標(biāo)志對處于火場中人員的逃生作用微乎其微。

實踐表明在出口標(biāo)志燈中引入語音功能能顯著提高疏散時間（提高70%）和疏散路徑的明確性（提高32%）。用耳朵聽出安全通道不外乎是最好的解決方式。國家標(biāo)準(zhǔn)[7]也對此做出了要求描述。

5.3.2 消防應(yīng)急燈具頻閃功能

集中控制型消防應(yīng)急燈具系統(tǒng)中所有燈具類型引入頻閃功能，平時光源常亮，火災(zāi)時，燈具自動轉(zhuǎn)入頻閃功能。在火災(zāi)中，濃煙中的頻閃功能顯著提高燈具光源的能見度。國家標(biāo)準(zhǔn)[7]也對此做出了要求描述。

5.3.3 消防應(yīng)急燈具方向可調(diào)功能

集中控制型消防應(yīng)急燈具系統(tǒng)中的方向指示燈引入方向可調(diào)功能，平時就近指向安全出口，火災(zāi)時，根據(jù)火災(zāi)報警信息對方向指示燈具進(jìn)行指示方向的優(yōu)化調(diào)整。

5.3.4 消防應(yīng)急燈具導(dǎo)向光流功能

集中控制型消防應(yīng)急燈具系統(tǒng)中引入光流燈具，平時光流不開啟，火災(zāi)時，根據(jù)通道、出口安全與否開啟光流功能，同時選擇光流指示方向。國家標(biāo)準(zhǔn)[7]也對此做出了要求描述。

系統(tǒng)的火災(zāi)應(yīng)急功能在火災(zāi)發(fā)生時動態(tài)“安全引導(dǎo)”人員疏散，而非以往“就近引導(dǎo)”的靜態(tài)引導(dǎo)方式。系統(tǒng)具備不同功能的消防疏散指示標(biāo)志燈，結(jié)合頻閃、語音、雙向可調(diào)型、視覺連續(xù)型標(biāo)志燈等，從逃生人員的視覺、聽覺等感觀上進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，使逃生人員能在火場中“更安全、準(zhǔn)確、迅速”的逃生。

5.4 智能疏散逃生系統(tǒng)與傳統(tǒng)疏散燈具引導(dǎo)功能對比

表1 智能疏散逃生系統(tǒng)與傳統(tǒng)疏散燈具引導(dǎo)功能比較

5.5 可實施搭建疏散逃生系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理網(wǎng)絡(luò)平臺

疏散逃生系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理網(wǎng)絡(luò)是基于智能疏散逃生系統(tǒng)之上的售后服務(wù)平臺，該遠(yuǎn)程管理網(wǎng)絡(luò)平臺解決了智能疏散逃生系統(tǒng)應(yīng)用于項目上后維護(hù)和監(jiān)管的眾多問題，將位于全國各地的所有智能疏散逃生系統(tǒng)項目集成在同一個服務(wù)平臺上，做到實時監(jiān)管、實時維護(hù)。是疏散逃生設(shè)備維護(hù)滯后問題的行之有效的解決方法。

圖1 智能疏散逃生系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

如上所述，智能疏散逃生系統(tǒng)可根據(jù)對火災(zāi)現(xiàn)場煙、火分布情況的分析，為現(xiàn)場人員疏散指示最佳疏散路徑，最大限度的為現(xiàn)場逃生人員縮短疏散時間、指示安全路徑，提供安全保障。

智能燈光疏散指示系統(tǒng)雖有著如此的優(yōu)越性能，但由于其價格昂貴，極大的限制了它的使用范圍。目前多應(yīng)用于火災(zāi)危險性大、逃生路線相對復(fù)雜和困難的大型建筑中，出于經(jīng)濟(jì)考慮，普通的民用建筑尚不具備應(yīng)用條件。

6 結(jié)束語

在超高層建筑的設(shè)計中還有許多可研究、可探討的課題，滿足規(guī)范要求僅僅是對設(shè)計者的基本要求，一個設(shè)計項目的優(yōu)劣，取決于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平、設(shè)計者的設(shè)計經(jīng)驗、設(shè)計能力等諸多因素。

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