基于建筑電氣設計中的消防配電設計研究

黃明芬，周壽杰，廖樹強

（1.南寧市勘測設計院集團有限公司，廣西 南寧 530000；2.中盛弘宇建設科技有限公司廣西第一分公司，廣西 南寧 530000；3.華藍設計（集團）有限公司，廣西 南寧 530000）

在建筑電氣設計領域，消防配電設計直接關系到建筑物內(nèi)部及周圍的火災安全。此研究將在技術創(chuàng)新與實際應用之間建立橋梁，為建筑電氣領域的專業(yè)人士提供有價值的指導與啟示。

1 消防配電設計在建筑電氣設計中的價值

在建筑電氣設計中消防配電設計扮演著至關重要的角色，其價值不僅僅體現(xiàn)在災難應對方面，更涉及建筑電氣系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

首先，消防配電設計在提高建筑火災安全性方面發(fā)揮著關鍵作用，通過科學合理的電氣系統(tǒng)布局和靈活的供電方案能夠確?；鹁瘯r各個消防設備的正常運行，這不僅包括消防噴淋、滅火器等設備的供電，還包括緊急疏散通道及照明系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為火災現(xiàn)場提供必要的能量支持[1]。

其次，消防配電設計對建筑的災后恢復具有重要影響。一旦火災爆發(fā)，電氣系統(tǒng)的設計將直接關系到建筑內(nèi)各項設備的恢復與修復，科學的消防配電設計可以最大程度地減小火災對電氣系統(tǒng)的破壞，從而提高災后的修復效率，適當?shù)膫溆秒娫磁渲?、合理的線路布局，都將在建筑受災后為電力系統(tǒng)的快速修復提供有力支持，從而盡早使建筑重新運行，減小災害帶來的經(jīng)濟和社會損失。

最后，消防配電設計在提升建筑電氣系統(tǒng)可靠性方面功不可沒。通過合理規(guī)劃電纜線路、配置防火墻和消防隔離設備有效減小火災蔓延的可能性，保障電氣系統(tǒng)的正常運行。一旦火災發(fā)生，適當?shù)呐潆娫O計還可以降低事故對電力系統(tǒng)的影響范圍，防止整個建筑電氣系統(tǒng)因一點事故而癱瘓。這種系統(tǒng)級的可靠性設計將有效提升建筑電氣系統(tǒng)的整體運行水平，為日常使用和突發(fā)災害中的電力需求提供了可靠的保障。

隨著社會的不斷發(fā)展和建筑復雜性的增加，建筑電氣系統(tǒng)的負荷也日益加大，因此消防配電設計也對提高建筑電氣系統(tǒng)的效率具有積極意義。通過合理規(guī)劃配電線路、科學配置電纜通道降低電氣系統(tǒng)的能耗，提高供電效率。特別是在緊急情況下，如火災爆發(fā)，一個高效的消防配電設計能夠迅速響應，確保緊急設備得到及時供電，最大限度地減小損失。

2 建筑電氣設計中消防配電設計的種類

2.1 樹干式消防配電設計

樹干式消防配電設計是一種常見且廣泛應用的方案，其特點在于電氣系統(tǒng)的主干線呈樹干狀結構，從中心供電到各個分支，這種設計能夠有效地將電力傳遞到建筑的各個部分，使得在火災發(fā)生時各個區(qū)域的消防設備都能夠得到穩(wěn)定的電源支持，樹干式設計具有結構簡單、維護方便的特點，同時能夠提供相對較高的可靠性，適用于中小型建筑[2]。

2.2 放射式消防配電設計

放射式設計是一種將電力由中心輻射向周圍區(qū)域的配置方式。該設計的主要特點是中心供電設備與各個分支電路呈放射狀分布，形如放射線，這種結構可以確保電力迅速傳播到建筑的各個角落，提高了火災時各區(qū)域消防設備的響應速度，放射式設計常用于大型建筑如商業(yè)中心、辦公大樓等，能夠有效滿足建筑物內(nèi)部復雜空間的電力分布需求。

2.3 鏈式消防配電設計

鏈式消防配電設計是一種將電力沿著鏈條狀結構傳遞的方式。在鏈式設計中，電力從一個環(huán)節(jié)傳遞到下一個環(huán)節(jié)，最終到達需要供電的區(qū)域，這種設計方式使得電力傳輸?shù)穆窂较鄬η逦?，便于維護和故障排查，鏈式設計常常應用于需要分段供電的建筑，例如大型工廠、生產(chǎn)車間等，確保在特定區(qū)域發(fā)生火災時，其他區(qū)域的電力系統(tǒng)仍能正常運行。

2.4 混合式消防配電設計

混合式設計將以上不同結構特點融合，形成一種綜合性的消防配電方案。這種設計方式兼具樹干式、放射式和鏈式的特點，通過合理規(guī)劃使得電力能夠迅速且可靠地傳遞到建筑的各個部分，混合式設計適用于對電力系統(tǒng)要求較高的建筑，如醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等，能夠更靈活地適應建筑結構的多樣性。

3 建筑電氣設計中消防配電設計常見問題與控制要點

3.1 供電系統(tǒng)的分析

在建筑電氣設計中，消防配電設計是保障建筑火災安全的不可或缺的一環(huán)。然而，在實際工程中，供電系統(tǒng)面臨多方面的問題，因此需要深入分析這些常見問題并制定相應的控制要點，確保電氣系統(tǒng)在火災情況下的可靠性和安全性[3]。

供電系統(tǒng)的負載分析這一過程要求對建筑內(nèi)各個用電設備的用電需求進行詳細評估，確立整個電氣系統(tǒng)的負載特性，各類建筑具有不同的負載特點，例如醫(yī)院對醫(yī)療設備有較大的電力需求，而商業(yè)中心則在辦公區(qū)域有較高的用電負荷，通過深入負載分析，設計者可以科學規(guī)劃電纜線路、變壓器容量等，確保供電系統(tǒng)能夠在火災時滿足各個區(qū)域的用電需求。同時，在選擇備用電源時，比如發(fā)電機、蓄電池等，而其配置涉及容量、啟動速度、切換機制等多個方面，某些建筑要求備用電源在火災發(fā)生后能夠在極短時間內(nèi)啟動，從而保障消防設備能夠迅速投入使用，因此合理的備用電源配置是供電系統(tǒng)設計中必須高度關注的一個問題。此外，供電系統(tǒng)的防火隔離設計也是重中之重，該設計旨在防止火災蔓延至電氣系統(tǒng)的其他部分，從而確保電力系統(tǒng)的局部故障不會引發(fā)更大范圍的問題，有效的防火隔離需要考慮電纜線路的布局、防火墻的設置等因素，保障在火災發(fā)生時，電氣系統(tǒng)能夠維持在受影響的局部而不至于整體癱瘓。

3.2 供電設備方面的分析

在實際工程中，供電設備方面涉及多種問題，因此需要深入分析這些常見問題并制定相應的控制要點來提高電氣系統(tǒng)的可靠性和安全性。

不同的建筑類型和用途對供電設備有不同的要求，例如在大型商業(yè)中心需要大容量的變壓器和配電柜以應對復雜的用電需求，而在住宅區(qū)域則需要更注重小型、高效的供電設備，因此設計者需要根據(jù)建筑的具體情況，科學選擇供電設備的型號、容量和規(guī)格。供電設備的布局和配置也是一個需要深入研究的問題，不同的建筑結構和布局，對供電設備的位置和連接方式提出不同的要求，例如在高層建筑中需要將供電設備分布在不同樓層以降低電力傳輸?shù)膿p耗。合理的供電設備布局不僅能夠提高電氣系統(tǒng)的效率，還能夠減小設備之間的互相干擾，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一個需要關注的問題是供電設備的維護和監(jiān)測體系的建立，供電設備在長期運行中會受到環(huán)境、負載變化等多種因素的影響，因此需要建立完善的維護體系定期對供電設備進行檢查和維護，同時引入遠程監(jiān)測和智能診斷技術實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取措施，確保供電設備在火災發(fā)生時能夠正常運行。在消防配電設計中，供電設備的過載保護和短路保護是至關重要的控制要點，合理設置過載保護裝置能夠在電流超過額定值時及時切斷電源，防止供電設備受損，同時精確的短路保護裝置能夠在電路發(fā)生短路時迅速切斷電源，有效防止火災的進一步擴散，這要求設計者深入了解供電設備的特性，根據(jù)其額定參數(shù)合理設置保護裝置的參數(shù)。此外，可靠性設計包括采用高質(zhì)量的供電設備、合理的冗余設計和備用電源配置等方面，通過在設計階段就考慮設備的可靠性，降低供電系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時合理的冗余設計可以在某個設備發(fā)生故障時，及時切換到備用設備，確保電氣系統(tǒng)的連續(xù)供電[4]。

3.3 電源監(jiān)控的分析

電源監(jiān)控系統(tǒng)在設計中需要充分考慮對電力參數(shù)的監(jiān)測和分析，這包括電壓、電流、頻率等各種電力參數(shù)的實時監(jiān)測，通過高精度的傳感器和監(jiān)測設備對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行精準測量，例如電壓異常波動或頻率偏離正常范圍，表明供電系統(tǒng)存在問題，因此對電力參數(shù)進行全面監(jiān)控并設置相應的報警閾值是確保電源系統(tǒng)正常運行的基礎。電源監(jiān)控涉及對電源設備的狀態(tài)監(jiān)測，尤其是變壓器、發(fā)電機、蓄電池等關鍵設備的實時運行狀況，通過監(jiān)測設備的溫度、振動、電流等參數(shù)及時發(fā)現(xiàn)設備的異常情況，預防潛在的故障，例如高溫，表明設備過載或存在其他問題，及時發(fā)現(xiàn)并解決這些問題是確保設備長時間穩(wěn)定運行的關鍵。另一個需要深入關注的問題是電源監(jiān)控系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)傳輸方面，可靠的數(shù)據(jù)傳輸是保障監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的前提，在大型建筑中不同區(qū)域，需要分布式的監(jiān)控設備，因此建立可靠的通信網(wǎng)絡是至關重要的，采用先進的通信技術如現(xiàn)代的工業(yè)以太網(wǎng)、Modbus 通信協(xié)議等實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的實時性和可操作性。此外，電源監(jiān)控系統(tǒng)的故障自診斷和容錯設計也是一個關鍵的控制要點，系統(tǒng)應該具備自動識別故障、迅速切換至備用設備的能力，例如，如果主要供電設備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)能夠自動切換至備用電源，確保電氣系統(tǒng)的連續(xù)供電，容錯設計還包括對監(jiān)控系統(tǒng)本身的故障進行監(jiān)測和處理，進而防止監(jiān)控系統(tǒng)故障對電氣系統(tǒng)造成影響。值得注意的是，在建筑電氣系統(tǒng)中，電源監(jiān)控的數(shù)據(jù)是極為敏感的信息，需要采取一系列措施來保障數(shù)據(jù)的機密性和完整性，需要做到數(shù)據(jù)加密、訪問控制、防火墻等安全手段，防止未經(jīng)授權的訪問和數(shù)據(jù)篡改。最后，電源監(jiān)控系統(tǒng)需要具備對歷史數(shù)據(jù)的存儲和分析功能，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)電氣系統(tǒng)長期運行中的趨勢和周期性問題，從而預測潛在故障，提前采取維護措施，確保電氣系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

3.4 報警系統(tǒng)的分析

在建筑電氣設計中，特別是涉及消防配電設計時，報警系統(tǒng)的設計和實施顯得非常關鍵，通過分析報警系統(tǒng)中的常見問題以及相應的控制要點對于確保電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定和及時響應火災事件至關重要。

首先，報警系統(tǒng)中的傳感器和探測器的選型和布局是一個關鍵的方面，不同類型的火災產(chǎn)生的煙霧、氣體等有特定的特性，因此需要選擇合適的傳感器和探測器以確保對不同類型火災的及時檢測，合理的布局對于保障整個建筑的火災監(jiān)測同樣至關重要，需要考慮建筑結構、房間用途、風向等多方面因素，例如在高層建筑中需要在不同樓層設置獨立的煙霧探測器，從而提高火災檢測的準確性。

其次，報警系統(tǒng)中報警信號的傳遞和處理需要有高度的可靠性和實時性，在大型建筑中，不同區(qū)域，需要分布式的報警設備，因此需要建立可靠的通信網(wǎng)絡，采用現(xiàn)代化的通信技術如網(wǎng)絡化的報警系統(tǒng)實現(xiàn)實時的報警信號傳遞，確保在火災發(fā)生時報警信息能夠及時到達相關人員或監(jiān)控中心[5]。另一個需要深入考慮的問題是報警系統(tǒng)的誤報率，誤報，導致不必要的恐慌和資源浪費，因此需要設計和實施一套準確的報警系統(tǒng)，需要對傳感器靈敏度的調(diào)整、采用多傳感器融合的技術以提高準確性以及對報警信號進行智能處理的算法，通過合理的技術手段降低誤報率，提高系統(tǒng)的可靠性。此外，報警系統(tǒng)需要有完備的電源備份和自監(jiān)測機制。火災，導致電氣系統(tǒng)的損壞，因此報警系統(tǒng)應當配置備用電源，確保在電力中斷的情況下仍能正常運行，同時報警系統(tǒng)應當具備自監(jiān)測功能，能夠對系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對傳感器、通信設備、報警設備等的狀態(tài)進行定期自檢，發(fā)現(xiàn)潛在問題并及時采取措施。報警系統(tǒng)還需要與其他消防設備和建筑管理系統(tǒng)實現(xiàn)良好的集成，例如當報警系統(tǒng)發(fā)出火警信號時能夠自動啟動滅火系統(tǒng)、聯(lián)動電源切換設備等，這就需要報警系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間有明確的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)接口，通過集成實現(xiàn)對火災事件的全面、協(xié)同的響應，提高整個消防系統(tǒng)的效能。

最后，對于報警系統(tǒng)的維護和升級也是一個不可忽視的方面，定期的維護和檢查包括對傳感器、探測器的清潔和校準，對通信設備和報警設備的系統(tǒng)檢查等是保障報警系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的重要手段，系統(tǒng)的升級也需要跟進最新的技術，從而提高系統(tǒng)的性能和適應性。

4 結語

本文在研究建筑電氣設計中的消防配電中，不僅窺見了電力系統(tǒng)的技術奧秘，更體悟到其在建筑安全中的至關重要性。未來的建筑電氣設計需要更強調(diào)系統(tǒng)的智能化、可靠性和安全性，從而更好地應對日益復雜的建筑環(huán)境。這不僅僅是技術上的追求，也是對人員生命和財產(chǎn)安全的責任擔當。