建筑消防配電設計研究

郭少林

摘要：建筑消防配電設計在建筑電氣設計中占據(jù)十分重要的地位，建筑消防配電系統(tǒng)為消防設施提供穩(wěn)定可靠的動力。安全可靠的建筑消防配電系統(tǒng)能有效保障火災時消防設施的可靠持續(xù)運行，從而減少火災造成的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失。本文分析了建筑消防配電設計的重要性，對《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018年版）中建筑消防配電設計相關條文進行了解讀，對實際工程應用中存在的建筑消防配電設計常見問題進行了剖析。

關鍵詞：建筑消防配電設計;《建筑設計防火規(guī)范》;工程應用

中圖分類號：TU85? ? ?文獻標識碼：A

引言

隨著城市發(fā)展，高層建筑越來越多，建筑內(nèi)人員越來越密集，火災救援難度越來越大。近年來發(fā)生的重大火災事故越來越多，造成的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失程度讓人觸目驚心。火災發(fā)生的原因多種多樣，預防難度很大，但穩(wěn)定可靠的消防設施能有效降低火災發(fā)生的可能性以及減少火災發(fā)生后造成的損失。安全可靠的建筑消防配電系統(tǒng)是火災時消防設施有效持續(xù)運行的重要保障。因此，建筑消防配電設計研究是建筑電氣設計的重要課題。

1、建筑消防配電設計的重要性

人類推動歷史前進的巨輪，建筑業(yè)發(fā)展進入新時代。現(xiàn)階段，城市規(guī)模不斷擴大，摩天大樓層出不窮，火災事故頻繁發(fā)生，火災救援是社會面臨的重要課題。在大型建筑內(nèi)往往設有多種消防設施，包括火災自動報警系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、消防應急照明及疏散指示系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)等。諸多消防設施時刻監(jiān)控著建筑內(nèi)火災隱患，并能有效引導人員疏散，撲滅初起火災，為消防員搶險贏得時間。消防設施均依靠穩(wěn)定的消防電源提供動力，實際工程實踐中，由于建筑消防配電設計不合理或系統(tǒng)供電可靠性不高等原因造成消防設施無法正常工作的情況時有發(fā)生，故簡潔合規(guī)的建筑消防配電設計顯得尤為重要。

2、建筑消防配電設計規(guī)范解讀

建筑電氣消防設計依據(jù)規(guī)范較多，包括《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018年版）、《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB 50116-2013、《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術標準》GB 51309-2018、《電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)》系列規(guī)范GB 14287.1-4-2014、《消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)》GB 28184-2011等。本文主要研究消防配電設計主規(guī)范——《建筑設計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018年版）。

2.1供電電源可靠性

《建筑設計防火規(guī)范》對消防用電設備負荷分級有明確規(guī)定。各級消防負荷的供電電源要求應符合《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB 50052-2009的規(guī)定，一級負荷應由雙重電源供電，二級負荷宜由兩回線路供電，三級負荷不做特殊要求。相關規(guī)范條文比較明確，在此不再贅述。

2.2配電線路可靠性

消防配電系統(tǒng)有著較強的特殊性，直接決定消防配電設備在火災狀態(tài)下的運行可靠性，甚至直接影響火災事故造成的人身傷亡和直接經(jīng)濟損失的嚴重程度。消防配電設計不僅要保障供電電源的可靠性，也要保證消防供電線路的可靠性。

《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.6條規(guī)定：“消防用電設備應采用專用的供電回路，當建筑內(nèi)的生產(chǎn)、生活用電被切斷時，應仍能保證消防用電。[1]”

本條規(guī)范沒有明確區(qū)分消防負荷等級，意味著就算三級消防負荷，其供電回路的專用性仍應得到保證。不少青年設計師會疑惑，消防用電設備供電回路專用性的起點在哪里？是否從整個項目總配電房低壓側開始都要求專線供電？這些疑問在本條規(guī)范對應的條文解釋里給出了答案：“消防電源宜直接取自建筑內(nèi)設置的配電室的母線或低壓電纜進線。[1]”這樣既保證了消防用電設備供電回路的專用性，又不至于過分消耗有色金屬（節(jié)銅），造成投資浪費。

《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.8條規(guī)定：“消防控制室、消防水泵房、防煙和排煙風機房的消防用電設備及消防電梯等的供電，應在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置。[1]”

本條規(guī)范同樣沒有明確區(qū)分消防負荷等級，意味著就算三級消防負荷，其供電回路仍應保證末端切換。對此筆者常有疑問，對于三級消防負荷來說，沒有特殊的供電電源要求，可以是單電源供電，意味著火災情況下，只要保證供電時間即可（三級負荷的建筑一般都是小型建筑，通常火災延續(xù)時間最多2h）。那么，還是否有必要末端切換，是否對線路可靠性要求過嚴？筆者就此疑問查詢相關資料，《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16-2008第13.9.6條也有類似《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.8條規(guī)定，但《民用建筑電氣設計規(guī)范》第13.9.6條對應條文解釋明確說明：“此條指消防負荷等級為一級、二級時的情況。[4]”與此同時，《建筑電氣設計疑難點解析及強制性條文》（中國勘察設計協(xié)會建筑電氣工程設計分會/中國建筑節(jié)能協(xié)會建筑電氣與智能化節(jié)能專業(yè)委員會主編，中國建筑工業(yè)出版社出版）第4.10問對此問題也有相關描述：“《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.8條是指消防用電設備為一、二級負荷的情況。如消防負荷為三級，采用一路專線電源供電即滿足規(guī)范要求。[5]”因此，筆者認為三級負荷的消防用電設備沒必要在同一母線段引出兩個回路在最末一級配電箱處自動切換，采用一路專線電源供電即可。

《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.10條規(guī)定：“消防配電線路應滿足火災時連續(xù)供電的需要，其敷設應符合下列規(guī)定：①明敷時（包括敷設在吊頂內(nèi)），應穿金屬導管或采用封閉式金屬槽盒保護，金屬導管或封閉式金屬槽盒應采取防火保護措施;當采用阻燃或耐火電纜并敷設在電纜井、溝內(nèi)時，可不穿金屬導管或采用封閉式金屬槽盒保護;當采用礦物絕緣類不燃性電纜時，可直接明敷;②暗敷時，應穿管并應敷設在不燃性結構內(nèi)且保護層厚度不應小于30mm;……。[1]”

對于上述規(guī)定第①款，筆者常懷疑問，消防配電線路采用明敷穿金屬導管或采用封閉式金屬槽盒保護，且金屬導管或封閉式金屬槽盒采取防火保護措施的情況下，是否可采用普通電纜？在一次西南電氣年會上，中國建筑東北設計研究院王金元教授對此問題做了如下解讀：“消防配電線纜穿金屬管或封閉式金屬槽盒（并做防火處理）保護，是對有機絕緣類耐火線纜做的規(guī)定。消防線路不允許采用普通電纜穿金屬管（防火處理），封閉式金屬線槽（防火處理）這種布線方式！因為防火導管（槽盒）隔火能力較差，在火焰燒灼時，導管（槽盒）內(nèi)部溫度很快就會達到200℃以上，而普通電纜允許最高使用溫度有70℃、90℃、105℃、125℃，電纜絕緣很快碳化，易造成短路，因此，消防配電線路不能采用普通電纜穿防火導管（槽盒）布線。[6]”

消防配電線路暗敷設是比較安全、經(jīng)濟且能滿足要求的敷設方式。在實際工程實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)不少施工單位未保證暗敷設保護層厚度達到30mm，而暗敷設為隱蔽工程，在驗收時又不便于實測，最終造成消防配電線路不能滿足火災時連續(xù)供電要求。因此，設計師在設計文件中要明確提出對暗敷設保護層厚度的要求，在設計交底時，要注意交代對線路暗敷設的要求。此條文中“穿管”二字不是很明確，容易造成設計錯誤，但在此條對應條文解釋中明確應穿金屬導管。

2.3配電設備可靠性

《建筑設計防火規(guī)范》第10.1.9條規(guī)定：“按一、二級負荷供電的消防設備，其配電箱應獨立設置;按三級負荷供電的消防設備，其配電箱宜獨立設置。消防配電設備應設置明顯標志。[1]”

本條要求旨在保證消防用電設備配電箱的防火安全和使用的可靠性。對消防設備的配電箱和控制箱采取防火隔離措施，可以較好地確保火災時配電箱和控制箱不會因為自身防護不好而影響消防設備正常運行。通常的防火保護措施有：將配電箱和控制箱安裝在符合防火要求的配電間或控制間內(nèi);采用內(nèi)襯巖棉對箱體進行防火保護。與此同時，消防配電設備設置明顯標志是為了便于火災時，工作人員或消防救援人員及時分辨出消防配電設備，準確進行相關操作，從而為消防救援節(jié)約寶貴時間。

3、建筑消防配電設計常見問題剖析

在工程實踐中，建筑消防配電設計存在諸多問題，限于篇幅，本文僅關注幾個主要問題。

3.1消防設備配電線路上保護開關過負荷保護切斷線路

《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-2011第6.3.6條規(guī)定：“過負荷斷電將引起嚴重后果的線路，其過負荷保護不應切斷線路，可作用于信號。[3]”線路短時間的過負載并不立即引起災害，在某些情況下可讓導體超過允許溫度運行，即使犧牲一些使用壽命也應保證對重要負荷的不間斷供電，例如消防水泵、消防風機等消防設備，這時保護可作用于信號。

對于消防水泵、消防風機等消防設備末端配電箱至設備的配電支線回路保護，可采用單電磁脫扣器的斷路器，也可采用長延時脫扣器整定值大于1.5～2倍消防設備額定電流的復式脫扣斷路器，并按此整定值選擇導線截面。消防水泵、消防風機等消防設備的過載保護熱繼電器應動作于發(fā)出報警信號，而不動作于切斷控制回路。

對于前端變電所或總配電間引出的消防設備配電干線保護斷路器，可按線路保護考慮采用復式脫扣器，但其長延時脫扣器整定值應大于該配電干線所帶最大一臺消防設備額定電流的1.5～2倍。

3.2非消防電源切斷區(qū)域不合理

《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50116-2013第4.10.1條規(guī)定：“消防聯(lián)動控制器應具有切斷火災區(qū)域及相關區(qū)域的非消防電源的功能，當需要切斷正常照明時，宜在自動噴淋系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)動作前切斷。[2]”為了撲救方便，火災時切斷非消防電源是必要的。但是切斷非消防電源時應該控制在一定范圍內(nèi)。火災時可立即切斷的非消防電源有：普通動力負荷、自動扶梯、排污泵、空調(diào)用電、康樂設施、廚房設施等。火災時不應立即切斷的非消防電源有：正常照明、生活給水泵、安防設施、地下室排污泵、客梯等。

在設計過程中，有的設計人員圖省事，錯將所有非消防電源一并切除，造成正常照明等基本生活用電設施斷電，引起恐慌情緒，延誤人員疏散。

3.3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)自動切斷供電電源

《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50116-2013第9.1.6條規(guī)定：“電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置不應影響供電系統(tǒng)的正常工作，不宜自動切斷供電電源。[2]”電氣火災監(jiān)控探測器一旦報警，表示其監(jiān)視的保護對象發(fā)生了異常，產(chǎn)生了一定的電氣火災隱患，因此報警后沒有必要自動切斷保護對象的供電電源，只要提醒維護人員及時查看電氣線路和設備，排除電氣火災隱患即可。

在設計過程中，有的設計人員在消防配電線路中設置了電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，且作用于切斷供電電源，這是非常錯誤的做法。首先，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，消防配電線路可不設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng);其次，當在消防配電線路中設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)后，應作用于報警，不得作用于切斷供電電源。

結束語

本文對建筑消防配電設計進行了淺顯研究，大部分內(nèi)容引自現(xiàn)行國家標準規(guī)范，結合了筆者對相關內(nèi)容的認識理解，雖不具備太多學術原創(chuàng)性，但對建筑電氣設計人員有一定的提示作用。

參考文獻：

[1]《建筑設計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）.

[2]《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50116-2013.

[3]《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-2011.

[4]《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16-2008.

[5]中國勘察設計協(xié)會建筑電氣工程設計分會/中國建筑節(jié)能協(xié)會建筑電氣與智能化節(jié)能專業(yè)委員會 主編.《建筑電氣設計疑難點解析及強制性條文》.中國建筑工業(yè)出版社.

[6]中國建筑東北設計研究院 王金元.《建筑電氣設計熱點問題解析》.2018年西南電氣年會主題演講.