智能消防应急照明及疏散指示系统的特点与应用

杨文娟/陈　乾/陈　星（中国五洲工程设计集团有限公司，北京100053）



智能消防应急照明及疏散指示系统的特点与应用

杨文娟/陈乾/陈星（中国五洲工程设计集团有限公司，北京100053）

摘要在分析消防应急照明系统特点的基础上，阐述了智能消防应急照明及疏散指示系统的组成，明确了系统各部分设备与灯具的通信关系、供配电关系，并对系统最核心、最本质的功能提出了具体要求。以某厂区为例的工程设计应用结果表明，智能消防应急照明系统具有独立、快速响应的绝对优势，具备较强的应用价值和应用前景。

关键词智能 消防应急照明系统 疏散指示

The Characteristics and Applications of Intelligent Fire Emergency Lighting and Evacuation System

Yang Wenjuan/Chen Qian/Chen Xing

Abstract Based on the analysis of the features of fire emergency lighting system，the composition of intelligent fire emergency lighting system and dispersal indicator system is described，the relationships of communication and power supply and distribution between various pieces of system and lighting are defined，and the specific requirements of core and essential functions of the system are proposed.The application results of the engineering design of a factory indicate that the smart fire emergency lighting system has the absolute advantage of independency and quick response，and therefore has great application value and application prospect.

Keywords intelligence，fire emergency lighting system，dispersal indicator

0　引言

近年来，建筑物火灾事故频发，在给人民群众生命财产安全带来重大损失的同时，也为建筑物内部的消防系统提出了警示。在火灾中对人员疏散、消防作业提供照明、疏散指示的消防应急照明以及疏散指示系统进行优化设计，愈来愈引起人们的高度重视。

然而，受技术发展、投资成本等因素制约，传统的消防应急照明系统存在响应速度慢、稳定性较差、检修维护工作量大等不足，新修订的《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）对消防应急照明和疏散指示系统提出了更高的要求，亟需在后续的系统设计应用中采用更加稳定、先进的系统。

1　消防应急照明系统概述

《消防应急照明和疏散指示系统》（GB 17945-2010）明确规定，消防应急照明系统及疏散指示系统是为人员疏散、消防作业提供照明和疏散指示的系统，由各类消防应急灯具及相关装置组成。按系统形式分为集中电源非集中控制型、自带电源非集中控制型、自带电源集中控制型、集中电源集中控制型。

1.1集中电源非集中控制型

采用集中设置的蓄电池应急电源，疏散应急照明灯具内不带有电池。疏散应急照明灯一般取自备用应急照明灯具的一部分或全部，即疏散应急照明与备用应急照明部分或全部合成。存在的主要问题有以下几条。

1）蓄电池用量很大且占地面积大。蓄电池是易耗性产品，安装使用后约每4年需更换一次，造成资源的浪费且用户更换成本较高。

2）由于这种型式的消防应急照明灯具与普通照明灯具外观相同，实际使用中很难分辨出消防应急照明灯具，日常维护和检修难度很大，同时没有集中监控系统，因此在火灾发生时不能保证消防应急照明灯具瞬间点亮，安全性能差。

1.2自带电源非集中控制型

自带电源型应急疏散照明及标志灯，是目前应用最广的产品，存在的主要问题有以下几条。

1）绝大部分自带电源型应急疏散照明及标志灯使用的电池均为镍镉电池，而镉是有毒重金属元素，蓄电池是易耗性产品，约每4年需更换一次，对环境污染较大。

2）常用的自带电源型双头应急疏散照明灯属于非持续类产品，灯具的供电电源一般来源于备用（应急）照明配电电源。当火灾事故发生时，该线路不能立刻被联动切断，只有在电源线被烧断之后才会点亮应急灯，但这个阶段点亮应急灯已经失去其主要意义，因为它并没有有效地帮助人们迅速逃生。

3）自带电源型应急疏散照明灯为了保持装饰协调性，另一种比较常用的做法是使用单个、一对一的应急灯电源与任意的照明灯具（如吸顶灯、筒灯、日光灯）配接使用，这是一种非标准的组合方式，会使可靠性下降。

4）自带电源型应急疏散照明灯由于没有集中的监测系统，加上灯具检修工作量巨大，不能保证火灾发生时灯具一定完好，因此存在一定的安全隐患。

1.3自带电源集中控制型和集中电源集中控制型

这两种系统是最近几年推进使用的模式，是较之前两种类别更高层次的系统产品，它们具有以下特点。

1）灯具内不带电池，应急照明电源带有电池。2）应急照明电源、应急照明分配电箱及灯具带地址编码，具备本系统自身的通信控制模式。

3）直接可监控到灯位，不需要对应急照明电源、应急照明分配电箱进行控制。

1.4国家标准要求

《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）规定在封闭楼梯间、防烟楼梯间及其前室、消防电梯间的前室、公共建筑内的疏散走道、人员密集的厂房内的生产场所及疏散走道等区域应设置疏散照明，且对疏散照明的地面最低水平照度做了规定。

《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）明确了针对各类型的消防应急照明和疏散指示系统的消防联动控制设计。

《消防应急照明和疏散指示系统》（GB 17945-2010）强调了消防疏散照明及指示灯系统的完整性。要求消防疏散照明灯从过去的与备用（应急）照明灯合二为一的方法中分离出来，强调控制设备、应急照明电源、应急照明分配电装置或应急照明配电箱（消防级）、疏散照明灯及疏散标志灯是不可分割的系统，同时要求对整个消防应急照明系统进行自检以及故障报警。

1.5小结

消防应急照明及疏散指示系统宜采用集中电源集中控制型，以确保消防应急照明的完整性和独立性。智能消防应急照明和疏散指示系统就是此类系统中较为先进的一种。

2　智能消防应急照明及疏散指示系统

2.1系统组成

智能消防应急照明系统是一个二线制的智能应急疏散照明通信及管理系统，由三部分组成。

1）监控管理层

包含控制器主机和CRT图形显示装置。其中控制器主机是全系统下层设备及灯具的设置、显示、控制、存储的中心设备，具备与FAS系统进行信息交流的功能。CRT是全系统的平面图显示、扩展存储、输出打印及外部网络信息的交流中心设备，但一般不赋予CRT设置及控制功能。

2）设备层

包含DC216V电池主站、DC24V电池分站及控制器分机。

DC216V电池主站机内配接18节12V蓄电池组，应急电压为18×12＝216V；DC24V电池分站机内配接2节12V蓄电池组，应急电压为2×12＝24V。控制器分机分为DC24V安全电压型（输出电压在正常及应急状态均为DC24V）、交直流隔离型（输出电压正常状态AC220V/50Hz，应急状态DC216V）和混合型（安全电压型回路输出电压在正常及应急状态均为DC24V；交直流隔离型输出电压正常状态AC220V/50Hz，应急状态DC216V）。

电池主站、电池分站及控制器分机均带设备地址，每个输出回路均有地址子码，可实现远程监控。

3）终端层

终端层即为集中电源集中控制型消防应急照明灯。分为安全电压DC24V型和AC220V/DC216V型两种。同时针对不同照明高度和照度要求可采用不同额定功率的灯具。每个消防应急照明灯均赋予其地址编码、带存储器和传感器、采用高亮LED光源并由软件控制其开关。

2.2系统各部分设备和灯具的通信关系

1）第一层通信架构TC：每一台带中央CRT的计算机通信主机可配出1～2路通信线，每路通信线可连接8台控制器主机，采用手拉手连接模式，控制器主机可构成积木式或分布式架构。

2）第二层通信架构E-BUS：每一台控制器主机可配出1～8路通信线，每路通信线可接32台电池主/分站及控制器分机，宜采用手拉手连接模式，共可配带256台直流电池主站/分站及控制器分机。

3）第三层通信架构e-bus：每一条输出支路一般可配带25个灯具（32个监控点），一台8路控制器分机可配带200个灯具（256个监控点）。

系统各部分设备通信架构示意图如图1所示。

图1　通信架构示意图

2.3系统各部分设备和灯具的供配电关系

1）电池分站每一条输出回路额定容量为10A，每一条输出回路所配带的控制器分机总负荷一般在0.15kVA/6A范围内，最大不应超过0.2kVA/10A，其供配电架构示意图如图2所示。

图2　电池分站供配电架构示意图

2）电池主站UBS216V每一条输出回路额定容量为10A，所配带的控制器分机总负荷一般在1.3kVA/6A范围内，最大不应超过2.2kVA/10A，其供配电架构示意图如图3所示。

图3　电池主站供配电架构示意图

3）DC24V安全电压型控制器分机每一条输出回路的额定容量一般为5A，可配带灯的负荷每支路小于75W/3A；交直流隔离型控制器分机每一条输出回路的额定容量为10A，可配带灯的总负荷每支路小于1.3kVA/6A，最大不应超过2.2kVA/10A。混合型控制器为前两种的综合。

2.4系统的特点

该系统最核心、本质的功能为：完整的疏散照度功能及指示功能；带有自动静态监控、动态功能性测试及放电性测试；确保系统在火灾发生前，所有灯具、控制器分机电池主/分站是完好的，无任何故障且蓄电池容量能保证规范要求的应急时间。此外该系统还可实现以下功能。

1）消防照明必备的强制点亮

火灾事故信号一经送入，所有疏散照明灯均瞬间点亮，不需要用消防模块来进行复杂的分区联动点亮；编程进行应急选层运行：可预设选择性投入应急运行，以调整系统电池能量用途。

2）每24h进行一次动态功能性测试

确保所有灯具、控制器分机及直流电池主站应急转换无任何故障。

3）每3个月进行一次放电性测试

确保蓄电池容量能保证规范要求的应急时间，本系统为恒功率负载系统，比其他动态功率负载系统更稳定、可靠。

4）静态监视及故障报警

铜芯、（直流）电池主站、控制器分机及灯具的故障进行实时声光报警，声报警可手动消除，光报警保存到故障消除时消除。

5）动态应急疏散预案程序

避免人员误入着火区域；引导人员尽量避开可能的浓烟区；避免人员无序转向；可预设标志灯进行频闪/流动控制。

3　智能消防应急照明系统在工程中的应用

以某厂区一栋办公楼（401号建筑物）为例，采用智能消防应急照明及疏散指示系统进行设计，厂区总消防控制室设在503号建筑物内。

3.1传统的消防应急照明设计

在采用智能消防应急照明系统之前，办公楼的应急照明一般采用以下3种方式。

1）将走廊、门厅、电梯前室等普通照明灯具的一部分作为应急照明灯具，采用双电源供电方式，一路电源来自市电，另一路电源来自供电系统中有效地独立于正常照明电源的专用馈电线路或自备发电机组。实际上，这种供电方式将消防疏散照明与消防备用照明混淆。在相关防火规范中有明确规定，消防备用照明是指消防控制室、消防水泵房、自备发电机房、配电室、防烟与排烟机房以及发生火灾时需坚持工作的房间的备用照明；而消防疏散照明是为了使人员在火灾情况下，能从室内安全撤离至室外（或某一安全地区）而设置的。

事实上，配电室、发电机房、消防泵房及需要的全部备用照明由双电源构成的备用（应急）照明电源提供即可。若电网及发电机电源全部断电，则灭火工作应停止，工作人员应撤离现场。而保证工作人员能迅速、有效撤离的照明是消防疏散照明，其照度应满足《建筑照明设计标准》（GB 50034-2013）规定的疏散照明的地面平均水平照度值，即水平疏散通道不应低于1lx，人员密集场所、避难层不应低于2lx，垂直疏散区域不应低于5lx。

2）消防疏散照明采用双头应急灯（即自带电源非集中控制型的消防应急照明系统）。该系统的缺点在前面已经详细论述，此处不再赘述。

3）部分工程设计中采用自带电池的荧光灯、筒灯或吸顶灯。实际上自带电源的消防应急照明灯很难做到经济美观，如40W荧光灯要满足180min、100%转换亮度时，其电池箱应是灯箱体积的2～3倍，价格也很高。

3.2智能消防应急照明及疏散指示系统设计

采用智能消防应急照明及疏散指示系统进行设计，各部分设备设置如下。

1）在厂区总消防控制室（503号建筑物）内设置智能消防应急照明系统的中央监控主机以及CRT图形显示装置。

2）在该办公楼（401号建筑物）一层的总配电间设置控制器主机以及中央电池主站。控制器主机电源由该办公楼内的消防双电源自动切换箱提供，中央电池主站的充电电源由照明配电总箱或消防双电源自动切换箱提供。电池主站容量由下层控制器分机按全部消防应急照明灯和标志灯容量计算。

3）在办公楼内按防火分区（该办公楼每层为一个防火分区）设置控制器分机，给集中电源集中控制型照明灯/标志灯供电及通信。控制器分机一路供电电源由办公楼的照明总箱提供，另一路由电池主站提供。

4）在走廊、门厅、电梯前室以及其他需要进行消防疏散照明的位置布置安全电压为DC24V的集中电源集中控制型消防应急照明灯（3W）以及消防应急标志灯（1W），应急照明灯的设置满足《建筑照明设计标准》（GB 50034-2013）规定的疏散照明的地面平均水平照度值。

该建筑物智能消防应急照明控制原理图如图4所示，该建筑物三层局部走廊照明平面设计如图5所示。

由此可见，采用智能消防应急照明和疏散系统将消防应急照明与普通照明及备用应急照明彻底分离，保证了消防疏散照明及指示灯系统的完整性。

图4　某建筑物智能消防照明控制原理图

图5　某建筑物局部照明平面图

3.3智能消防应急照明及疏散指示系统设计需注意的问题

1）若设计场所均为走廊、楼梯间等高度为3～4m的空间，则终端层采用安全电压为DC24V的集中电源集中控制型消防应急标志灯，设备层采用安全电压为DC24V型的控制器分机，同时采用直流DC24V电池分站。2）若设计场所高度为6～8m以上，则终端层采用AC220V/DC216V集中电源集中控制型消防应急照明灯，设备层采用交直流隔离型控制器分机，同时采用直流DC216V电池主站。

3）若设计场所是前两种的结合，则高度为3～4m的空间采用安全电压DC24V型消防应急标志灯，高度为6～8m的空间采用AC220V/DC216V型消防应急照明灯，设备层采用混合型控制器分机，同时采用直流DC216V电池主站。

4）消防应急照明灯的数量及布置均应满足《建筑照明设计标准》（GB 50034-2013）及《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）的规定要求。

4　结束语

建筑工程的优化设计和有效实施关系到人民群众生命财产安全，必须引起高度重视。作为建筑工程设计的重要一环，消防应急照明设计始终是安全照明设计的关键所在，其重要程度不言而喻。然而，传统的消防应急照明双系统存在着响应速度慢、稳定性较差等诸多不足，亟待改进，与此同时，新版《消防应急照明和疏散指示系统》（GB 17945-2010）进一步强调消防疏散照明的独立性和完整性，为消防疏散照明的智能化发展提供了新的契机。本文简要阐述了智能消防应急照明系统的设计原理和要点，并通过某厂区工程设计应用证实了其应用价值和应用前景。可以预见，伴随着安全设计生产意识的不断提高、智能技术的不断发展，智能消防应急照明系统独立、快速响应的特征将更加明显，必将在未来的工程实践中得到广泛应用。