一類高層住宅消防配電設計探討

巨兆芳，陳 振

（1.甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.中國鐵路濟南局集團有限公司濟南西機務段，山東 濟南 250000）

隨著我國科學技術的不斷發(fā)展創(chuàng)新與建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，高層住宅建筑成為現(xiàn)代城市越來越多的選擇，但是隨著建筑層數(shù)的增加，高層住宅的電氣系統(tǒng)也變得龐大而復雜，這給設計部門和施工單位帶來了新的挑戰(zhàn)。高層建筑按照建筑高度、使用功能不同劃分為一類高層建筑和二類高層建筑。一類高層住宅建筑指建筑高度大于54 m 的住宅建筑[1]，一類高層住宅建筑人口密度大，人員復雜，用電設備多，一旦發(fā)生火災，疏散難度高，救援難度大，因此在對高層住宅消防電氣進行設計時必須根據(jù)具體項目深入分析，結合實際情況科學研判，嚴格把控設計質(zhì)量，保證消防配電設計的規(guī)范可靠性。

案例選取蘭州開發(fā)新區(qū)某一類高層住宅項目進行分析。以某一個地塊為例，共計6 棟樓，建筑高度90 m，層數(shù)31 層。地下2 層。標準層戶數(shù)有116 戶。

1 消防配電設計原則

1.1 可靠原則

可靠是高層住宅消防配電設計的首要原則。只有有可靠工作的消防系統(tǒng)，才能在發(fā)生火災時，保障住戶的生命安全和財產(chǎn)安全。可靠性高的消防系統(tǒng)應盡量避免在設計中存在不良隱患。

1.2 方便原則

高層住宅人口密度大，人員復雜，大部分家庭都有老人和小孩，因此高層建筑消防系統(tǒng)在設計時基于可靠性原則要便于用戶使用，操作簡單，方便不同人群，還有防止小孩誤觸。消防電氣設計應留有冗余設計，便于后期變更調(diào)整。

2 消防配電設計要點

2.1 消防配電方式的選擇

消防配電設計的首要任務是確定配電方式。為了提高高層建筑消防配電設計質(zhì)量，應合理選擇消防配電的方式。目前工程應用中最常用的設計方式有放射式、樹干式、鏈式和混合式，如圖1 所示。放射式的消防配電設計方式安全性高，每條配電線路獨立互不干擾，但是回路較多時，配線成本增加，經(jīng)濟性較差。樹干式的消防配電設計是目前采用最多的消防配電設計方式，具有經(jīng)濟實用、配電靈活的優(yōu)點。樹干式也有不足之處，其線路之間獨立性不及放射式。如果系統(tǒng)僅采用樹干式的消防配電方式，當消防干線出現(xiàn)故障時，將會造成線路末端支線失電，導致消防用電設備停機或無法正常啟動。鏈式消防配電方式只能用于距離較近且容量較小的系統(tǒng)中，可靠性較差，鏈中任意點出現(xiàn)故障，全鏈所有設備都無法正常供電，所以在消防系統(tǒng)中極少使用。如果采用單一的配電方式不能滿足要求，可以采用兩種配電方式，稱為混合配電方式，這種配電方式結合兩者的優(yōu)點往往能達到良好的應用效果。我國一類高層住宅常采用的配電方式是樹干式與放射式結合的混合配電方式。對于容量小且需靈活供電的設備采用樹干式供電，可以減少開關設備、增加系統(tǒng)的靈活性，降低投資和運行費用。例如應急照明供電系統(tǒng)可采用樹干式配電設計。對于供電可靠性要求高的線路，如消防控制室、消防水泵等用電量大或者消防用電設備集中的地方，采用放射式供電，如果某一線路發(fā)生故障，其他線路不會受到影響。

圖1 常見的幾種配電方式示意圖

2.2 消防電源的設計要求

消防電源要具有足夠的供電能力，能夠為消防控制室、消防電梯、消防水泵、防排煙設備以及消防照明供電。當發(fā)生電氣火災，必須切斷居民生活用電電源，防止事故進一步擴大。因此消防電源必須專線專供，且供電線路上不允許介入其他非消防負荷。消防設備的供電電源的設計要以高層建筑的負荷等級為依據(jù)，并結合當?shù)仉娋W(wǎng)分布情況，制定合適的高層住宅小區(qū)的供電方式。依據(jù)規(guī)程規(guī)定：一類高層住宅的消防系統(tǒng)應按一級負荷供電，對于一類高層住宅中的消防系統(tǒng)，必須選用兩個相互獨立且互為備用的電源供電，且這兩個電源應取自不同的市網(wǎng)[2]。

當無法實現(xiàn)兩回路供電時，必須采用獨立于生活用電配電系統(tǒng)的應急電源供電。常用的應急電源有蓄電池、柴油發(fā)電機和獨立于生活用電的其他配電線路。考慮到經(jīng)濟成本，選擇柴油發(fā)電機作為高層住宅的應急備用電源已經(jīng)成為主流。需要注意的是，備用消防電源也要具有足夠的供電能力，例如柴油發(fā)電機的儲油量應該滿足火災時連續(xù)供電的需求，消防電源主接線設計如圖2 所示。

圖2 消防配電電源主接線示意圖

依據(jù)規(guī)程要求，應急電源配電線路的最末一級配電箱內(nèi)應設置自動切換裝置，切換時間應嚴格根據(jù)國家標準設置，在出現(xiàn)火災后，應能保證在30 s 內(nèi)供電[3]，確保高層住宅消防設施能正常運行。

2.3 消防配電線路材料選擇

消防配電線路應滿足發(fā)生火災時的現(xiàn)場要求，且導線規(guī)格型號都應符合規(guī)范規(guī)定。線芯應采用銅芯導線。銅的熔點高，火災時不會融化，載流量大，消防設備集中啟動時，亦能可靠供電，且消防線路不工作時也不易氧化和腐蝕，利于消防線路日常維護。消防線路具有較大負荷電流和使用現(xiàn)場環(huán)境溫度較高的特點，在選擇消防電纜截面時，需要考慮短路熱穩(wěn)定、電壓損失、允許溫升和經(jīng)濟電流密度，宜先按允許溫升選擇截面，然后校驗其他條件[4]。對于變頻調(diào)速設備、計算機及直流電源設備，要考慮諧波電流對電纜截面選擇的影響。消防配電線路應采用礦物絕緣類不燃性電纜。礦物絕緣電纜不含有機材料，所以具有不燃、無煙、無毒和耐火的特性。礦物絕緣層的熔點較高，在1 000℃以上，可以耐受住火災現(xiàn)場的高溫。消防配電系統(tǒng)的線路應敷設在金屬管或金屬線槽中，與其他配電線路分開敷設，防護生活用電線路對消防專線產(chǎn)生影響，確保消防配電線路安全。

2.4 配電線路保護

配電線路要裝設過負荷保護。一是要確保消防配電線路的安全性，二是要保證消防負荷不得超過配電線路的最大功率，否則極有可能使得消防配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法正常工作而引起更大的經(jīng)濟損失。過負荷掉電會造成嚴重影響的配電線路，其過負荷保護動作時不能直接切斷線路。為了確保消防配電設備能在發(fā)生火災的時候可以穩(wěn)定地不間斷運行，消防配電線路過負荷時不應觸發(fā)停機，因此線路不能安裝具有跳閘作用的過負荷保護裝置。消防設備的過負荷保護只能發(fā)出報警信號，應裝設過負荷報警電器[5-6]。

2.5 消防配電設計注意事項

結合對現(xiàn)有一類高層住宅的消防電氣設計調(diào)研，目前的消防配電設計存在以下幾方面的不足。

（1）消防供電母線問題：部分建筑企業(yè)為了降低成本，獲取更大的利潤，消防供電母線未分斷，當對母線故障檢修時，主電源與備用電源都將失電，備用電源根本沒法發(fā)揮作用，影響消防系統(tǒng)的運行，反而降低了供配電系統(tǒng)運行的可靠性。

（2）消防配電設計人員應具有前瞻性：應考慮遠期消防需求，在設計時預留一定的設計裕度，增設空閑分支回路，以便將來消防系統(tǒng)的功能調(diào)整和擴充容量。

（3）住宅電氣線路使用鋁線的隱患問題：鋁制導線表面易氧化，并形成氧化膜覆蓋于導線外部；氧化后的鋁制導線電阻升高，相應的熱量也明顯增加，若散熱不良必然會誘發(fā)火災；鋁制導線氧化后產(chǎn)生的高電阻會干擾過載保護器的正常工作，導致電氣線路內(nèi)部出現(xiàn)短路后無法及時斷開電路，增加了電氣線路的起火風險。

（4）消防用電配電箱應具有標識或能明顯區(qū)分，便于建筑投入使用后消防配電的檢查和使用，能提高建筑使用的安全等級。

3 消防應急照明設計要點

火災發(fā)生后生活照明供電線路不能正常供電，尤其是夜間停電，會給人帶來心理恐慌，引起騷亂、擁擠或踩踏，會給疏散工作帶來一定難度。因此，在正常生活照明用電停電后必須及時啟動消防應急照明。依據(jù)規(guī)程規(guī)定：一類高層住宅應選擇集中控制型消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)[7]。

3.1 照明燈具選擇

工程中設置有消防控制室時，選擇A 型燈具。消防應急照明燈具的安全閾值電壓為DC36 V。考慮到成人伸臂誤觸燈具可能會帶來危險，燈具安裝高度不得低于2.5 m。

3.2 照明燈具位置設計

疏散照度不小于5 lx，為了滿足規(guī)程的最低要求，設計人員應設計足夠數(shù)目的燈具，且燈具的布局要合理，部分標志性的燈具，如安全出口、疏散指示燈等燈具數(shù)量和間隔要滿足實際需求，可以為人員進行疏散方向、路徑的辨識提供方便，幫助人員第一時間找到安全出口、樓層通道等位置。合理的燈具布置使得應急照明設計更人性化、更安全。

3.3 應急照明配電回路

應急照明配電回路由主電源或USP 電源供電，可以在配電箱與消控中心兩個區(qū)域進行集中控制。為提高應急照明配電回路的可靠性，宜采用放射式配電方式，消防應急照明系統(tǒng)備用電源連續(xù)供電時間不應少于30 min。

3.4 消防照明設計時的注意事項

選用不同型號的燈具，配光曲線不同，燈具效率也不同，由于環(huán)境的反射率有差異，相同照度要求的場所需要裝設燈具的數(shù)量、安裝的間距也會不同。

建筑企業(yè)過于考慮經(jīng)濟因素，選用的應急燈具亮度不夠會引起疏散傷亡。電氣設計人員應堅守職業(yè)底線，嚴格按照規(guī)范進行科學嚴謹?shù)脑O計，通過全面的對比分析，優(yōu)化消防配電設計，努力消除消防系統(tǒng)隱患，將火災損失降到最低，保障住戶的人身和財產(chǎn)安全。

4 智能火災自動報警系統(tǒng)

智能火災自動報警系統(tǒng)由火災探測器、火災控制器和消防聯(lián)動設備組成[8]，能夠自動探測著火點，并發(fā)出聲光報警信號，及時有效地發(fā)現(xiàn)火災隱患，利用消防聯(lián)動系統(tǒng)，控制火情，消除隱患。智能火災自動報警系統(tǒng)配置于高層住宅建筑中，為住戶及時疏散，降低火災損失多提供了一重保障。規(guī)程明確規(guī)定，一類高層住宅的公共部位應設置自動報警設置系統(tǒng)和消防聯(lián)動設備。

4.1 火災探測器的設計

火災探測器就像攝像頭一樣被安裝在高層住宅房屋室內(nèi)以及公共區(qū)域。它能夠監(jiān)測到一定區(qū)域內(nèi)的異常高溫現(xiàn)象或者溫度突然升高的情況，對于燃燒所發(fā)生的煙霧探測是最為靈敏的。火災探測器將環(huán)境中的煙、溫、火等信號轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)模擬量形式，通過控制信號線與消防控制室計算機連接，把火災探測情況隨時傳回計算機，由計算機控制火災探測器的工作情況，能夠隨時掌握火災探測器的動態(tài)。

電氣設計人員在進行火災報警系統(tǒng)設計時應依據(jù)高層建筑中不同區(qū)域，不同的火災現(xiàn)象，正確地選擇火災報警探測器。結合建筑物內(nèi)部空間結構，準確計算火災探測器的數(shù)量，確保火災自動報警裝置的可行性，科學合理地設置火災探測器的安裝位置，避免安裝過高、監(jiān)控死區(qū)等問題的出現(xiàn)。

4.2 火災報警控制器設計

作為火災自動報警系統(tǒng)的大腦神經(jīng)中樞，火災報警控制器能夠?qū)⒒馂奶綔y器傳輸?shù)男盘栠M行分析處理，經(jīng)判斷后以指令的形式發(fā)送給執(zhí)行系統(tǒng)。

為了提高智能火災自動報警系統(tǒng)的準確度，能夠準確地判斷火災信息，降低漏報錯報的概率，要求火災報警控制器具有較強的抗干擾能力和自適應能力，在各種環(huán)境中都能穩(wěn)定工作，可靠地發(fā)揮作用。火災報警控制器通過對比正常情況下環(huán)境的溫度、濕度和灰塵等變化情況進行自動補償矯正，再由專家系統(tǒng)進行智能判斷，這樣一來，不但縮短了火災報警時間，還提高了報警系統(tǒng)的準確性、可靠性和智能化程度。

4.3 消防聯(lián)動設備設計

在火災自動報警裝置中，消防聯(lián)動控制設備是滅火的終端執(zhí)行元件。消防聯(lián)動控制系統(tǒng)應能接收和識別火災控制器的各種指令信息，并精準控制消防聯(lián)動設備撲滅火源。當火災發(fā)生后，可能存在火災探測器沒有將實際情況傳到消防控制室，或者火災報警控制器誤判，以及消防聯(lián)動設備無法自動啟動的極端情況問題，為了不延誤滅火，必須在各樓層公共區(qū)域設置手動開關，確保能從多個區(qū)域開啟消防設備。

5 結束語

綜上所述，科學合理的消防電氣設計可以預防火災事故擴大，消除消防系統(tǒng)隱患，將火災損失降到最低，保障住戶的人身和財產(chǎn)安全。然而，根據(jù)多年來一類高層住宅小區(qū)的火災事故經(jīng)驗可知，部分事故中就存在由設計問題造成消防系統(tǒng)的保障作用未能充分發(fā)揮的情況，進而造成了更大的損失，例如線路導線不合格、電源切換方式設計錯誤、電源容量不能滿足應急要求、電源切換點設計不合理等。本文的研究僅對一類高層住宅小區(qū)建筑物消防電氣設計的部分要點進行了簡單的分析研究，希望通過本文的探討，能為其他電氣設計工作者進行設計時提供思路或參考。