超高层建筑应急照明系统设计

2011-09-01尹伯庆天津市建筑设计院天津300074

智能建筑电气技术 2011年4期

尹伯庆 / 张™（天津市建筑设计院，天津 300074）

1 前言

民用建筑设计通则中规定“建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑”。“超高层建筑”顾名思义就是建筑主体高、建筑体量大、功能复杂、系统繁多、技术要求高。由于超高层建筑的特点，决定了一旦发生各类灾害事故（人为的或自然的），建筑物的安全、内部人员的逃生都很难得到保障，对建筑物内人员生命安全和财产安全都构成极大威胁，常常造成群死群伤事故。随着科学技术的进步和发展，如何应用现代技术手段，借助于性能化安全疏散设计方法，最大限度的防止和减少火灾造成的危害，保障人身和财产安全，是摆在每位工程设计者面前的研究课题，必须引起我们高度重视。

自1994年笔者完成第一项超高层建筑设计至今的十几年间又陆续完成了多项超高层建筑的设计，下面就结合刚刚设计完成的天津远洋大厦二期项目，对超高层建筑应急照明系统设计做简要介绍。

2 项目概况

本项目位于天津市中心城区，南临海河东路，东近大沽桥，毗邻远洋大厦一期工程。建筑总高度为218m，总建筑面积为10万余m2，主体建筑地上49层，地下4层，其中地下层主要为停车库及设备用房，地上建筑为5A甲级高品质的写字楼，避难层分别设于13、27及40层。是一座具备新时代特质的天津海河商务区新地标建筑。

本项目为超高层建筑，在设计中应用性能化安全疏散设计方法，对安全疏散时间进行必要的分析与评估，合理设置应急照明工作时间和应急电源供电时间，实现了安全疏散系统设置的科学性、有效性和经济性的良好统一。设计中采用了智能疏散逃生系统，该系统根据现场灾情和制订的疏散预案，向受灾人员实时提示灾情，指示最佳疏散逃生路径，对稳定逃生人员的情绪，最大限度缩短疏散时间，实现安全撤离有着重要作用。

3 疏散时间分析与评估

当灾害发生时，人们首先想到的就是怎样安全逃生，如何保障灾害现场人员的快速、准确、镇静地得以安全疏散，是我们设计中重点考虑的问题。由于超高层建筑面积大，水平与垂直疏散距离长，使得安全疏散时间大为延长，因此应对安全疏散时间进行必要的性能化分析。

3.1 计算参数取值

目前国内虽有一些科研机构和院校曾对人员疏散的行走速度进行过研究，并获得了部分数据，但没有权威机构对这些研究成果进行分析归纳，也没有形成一套大家公认的体系。因此，在进行实际设计时，经常参考国外相关专家的研究成果或者国外权威机构出版的标准和规范。美国消防工程师协会（SFPE）《消防工程手册》对人员疏散参数（疏散速度、人流量、有效疏散宽度）的系统归纳，被消防安全工程界广泛采纳。该手册认为人员的行走速度是人员密度的函数：当人员密度在＜0.54人/m2时，人员水平疏散速度1.2m/s，楼梯下行速度0.86m/s。本项目总建筑面积10万m2；最大防火分区建筑面积1500 m2；疏散步行水平最长距离80m；疏散下行楼梯最长距离612m；建筑物内人员密度0.06人/ m2；出口有效疏散系数60人/ min.m[2]；出口有效宽度2.4m。建筑内部人员类型构成可简化为以下两种：成年男士和成年女士。

3.2 本项目疏散所需时间计算

通常情况下疏散所需时间te由疏散开始时间和疏散行动时间二者之和确定，其中疏散开始时间包括火灾探测报警时间和人员准备疏散时间；疏散行动时间包括疏散步行时间和疏散出口时间。

1) 全楼疏散开始时间

式中：tstart全楼疏散开始时间(min) ；

Afloor最大防火分区建筑面积（m2）；

t0人员状态系数, 取值3min。

)2) 疏散步行时间

式中：tstort疏散步行时间(min)；

l1步行水平最长距离（m）；

l2步行楼梯最长距离（m）；

v1水平步行速度（m/min）；

v2楼梯下行速度（m/min）；3

疏散出口时间

式中：tqueue疏散出口时间(min)；

P 建筑物内人员密度（人/ m2）；

A 建筑物总建筑面积（m2）；

N 出口有效疏散系数（人/min.m）；

B 出口有效宽度（m）。4

疏散所需时间te

通过以上分析计算得到的疏散所需时间值作为确定本工程应急照明工作时间的指导参数及基础条件，保证在建筑物内所有人员安全疏散完成前其疏散照明及疏散指示标志系统的可靠有效性，使逃生人员不会在伸手不见五指的逃生环境中丧失逃生意志、迷失逃生方向。

4 应急照明系统的设置要求

应急照明系统是超高层建筑防火设计的重要组成部分，在进行超高层建筑应急照明系统设计时，应以安全可靠、技术先进、经济实用为主要原则。

4.1 应急照明系统一般由三类功能组成

1) 由消防应急工作照明灯组成的备用照明功能系统，为灭火及救援人员而设置。一般设置在发电配电房、消防泵房、消防控制中心、防排烟机房、通讯中心、避难层及直升机停机坪等火灾时需要继续工作的重要场所。

2) 由消防应急疏散照明灯组成的消防疏散照明功能系统，为人员疏散时提供必需的照度而设置。一般设置于公共疏散通道、电梯前室、疏散楼梯间及防烟楼梯间前室等场所。

3) 由应急疏散指示标志灯组成的疏散指示标志系统，为人员疏散提供明确引导方向及途径。一般安装于公共疏散通道、避难层、疏散楼梯间及安全出口等处。

4.2 应急照明灯具设置要求

备用照明灯具一般设置于墙面或顶棚上，其应急工作时间不应低于180 min（避难层、直升机停机坪应急工作时间不低于60 min），并满足正常工作照度要求；消防疏散照明灯具一般设置于墙面或顶棚上，其应急工作时间不低于30min，照度不低于5 lx；安全出口标志灯具一般设置于安全出口上方，疏散指示标志灯具一般设置于疏散通道及转角处距地面1m以下的墙面上或地面上，其应急工作时间不低于30 min，标志灯主标界面表面亮度不低于15 cd/ m2、不高于300 cd/ m2。

在此特别说明的是，根据规范要求，应按不同观察距离，确定疏散指示标志灯的尺寸要求[3]；疏散指示标志灯安装在不同的场所，如地下、人防工程、袋型通道、普通通道、通道转角处等，则有不同的间距要求；应急照明灯应采用应急时能够迅速点亮的光源，并带玻璃罩保护；这些要求往往在设计中被忽视，应引起设计者的充分注意。

4.3 疏散照明系统的供电与控制

本工程中应急照明负荷为一级负荷，电源由市政双电源供电，采用专用回路双电源供电，并在末端配电装置处设置自动切换装置，另设分散设置的EPS电源，作为应急照明等的应急供电电源。

消防联动控制系统实现对备用照明及疏散照明系统的监视及控制。疏散指示标志系统则采用智能疏散逃生系统，该系统采用开放的数据接口和通讯协议与FAS系统联接，根据FAS火灾报警信息，对通道内的疏散灯指示路径进行优化调整，通过语音、方向可调、视觉连续等引导方式，实现快捷的避烟疏散逃生。

4.4 供配电线缆的选型

火灾造成人类死亡的一个重要原因是火焰烟雾中毒所致的窒息。火灾烟雾中含有大量的一氧化碳及塑料化纤燃烧产生的含氯、苯等有害物质的气体，火焰又可造成呼吸道灼伤及喉头水肿，这些因素足可使浓烟中的被困者在3～5min内中毒窒息身亡。因此在超高层建筑设计中对一般负荷配电应选用阻燃型低烟无卤环保电缆（电线），对消防或重要负荷配电应选用矿物绝缘防火电力电缆，以尽量减少因电缆绝缘及护套的燃烧引起的烟雾及有毒气体对人员造成的伤害，为大楼内的人员疏散争取更多的逃生时间。同时也保证火灾中消防设备的供电连续可靠性。

现行国家规范已对应急照明做出了详尽的要求，在此不做过多的赘述。

5 智能疏散逃生系统

2010年9月笔者受邀参加了由天津消防协会主持召开的智能疏散逃生系统应用专家研讨会。与会专家对智能疏散逃生系统应用的必要性、技术标准、设计原则、适用范围等进行了深入的研讨。一致认为“智能疏散逃生系统适用于机场、综合交通枢纽、地铁、会展中心、医院、商场等人员密集场所和大型、超高层公共建筑”。这就为智能疏散逃生系统圈定了基本的应用范围，并据此考虑经济性因素。本项目在疏散指示标志系统上采用了智能疏散逃生系统，而疏散照明灯没有纳入其中，以期得到较高的性价比。

5.1 智能疏散逃生系统简介

该系统是基于当代计算机通讯技术开发的新产品，它有着传统的单灯型应急灯无法比拟的优越性能。智能疏散逃生系统重构高层建筑疏散体系，在现代建筑中有着广阔的应用前景。

系统由设于消防控制中心的中央主机、中心接入器、智能区域集控应急照明配电箱、区域汇集单元、回路控制模块、智能应急照明灯具和智能疏散应急标志灯具组成。中央主机与智能区域集控应急照明配电箱之间采用总线通讯拓扑结构。智能应急照明灯具和智能疏散应急标志灯具均具有独立地址，采用LED光源，具有日常故障巡检功能。

5.2 智能疏散逃生系统的自检测功能

● 监测主机备用电源故障

● 监测主机光源故障

● 监测主机电压回路欠压状态

● 监测灯具蓄电池故障

● 监测灯具光源故障

● 监测灯具应急回路欠压状态

系统的日常设备故障维护功能很好的解决了传统消防疏散指示标志灯具日常巡检、维护困难的问题，确保系统正常可靠运行。

5.3 智能疏散逃生系统的人性化功能

5.3.1 语音功能

消防应急灯具系统中的出口标志灯引入语音功能，平常语音不开启，火灾时，根据出口安全与否开启、关闭语音功能。研究表明在火灾中，烟雾蔓延直接影响能见度，即便是少量烟雾，人的可视距离只能在4m之内，而在浓烟中人的可视距离只能达到1m。此外，出口标志通常安装在距地2.1m～2.7m的高度（正处于浓烟层），此时不到出口1m之内，无法看到出口灯具，高位疏散标志（无论是文字还是图形）流于摆设，可见高位标志对处于火场中人员的逃生作用微乎其微。

实践表明在出口标志灯中引入语音功能能显著提高疏散时间（提高70%）和疏散路径的明确性（提高32%）。用耳朵听出安全通道不外乎是最好的解决方式。国家标准[7]也对此做出了要求描述。

5.3.2 消防应急灯具频闪功能

集中控制型消防应急灯具系统中所有灯具类型引入频闪功能，平时光源常亮，火灾时，灯具自动转入频闪功能。在火灾中，浓烟中的频闪功能显著提高灯具光源的能见度。国家标准[7]也对此做出了要求描述。

5.3.3 消防应急灯具方向可调功能

集中控制型消防应急灯具系统中的方向指示灯引入方向可调功能，平时就近指向安全出口，火灾时，根据火灾报警信息对方向指示灯具进行指示方向的优化调整。

5.3.4 消防应急灯具导向光流功能

集中控制型消防应急灯具系统中引入光流灯具，平时光流不开启，火灾时，根据通道、出口安全与否开启光流功能，同时选择光流指示方向。国家标准[7]也对此做出了要求描述。

系统的火灾应急功能在火灾发生时动态“安全引导”人员疏散，而非以往“就近引导”的静态引导方式。系统具备不同功能的消防疏散指示标志灯，结合频闪、语音、双向可调型、视觉连续型标志灯等，从逃生人员的视觉、听觉等感观上进行强调，使逃生人员能在火场中“更安全、准确、迅速”的逃生。