高层建筑消防电气设计

摘要：笔者结合现阶段社会发展形势，根据长期以来的工作实践经验，就高层建筑火灾特点、保护对象的分级及消防系统形式的选择、火灾自动报警系统的具体设计要求进行了全面的阐述。
关键词：高层建筑；火灾自动报警；联动控制系统
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随着经济的快速发展，建筑向高层发展的速度也随之加快。在高层民用建筑中， 完善合理的电气防火设计能够有效的避免发生电气事故火灾，同时如果一旦发生火灾， 也能够使建筑物内各种消防用电设备持续可靠运行， 及时有效的疏散人员、物资和控制火势的蔓延。火灾自动报警及消防联动系统，是人们为了火灾的先期预报、火灾的及时扑灭、保障人身和财产安全而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施，是人类同火灾作斗争的有力工具。研究高层建筑的火灾自动报警设计，是保证高层建筑安全使用的重要内容。

1 高层建筑火灾特点

1.1 火势凶猛且蔓延极快

现代高层建筑装修材料以及建筑内的办公设备大量为有机材料或可燃易燃物，这些材料一旦着火，容易引起火灾的猛烈燃烧及高速蔓延。
烟囱效应，一旦高层建筑发生火灾，整个建筑犹如一个竖立的大烟囱，将火、烟向上抽，加快了火势的纵向蔓延。建筑内的楼梯间、各种竖井、天井、空调风道、建筑外墙的窗户等都是火灾蔓延的途径。风速也是建筑的火灾蔓延重要因素，高层建筑越高，风速越快，一旦发生火灾，就会造成火灾的快速蔓延。

1.2 人员疏散困难

高层建筑是人员密集场所，疏散垂直距离远，人员疏散时间长，火灾时仅依靠疏散通道进行人员疏散到安全区域，十分困难。再加上火灾时烟雾影响，人员慌乱，更增加了疏散难度。

1.3 火灾扑救困难

高层建筑扑救外部设施主要依靠消防云梯、灭火水，但受到建筑高度，周围环境限制及火灾时难以接近因素的影响，灭火能力大大减弱，并且由于火势快，等消防人员到达现场，火灾已蔓延开来。因此主要依靠建筑内部的消防灭火设施进行扑救。
由以上特点可以看出，高效的自动消防系统在高层建筑火灾的预防及扑救十分重要，对火灾的早发现，早扑灭起着决定性的作用。

2 保护对象的分级及消防系统形式的选择

2.1 保护对象分级

根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定，按照保护对象的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级。
2.

1.1 超高层建筑为特级保护对象，应采用全面保护方式。

2.

1.2 一类高层类建筑为一级保护对象，应采用总体保护的方式。

2.1.3 二类高层建筑为二级保护对象，应采用区域保护方式，对于重要的二类建筑也可以采用总体保护方式。

2.2 系统形式的选择

火灾自动报警系统分为区域报警系统，集中报警系统，控制中心报警系统三种形式。区域报警系统宜用于二级保护对象，该系统可设置消防联动控制系统；集中报警系统宜用于一级和二级保护对象，该系统中应设置消防联动控制系统，集中火灾报警控制器应能显示火灾报警部位信号和控制信号，亦可进行联动控制。控制中心报警系统宜用于特级和一级保护对象，系统应能集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号。

3 火灾自动报警系统的具体设计要求

3.1 探测报警区域的划分

一个报警区域宜由一个或同层相邻几个防火分区组成，对于高层建筑，一般可按楼层划分报警区域，如楼层面积较大，可按防火分区划

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分报警区域。设计时应根据建筑的用途和性质进行考虑。出于对回路容量、总线隔离器的设置、电源布线等问题的综合考虑， 一个报警区域不宜过大，避免由于回路容量过于庞大、总线隔离器设置不合理而不能充分的保护探测器、电源回路所控制动作执行元件过多从而降低系统可靠性的情况发生。

3.2 火灾探测器的选择及设置

火灾探测器的种类较多，常用包括感烟探测器、感温探测器、火焰探测器、可燃气体探测器、烟温复合探测器及线性火灾探测器等。
探测器的选择应根据探测区域内可能发生的初期火灾的形式和发展特征、房间高度、环境条件以及可能引起误报的原因等因素来决定。高层建筑一般场所采用感烟探测器，车库、开水间等场所采用感温探测器，对有气体消防灭火场所，如发电机房、变电所、计算机房场合采用感烟、感温探测器组合，在无遮挡大空间宜选择红外光束感烟探测器，在电缆隧道、电缆竖井、电缆桥架、配电装置、变压器等处宜选择缆式线型定温探测器， 这些细节的考虑都能有效的提高报警系统的可靠性。

3.3 手动报警按钮的设置

手动报警按钮一般设置在公共活动场所的出入口处，比如楼梯间出入口，疏散通道出入口等。每个防火分区应至少设置一个手动报警按钮。从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动报警按钮的距离不应大于30m，并应注意应设置于明显的和便于操作的部位。

3.4 火灾警报装置

结合高规及民规，设置火灾报警系统的场所应设置火灾警报装置。每个防火分区至少设置一个火灾警报装置，其位置宜设在各楼层走道靠近楼梯出口处，确保楼梯及走道都能听到装置报警信号。火灾应急广播及火灾警报装置应采用分时播放控制，先鸣警报8～16S，间隔2～3S后播放应急广播20～40S，再间隔2～3S依次循环进行直至疏散结束。

3.5 火灾应急广播

区域报警系统的建筑可不设应急广播系统，集中报警系统宜设置火灾应急广播，控制中心报警系统应设置火灾应急广播。
现代高层建筑中的商场、医院、旅馆、高级写字楼一般设有背景音乐、广播系统，火灾应急广播可与其共用，火灾时应能在消防控制室将公共广播扩音机强制转入火灾应急广播状态，对于有开关或音量调节器控制的扬声器，应采用三线制配线，强制火灾应急广播开放。
火灾时广播一般设置每层一路，当地下某层火灾时，启动地下各层及地面首层广播，首层火灾时，启动本层、二层及地下各层广播，二层以上火宅时，启动本层及相邻层广播。

3.6 消防专用电话

消防专用电话应用于火灾时消防通信指挥，要求其网络应为独立的消防通信系统，不能与其他通讯系统共用。消防控制室应设置消防专用电话总机，电话分机或塞孔的设置应符合下列要求：
(1)特级保护对象的各避难层应每隔20m设置一个消防专用电话分机或塞孔。
(2)设有手动火灾报警按钮、消火栓按钮等处宜设置电话塞孔。
(3)下列部位应设置消防专用电话分机：消防水泵房、备用发电机房、配变电室、主要通风和空调机房、排烟机房、消防电梯机房及其它与消防联动控制有关的且经常有人值班的机房。
消防电话系统一般有总线制和多线制两种型式。对于总线制电话系统，可将同一楼层或防火分区内的所有电话塞孔并联，通过总线电话接口模块接入电话总线，其余总线消防电话分机直接接入电话总线，电话总线一路接入总线电话总机。对于多线制电话系统，同一楼层或防火分区内的所有电话塞孔并联作为一路接入电话多线制总机，其余电话分机一部一路接入电话多线制总机。

3.7 消防联动控制设计要求

3.7.1 控制消火栓防泵的启、停；显示启泵按钮的工作状态；显示消防泵的工作、故障状态。
每个消火栓内设置启动按钮，启动按钮信号一路直接接入消火栓泵控制箱控制回路直接启动水泵并反馈信号，一路通过总线输入模块接入报警总线，消防控制室收到火灾报警信号并经确认后，可通过总线控制模块自动或手动启动水泵。水泵的工作、故障状态信号通过总线输入模块反馈到消防控制室。
3.7.2 控制自动喷水系统的启、停；显示报警阀、闸阀及水流指示器的工作状态；显示喷淋泵的工作、故障状态。
自动喷淋系统可分为湿式和干式两种，湿式系统喷水管网中平时处于充水状态，干式系统喷水管网中平时不充水，当火灾发生时，消防系统接收到报警信号，控制作用阀向管网充水。当火灾场所温度作用使喷头玻璃球破裂后，管网报警阀压力开关动作，压力开关信号直接接入喷淋泵控制箱延时启动水泵，同时压力开关动作信号通过总线输入模块接入报警总线，消防控制室收到信号并经确认后，也可通过总线控制模块自动或手动启动水泵。水泵的工作、故障状态信号通过总线输入模块反馈到消防控制室。
3.7.3 管网气体灭火，要求在消防控制室显示系统的手动、自动状态；在报警、喷射各阶段，控制室应有相应的声、光报警信号，并能手动切除音响信号；在延时阶段，应能自动关闭防火门，停止通风，空调系统；关闭防火卷帘。其系统宜在灭火场所附近设置气体灭火控制室，系统应设

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置自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式，自动控制装置应在接到两个独立的火灾信号后方能启动，有人值班时应以手动控制方式为主。
3.7.4 控制挡烟垂壁等防烟设施，启动有关部位的防烟、排烟风机和排烟阀，并接收其反馈信号。
火灾时，控制该防烟分区挡烟垂壁放下，开启该防烟分区的排烟阀、送风口，排烟阀、送风口动作后，联锁开启排烟风机及对应的消防送风机。当排烟风机吸入口防火阀温度熔断器动作后关闭防火阀，联锁关闭排烟风机，排烟风机关闭后联锁关闭对应的消防送风机。
送风口平时为关闭的前室消防送风系统，如系统送风口范围不超过20层，火灾时一般开启本层及上层送风口；系统送风口范围超过20层，火灾时开启本层及上下层送风口。送风口电动阀动作后联锁开启送风机。
对于排烟阀、送风口平时开启式的消防送排风系统，火灾时直接开启送风机。

3.7.5 停止有关部位的空调送风，关闭防火阀，并接收其反馈信号。

3.7.6 关闭有关部位的防火门、防火卷帘，并接收其反馈信号。

防火门应根据其平时开启时是由永久磁铁或电磁铁固定的不同形式来控制，一般宜选择平时不耗电的释放器；防火卷帘应根据其是通道上的还是分区隔断使用的来确定一步落下或分两步落下。
3.7.7 发出控制信号，强制所有电梯停在首层，并接收其反馈信号。对于非消防电梯，迫降后应切断其电源。
3.7.8 接通火灾应急照明，对于火灾疏散照明，设计时在楼层应急照明箱处设置总线控制模块，消防控制室集中手动、自动控制。
3.7.9 切断有关部位的非消防电源。对于普通照明，为避免人员恐慌，一般切断着火层或防火分区电源，对于无恒温恒湿要求的普通空调，笔者认为可以不分部位切断其全部电源。

3.8 漏电火灾报警系统

在所有火灾起因中，电气火灾居首位。根据电气火灾原因技术鉴定中心的资料，电气火灾大部分是由电气线路接地电弧性短路引起的，因此设置漏电火灾报警系统能够及时发现电气线路的漏电故障，避免大部分火灾的发生。根据高规及民规的规定，保护对象为特级的建筑物的配电线路，应设置漏电火灾报警系统，除住宅外保护对象为一级的建筑物的配电线路宜设置漏电火灾报警系统，对保护对象为二级的建筑物或住宅，可采用独立型独立式剩余电流动作报警器，不设置独立系统。
漏电火灾报警系统一般由剩余电流动作报警器、传输总线、漏电火灾报警控制器组成，其应具有如下功能：
(1)探测漏电电流、过电流等信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，监视故障点的变化。
(2)储存各种故障和操作试验信号，信号储存时间不应小于12个月。
(3)切断漏电线路上的电流，并显示其状态。
(4)显示系统电源状态。
剩余电流动作报警器分独立式和非独立式两种，一般安装于各个楼层配电箱的进线处。对于配电回路较少的二类高层建筑，一般可采用独立式剩余电流动作报警器，并通过消防编码模块接入火灾自动报警系统；对于一类高层建筑和配电回路较多的二类高层建筑，由于报警点数较多，应采用非独立式剩余电流动作报警器，通过传输总线将各报警器连接至漏电火灾报警控制器，形成独立的总线式报警系统。漏电火灾报警控制器一般安装在消防控制室或值班室。
结语
高层建筑的消防设计是一项复杂的系统工程，电气人员在设计时应与建筑、给排水、通风空调等专业密切配合，选择合理的设计方案，在火灾初期及时准确报警，灭火时正确控制各种相关设备的启、停，最大限度的发挥火灾自动报警及联动系统的作用，把火灾损失降到最低。
参考文献
GB 50096-1999，住宅设计规范[S].
GB50368-2005，住宅建筑规范[S].
[3]JGJ16-2008，民用建筑电气设计规范[S]
[4]GB50045-95.高层民用建筑设计防火规范[S].