一類高層住宅消防配電設(shè)計(jì)探討

巨兆芳，陳 振

（1.甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司濟(jì)南西機(jī)務(wù)段，山東 濟(jì)南 250000）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新與建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，高層住宅建筑成為現(xiàn)代城市越來越多的選擇，但是隨著建筑層數(shù)的增加，高層住宅的電氣系統(tǒng)也變得龐大而復(fù)雜，這給設(shè)計(jì)部門和施工單位帶來了新的挑戰(zhàn)。高層建筑按照建筑高度、使用功能不同劃分為一類高層建筑和二類高層建筑。一類高層住宅建筑指建筑高度大于54 m 的住宅建筑[1]，一類高層住宅建筑人口密度大，人員復(fù)雜，用電設(shè)備多，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散難度高，救援難度大，因此在對高層住宅消防電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)具體項(xiàng)目深入分析，結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)研判，嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證消防配電設(shè)計(jì)的規(guī)范可靠性。

案例選取蘭州開發(fā)新區(qū)某一類高層住宅項(xiàng)目進(jìn)行分析。以某一個(gè)地塊為例，共計(jì)6 棟樓，建筑高度90 m，層數(shù)31 層。地下2 層。標(biāo)準(zhǔn)層戶數(shù)有116 戶。

1 消防配電設(shè)計(jì)原則

1.1 可靠原則

可靠是高層住宅消防配電設(shè)計(jì)的首要原則。只有有可靠工作的消防系統(tǒng)，才能在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，保障住戶的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全?？煽啃愿叩南老到y(tǒng)應(yīng)盡量避免在設(shè)計(jì)中存在不良隱患。

1.2 方便原則

高層住宅人口密度大，人員復(fù)雜，大部分家庭都有老人和小孩，因此高層建筑消防系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)基于可靠性原則要便于用戶使用，操作簡單，方便不同人群，還有防止小孩誤觸。消防電氣設(shè)計(jì)應(yīng)留有冗余設(shè)計(jì)，便于后期變更調(diào)整。

2 消防配電設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 消防配電方式的選擇

消防配電設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是確定配電方式。為了提高高層建筑消防配電設(shè)計(jì)質(zhì)量，應(yīng)合理選擇消防配電的方式。目前工程應(yīng)用中最常用的設(shè)計(jì)方式有放射式、樹干式、鏈?zhǔn)胶突旌鲜剑鐖D1 所示。放射式的消防配電設(shè)計(jì)方式安全性高，每條配電線路獨(dú)立互不干擾，但是回路較多時(shí)，配線成本增加，經(jīng)濟(jì)性較差。樹干式的消防配電設(shè)計(jì)是目前采用最多的消防配電設(shè)計(jì)方式，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、配電靈活的優(yōu)點(diǎn)。樹干式也有不足之處，其線路之間獨(dú)立性不及放射式。如果系統(tǒng)僅采用樹干式的消防配電方式，當(dāng)消防干線出現(xiàn)故障時(shí)，將會造成線路末端支線失電，導(dǎo)致消防用電設(shè)備停機(jī)或無法正常啟動(dòng)。鏈?zhǔn)较琅潆姺绞街荒苡糜诰嚯x較近且容量較小的系統(tǒng)中，可靠性較差，鏈中任意點(diǎn)出現(xiàn)故障，全鏈所有設(shè)備都無法正常供電，所以在消防系統(tǒng)中極少使用。如果采用單一的配電方式不能滿足要求，可以采用兩種配電方式，稱為混合配電方式，這種配電方式結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)往往能達(dá)到良好的應(yīng)用效果。我國一類高層住宅常采用的配電方式是樹干式與放射式結(jié)合的混合配電方式。對于容量小且需靈活供電的設(shè)備采用樹干式供電，可以減少開關(guān)設(shè)備、增加系統(tǒng)的靈活性，降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。例如應(yīng)急照明供電系統(tǒng)可采用樹干式配電設(shè)計(jì)。對于供電可靠性要求高的線路，如消防控制室、消防水泵等用電量大或者消防用電設(shè)備集中的地方，采用放射式供電，如果某一線路發(fā)生故障，其他線路不會受到影響。

圖1 常見的幾種配電方式示意圖

2.2 消防電源的設(shè)計(jì)要求

消防電源要具有足夠的供電能力，能夠?yàn)橄揽刂剖?、消防電梯、消防水泵、防排煙設(shè)備以及消防照明供電。當(dāng)發(fā)生電氣火災(zāi)，必須切斷居民生活用電電源，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。因此消防電源必須專線專供，且供電線路上不允許介入其他非消防負(fù)荷。消防設(shè)備的供電電源的設(shè)計(jì)要以高層建筑的負(fù)荷等級為依據(jù)，并結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)分布情況，制定合適的高層住宅小區(qū)的供電方式。依據(jù)規(guī)程規(guī)定：一類高層住宅的消防系統(tǒng)應(yīng)按一級負(fù)荷供電，對于一類高層住宅中的消防系統(tǒng)，必須選用兩個(gè)相互獨(dú)立且互為備用的電源供電，且這兩個(gè)電源應(yīng)取自不同的市網(wǎng)[2]。

當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)兩回路供電時(shí)，必須采用獨(dú)立于生活用電配電系統(tǒng)的應(yīng)急電源供電。常用的應(yīng)急電源有蓄電池、柴油發(fā)電機(jī)和獨(dú)立于生活用電的其他配電線路?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本，選擇柴油發(fā)電機(jī)作為高層住宅的應(yīng)急備用電源已經(jīng)成為主流。需要注意的是，備用消防電源也要具有足夠的供電能力，例如柴油發(fā)電機(jī)的儲油量應(yīng)該滿足火災(zāi)時(shí)連續(xù)供電的需求，消防電源主接線設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 消防配電電源主接線示意圖

依據(jù)規(guī)程要求，應(yīng)急電源配電線路的最末一級配電箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)切換裝置，切換時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，在出現(xiàn)火災(zāi)后，應(yīng)能保證在30 s 內(nèi)供電[3]，確保高層住宅消防設(shè)施能正常運(yùn)行。

2.3 消防配電線路材料選擇

消防配電線路應(yīng)滿足發(fā)生火災(zāi)時(shí)的現(xiàn)場要求，且導(dǎo)線規(guī)格型號都應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。線芯應(yīng)采用銅芯導(dǎo)線。銅的熔點(diǎn)高，火災(zāi)時(shí)不會融化，載流量大，消防設(shè)備集中啟動(dòng)時(shí)，亦能可靠供電，且消防線路不工作時(shí)也不易氧化和腐蝕，利于消防線路日常維護(hù)。消防線路具有較大負(fù)荷電流和使用現(xiàn)場環(huán)境溫度較高的特點(diǎn)，在選擇消防電纜截面時(shí)，需要考慮短路熱穩(wěn)定、電壓損失、允許溫升和經(jīng)濟(jì)電流密度，宜先按允許溫升選擇截面，然后校驗(yàn)其他條件[4]。對于變頻調(diào)速設(shè)備、計(jì)算機(jī)及直流電源設(shè)備，要考慮諧波電流對電纜截面選擇的影響。消防配電線路應(yīng)采用礦物絕緣類不燃性電纜。礦物絕緣電纜不含有機(jī)材料，所以具有不燃、無煙、無毒和耐火的特性。礦物絕緣層的熔點(diǎn)較高，在1 000℃以上，可以耐受住火災(zāi)現(xiàn)場的高溫。消防配電系統(tǒng)的線路應(yīng)敷設(shè)在金屬管或金屬線槽中，與其他配電線路分開敷設(shè)，防護(hù)生活用電線路對消防專線產(chǎn)生影響，確保消防配電線路安全。

2.4 配電線路保護(hù)

配電線路要裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。一是要確保消防配電線路的安全性，二是要保證消防負(fù)荷不得超過配電線路的最大功率，否則極有可能使得消防配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法正常工作而引起更大的經(jīng)濟(jì)損失。過負(fù)荷掉電會造成嚴(yán)重影響的配電線路，其過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作時(shí)不能直接切斷線路。為了確保消防配電設(shè)備能在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候可以穩(wěn)定地不間斷運(yùn)行，消防配電線路過負(fù)荷時(shí)不應(yīng)觸發(fā)停機(jī)，因此線路不能安裝具有跳閘作用的過負(fù)荷保護(hù)裝置。消防設(shè)備的過負(fù)荷保護(hù)只能發(fā)出報(bào)警信號，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷報(bào)警電器[5-6]。

2.5 消防配電設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

結(jié)合對現(xiàn)有一類高層住宅的消防電氣設(shè)計(jì)調(diào)研，目前的消防配電設(shè)計(jì)存在以下幾方面的不足。

（1）消防供電母線問題：部分建筑企業(yè)為了降低成本，獲取更大的利潤，消防供電母線未分?jǐn)啵?dāng)對母線故障檢修時(shí)，主電源與備用電源都將失電，備用電源根本沒法發(fā)揮作用，影響消防系統(tǒng)的運(yùn)行，反而降低了供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（2）消防配電設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有前瞻性：應(yīng)考慮遠(yuǎn)期消防需求，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留一定的設(shè)計(jì)裕度，增設(shè)空閑分支回路，以便將來消防系統(tǒng)的功能調(diào)整和擴(kuò)充容量。

（3）住宅電氣線路使用鋁線的隱患問題：鋁制導(dǎo)線表面易氧化，并形成氧化膜覆蓋于導(dǎo)線外部；氧化后的鋁制導(dǎo)線電阻升高，相應(yīng)的熱量也明顯增加，若散熱不良必然會誘發(fā)火災(zāi)；鋁制導(dǎo)線氧化后產(chǎn)生的高電阻會干擾過載保護(hù)器的正常工作，導(dǎo)致電氣線路內(nèi)部出現(xiàn)短路后無法及時(shí)斷開電路，增加了電氣線路的起火風(fēng)險(xiǎn)。

（4）消防用電配電箱應(yīng)具有標(biāo)識或能明顯區(qū)分，便于建筑投入使用后消防配電的檢查和使用，能提高建筑使用的安全等級。

3 消防應(yīng)急照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)

火災(zāi)發(fā)生后生活照明供電線路不能正常供電，尤其是夜間停電，會給人帶來心理恐慌，引起騷亂、擁擠或踩踏，會給疏散工作帶來一定難度。因此，在正常生活照明用電停電后必須及時(shí)啟動(dòng)消防應(yīng)急照明。依據(jù)規(guī)程規(guī)定：一類高層住宅應(yīng)選擇集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)[7]。

3.1 照明燈具選擇

工程中設(shè)置有消防控制室時(shí)，選擇A 型燈具。消防應(yīng)急照明燈具的安全閾值電壓為DC36 V?？紤]到成人伸臂誤觸燈具可能會帶來危險(xiǎn)，燈具安裝高度不得低于2.5 m。

3.2 照明燈具位置設(shè)計(jì)

疏散照度不小于5 lx，為了滿足規(guī)程的最低要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)計(jì)足夠數(shù)目的燈具，且燈具的布局要合理，部分標(biāo)志性的燈具，如安全出口、疏散指示燈等燈具數(shù)量和間隔要滿足實(shí)際需求，可以為人員進(jìn)行疏散方向、路徑的辨識提供方便，幫助人員第一時(shí)間找到安全出口、樓層通道等位置。合理的燈具布置使得應(yīng)急照明設(shè)計(jì)更人性化、更安全。

3.3 應(yīng)急照明配電回路

應(yīng)急照明配電回路由主電源或USP 電源供電，可以在配電箱與消控中心兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行集中控制。為提高應(yīng)急照明配電回路的可靠性，宜采用放射式配電方式，消防應(yīng)急照明系統(tǒng)備用電源連續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)少于30 min。

3.4 消防照明設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)

選用不同型號的燈具，配光曲線不同，燈具效率也不同，由于環(huán)境的反射率有差異，相同照度要求的場所需要裝設(shè)燈具的數(shù)量、安裝的間距也會不同。

建筑企業(yè)過于考慮經(jīng)濟(jì)因素，選用的應(yīng)急燈具亮度不夠會引起疏散傷亡。電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)堅(jiān)守職業(yè)底線，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，通過全面的對比分析，優(yōu)化消防配電設(shè)計(jì)，努力消除消防系統(tǒng)隱患，將火災(zāi)損失降到最低，保障住戶的人身和財(cái)產(chǎn)安全。

4 智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、火災(zāi)控制器和消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備組成[8]，能夠自動(dòng)探測著火點(diǎn)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，利用消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，控制火情，消除隱患。智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)配置于高層住宅建筑中，為住戶及時(shí)疏散，降低火災(zāi)損失多提供了一重保障。規(guī)程明確規(guī)定，一類高層住宅的公共部位應(yīng)設(shè)置自動(dòng)報(bào)警設(shè)置系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備。

4.1 火災(zāi)探測器的設(shè)計(jì)

火災(zāi)探測器就像攝像頭一樣被安裝在高層住宅房屋室內(nèi)以及公共區(qū)域。它能夠監(jiān)測到一定區(qū)域內(nèi)的異常高溫現(xiàn)象或者溫度突然升高的情況，對于燃燒所發(fā)生的煙霧探測是最為靈敏的。火災(zāi)探測器將環(huán)境中的煙、溫、火等信號轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)模擬量形式，通過控制信號線與消防控制室計(jì)算機(jī)連接，把火災(zāi)探測情況隨時(shí)傳回計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制火災(zāi)探測器的工作情況，能夠隨時(shí)掌握火災(zāi)探測器的動(dòng)態(tài)。

電氣設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)高層建筑中不同區(qū)域，不同的火災(zāi)現(xiàn)象，正確地選擇火災(zāi)報(bào)警探測器。結(jié)合建筑物內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確計(jì)算火災(zāi)探測器的數(shù)量，確保火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的可行性，科學(xué)合理地設(shè)置火災(zāi)探測器的安裝位置，避免安裝過高、監(jiān)控死區(qū)等問題的出現(xiàn)。

4.2 火災(zāi)報(bào)警控制器設(shè)計(jì)

作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的大腦神經(jīng)中樞，火災(zāi)報(bào)警控制器能夠?qū)⒒馂?zāi)探測器傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行分析處理，經(jīng)判斷后以指令的形式發(fā)送給執(zhí)行系統(tǒng)。

為了提高智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，能夠準(zhǔn)確地判斷火災(zāi)信息，降低漏報(bào)錯(cuò)報(bào)的概率，要求火災(zāi)報(bào)警控制器具有較強(qiáng)的抗干擾能力和自適應(yīng)能力，在各種環(huán)境中都能穩(wěn)定工作，可靠地發(fā)揮作用?；馂?zāi)報(bào)警控制器通過對比正常情況下環(huán)境的溫度、濕度和灰塵等變化情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償矯正，再由專家系統(tǒng)進(jìn)行智能判斷，這樣一來，不但縮短了火災(zāi)報(bào)警時(shí)間，還提高了報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和智能化程度。

4.3 消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)

在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置中，消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備是滅火的終端執(zhí)行元件。消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能接收和識別火災(zāi)控制器的各種指令信息，并精準(zhǔn)控制消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備撲滅火源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，可能存在火災(zāi)探測器沒有將實(shí)際情況傳到消防控制室，或者火災(zāi)報(bào)警控制器誤判，以及消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備無法自動(dòng)啟動(dòng)的極端情況問題，為了不延誤滅火，必須在各樓層公共區(qū)域設(shè)置手動(dòng)開關(guān)，確保能從多個(gè)區(qū)域開啟消防設(shè)備。

5 結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)合理的消防電氣設(shè)計(jì)可以預(yù)防火災(zāi)事故擴(kuò)大，消除消防系統(tǒng)隱患，將火災(zāi)損失降到最低，保障住戶的人身和財(cái)產(chǎn)安全。然而，根據(jù)多年來一類高層住宅小區(qū)的火災(zāi)事故經(jīng)驗(yàn)可知，部分事故中就存在由設(shè)計(jì)問題造成消防系統(tǒng)的保障作用未能充分發(fā)揮的情況，進(jìn)而造成了更大的損失，例如線路導(dǎo)線不合格、電源切換方式設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、電源容量不能滿足應(yīng)急要求、電源切換點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理等。本文的研究僅對一類高層住宅小區(qū)建筑物消防電氣設(shè)計(jì)的部分要點(diǎn)進(jìn)行了簡單的分析研究，希望通過本文的探討，能為其他電氣設(shè)計(jì)工作者進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供思路或參考。