高层医疗建筑电气设计消防安全探讨

曾宪阳

(武警学院 研究生队，河北 廊坊 065000)

0 引言

目前高层医疗建筑大都建在城市中心，该类建筑一般成建筑群分布，具有建筑数量多，建筑体量大，各种大容量强弱电设备及其线路敷设复杂等特点[1]。医疗建筑人流量大，人员密集，而且人群中绝大部分以老弱病残为主，如果医疗建筑中发生火灾，必定会造成场面异常混乱，人员大量伤亡的情况，后果不堪设想。2005年12月15日吉林省辽源市中心医院火灾，就造成37人死亡，95人受伤。经调查这起火灾的起火部位位于医院门诊楼东侧二层配电室，起火原因为配电室电缆沟内电缆短路。此外，医疗建筑电力负荷更加分散，消防应急照明和疏散指示标志要求更高，一级负荷中的特别重要负荷更多，大体量、高精尖设备电力需求较大，因此，人们对医疗建筑消防供配电系统、火灾自动报警系统、应急照明与疏散指示系统的可靠性、安全性提出更高要求。

1 消防供配电形式设计探讨

消防电源选用是建筑消防供配电系统设计最先需要考虑的问题，也是需要重点考虑的问题[2]。

1.1 消防电源类型

出于消防安全考虑，像高层医疗建筑这样的具有重要功能的公共安全建筑的消防负荷一般都是采用市电双电源进线加柴油发电机组共同供电[3]。日常使用时，由市电双电源进线负责供电需求；当发生火灾或市电双电源进线发生故障，导致停电时，柴油发电机组启动，给建筑中的重要消防负荷提供电力，支持消防设备正常工作。但是，由于建筑中消防负荷只占全部负荷的一小部分，所以双电源进线加柴油发电机组供电是电能过剩的，不是最优方案，最优方案应在以下两种供电方案中探讨产生：(1)两路电源线分别从不同的区域变电站引来，作为双电源进线供电。(2)从就近的区域变电站引来一根电源进线，再设置柴油发电机，共同作为双电源供电。

1.2 双重电源均来自于区域变电站

双电源进线从两个不同的区域变电站引出，一般一个区域变电站的供电范围为5～6 km，从两个区域变电站分别引线到建筑各需要5 km的电缆，即总共需要10 km的电缆。按照不同电缆的截面选用,每路电缆的费用如表1所示。

表1 yjv22-8.7/10 kV电缆价格

不同截面对应于不同的最大载流量关系如表2所示。

表2 30 ℃时yjv22-8.7/10 kV电缆载流量

将各尺寸电缆对应的最大载流量代入式(1)中，计算各尺寸电缆最大承受荷载，如表3所示。

(1)

表3 电缆各尺寸对应最大负荷

出于安全考虑，建筑消防负荷设计容量按最大允许负荷的一半取整，建筑消防负荷设计容量与电缆尺寸的关系及敷设两路5 km的10 kV高压线路的成本如表4所示。但是，计算成本不仅需要考虑电缆的经济成本，还需要考虑运营和维保特点。人工敷设时所需的费用按每千米2万元来算，10 km需要敷设费用20万元。维护保养费用按每年5万元来算，折合10年的维护保养费用为50万元，则敷设两路5 km的10 kV高压线路的总成本如表4所示。

表4 消防负荷设计容量对应电缆尺寸、线路成本及总成本

1.3 备用电源选用柴油发电机组

一路从区域变电站架空导线引入供电，一路采用柴油发电机组供电。柴油发电机组按市场报价，其购买价格如表5所示。

考虑柴油发电机占用场地、维护保养、使用寿命等因素，柴油发电机组的设置费用还有所提高。柴油发电机组寿命大致为10年，基本上5年需要大修一次，修理费按价格的30%确定。维护保养费按每年1万元来算，使用10年，维保费为10万元。柴油发电机组总费用如表5所示。

表5 柴油发电机组市场价格及总费用

根据上述讨论，当医院与区域变电站距离为5～6 km时，一路从区域变电站架空导线引入供电，一路采用柴油发电机组供电的方式，总设置费用如表6所示。

表6 电源设置总成本

1.4 优选方案

通过对比分析发现，消防电源设置费用与负荷容量大小和建筑与变电站距离远近有直接关系。当消防负荷小于400 kW时，采用方案一就不合适，因为从区域变电站直接引线架空到建筑费用一般不少，小容量柴油发电机组相对要便宜很多，因此，采用方案二就比较合适。当消防负荷大于1 500 kW时采用方案一更好，因为1 000 kW以上大容量柴油发电机组售价昂贵，维护修理费用高；而若采用方案一，直接从变电站架空引线，并且在建筑离区域变电站距离适中的情况下，方案一整体费用较少，因此对于消防负荷较大的建筑，方案一更合适。

当然如果建筑位置较偏，离区域变电站距离大于8 km时，由于距离过远，导致输电线路过长，费用增加，方案一不合适，此时方案二更好。当建筑离区域变电站较近，小于3 km时，输电线路较短，且不用担心用电负荷大小，此时方案一合适。就容量和距离，给出方案选择建议，见表7。

表7 方案选择

2 高层医疗建筑消防负荷配电问题探讨

2.1 切非问题探讨

根据规范规定，火灾区域及相关区域在火灾发生时要切断非消防供电。从火灾风险和人员安全疏散方面考虑，如果火灾时不切断非消防电源，就会有很多带电电缆可能被引燃，从而导致更多区域的电缆着火，扩大火灾范围，而且还会导致漏电情况的发生，对疏散人员以及消防人员造成触电危险[4]。但从理论上讲，只要确认不是供电线路起火发生的火灾，都可以先不切断电源，尤其是正常的照明电源，因为正常照明亮度高，有利于人员疏散，这样也就减少了不必要的紧张和慌乱。

大型综合医疗建筑中有很多一级用电负荷以及特别重要负荷，它们可能关系到病人的生命安全，如手术室、ICU重症监护室、婴儿室等，这些区域就不能随意切断非消防电源的供电，因为如果切断电源后应急电源供电不及时，可能就会威胁到病人的生命安全。因此，这些区域在发生火灾时不宜强制性自动切断非消防电源，应根据现场的情况加以区分，采取合理的切断非消防电源的方案，可采取表8建议方式。

2.2 消防应急照明与疏散指示系统的配电探讨

一般大型医疗建筑的建筑体量很大，而且由于住院床位的需求，导致住院楼楼层较高，建筑结构复杂。医院住院部中往往停留有许多病患和家属，由于病患自我疏散能力差，疏散过程需要医护人员协助，而且病患常需要借助轮椅、担架或病床来疏散，因此病患疏散的平均空间需求比正常人大许多。同时，由于住院人员以及陪护家属较多，所以住院部的疏散走廊一般会有较多人员滞留，这就很容易在紧急情况下导致疏散通道堵塞。同时，火灾发生时可能会造成停电，疏散人员视线受阻，容易出现心理恐慌。因此，如果住院楼发生火灾，及时、可靠的应急照明以及安全、高效的智能疏散指示系统对人员疏散来说至关重要。

表8 医疗建筑中部分一级负荷的切非处理方式

医疗建筑的应急照明属于一级负荷，应急照明电源应采用集中电源供电，可将备用EPS蓄电池组集中设置，以便于监测和维护管理。应急照明系统宜采用24 V安全电压供电，既安全可靠，又能避免发生触电事故[5]。同时应急照明建议采用LED光源，既节能，亮度又高。

医疗建筑的疏散系统宜采用智能疏散指示系统，因为医疗建筑体量较大，建筑结构复杂，病患一般不熟悉疏散逃生路线。当火灾发生时，智能疏散指示系统可根据事先制定好的疏散预案，对全系统疏散指示灯进行编程，同时根据火灾报警器提供的信息，对火灾危险区域的指示灯进行调整，熄灭危险区域的安全出口指示灯，把指向危险区域的指示灯转变为指向安全区域，为逃生人员提供更安全、有效的逃生路线。同时，疏散指示灯启动频闪功能，吸引疏散人员的注意力，引导人员向安全地带快速有序撤离。

2.3 特殊场所的配电问题

医疗建筑中存有手术室、ICU重症监护室等特殊场所，关系到病人的生命安全，所以这些场所的供配电要求比一般场所要高一些。以手术室为例，作为医院的心脏部位，手术室内部的电气设计十分重要。一般情况下，手术室内和手术室的洁净空调系统由变电站提供两路专线供电，并采取末端切换；同时若医院设置有柴油发电机组，也应从柴油发电机组引出一路电为手术室供电。为了保证手术室供电的稳定性和连续性，手术室还应配置UPS，防止意外停电情况的发生。

根据规范要求，2类医疗场所，如手术室的电气装置必须采用IT系统，且需配备监视器。当手术室采用IT系统后，手术室的电气线路采用隔离变压器供电[6]。当电气设备内部绝缘损坏时，其故障电流仅是系统内小范围的对地电流，不会威胁到病患的生命安全，可不切断电源继续进行手术。局部IT系统必须设置剩余电流动作监测报警装置，以便及时发现排除故障，确保手术室电气线路安全稳定。

3 结语

医疗建筑由于其自身结构的复杂性、功能的特殊性，使其对电气设计方面有着独特的、严格的要求。要始终把医院的用电安全摆在重中之重的位置，必须保证医疗设备的可靠和消防设施的稳定运行，这样才能确保医院的安全稳定运作，守护病人的生命健康。