高层建筑消防设计中存在的问题及解决方案

沈宝昌

摘要：高层建筑具有多楼层、垂直距离高等特点。当高层建筑发生火灾时，人员很难通过楼梯进行逃生和撤离，此时只能依靠高层消防系统中的电气设备而进行撤离[1]，这体现了高层建筑消防设计质量的重要性。为保证高层消防电气设备能火灾中能正常发挥作用，就必须要对其设计进行优化。本文首先简要概述了高层建筑消防设计的规范及现状，其次对其目前存在的问题和解决方案进行了探讨，希望能为相关人士带来启发和借鉴。

关键词：建筑消防设计;防火系统;火灾报警

中图分类号：TU97       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2021）03-0046-02

我国社会主义事业取得了巨大成就，具体表现为高层建筑的数量在不断增多、规模在不断扩大，因此高层建筑的功能也愈加复杂多样，然而这也使得其发生火灾事故的概率在不断增加。基于高层建筑的特点，没有完善的消防电气设计人们很难从火灾中逃离和撤退，因此必须优化高层建筑消防设计。

一、消防电气设计规范要求及现状

基于高层建筑中的消防系统的重要性，为规范高层建筑的消防设计，使其具有统一标准，我国颁布了《火灾自动报警系统设计规范》与《高层民用建筑设计防火规范》两部规定[2]，在此基础上，由于消防电气设备具有帮助人们逃离火灾的作用，我國建设部又新增了《民用建筑电气设计规范》这一规定[3]。这三部法令从不同的角度出发，规范了我国的消防电气设计，也是我国高层建筑消防设计的基本。

（一）消防用电必须保证供电的可靠性

当高层建筑发生火灾时，为保证人们能够安全撤离，必须保证消防用电的连续性，这需要设计者在消防电气设计时为电气设备增加补救用电。而我国颁布的两项与消防设计系统相关的法令对保障消防用电都提出了要求，明确指出消防电气设备的电路系统必须独立，即终端电箱（低压配电室-总配电室）需要单独设立电路的回路[4]，以便与非消防电路分开。然而根据相关调查数据显示，我国大多数高层建筑消防设计并未执行这一项规定，消防电气设计人员在对电路进行设计时往往只把重心放在消防控制室与配电室直接的电路独立中，然而却没有保证分层消防用电的独立，最终导致消防线路未与一般电路分开，而是公用同一电路。一般来说，很多设计人员为减小设计难度，往往会将一些分散且耗电量较低的设备例如屋顶排烟机、正压送风机等与一般电气设备（非消防）共用电路，这不符合2005年颁布的《高层民用建筑设计防火规范》中的规定，也无法保证火灾发生时消防设备的供电稳定和完整性。

（二）消防控制室及消防弱电的接地

根据我国《火灾自动报警系统设计规范》文件中的有关规定，为保证接地的连续性，专业的接地装置线路应选择直径>25mm的铜芯绝缘导线[5]，从同接地线路为独立的消防室控制--地体/地面。然而目前我国在高层建筑消防设计的接地装置并未独立于非消防的接地装置，并且在消防控制室放置接地装置时，往往采用焊接钢筋的方式。这种做法导致防雷接地与接地干线连接，极大地降低了消防电气设备的工作效率。

（三）阻断非消防电源

根据相关法规规定，当高层建筑发生火灾时，需要立即确定非消防电源。在确定非消防电源后，为了满足消防系统用电，降低因消防用电量过大而造成总配电室电路崩溃的概率，必须对其进行阻断。阻断火灾发生区域的非消防电源，不仅能够保证消防系统用电，还能避免电路起火，从而在一定程度上减弱火势，为人们的逃生赢得更多的宝贵时间，降低人员伤亡概率。为了保证在火灾时能够第一时间确认该区域的非消防用电，降低火灾带来的损失尽量做到以下几点：①首先需要将分区管理模式应用到非消防用电中，当发生火灾时就可以根据火灾发生的区域对该区域的非消防用电电源进行阻断。②需要通过报警消防泵与探测器对火灾进行确认，一旦确认立即进行阻断处理，不过在这个过程中需要关注地下室或是公共场所等地方，防止出现未确认而切断电源给人们带来的恐慌。

（四）应急照明设计

在高层建筑消防设计中，应急照明设计应包括以下照明类型：①安全照明;②备用照明;③疏散照明。备用照明的作用是为了给消防员提供光源，从而帮助他们更好地进行内攻灭火。安全照明及疏散照明的作用是给人们逃生指引路线，帮助人们有序快速的撤离，同时也能为消防员方撤退提高标识，这些作用体现了应急照明设计的重要性。为了保证在发生火灾时应急照明系统仍能正常工作，其线路应当植入不燃烧的墙体内，同时钢管应由具有防火性质导线进行包裹。假如在对其线路进行设计时发现必须要经过外部设置，此时无法埋入不燃烧的墙体内，只能采取在保护钢管外层以及桥架涂抹防火物质的方法，从而保证应急照明系统能够发挥作用。除此之外，需要选择智能蓄电的灯管，该种类型的灯具在平时依靠外交流电进行供电，然而当发生火灾时假如电路遭到破坏，其供电转向自身蓄电，满足人们的逃生需求。

二、高层建筑消防设计中存在的问题及解决方案

随着时代的不断向前发展，我国的高层建筑消防设计也获得了长足进步，然而目前还存在一些问题，这些问题会导致在火灾发生时设备无法正常工作，因此需要及时解决。

（一）分布式感温光纤报警系统

1.问题

在高层建筑中，由于楼层和电气设备的数量较多，因此桥架中或竖井中电缆排列尤为密集。然而电缆在通电时会散发出一定的热量，过于密集的电缆排列不能很好地散发这些热量，当热量温度超过一定数值时，会使得电缆外部的绝缘层融化，最终导致电线短路，若不加以控制，很容易发展成火灾。为了防止出现这类事故，许多高层建筑消防设计师会采取电力电缆与感温电缆相结合的模式，其原理为电缆温度超过一定数值时，感温电缆就会发出警报，提醒相关人员及时进行处理。然而该种方法存在一定缺陷，即感温电缆发出警报时，由于线路过于密集，因此很难及时确定警报范围。另外，感温电缆一旦被高温损坏就必须更换，无法进行修复，因此经济成本较高。

2.解决方案

为了解决这一难题，需要利用分布式感温光纤系统。其工作原理为：首先将电力电缆与光缆共同铺设，当电缆温度过高时，感温光纤系统则会通过光栅原理对电缆表面温度进行测量，之后将数值与发生异常部位的坐标准确发送到监控室的显示器中。相关人员在接收到反馈后便可以及时赶到异常部位进行修理，从而避免因电路短路而造成火灾事故发生。除了可以准确告知出现异常的电缆的温度数值及具体位置外，该感温光缆不易因高温而出现损坏现象，并且感温光纤系统还可以与火灾自动报警系统相连接，为电路安全提供更有质量的保证。

（二）环型布线火灾自动报警系统

1.问题

目前我国的火灾自动报警系统主的布线方式多为树型。该系统的缺陷是当发生火灾时，该报警系统很容易因火焰燃烧而造成断线。一旦出现这种情况，断点后方的所有模块就无法继续工作，此时报警系统形同虚设，不能发挥出应有的作用。例如该报警系统在控制电动排烟口之前的模块出现了断线情况，那么该排烟口也无法正常工作，不能及时将室内烟雾从排烟口处排出，这很容易导致里面的人员因吸入过多的烟雾而出现窒息现象，因此该系统存在着巨大的安全隐患。

2.解决方案

为了解决该自动报警系统的缺陷，需要改变其布线方式，即从树型布线转为环型接线。环型接线的火灾自动报警系统的优势是当某处因火灾而断线时，其余模块仍能通过其他线路正常工作，为受困人员的安全增添保证。除此之外，在安装成本上，环型布线所耗成本与树型布线相差不大，这是因为环型布线的火灾自动报警系统各模块直接并未增加线缆，而是仅用一小段较细的电缆增设在两条相邻线路末端，以达到互相联络的作用。

（三）消防光报警器和广播系统

1.问题

目前火灾自动报警器都会带有声光报警系统，一旦出现火情会立刻对人们进行提示。然而在火灾面前，这种提示会加剧人们内心的恐慌，造成人员无序疏散，很容易发生踩踏事件。

2.解决方案

在发生火灾时，消防控制中心将广播系统与消防光报警器相结合能够从全局出发，科学合理地指导人们有序撤退。除此之外，当消防员进入建筑内部进行灭火救援时，指挥员通过广播系统可以及时告知楼层内火情分布情况，以便帮助消防员更好地做出正确决策。这不仅有利于提高灭火救援的效率，降低火灾事故对人们造成的损失，也有利于保证消防员的安全。

（四）剩余电流火灾报警系统

1.问题

剩余电流引起的火灾具有较高的隐蔽性，因此不能及时被人们发现。虽然高层建筑的低压配电系统都有剩余电流保护开关，然而当剩余电流十分微弱时，并不能刺激保护开关发挥作用，增加了火灾发生的概率。

2.解决方案

在火灾报警系统中增加剩余电流火灾报警系统。该系统方作用是能够很好地定位和检测各处的剩余电流，具体分析的操作方式为利用监控主机對建筑内部的电力系统进行全天候监控，之后通过剩余电流探测器及时检测和定位各处的剩余电流，在这种模式下，再隐蔽、再微弱的剩余电流都能很好地被检测出。

（五）电气方面及防排烟的要求

1.问题

在高层建筑发生火灾时，人员出现死亡的原因大部分是因为吸入了过多的烟雾毒气，约占所有死亡人数的7/10。

2.解决方案

因燃烧而产生的烟雾毒气是造成人们死亡的重要原因，因此必须要做好高层建筑内部的排烟系统。根据相关数据显示，在发生火灾时，烟雾蔓延的主要途径为楼梯、电梯井等垂直方向，这是由于“烟囱效应”导致的，因为烟雾在水平方向的流动速度每秒约为30cm-80cm，而垂直方向的速度却达到了每秒340cm。所以这为了及时疏散这些地方的烟雾，相关设计人员必须安装机械加压送排风系统。

三、结语

综上所述，高层建筑具有楼层高、人员密集等特点，因此必须要保证其消防质量，才能为人们赢得更多的逃生时间。当火灾发生时，高层消防系统中的电气系统作用巨大，不仅能够及时发现火灾、帮助人们撤离，也能为消防员的灭火救援提高重要保证。因此在对高层建筑进行消防设计时，必须要严格遵循相关规定，规范设计步骤。

参考文献：

[1]陈家祥.超高层公共建筑消防电气设计中需解决的技术问题[J].工程建设与设计，2019（21）：77-80.

[2]顾劼.高层办公建筑电气设计中的消防配电设计方案分析[J].建筑技术开发，2019，46（15）：29-30.

[3]徐旭茂.超高层建筑电气设计的研究与应用[D].广西大学，2019.

[4]郭霞.高层综合体建筑消防电气设计方法及应用[D].湖南大学，2016.

[5]张艾华.谈谈高层建筑电气设计的主要内容及有关问题[J].特钢技术，2006（02）：56-61.