超高層公共建筑消防電氣設(shè)計(jì)中需解決的技術(shù)問(wèn)題

陳家祥

（廣西建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，南寧530011）

1 引言

超高層公共建筑消防電氣系統(tǒng)作為預(yù)防火災(zāi)事故，確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)，開(kāi)始受到越來(lái)越多人的關(guān)注，這就給超高層公共建筑消防電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，合理設(shè)計(jì)超高層公共建筑消防電氣系統(tǒng)，提升其安全性、可靠性，需要充分明確其工作重難點(diǎn)，了解其中必須解決的各種技術(shù)問(wèn)題。

2 超高層公共建筑消防電氣設(shè)計(jì)概述

2.1 設(shè)計(jì)的重要性

造成建筑火災(zāi)的因素主要有：生產(chǎn)生活用火不慎、違反安全管理制度、電氣設(shè)備設(shè)計(jì)使用不當(dāng)、建筑布局不合理、自然現(xiàn)象引發(fā)的自燃、建筑材料選擇有問(wèn)題。對(duì)于超高層公共建筑來(lái)說(shuō)，若不能采取有效的防火措施，會(huì)大大增加火災(zāi)發(fā)生概率。而超高層公共建筑消防電氣系統(tǒng)結(jié)合其他專業(yè)設(shè)備、設(shè)施形成完整的建筑消防體系，能夠?qū)馂?zāi)進(jìn)行預(yù)警、聯(lián)動(dòng)、控制，大大提升了超高層公共建筑的安全性，但這些都需要建立在良好的防火系統(tǒng)基礎(chǔ)上，其中消防電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為超高層公共建筑消防設(shè)計(jì)的重要子項(xiàng)目，需要更為先進(jìn)、科學(xué)的理念和經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握超高層公共建筑消防電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的技術(shù)問(wèn)題，從不同的消防控制點(diǎn)著手，建立更為高效、完善的超高層公共建筑消防電氣系統(tǒng)[1]。

2.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

具體來(lái)說(shuō)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)超高層公共建筑個(gè)體分布、規(guī)模形式等因素進(jìn)行確立；消防供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注線路敷設(shè)形式，確保各處都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的防火等級(jí)；消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)可以使用多線制，將信號(hào)線與電源驅(qū)動(dòng)線分開(kāi)，也可使用總線制，這種方式多用于大中型工程項(xiàng)目；消防水泵系統(tǒng)作為超高層公共建筑滅火的重要基礎(chǔ)，包含噴淋泵、消火栓泵等，需要根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)；而對(duì)于防火及排煙閥，需要根據(jù)施工項(xiàng)目的具體情況確定防火閥的信號(hào)反饋形式，排煙閥需要通過(guò)消防控制室進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證各個(gè)系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系。而本文主要是針對(duì)消防供配電系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)3 部分內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明分析，同時(shí)，對(duì)超高層建筑避難層的電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)做進(jìn)一步探討。

3 超高層公共建筑消防電氣設(shè)計(jì)中需解決的技術(shù)問(wèn)題

3.1 消防供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1 消防電源負(fù)荷等級(jí)的確定

GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）中規(guī)定，消防用電要滿足相應(yīng)的建筑類型使用要求，一般情況下，消防控制室、消防水泵房、防煙和排煙風(fēng)機(jī)房的消防用電設(shè)備及消防電梯、消防應(yīng)急照明和疏散指示等的供電應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電。一級(jí)負(fù)荷要求雙回路供電，雙回路電源來(lái)自2 個(gè)不同電廠或2 個(gè)不同區(qū)域變電站或同一區(qū)域變電站，同時(shí)自備應(yīng)急電源，超高層建筑的應(yīng)急電源可以采用柴油發(fā)電機(jī)組。工作電源和備用電源應(yīng)在其配電線路的最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置。

3.1.2 消防供配電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1）超高層建筑要求保證消防供配電系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，消防電氣系統(tǒng)的供電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)和建筑物的防火等級(jí)同級(jí)，變配電系統(tǒng)要確保消防供配電系統(tǒng)的可靠性。在消防系統(tǒng)工作過(guò)程中，若市電供電、停電或高低壓供電系統(tǒng)發(fā)生故障，柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)立即啟動(dòng)，并且應(yīng)在30s 內(nèi)供電。為了避免防災(zāi)用電設(shè)備的電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)而造成柴油發(fā)電機(jī)組熄火停機(jī)，用電設(shè)備應(yīng)具有不同延時(shí)，錯(cuò)開(kāi)啟動(dòng)時(shí)間。重要性相同時(shí)，宜先啟動(dòng)容量大的負(fù)荷[2]。

2）要確保消防供配電系統(tǒng)的獨(dú)立性，在電源供電可靠的基礎(chǔ)上，還要保證消防設(shè)備線路可靠，才能保證消防設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）中要求消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路，即從配電室到最末級(jí)配電箱的供電線路與其他供配電線路應(yīng)分別自成配電系統(tǒng)，當(dāng)建筑內(nèi)的生產(chǎn)、生活用電被切斷時(shí)，應(yīng)仍能保證消防用電。備用消防電源的供電時(shí)間和容量，應(yīng)滿足該建筑火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)各消防用電設(shè)備的要求。

3.1.3 合理選擇所需的消防電源及供配電方式

獨(dú)立的柴油發(fā)電機(jī)組、獨(dú)立的第二市電電源或?qū)Ｓ灭侂娀芈?、蓄電池組、EPS 應(yīng)急電源、UPS 不間斷電源均可作為消防系統(tǒng)應(yīng)急電源。進(jìn)行超高層公共建筑消防電氣設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)設(shè)備、設(shè)施的具體情況選擇合理的供配電方式。對(duì)于大容量或集中的消防負(fù)荷一般情況下都是消防系統(tǒng)的重要設(shè)備，一般采用變電所放射式配電的方式進(jìn)行供電，并按防火分區(qū)設(shè)置末端雙電源自動(dòng)切換配電箱；對(duì)于消防負(fù)荷分散且容量較小的，從變電所主電源母線和應(yīng)急母線上饋出消防供電回路，以樹(shù)干式或放射式供電，并按防火分區(qū)設(shè)置消防電源配電箱。

3.1.4 配電線路的選擇及保護(hù)

根據(jù)JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)特級(jí)建筑時(shí)，消防供電干線、分支干線均采用礦物絕緣電纜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可直接明敷；火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)一級(jí)建筑時(shí)，消防供電干線、分支干線宜使用礦物絕緣電纜，若線路敷設(shè)的保護(hù)措施滿足相應(yīng)的防火標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，可以降低要求使用有機(jī)絕緣耐火類電纜；火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)保護(hù)二級(jí)建筑時(shí)，消防供電干線、分支干線均采用有機(jī)絕緣耐火類電纜。對(duì)于消防設(shè)備分支及控制線路，宜選用比消防供電干線、分支干線耐火等級(jí)低一個(gè)級(jí)別的線纜[3]。對(duì)于明敷的電纜，要使用金屬導(dǎo)管、槽盒進(jìn)行保護(hù)，其特殊部位要進(jìn)行防火處理，若所使用的電纜敷設(shè)在電纜井、電纜溝等位置，可以不使用金屬導(dǎo)管、槽盒進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于需要暗敷的線路，要先穿管，然后再使用不燃結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，保護(hù)層厚度要≥30mm。在超高層建筑配電系統(tǒng)中，原則上要求消防配電線路宜與其他配電線路分開(kāi)敷設(shè)在不同的電纜井、溝內(nèi)；確有困難需敷設(shè)在同一電纜井、溝內(nèi)時(shí)，應(yīng)分別布置在電纜井、溝的兩側(cè)，消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。

3.2 火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)形式的選擇

超高層建筑由于其特殊的構(gòu)造和功能要求，致使其內(nèi)部火災(zāi)荷載大，火災(zāi)蔓延迅速，人員疏散困難，救援難度大，形成重大火災(zāi)的隱患大，從而導(dǎo)致火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，根據(jù)規(guī)范的要求應(yīng)采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)的形式。當(dāng)建筑內(nèi)有2 個(gè)及以上消防控制室時(shí)，應(yīng)確定一個(gè)主消防控制室。主消防控制室應(yīng)能顯示所有火災(zāi)報(bào)警信號(hào)和聯(lián)動(dòng)控制狀態(tài)信號(hào)，并應(yīng)能控制重要的消防設(shè)備，各分消防控制室內(nèi)消防設(shè)備之間可互相傳輸、顯示狀態(tài)信息，但不應(yīng)互相控制，確?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

3.2.2 探測(cè)傳感器的選擇

當(dāng)前，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中較為常用的設(shè)備包括溫度探測(cè)器和煙霧探測(cè)器2 類，這2 種設(shè)備效果、作用都存在差異，在選擇時(shí)需要根據(jù)超高層公共建筑內(nèi)部區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，可以結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、特征等進(jìn)行選擇。一般溫度探測(cè)器不宜安裝在0℃的場(chǎng)所，其使用過(guò)程要求探測(cè)溫度高于周圍20℃以上；溫度探測(cè)器安裝在溫度波動(dòng)較小的場(chǎng)所，且不同的防火分區(qū)當(dāng)中要安裝一個(gè)手動(dòng)報(bào)警器；煙霧探測(cè)器可以安裝在大型、無(wú)遮擋的建筑空間。

3.2.3 手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕的設(shè)計(jì)

手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕決定火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能否發(fā)揮自身作用，通知消防人員及時(shí)進(jìn)行滅火，確保人身安全，因此，手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕需要設(shè)計(jì)在顯著的位置，并具有鮮明標(biāo)識(shí)。不同的防火分區(qū)應(yīng)設(shè)置1 個(gè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕，正常情況下可以在安全通道進(jìn)行設(shè)置，方便火情出現(xiàn)后人們疏散的同時(shí)進(jìn)行報(bào)警。另外，在手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕附近要設(shè)置消防專用電話，以便與消防控制室進(jìn)行直接聯(lián)系。

3.2.4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的供電

設(shè)計(jì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)供電時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的主電源一般只需要一路電源，該電源與報(bào)警主機(jī)的直流備用電源共同為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)供電，直流備用電源的供電時(shí)限較短，若主電源斷電可能會(huì)造成火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)供電中斷，影響現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警。為了避免此類情況的出現(xiàn)，進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)時(shí)，要配備至少2 個(gè)獨(dú)立且可以切換的電源進(jìn)行供電。

3.2.5 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制

防排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵除使用總線編碼模塊進(jìn)行設(shè)備控制之外，還要在消防中控室設(shè)置手動(dòng)控制裝置，以便消控室值守人員能夠進(jìn)行直接控制。在防排煙控制設(shè)計(jì)時(shí)，豎向風(fēng)道的樓層排煙閥要結(jié)合失火樓層的實(shí)際控制情況進(jìn)行啟停。根據(jù)防煙分區(qū)控制啟動(dòng)平面排煙風(fēng)道上的排煙閥，為明確顯示應(yīng)將煙霧探測(cè)器設(shè)置在這部分的范圍之內(nèi)；對(duì)于消火栓的啟泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于超高層公共建筑中的消火栓較多、樓層較高，可以將消火栓信號(hào)送至消防中控室，經(jīng)由消防中控室進(jìn)行水泵的啟動(dòng)，而水泵的停止需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)指令來(lái)進(jìn)行控制。

3.3 應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.3.1 明確應(yīng)急照明系統(tǒng)供電時(shí)間

應(yīng)急照明系統(tǒng)從功能上可分為疏散照明和備用照明2 種類型。部分設(shè)計(jì)當(dāng)中將應(yīng)急照明系統(tǒng)供電時(shí)間全部設(shè)定≥30min，但疏散照明和備用照明在火災(zāi)處置過(guò)程中所發(fā)揮的作用存在差異，一概而論是不正確的。不同場(chǎng)所疏散照明和備用照明的供電時(shí)間存在差異，一般要求疏散照明供電時(shí)間≥30min，但對(duì)于建筑高度大于100m 的民用建筑，應(yīng)急照明系統(tǒng)供電時(shí)間需要≥90min，火災(zāi)時(shí)繼續(xù)工作的備用照明供電時(shí)間需要≥180min。

3.3.2 合理選擇應(yīng)急照明系統(tǒng)的控制方式

根據(jù)GB 51309—2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，在消防中控室確認(rèn)出現(xiàn)火災(zāi)后，報(bào)警裝置、應(yīng)急照明系統(tǒng)會(huì)接通，對(duì)于采用集中方式供電的應(yīng)急照明燈具來(lái)說(shuō)，要能手動(dòng)控制集中電源，并將其轉(zhuǎn)入蓄電池供電模式，所連接的非持續(xù)性燈具及時(shí)點(diǎn)亮，持續(xù)性燈具進(jìn)入應(yīng)急照明模式；對(duì)于采用蓄電池供電的應(yīng)急照明燈具來(lái)說(shuō)，要能手動(dòng)切除主電源輸出，所連接的非持續(xù)性燈具及時(shí)點(diǎn)亮，持續(xù)性燈具進(jìn)入應(yīng)急照明模式。

3.3.3 應(yīng)急照明系統(tǒng)的供配電

一級(jí)負(fù)荷建筑應(yīng)按消防分區(qū)設(shè)置具備雙電源自動(dòng)切換功能的應(yīng)急照明配電箱，因此，在超高層公共建筑照明設(shè)計(jì)時(shí)要將這部分照明分為2 類一級(jí)負(fù)荷：應(yīng)急照明、普通照明。按照標(biāo)準(zhǔn)，建筑照明為一級(jí)負(fù)荷不可引自普通三級(jí)負(fù)荷照明配電箱，且不能與應(yīng)急照明混用，需要另設(shè)一級(jí)負(fù)荷照明配電箱，但應(yīng)急照明系統(tǒng)又要分區(qū)設(shè)置照明配電箱，這就造成照明配電箱過(guò)多的問(wèn)題。針對(duì)這種情況，可以在小面積的公共區(qū)域使用應(yīng)急照明燈具，不需要單獨(dú)設(shè)置一級(jí)負(fù)荷照明配電箱，設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但僅限于小面積的公共區(qū)域；或者在每一個(gè)樓層都設(shè)置應(yīng)急照明和一級(jí)負(fù)荷照明配電箱，但照明配電箱使用較多，成本較高；或者根據(jù)樓層防火分區(qū)的劃分設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)急照明配電箱，隔層設(shè)置一級(jí)負(fù)荷照明箱，普通照明所使用的一級(jí)負(fù)荷在合適的位置設(shè)置雙電源互投即可。

3.3.4 選擇應(yīng)急照明系統(tǒng)燈具

應(yīng)急照明系統(tǒng)燈具不能選擇無(wú)法快速點(diǎn)燃的燈具，應(yīng)選擇光源色溫不低于摘要K 的A 型燈具。在超高層公共建筑裝飾裝修過(guò)程中要避免去掉原有設(shè)計(jì)的應(yīng)急照明系統(tǒng)燈具，可以根據(jù)建筑裝飾裝修要求選擇滿足使用標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)急照明燈具，并且將應(yīng)急照明燈具設(shè)計(jì)為獨(dú)立系統(tǒng)，不與普通照明進(jìn)行合用，發(fā)生火災(zāi)后應(yīng)將正常照明切除。蓄光型、熒光性消防安全疏散指示標(biāo)志等存在光穿透性差的缺點(diǎn)，在火災(zāi)煙氣較濃時(shí)使用效果較差。疏散走道的地面最低水平照度應(yīng)不低于1.0lx，人員密集場(chǎng)所公共場(chǎng)所的地面最低水平照度應(yīng)不低于3.0lx，樓梯間、前室或合用前室、避難走道的地面最低水平照度應(yīng)不低于5.0lx，消防中控室、消防水泵房、配電室、防煙與排煙機(jī)房以及發(fā)生火災(zāi)時(shí)仍需正常工作的其他房間的消防應(yīng)急照明，仍應(yīng)保證正常照明的照度。

3.4 避難層消防電氣的特點(diǎn)

避難層是建筑內(nèi)用于人員暫時(shí)躲避火災(zāi)及其煙氣危害的樓層（房間），是超高建筑必須設(shè)置的消防救助場(chǎng)所，其消防電氣設(shè)計(jì)有其特殊性。

3.4.1 避難層的供配電要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，避難層內(nèi)不得有人員居住、辦公，但是可以將消防水泵、排煙機(jī)房等設(shè)施進(jìn)行集中布置，同時(shí)，避難層也需要設(shè)置普通照明及應(yīng)急照明系統(tǒng)。因此，供電系統(tǒng)就要滿足相應(yīng)條件。各避難層內(nèi)的交直流電源，應(yīng)按避難層分別供給，并能在末端自投，為各類設(shè)備設(shè)施提供穩(wěn)定、可靠的供電電源。

3.4.2 避難層的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

避難層內(nèi)所設(shè)置的火災(zāi)探測(cè)器、手報(bào)按鈕及模塊等設(shè)備要配置獨(dú)立的火災(zāi)報(bào)警控制器，對(duì)于超高層公共建筑來(lái)說(shuō)，為了便于在出現(xiàn)火災(zāi)的情況下進(jìn)行設(shè)備設(shè)施的聯(lián)動(dòng)控制，同時(shí)避免日常使用過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備誤動(dòng)作問(wèn)題，可以在避難層設(shè)置火災(zāi)報(bào)警控制器，并采取分區(qū)控制的方式，其所連接的火災(zāi)探測(cè)器、手報(bào)按鈕及模塊等設(shè)備不應(yīng)跨越火災(zāi)控制器所在區(qū)域的避難層。各避難層內(nèi)應(yīng)設(shè)獨(dú)立的火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)，宜能接收消防控制中心的有線和無(wú)線2 種播音信號(hào)，各避難層與消防控制中心之間應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的有線和無(wú)線呼救通信。

3.4.3 避難層的應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

在避難層設(shè)置備用照明、應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)能夠確保人員安全，同時(shí)，減輕或消除人們的恐懼心理。對(duì)于避難層的應(yīng)急照明系統(tǒng)和疏散指示系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求其備用電源供電時(shí)間≥90min，照度要保持≥3.00lx。在避難層（間）進(jìn)入樓梯間的入口處和疏散樓梯通向避難層（間）的出口處，應(yīng)設(shè)置明顯的指示標(biāo)志。

4 結(jié)語(yǔ)

超高層公共建筑高度高、人員密集，消防系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性等要求相對(duì)較高，加之機(jī)動(dòng)消防力量無(wú)法充分滿足超高層火災(zāi)的救援要求等，這些因素綜合起來(lái)對(duì)于超高層公共建筑消防電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。在滿足超高層公共建筑內(nèi)部消防系統(tǒng)建設(shè)要求的同時(shí)，結(jié)合建筑智能化系統(tǒng)，形成完善的探測(cè)、報(bào)警、撲救系統(tǒng)，將超高層公共建筑中可能出現(xiàn)的各類火災(zāi)危險(xiǎn)消滅在初始狀態(tài)。