250m以上超高層建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)環(huán)形總線設(shè)計(jì)探討

摘 要：

以某250 m以上多功能業(yè)態(tài)超高層建筑為例，探討火災(zāi)自動報警系統(tǒng)形式、環(huán)形總線設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)因素等方面。分析總結(jié)超高層建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)總線形式設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，并提出火災(zāi)自動報警系統(tǒng)總線形式設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)和相關(guān)合理化建議。結(jié)果可供同類項(xiàng)目參考。

關(guān)鍵詞：

250 m以上超高層建筑; 火災(zāi)自動報警系統(tǒng); 環(huán)形總線; 消防聯(lián)動

中圖分類號： TU855

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

文章編號： 1674-8417（2024）12-0024-05

DOI：

10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.12.005

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市土地集約化發(fā)展程度越來越高，功能更多樣、人員更集中的250 m以上超高層建筑也越來越多，與此同時發(fā)生火災(zāi)概率也越來越大［1］，造成的損失不可估量。2009年元宵節(jié)，有人在234 m高的中央電視臺總部大樓旁邊燃放煙花爆竹，不幸引發(fā)火災(zāi)，導(dǎo)致其中1棟大樓著火，造成1.6億元的經(jīng)濟(jì)損失，還導(dǎo)致1名消防救援人員犧牲。2015年11月14日，國內(nèi)第一超高層上海中心大廈發(fā)生火災(zāi)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，所幸沒有人員傷亡。

超高層火災(zāi)由于建筑的特殊性，一旦發(fā)生火災(zāi)，其火勢蔓延是非常迅速的，疊加樓梯間、井道的煙囪效應(yīng)［2］，給消防撲救帶來極大困難，同時因人員疏散困難，容易造成不必要的人員傷亡［3］。因此，在超高層建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)是非常重要的一個環(huán)節(jié)，而火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能在火災(zāi)初期有效預(yù)防和撲滅零星小火災(zāi)，更是消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重中之重。

近幾年來，建筑防火設(shè)計(jì)的要求也日趨嚴(yán)格，2020年8月，GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《民標(biāo)》）開始執(zhí)行［2］;2023年6月，GB 55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》正式實(shí)施。本文將在這些規(guī)范條文的基礎(chǔ)上，探討某250 m以上超高層建筑的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 項(xiàng)目概況

某超高層項(xiàng)目位于江西省，建筑結(jié)構(gòu)主體高度375 m，為一類超高層公共建筑，耐火等級按一級考慮。項(xiàng)目主體為1棟塔樓，總建筑面積約36.9萬m2，其中地上共計(jì)72層（含避難層），建筑面積約26.3萬m2，地下室共計(jì)3層，建筑面積約10.6萬m2，項(xiàng)目建筑性質(zhì)為商業(yè)辦公綜合樓。

建筑地上72層中，1層為辦公大堂、五星級酒店大堂，2層、3層為五星級酒店配套（含大空間的宴會廳），5層～56層為商務(wù)辦公區(qū)，58層～72層為五星級酒店客房區(qū)，避難層及機(jī)電設(shè)備層分布在相應(yīng)樓層中。

地下3層均為全埋式地下空間，主要為汽車庫和機(jī)電設(shè)備用房，兼顧人防功能。地下室所有區(qū)域在平時均設(shè)計(jì)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

2 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)概述

本項(xiàng)目為一類超高層公共建筑，耐火等級按一級考慮，綜合建筑內(nèi)涵蓋辦公、商務(wù)、酒店等多種項(xiàng)目業(yè)態(tài)劃分等因素，以及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、消防專家和機(jī)電顧問等意見，本工程火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用設(shè)置多個消防控制室的控制中心報警系統(tǒng)形式［4］，主消防控制室設(shè)置在地下室1層，為辦公商業(yè)消防控制室，負(fù)責(zé)塔樓辦公區(qū)域（含對應(yīng)的避難層）及地下室除酒店后勤區(qū)以外區(qū)域的消防系統(tǒng)管理和控制，并實(shí)時監(jiān)視和控制分消防控制室的消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)［5］;分消防控制室設(shè)置在地下室1層，為酒店分消防控制室，負(fù)責(zé)主樓塔樓酒店區(qū)域（含對應(yīng)的避難層）、裙房酒店配套區(qū)域和地下室酒店后勤區(qū)的消防系統(tǒng)管理。

按照GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文要求，本工程火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要涵蓋以下內(nèi)容：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)、消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)、消防電話系統(tǒng)、防煙排煙系統(tǒng)、防火卷簾控制系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、廚房滅火系統(tǒng)、應(yīng)急和疏散照明指示系統(tǒng)、安防聯(lián)動控制系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)時切除非消防電源系統(tǒng)、電梯迫降系統(tǒng)等［6］。各系統(tǒng)在火災(zāi)前期以預(yù)防為主，在火災(zāi)苗頭期間以滅火為重點(diǎn)，通過自動識別、自動判斷、自動報警、自動滅火實(shí)現(xiàn)全方位保障超高層建筑的消防安全。

根據(jù)《民標(biāo)》第13.3.1條第1款：設(shè)有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及聯(lián)動控制的單體建筑或群體建筑，應(yīng)設(shè)置消防控制室;消防控制室宜設(shè)置在建筑物首層或地下1層，宜選擇在便于通向室外的部位。本工程主消防控制室和分消防控制室均設(shè)于地下1層，并設(shè)有直通室外地面的樓梯和119直線火警電話，符合《民標(biāo)》相應(yīng)條文要求。

《民標(biāo)》第13.3.3條第1款規(guī)定：高度超過100 m的高層公共建筑，裙房以上部分宜采用集中報警系統(tǒng)和區(qū)域報警系統(tǒng)組成的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，集中報警控制器與區(qū)域報警控制器之間宜采用環(huán)形接線。

《民標(biāo)》第13.3.1條第4款：集中報警系統(tǒng)和控制中心報警系統(tǒng)中的區(qū)域火災(zāi)報警控制器在滿足下列條件時，可設(shè)置在值班室或無人值班的場所：① 本區(qū)域的火災(zāi)自動報警控制器（聯(lián)動型）在火災(zāi)時無須人工介入，且所有信息已傳至消防控制室;② 區(qū)域火災(zāi)報警控制器的所有信息在集中火災(zāi)報警控制器上均有顯示［7］。

基于以上規(guī)范要求，本項(xiàng)目采用環(huán)形二總線接線方式，同時考慮消防設(shè)備管理可靠性和后期維護(hù)管理成本，在塔樓將集中報警系統(tǒng)與區(qū)域報警系統(tǒng)進(jìn)行融合，即集中報警系統(tǒng)主干線纜接入至各分段區(qū)域報警系統(tǒng)主機(jī)，由各分段區(qū)域報警系統(tǒng)主機(jī)管理各自界面內(nèi)的消防設(shè)備［8］。

各分段區(qū)域報警系統(tǒng)以避難層為分界點(diǎn)，區(qū)域火災(zāi)報警控制器自備蓄電池，直接控制各分段區(qū)域內(nèi)的感煙或感溫等火災(zāi)探測器、手動報警按鈕（帶電話插孔）、防排煙閥門和輸入輸出模塊，確保各分段區(qū)域互不干擾。

3 總線形式設(shè)計(jì)簡析和注意事項(xiàng)

3.1 總線形式設(shè)計(jì)簡析

本工程在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時，根據(jù)《民標(biāo)》第13.3.3條第1款及公安部消防局《建筑高度大于250 m民用建筑加強(qiáng)性防火技術(shù)要求》第二十三條的要求，明確系統(tǒng)形式應(yīng)采用環(huán)形二總線接線方式，即兩條總線互為備用、并行走線，并具有相同的功能，在環(huán)形探測回路中，消防所需要的輸入輸出、單/雙輸入、單/雙輸出模塊直接接入。目前來說，國內(nèi)對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)總線的分類，尚無明確規(guī)范規(guī)定，一般超高層火災(zāi)自動報警系統(tǒng)規(guī)范中，機(jī)電顧問或者消防顧問都會引入美國國家消防協(xié)會（NFPA）編制的火災(zāi)報警和信號規(guī)范《全國火警和信號規(guī)范》（簡稱NFPA72）。

在NFPA72中，對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的總線形式進(jìn)行了詳細(xì)分類，根據(jù)性能來說，主要分為Class A、Class B、Class C、Class D、Class E和Class X這6種形式，每種定義不盡相同，主要定義內(nèi)容如下。

Class A總線需具備冗余路徑，當(dāng)單根線接地故障時，能產(chǎn)生1個故障信號至消防主機(jī)，且能維持總線正常功能;當(dāng)總線異?；蛘邤嗦窌r，能產(chǎn)生1個故障信號至消防主機(jī)。

Class B總線不具備冗余路徑，總線斷路時，相應(yīng)的總線功能丟失，但是總線異?；蛘邌胃€接地故障時，能產(chǎn)生1個故障信號至消防主機(jī)。

Class C總線包含1個或者多個傳輸路徑，通過首尾兩端的點(diǎn)到點(diǎn)通信來驗(yàn)證總線的可靠性，但單獨(dú)每個傳輸路徑工作的可靠性不被監(jiān)控，在首尾兩端的點(diǎn)到點(diǎn)通信異常時，能產(chǎn)生1個故障信號至消防主機(jī)。

Class D總線具有失效保護(hù)功能，當(dāng)傳輸路徑異常時，能維持總線的正常功能。

Class E總線不具有總線監(jiān)管功能。

Class X總線具備冗余路徑，在總線斷路、短路、異?；騿胃€接地時，都能產(chǎn)生1個故障信號至消防主機(jī)，當(dāng)總線開路和接地故障同時存在的時候，仍然能維持正常工作。

綜合上述6種總線形式的定義和功能分析，與國內(nèi)《建筑高度大于250 m民用建筑加強(qiáng)性防火技術(shù)要求》第二十三條要求最相契合的環(huán)形接線是Class A總線接線方式［2］。這種接線方式要求火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中設(shè)置兩條互為備用的獨(dú)立傳輸線路，當(dāng)其中一條傳輸線路發(fā)生故障時，另一條傳輸線路應(yīng)不受影響，還可以正常傳輸信號，與消防系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行通信，以此避免因一條傳輸線路中某個單點(diǎn)的故障而導(dǎo)致整個消防系統(tǒng)無法正常工作或者停止工作，從而提高消防系統(tǒng)的安全性和可靠性。

綜合規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)電顧問與消防顧問意見，本工程最終選擇參照Class A總線接線標(biāo)準(zhǔn)，采用環(huán)形接線方式?？紤]超高層建筑單層面積較大、消防報警點(diǎn)數(shù)較多，對于超出數(shù)量的樓層，適當(dāng)采用雙環(huán)線回路。

在消防控制室負(fù)責(zé)報警區(qū)域劃分上，將辦公和地下室相關(guān)區(qū)域報警控制器環(huán)形接到辦公商業(yè)消防控制室，將酒店及裙房、后勤區(qū)域報警控制器環(huán)形接至酒店消防控制室。辦公商業(yè)消防控制室通過環(huán)形接線方式與酒店消防控制室聯(lián)通，主消防控制室可以監(jiān)視和控制分消防控制室內(nèi)所有消防設(shè)備的運(yùn)行?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3.2 設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

在消防總線回路設(shè)計(jì)時，需要提前確認(rèn)總線結(jié)構(gòu)，綜合國內(nèi)消防系統(tǒng)常用的Class B總線形式與國際上常用的Class A總線形式，對總線環(huán)形結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位對比分析。此外，如果業(yè)主單位或酒店顧問單位明確會采用全進(jìn)口消防設(shè)備產(chǎn)品或者以國外標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的合資消防設(shè)備產(chǎn)品時，建議優(yōu)先考慮環(huán)形結(jié)構(gòu)來進(jìn)行火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免后期進(jìn)行顛覆性調(diào)整設(shè)計(jì)?？偩€環(huán)形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可參照國內(nèi)《lt;火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范gt;圖示》，在滿足國內(nèi)規(guī)范和圖集的前提下，可適當(dāng)采用外國相關(guān)規(guī)范和圖集。

超高層內(nèi)部設(shè)置大型廚房場所時，特別是采用天然氣作為主要燃料的廚房，需要在排煙風(fēng)管內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的火災(zāi)探測器。目前國內(nèi)較少項(xiàng)目會在排煙風(fēng)管內(nèi)部設(shè)置火災(zāi)探測器，主要原因是，煙管內(nèi)部為封閉空間，長期會產(chǎn)生大量高溫油煙，將會對內(nèi)部管線造成較大損傷，造成內(nèi)部火災(zāi)探測器及管線的安裝和檢修都極為困難。據(jù)此，業(yè)主單位提出在廚房排煙風(fēng)管中沒有必要布置火災(zāi)探測器。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時，充分考慮業(yè)主單位、機(jī)電顧問、消防顧問的意見和施工過程中存在的難度，但仍然拒絕了業(yè)主單位的提議，廚房排煙管內(nèi)部長期聚集油污，一旦遭遇過高溫度或者灶臺有火星飛濺，極易引發(fā)排煙管內(nèi)部起火燃燒，如果沒有火災(zāi)探測器及時監(jiān)控，可能造成更大面積的火災(zāi)。因此，設(shè)計(jì)時不能只停留在圖紙層面，更要結(jié)合暖通專業(yè)的排煙管走向和后期施工、維護(hù)的難易程度，選擇合適的火災(zāi)探測器和管線安裝方式。

針對高大空間火災(zāi)特點(diǎn)，結(jié)合各種火災(zāi)探測器特性，在高度范圍在12～16 m的空間，選用線性光束感煙火災(zāi)探測器和圖像型感煙火災(zāi)探測器［2］。由于管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器安裝方式較為特殊，需要在建筑內(nèi)部的頂部區(qū)域及建筑相對高度16 m以下區(qū)域設(shè)置采樣管，給后期精裝修專業(yè)造成較大困擾，嚴(yán)重影響室內(nèi)美觀效果，因此本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)初步階段不采用管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中選用線性光束感煙火災(zāi)探測器，可以利用紅外對射來探測相關(guān)范圍內(nèi)的火災(zāi)，不影響裝修效果;選用圖像型感煙火災(zāi)探測器，可以實(shí)現(xiàn)“眼睛和大腦”的完美統(tǒng)一，能在各種復(fù)雜環(huán)境下對火情做出準(zhǔn)確的判斷，且其探測靈敏度高出國標(biāo)0.5倍以上，具有一定的技術(shù)先進(jìn)性、兼容性和可擴(kuò)展性。

針對超高層內(nèi)部越來越多的設(shè)備需要進(jìn)行智能控制，在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)與智能化單位充分溝通，需要采用樓宇自動化系統(tǒng)控制的消防設(shè)備（如消防用的排風(fēng)、排煙風(fēng)機(jī)），在進(jìn)行設(shè)備二次接線端子深化時，應(yīng)該把各個干節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)到位。要特別注意的是，這些干節(jié)點(diǎn)不應(yīng)與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的干節(jié)點(diǎn)共用，以便在火災(zāi)發(fā)生時，消防系統(tǒng)能迅速對消防設(shè)備進(jìn)行控制。同時與安防設(shè)備做好聯(lián)動設(shè)計(jì)，當(dāng)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測到火災(zāi)并經(jīng)過消防主機(jī)確認(rèn)后，應(yīng)通過消防主機(jī)自動控制安防設(shè)備的門禁管理系統(tǒng)，及時開啟人行門禁、停車場道閘等安防設(shè)施，確保人員和車輛安全。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)與建筑、給排水、暖通等其他專業(yè)的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)一起，報送消防專家和當(dāng)?shù)叵乐鞴懿块T進(jìn)行圖紙審核，結(jié)合他們的審查意見，綜合考慮當(dāng)?shù)叵谰仍α亢途仍O(shè)備，適當(dāng)調(diào)整圖紙，或者進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。比如當(dāng)?shù)叵儡嚨臏缁鸶叨扔邢?，有可能需要在建筑屋頂設(shè)置直升機(jī)救援停機(jī)坪，這需要綜合建筑和結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，從建筑布局和結(jié)構(gòu)承載上進(jìn)行充分考慮，且需要避開外墻擦窗機(jī)。再比如以水作為主要滅火介質(zhì)時，在超高層建筑中消防水源的流量和提升難以應(yīng)對蔓延的火災(zāi)需要，采用技術(shù)更先進(jìn)的壓縮空氣泡沫替代水來滅火，不僅其滅火效率是水的7～10倍，在同等流量下壓縮空氣泡沫比純水和泡沫溶液的重量都要輕。而且由于空氣的存在，壓縮空氣泡沫與管道內(nèi)壁之間的摩擦力非常小，管道壓力損失也非常小，可以被快速輸運(yùn)到更高樓層。

4 結(jié) 語

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是超高層建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時的第一道保護(hù)屏障，可以及時監(jiān)測和報警，提醒人員及時疏散，為火警消防救援贏得寶貴時間，避免造成更大損失，因此在設(shè)計(jì)過程中要以安全為第一位，成為超高層內(nèi)部人員生命安全的有力保障。

本文僅對250 m以上超高層火災(zāi)自動報警系統(tǒng)環(huán)形總線設(shè)計(jì)要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等內(nèi)容進(jìn)行初步探討，還有很多問題需要進(jìn)一步研究和分析。隨著國內(nèi)外消防技術(shù)的互相滲透和學(xué)習(xí)，Class A總線和Class B總線將逐步融合，衍生出更安全更可靠也更經(jīng)濟(jì)的環(huán)形總線形式。

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收稿日期： 2024-08-08

Discussion on the Ring Bus of Automatic Fire Alarm System

Design for Super High-Rise Buildings Above 250 m

DONG Yong1， LI Tingnv2

（1.Design and Research Institute of Nanchang University， Nanchang 330000， China;

2.Jiangxi Tengda Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Nanchang 330000， China）

Abstract：

Taking a multi-functional high-rise building with a height of over 250 m as an example，this paper explores various aspects such as the form of fire automatic alarm system，ring bus design，and fire protection design factors.It analyzes and summarizes the key and difficult points in the design of bus form for fire automatic alarm system for high-rise buildings，and proposes precautions and related rationalization suggestions in the design of bus form for fire automatic alarm system.The results can be used as a reference for similar projects.

Key words：

super high-rise buildings above 250 m; automatic fire alarm system; ring bus; fire fighting linkage