超高层公共建筑消防电气设计中需解决的技术问题

陈家祥

（广西建筑科学研究设计院，南宁530011）

1 引言

超高层公共建筑消防电气系统作为预防火灾事故，确保人民群众生命财产安全的重要环节，开始受到越来越多人的关注，这就给超高层公共建筑消防电气系统的设计带来了更大的挑战，合理设计超高层公共建筑消防电气系统，提升其安全性、可靠性，需要充分明确其工作重难点，了解其中必须解决的各种技术问题。

2 超高层公共建筑消防电气设计概述

2.1 设计的重要性

造成建筑火灾的因素主要有：生产生活用火不慎、违反安全管理制度、电气设备设计使用不当、建筑布局不合理、自然现象引发的自燃、建筑材料选择有问题。对于超高层公共建筑来说，若不能采取有效的防火措施，会大大增加火灾发生概率。而超高层公共建筑消防电气系统结合其他专业设备、设施形成完整的建筑消防体系，能够对火灾进行预警、联动、控制，大大提升了超高层公共建筑的安全性，但这些都需要建立在良好的防火系统基础上，其中消防电气系统的设计作为超高层公共建筑消防设计的重要子项目，需要更为先进、科学的理念和经验来开展系统设计，掌握超高层公共建筑消防电气设计过程中存在的技术问题，从不同的消防控制点着手，建立更为高效、完善的超高层公共建筑消防电气系统[1]。

2.2 设计的主要内容

具体来说火灾报警系统的设计需要根据超高层公共建筑个体分布、规模形式等因素进行确立；消防供配电系统设计时需要关注线路敷设形式，确保各处都能达到标准规范要求的防火等级；消防联动系统可以使用多线制，将信号线与电源驱动线分开，也可使用总线制，这种方式多用于大中型工程项目；消防水泵系统作为超高层公共建筑灭火的重要基础，包含喷淋泵、消火栓泵等，需要根据相应标准规范进行设计；而对于防火及排烟阀，需要根据施工项目的具体情况确定防火阀的信号反馈形式，排烟阀需要通过消防控制室进行联动控制，在设计过程中要保证各个系统之间的逻辑关系。而本文主要是针对消防供配电系统、火灾报警系统、应急照明系统3 部分内容进行说明分析，同时，对超高层建筑避难层的电气设计特点做进一步探讨。

3 超高层公共建筑消防电气设计中需解决的技术问题

3.1 消防供配电系统的设计

3.1.1 消防电源负荷等级的确定

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）中规定，消防用电要满足相应的建筑类型使用要求，一般情况下，消防控制室、消防水泵房、防烟和排烟风机房的消防用电设备及消防电梯、消防应急照明和疏散指示等的供电应按一级负荷供电。一级负荷要求双回路供电，双回路电源来自2 个不同电厂或2 个不同区域变电站或同一区域变电站，同时自备应急电源，超高层建筑的应急电源可以采用柴油发电机组。工作电源和备用电源应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。

3.1.2 消防供配电系统的主要特点

1）超高层建筑要求保证消防供配电系统的可靠性。根据JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》要求，消防电气系统的供电负荷等级应和建筑物的防火等级同级，变配电系统要确保消防供配电系统的可靠性。在消防系统工作过程中，若市电供电、停电或高低压供电系统发生故障，柴油发电机组应立即启动，并且应在30s 内供电。为了避免防灾用电设备的电动机同时启动而造成柴油发电机组熄火停机，用电设备应具有不同延时，错开启动时间。重要性相同时，宜先启动容量大的负荷[2]。

2）要确保消防供配电系统的独立性，在电源供电可靠的基础上，还要保证消防设备线路可靠，才能保证消防设备稳定运行。GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）中要求消防用电设备应采用专用的供电回路，即从配电室到最末级配电箱的供电线路与其他供配电线路应分别自成配电系统，当建筑内的生产、生活用电被切断时，应仍能保证消防用电。备用消防电源的供电时间和容量，应满足该建筑火灾延续时间内各消防用电设备的要求。

3.1.3 合理选择所需的消防电源及供配电方式

独立的柴油发电机组、独立的第二市电电源或专用馈电回路、蓄电池组、EPS 应急电源、UPS 不间断电源均可作为消防系统应急电源。进行超高层公共建筑消防电气设计时，要根据设备、设施的具体情况选择合理的供配电方式。对于大容量或集中的消防负荷一般情况下都是消防系统的重要设备，一般采用变电所放射式配电的方式进行供电，并按防火分区设置末端双电源自动切换配电箱；对于消防负荷分散且容量较小的，从变电所主电源母线和应急母线上馈出消防供电回路，以树干式或放射式供电，并按防火分区设置消防电源配电箱。

3.1.4 配电线路的选择及保护

根据JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》要求，火灾自动报警系统保护特级建筑时，消防供电干线、分支干线均采用矿物绝缘电缆，根据现场情况可直接明敷；火灾自动报警系统保护一级建筑时，消防供电干线、分支干线宜使用矿物绝缘电缆，若线路敷设的保护措施满足相应的防火标准要求时，可以降低要求使用有机绝缘耐火类电缆；火灾自动报警系统保护二级建筑时，消防供电干线、分支干线均采用有机绝缘耐火类电缆。对于消防设备分支及控制线路，宜选用比消防供电干线、分支干线耐火等级低一个级别的线缆[3]。对于明敷的电缆，要使用金属导管、槽盒进行保护，其特殊部位要进行防火处理，若所使用的电缆敷设在电缆井、电缆沟等位置，可以不使用金属导管、槽盒进行保护。对于需要暗敷的线路，要先穿管，然后再使用不燃结构进行防护，保护层厚度要≥30mm。在超高层建筑配电系统中，原则上要求消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。

3.2 火灾报警控制系统的设计

3.2.1 系统形式的选择

超高层建筑由于其特殊的构造和功能要求，致使其内部火灾荷载大，火灾蔓延迅速，人员疏散困难，救援难度大，形成重大火灾的隐患大，从而导致火灾自动报警系统的设计非常复杂，根据规范的要求应采用控制中心报警系统的形式。当建筑内有2 个及以上消防控制室时，应确定一个主消防控制室。主消防控制室应能显示所有火灾报警信号和联动控制状态信号，并应能控制重要的消防设备，各分消防控制室内消防设备之间可互相传输、显示状态信息，但不应互相控制，确保火灾自动报警系统运行的稳定性和安全性。

3.2.2 探测传感器的选择

当前，在火灾自动报警系统中较为常用的设备包括温度探测器和烟雾探测器2 类，这2 种设备效果、作用都存在差异，在选择时需要根据超高层公共建筑内部区域的实际情况进行选择，可以结合建筑结构、特征等进行选择。一般温度探测器不宜安装在0℃的场所，其使用过程要求探测温度高于周围20℃以上；温度探测器安装在温度波动较小的场所，且不同的防火分区当中要安装一个手动报警器；烟雾探测器可以安装在大型、无遮挡的建筑空间。

3.2.3 手动火灾报警按钮的设计

手动火灾报警按钮决定火灾自动报警系统能否发挥自身作用，通知消防人员及时进行灭火，确保人身安全，因此，手动火灾报警按钮需要设计在显著的位置，并具有鲜明标识。不同的防火分区应设置1 个手动火灾报警按钮，正常情况下可以在安全通道进行设置，方便火情出现后人们疏散的同时进行报警。另外，在手动火灾报警按钮附近要设置消防专用电话，以便与消防控制室进行直接联系。

3.2.4 火灾自动报警系统的供电

设计火灾自动报警系统供电时相对简单，火灾自动报警系统的主电源一般只需要一路电源，该电源与报警主机的直流备用电源共同为火灾自动报警系统供电，直流备用电源的供电时限较短，若主电源断电可能会造成火灾自动报警系统供电中断，影响现场火灾报警。为了避免此类情况的出现，进行火灾自动报警系统的供电设计时，要配备至少2 个独立且可以切换的电源进行供电。

3.2.5 火灾自动报警系统的联动控制

防排烟风机、消防水泵除使用总线编码模块进行设备控制之外，还要在消防中控室设置手动控制装置，以便消控室值守人员能够进行直接控制。在防排烟控制设计时，竖向风道的楼层排烟阀要结合失火楼层的实际控制情况进行启停。根据防烟分区控制启动平面排烟风道上的排烟阀，为明确显示应将烟雾探测器设置在这部分的范围之内；对于消火栓的启泵系统来说，由于超高层公共建筑中的消火栓较多、楼层较高，可以将消火栓信号送至消防中控室，经由消防中控室进行水泵的启动，而水泵的停止需要根据现场指令来进行控制。

3.3 应急照明系统的设计

3.3.1 明确应急照明系统供电时间

应急照明系统从功能上可分为疏散照明和备用照明2 种类型。部分设计当中将应急照明系统供电时间全部设定≥30min，但疏散照明和备用照明在火灾处置过程中所发挥的作用存在差异，一概而论是不正确的。不同场所疏散照明和备用照明的供电时间存在差异，一般要求疏散照明供电时间≥30min，但对于建筑高度大于100m 的民用建筑，应急照明系统供电时间需要≥90min，火灾时继续工作的备用照明供电时间需要≥180min。

3.3.2 合理选择应急照明系统的控制方式

根据GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》，在消防中控室确认出现火灾后，报警装置、应急照明系统会接通，对于采用集中方式供电的应急照明灯具来说，要能手动控制集中电源，并将其转入蓄电池供电模式，所连接的非持续性灯具及时点亮，持续性灯具进入应急照明模式；对于采用蓄电池供电的应急照明灯具来说，要能手动切除主电源输出，所连接的非持续性灯具及时点亮，持续性灯具进入应急照明模式。

3.3.3 应急照明系统的供配电

一级负荷建筑应按消防分区设置具备双电源自动切换功能的应急照明配电箱，因此，在超高层公共建筑照明设计时要将这部分照明分为2 类一级负荷：应急照明、普通照明。按照标准，建筑照明为一级负荷不可引自普通三级负荷照明配电箱，且不能与应急照明混用，需要另设一级负荷照明配电箱，但应急照明系统又要分区设置照明配电箱，这就造成照明配电箱过多的问题。针对这种情况，可以在小面积的公共区域使用应急照明灯具，不需要单独设置一级负荷照明配电箱，设计较为简单，但仅限于小面积的公共区域；或者在每一个楼层都设置应急照明和一级负荷照明配电箱，但照明配电箱使用较多，成本较高；或者根据楼层防火分区的划分设置相应的应急照明配电箱，隔层设置一级负荷照明箱，普通照明所使用的一级负荷在合适的位置设置双电源互投即可。

3.3.4 选择应急照明系统灯具

应急照明系统灯具不能选择无法快速点燃的灯具，应选择光源色温不低于摘要K 的A 型灯具。在超高层公共建筑装饰装修过程中要避免去掉原有设计的应急照明系统灯具，可以根据建筑装饰装修要求选择满足使用标准的应急照明灯具，并且将应急照明灯具设计为独立系统，不与普通照明进行合用，发生火灾后应将正常照明切除。蓄光型、荧光性消防安全疏散指示标志等存在光穿透性差的缺点，在火灾烟气较浓时使用效果较差。疏散走道的地面最低水平照度应不低于1.0lx，人员密集场所公共场所的地面最低水平照度应不低于3.0lx，楼梯间、前室或合用前室、避难走道的地面最低水平照度应不低于5.0lx，消防中控室、消防水泵房、配电室、防烟与排烟机房以及发生火灾时仍需正常工作的其他房间的消防应急照明，仍应保证正常照明的照度。

3.4 避难层消防电气的特点

避难层是建筑内用于人员暂时躲避火灾及其烟气危害的楼层（房间），是超高建筑必须设置的消防救助场所，其消防电气设计有其特殊性。

3.4.1 避难层的供配电要求

根据标准规范要求，避难层内不得有人员居住、办公，但是可以将消防水泵、排烟机房等设施进行集中布置，同时，避难层也需要设置普通照明及应急照明系统。因此，供电系统就要满足相应条件。各避难层内的交直流电源，应按避难层分别供给，并能在末端自投，为各类设备设施提供稳定、可靠的供电电源。

3.4.2 避难层的火灾自动报警系统设计

避难层内所设置的火灾探测器、手报按钮及模块等设备要配置独立的火灾报警控制器，对于超高层公共建筑来说，为了便于在出现火灾的情况下进行设备设施的联动控制，同时避免日常使用过程中出现设备误动作问题，可以在避难层设置火灾报警控制器，并采取分区控制的方式，其所连接的火灾探测器、手报按钮及模块等设备不应跨越火灾控制器所在区域的避难层。各避难层内应设独立的火灾应急广播系统，宜能接收消防控制中心的有线和无线2 种播音信号，各避难层与消防控制中心之间应设置独立的有线和无线呼救通信。

3.4.3 避难层的应急照明和疏散指示系统

在避难层设置备用照明、应急照明和疏散指示系统能够确保人员安全，同时，减轻或消除人们的恐惧心理。对于避难层的应急照明系统和疏散指示系统来说，要求其备用电源供电时间≥90min，照度要保持≥3.00lx。在避难层（间）进入楼梯间的入口处和疏散楼梯通向避难层（间）的出口处，应设置明显的指示标志。

4 结语

超高层公共建筑高度高、人员密集，消防系统的安全性、稳定性等要求相对较高，加之机动消防力量无法充分满足超高层火灾的救援要求等，这些因素综合起来对于超高层公共建筑消防电气系统的设计标准也在不断提高。在满足超高层公共建筑内部消防系统建设要求的同时，结合建筑智能化系统，形成完善的探测、报警、扑救系统，将超高层公共建筑中可能出现的各类火灾危险消灭在初始状态。