高層醫(yī)療建筑電氣設計消防安全探討

曾憲陽

(武警學院 研究生隊，河北 廊坊 065000)

0 引言

目前高層醫(yī)療建筑大都建在城市中心，該類建筑一般成建筑群分布，具有建筑數(shù)量多，建筑體量大，各種大容量強弱電設備及其線路敷設復雜等特點[1]。醫(yī)療建筑人流量大，人員密集，而且人群中絕大部分以老弱病殘為主，如果醫(yī)療建筑中發(fā)生火災，必定會造成場面異常混亂，人員大量傷亡的情況，后果不堪設想。2005年12月15日吉林省遼源市中心醫(yī)院火災，就造成37人死亡，95人受傷。經(jīng)調查這起火災的起火部位位于醫(yī)院門診樓東側二層配電室，起火原因為配電室電纜溝內電纜短路。此外，醫(yī)療建筑電力負荷更加分散，消防應急照明和疏散指示標志要求更高，一級負荷中的特別重要負荷更多，大體量、高精尖設備電力需求較大，因此，人們對醫(yī)療建筑消防供配電系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、應急照明與疏散指示系統(tǒng)的可靠性、安全性提出更高要求。

1 消防供配電形式設計探討

消防電源選用是建筑消防供配電系統(tǒng)設計最先需要考慮的問題，也是需要重點考慮的問題[2]。

1.1 消防電源類型

出于消防安全考慮，像高層醫(yī)療建筑這樣的具有重要功能的公共安全建筑的消防負荷一般都是采用市電雙電源進線加柴油發(fā)電機組共同供電[3]。日常使用時，由市電雙電源進線負責供電需求；當發(fā)生火災或市電雙電源進線發(fā)生故障，導致停電時，柴油發(fā)電機組啟動，給建筑中的重要消防負荷提供電力，支持消防設備正常工作。但是，由于建筑中消防負荷只占全部負荷的一小部分，所以雙電源進線加柴油發(fā)電機組供電是電能過剩的，不是最優(yōu)方案，最優(yōu)方案應在以下兩種供電方案中探討產(chǎn)生：(1)兩路電源線分別從不同的區(qū)域變電站引來，作為雙電源進線供電。(2)從就近的區(qū)域變電站引來一根電源進線，再設置柴油發(fā)電機，共同作為雙電源供電。

1.2 雙重電源均來自于區(qū)域變電站

雙電源進線從兩個不同的區(qū)域變電站引出，一般一個區(qū)域變電站的供電范圍為5～6 km，從兩個區(qū)域變電站分別引線到建筑各需要5 km的電纜，即總共需要10 km的電纜。按照不同電纜的截面選用,每路電纜的費用如表1所示。

表1 yjv22-8.7/10 kV電纜價格

不同截面對應于不同的最大載流量關系如表2所示。

表2 30 ℃時yjv22-8.7/10 kV電纜載流量

將各尺寸電纜對應的最大載流量代入式(1)中，計算各尺寸電纜最大承受荷載，如表3所示。

(1)

表3 電纜各尺寸對應最大負荷

出于安全考慮，建筑消防負荷設計容量按最大允許負荷的一半取整，建筑消防負荷設計容量與電纜尺寸的關系及敷設兩路5 km的10 kV高壓線路的成本如表4所示。但是，計算成本不僅需要考慮電纜的經(jīng)濟成本，還需要考慮運營和維保特點。人工敷設時所需的費用按每千米2萬元來算，10 km需要敷設費用20萬元。維護保養(yǎng)費用按每年5萬元來算，折合10年的維護保養(yǎng)費用為50萬元，則敷設兩路5 km的10 kV高壓線路的總成本如表4所示。

表4 消防負荷設計容量對應電纜尺寸、線路成本及總成本

1.3 備用電源選用柴油發(fā)電機組

一路從區(qū)域變電站架空導線引入供電，一路采用柴油發(fā)電機組供電。柴油發(fā)電機組按市場報價，其購買價格如表5所示。

考慮柴油發(fā)電機占用場地、維護保養(yǎng)、使用壽命等因素，柴油發(fā)電機組的設置費用還有所提高。柴油發(fā)電機組壽命大致為10年，基本上5年需要大修一次，修理費按價格的30%確定。維護保養(yǎng)費按每年1萬元來算，使用10年，維保費為10萬元。柴油發(fā)電機組總費用如表5所示。

表5 柴油發(fā)電機組市場價格及總費用

根據(jù)上述討論，當醫(yī)院與區(qū)域變電站距離為5～6 km時，一路從區(qū)域變電站架空導線引入供電，一路采用柴油發(fā)電機組供電的方式，總設置費用如表6所示。

表6 電源設置總成本

1.4 優(yōu)選方案

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，消防電源設置費用與負荷容量大小和建筑與變電站距離遠近有直接關系。當消防負荷小于400 kW時，采用方案一就不合適，因為從區(qū)域變電站直接引線架空到建筑費用一般不少，小容量柴油發(fā)電機組相對要便宜很多，因此，采用方案二就比較合適。當消防負荷大于1 500 kW時采用方案一更好，因為1 000 kW以上大容量柴油發(fā)電機組售價昂貴，維護修理費用高；而若采用方案一，直接從變電站架空引線，并且在建筑離區(qū)域變電站距離適中的情況下，方案一整體費用較少，因此對于消防負荷較大的建筑，方案一更合適。

當然如果建筑位置較偏，離區(qū)域變電站距離大于8 km時，由于距離過遠，導致輸電線路過長，費用增加，方案一不合適，此時方案二更好。當建筑離區(qū)域變電站較近，小于3 km時，輸電線路較短，且不用擔心用電負荷大小，此時方案一合適。就容量和距離，給出方案選擇建議，見表7。

表7 方案選擇

2 高層醫(yī)療建筑消防負荷配電問題探討

2.1 切非問題探討

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，火災區(qū)域及相關區(qū)域在火災發(fā)生時要切斷非消防供電。從火災風險和人員安全疏散方面考慮，如果火災時不切斷非消防電源，就會有很多帶電電纜可能被引燃，從而導致更多區(qū)域的電纜著火，擴大火災范圍，而且還會導致漏電情況的發(fā)生，對疏散人員以及消防人員造成觸電危險[4]。但從理論上講，只要確認不是供電線路起火發(fā)生的火災，都可以先不切斷電源，尤其是正常的照明電源，因為正常照明亮度高，有利于人員疏散，這樣也就減少了不必要的緊張和慌亂。

大型綜合醫(yī)療建筑中有很多一級用電負荷以及特別重要負荷，它們可能關系到病人的生命安全，如手術室、ICU重癥監(jiān)護室、嬰兒室等，這些區(qū)域就不能隨意切斷非消防電源的供電，因為如果切斷電源后應急電源供電不及時，可能就會威脅到病人的生命安全。因此，這些區(qū)域在發(fā)生火災時不宜強制性自動切斷非消防電源，應根據(jù)現(xiàn)場的情況加以區(qū)分，采取合理的切斷非消防電源的方案，可采取表8建議方式。

2.2 消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)的配電探討

一般大型醫(yī)療建筑的建筑體量很大，而且由于住院床位的需求，導致住院樓樓層較高，建筑結構復雜。醫(yī)院住院部中往往停留有許多病患和家屬，由于病患自我疏散能力差，疏散過程需要醫(yī)護人員協(xié)助，而且病患常需要借助輪椅、擔架或病床來疏散，因此病患疏散的平均空間需求比正常人大許多。同時，由于住院人員以及陪護家屬較多，所以住院部的疏散走廊一般會有較多人員滯留，這就很容易在緊急情況下導致疏散通道堵塞。同時，火災發(fā)生時可能會造成停電，疏散人員視線受阻，容易出現(xiàn)心理恐慌。因此，如果住院樓發(fā)生火災，及時、可靠的應急照明以及安全、高效的智能疏散指示系統(tǒng)對人員疏散來說至關重要。

表8 醫(yī)療建筑中部分一級負荷的切非處理方式

醫(yī)療建筑的應急照明屬于一級負荷，應急照明電源應采用集中電源供電，可將備用EPS蓄電池組集中設置，以便于監(jiān)測和維護管理。應急照明系統(tǒng)宜采用24 V安全電壓供電，既安全可靠，又能避免發(fā)生觸電事故[5]。同時應急照明建議采用LED光源，既節(jié)能，亮度又高。

醫(yī)療建筑的疏散系統(tǒng)宜采用智能疏散指示系統(tǒng)，因為醫(yī)療建筑體量較大，建筑結構復雜，病患一般不熟悉疏散逃生路線。當火災發(fā)生時，智能疏散指示系統(tǒng)可根據(jù)事先制定好的疏散預案，對全系統(tǒng)疏散指示燈進行編程，同時根據(jù)火災報警器提供的信息，對火災危險區(qū)域的指示燈進行調整，熄滅危險區(qū)域的安全出口指示燈，把指向危險區(qū)域的指示燈轉變?yōu)橹赶虬踩珔^(qū)域，為逃生人員提供更安全、有效的逃生路線。同時，疏散指示燈啟動頻閃功能，吸引疏散人員的注意力，引導人員向安全地帶快速有序撤離。

2.3 特殊場所的配電問題

醫(yī)療建筑中存有手術室、ICU重癥監(jiān)護室等特殊場所，關系到病人的生命安全，所以這些場所的供配電要求比一般場所要高一些。以手術室為例，作為醫(yī)院的心臟部位，手術室內部的電氣設計十分重要。一般情況下，手術室內和手術室的潔凈空調系統(tǒng)由變電站提供兩路專線供電，并采取末端切換；同時若醫(yī)院設置有柴油發(fā)電機組，也應從柴油發(fā)電機組引出一路電為手術室供電。為了保證手術室供電的穩(wěn)定性和連續(xù)性，手術室還應配置UPS，防止意外停電情況的發(fā)生。

根據(jù)規(guī)范要求，2類醫(yī)療場所，如手術室的電氣裝置必須采用IT系統(tǒng)，且需配備監(jiān)視器。當手術室采用IT系統(tǒng)后，手術室的電氣線路采用隔離變壓器供電[6]。當電氣設備內部絕緣損壞時，其故障電流僅是系統(tǒng)內小范圍的對地電流，不會威脅到病患的生命安全，可不切斷電源繼續(xù)進行手術。局部IT系統(tǒng)必須設置剩余電流動作監(jiān)測報警裝置，以便及時發(fā)現(xiàn)排除故障，確保手術室電氣線路安全穩(wěn)定。

3 結語

醫(yī)療建筑由于其自身結構的復雜性、功能的特殊性，使其對電氣設計方面有著獨特的、嚴格的要求。要始終把醫(yī)院的用電安全擺在重中之重的位置，必須保證醫(yī)療設備的可靠和消防設施的穩(wěn)定運行，這樣才能確保醫(yī)院的安全穩(wěn)定運作，守護病人的生命健康。