高層建筑中消防設備電氣防火設計策略探究

莊孝凡，毛仕漢

（1浙江省嘉興市嘉善縣消防救援大隊，浙江 嘉興 314100；2浙江省嘉興市平湖消防救援大隊，浙江 平湖 314200）

按照我國國家規定，高層建筑是指建筑高度超過24m的公共建筑、工業建筑（非單層）和建筑高度超過27m的住宅建筑，而如果建筑高度超過100m時，無論是住宅亦或是公共建筑則統一稱為超高層建筑。現代社會的發展導致城市資源日益緊缺，高層建筑順應時代發展，在城市中不斷出現，按照我國國家規定，針對高層建筑進行消防設備電氣防火設計時，必須更加規范和嚴謹，要從根本上去保障高層建筑的電氣安全和消防能力，這一方面也體現出我國高層建筑消防設備電氣防火設計存在著一定的不足，需給予更為嚴謹的制度要求，才能夠規范設計、保證科學。

1 高層建筑消防設備電氣火災特點分析

1.1 火勢蔓延速度快

高層建筑消防設備一旦出現電氣火災，往往會呈現出火勢蔓延速度極快的特點，而且隨著高層建筑的高度越高，風速越大，蔓延的速度將越快。按照有關資料顯示高層建筑離地面高度10m時，風速將達到5m/s；高度在30m處時，風速將達到8.7m/s；而當高度達到100m時，風速則能夠達到18m/s。大風速將使火勢得到風的助力，十分難以控制。在火災發生的初期，空氣溫度尚且不高，火災所生成的煙和氣會集中在水平方向，速度在每秒0.3m/s左右，當火災發展到中后期，溫度將迅速提高，煙氣擴散速度增加，煙和氣體的擴散速度將達到0.8m/s，是原來的二倍以上，同時煙和氣體會沿著高層建筑的外墻以及內部空間之中的管道迅速擴散，速度能夠達到4m/s左右，風將助推火勢的蔓延，風速越高，火勢蔓延的速度就會越大，高溫空氣也會迅速蔓延，如果沒有有效的進行防火分隔設計，高層建筑內的高溫煙氣就能順著各種渠道，1min之內迅速地蔓延到高層建筑頂層，即便是超過百米的高層建筑從底樓燃燒，煙氣蔓延到頂樓最多也僅需要10min。

1.2 容易形成煙囪效應

高層建筑內部結構設計復雜，功能區域多，垂直方向上存在著各種管道、豎井，包括排氣管道、下水管道、電梯井等等，這些都將成為火情蔓延的路徑，一旦出現火災，低層所產生的煙氣將通過這些渠道快速蔓延，由于空氣密度低，加上一些管道會產生抽風作用，大量的管道井就猶如高聳的煙囪，使火情和煙氣集中于此，并迅速蔓延，高層建筑高度越高，這一現象就越為明顯，極容易出現煙囪效應。而如果高層建筑內存放著大量的易燃物，遇到火情時幕墻將會迅速破損，之后將帶來大量的新鮮空氣，在充分的氧氣支持下，火勢將一發不可收拾，增加撲滅難度。高溫氣體不斷在高層建筑的頂層內積蓄，容易在頂層內發生另一場火災，危及周邊的建筑物的同時，也會危及在天井疏散的逃生者生命安全。

2 高層建筑消防設備電氣防火設計原則

為了保障高層建筑消防設備電氣設計的質量，我國要求必須采取可靠的防火措施，技術可靠安全，科學經濟適用，并能夠在一定程度上實現自防自救，所以，高層建筑進行消防設備電氣防火設計時，所構建起的供電系統需要嚴格按照國家設計規范要求，并根據實際供電系統的特點來進行規劃設計，應該達到具備良好的可靠性、耐火性和安全性的標準，而這其中最為主要的則是消防設備供電線路的可靠性，在出現火災火情時，供電系統的可持續性以及電氣設備線路的耐火能力都將直接關系到整個消防電氣系統的安全保障能力。消防設備電氣線路的可靠性意味著高層建筑出現火災時，尤其是撲救過程中，電氣設備應該具備良好的可靠性，不僅不會出現更進一步的火災問題，也能夠在一定程度上輔助營救工作。

3 高層建筑消防設備電氣防火設計策略分析

3.1 消防設備電源負荷等級設計

對高層建筑中防電氣設備電源的負荷等級進行科學合理的設計，可以更進一步的提高消防設備電氣供電安全和可靠系數，這也將成為高層建筑防火設計過程中的基本內容。高層建筑中的消防電源負荷等級需要按照國家的規范要求來進行設計，一般可以分為2類，分別是一類等級和二類等級。一類等級為一類高層建筑消防用電負荷等級；二類等級為二類高層建筑消防用電負荷等級。具體而言，一類等級供電電源需要滿足的設計要求是有兩個獨立的電源，如果出現負荷容量過大或者是高壓用電設備較多時，應該適用兩路電源提供穩定的高壓電能。如果負荷容量不大，可以優先從整個電力系統內選擇使用第二低壓電源或者是應急發電機組設備。一級防負荷供電電源主要針對的是照明設備、通信系統電能源的使用，可以選擇設計蓄電池組作為儲備電源。一級消防負荷供電電源中，主要負荷來源除了以上供應系統外，必要的情況下也需要設計硬件電源設備。二級消防負荷供電電源在設計的過程中，應該滿足出現電力變壓器故障或者是電路系統出現故障時仍然能夠保持穩定的電能源供應，即便出現中斷也能夠迅速得以恢復。按照國家設計規范要求二類高層建筑應該設計出兩條回線路來保持穩定的供電能力，如果無法滿足設計要求則應該設計一些柴油發電機組或者是蓄電池機組作為備選電源，以此來更進一步的保障高層建筑消防設備電氣防火能力。

3.2 消防設備配電方式設計

高層建筑消防設備電氣設計的低壓配電一般選擇接電方式是將消防用電設備的供電回路電源端與變壓器低壓母線直接相連，這樣可以設計成單母線分段和放射式供電，利用這樣的設計方法如果出現非消防負荷故障，就可以使變壓器空氣開關自動閉合。與此同時，在對母線進行檢修時，變壓器自動空氣開關也將實現自主斷開，以此來更進一步的保障消防供電的安全可靠性。為了更好的提高高層建筑消防設備電氣設計的安全系數，在進行設計的過程中，建議將消防用電設備的供電回路電源直接與變壓器低壓出現自動空氣開關之前進行連接，這樣的設計方法更加靈活，能夠在一定程度上實現自動控制的目的。按照國家規定，高層建筑的消防控制室、水泵房、消防電梯、防排煙系統等電源應該在最末一級配電箱內設計出能夠自動切換的設備，而其他消防用電設備，比如門窗、閥門、卷簾、自動滅火系統等尚沒有詳細的規定，需要因地制宜來進行科學的設計。一些電氣設備容量較小，布局分散，如果在末一級配電箱內都設置自動切換裝置，只能會導致配電系統結構過于復雜，徒增成本，卻無法帶來良好的使用效果，所以在進行設計的過程中必須要根據建筑項目的實際情況進行合理的規劃，可以按照高層建筑不同的樓層和防火分區功能區域等內容來設計雙電源自動切換裝置，并采取運用耐火配線的方式對各消防用電設備進行分別的連接。

3.3 消防設備配電線路防火設計

在進行高層建筑消防設備電氣防火設計時，最基本的策略是應該積極的運用耐火耐熱的配線裝置來提高防火能力，比如線纜的選擇敷設以及線路保護等等。在高層建筑內重要的消防電氣設備的配電線路應該選擇使用礦物性的電纜，可以更好地保障絕緣性能，比如M1電纜，電纜內部為純銅材質，能夠保持良好的通電能力，絕緣材料則為氧化鎂等化合物，保護套為沒有接縫的銅質管套。經過實驗考證，在輻射熱或者是高溫火焰的燃燒下，礦物絕緣電纜能夠保持非常優秀的耐熱能力，即便經受一個半小時的高溫灼燒，仍然能夠實現良好的導電性能。礦物絕緣電纜不僅具備優秀的耐熱能力，同時還有防水、耐腐蝕、導電能力強、耐物理損傷、耐電磁輻射等性能，另外礦物絕緣電纜所使用的銅保護套還能夠實現直接接地功能，也就是可以做地線用。

電纜可以明敷，施工較為簡單，后期的維修也十分便捷，與其他的電纜類型相比較，礦物絕緣電纜雖然成本較高，但是如果從綜合的角度分析，其可靠系數、敷設方法以及傳導系數等都有極佳的優勢，這樣就會使后期的成本投資得到有效的降低，這對于高層建筑可持續發展而言是有其積極意義的。另一方面普通的電線電纜絕緣系數就相對較差，無論是絕緣老化和能力等等，都存在著極大的不足，有時甚至容易成為導致直接火災的根本性原因。絕緣層和保護層在燃燒的過程中，普通的電纜都會產生大量的有毒氣體，不僅會助燃，而且還會進一步的威脅人身安全。所以選擇使用礦物絕緣電纜從根本上和經濟效益上而言，可以更適用于高層建筑重要消防設備電氣防火設計要求，能夠更好地保持供電性能的連續性和整個電源線路的穩定性。

高層建筑中防火設備電氣設計中的低壓配電干線則建議使用耐火性能強的密集型的母線槽，這樣的設計方法相較于傳統的設計方法，雖然缺陷是不如空氣式母線槽分支回路易操作，但是卻可以獲得更好的機械性能，外殼接地可靠性強，安全系數高，而且具備良好的防火性能。密集型母線槽的敷設需要在現場進行實地勘測，安裝的線槽距離必須有很強的精準度，母線槽的叉接方式、開關箱的高度都需要根據實際的情況來進行規劃。

消防設備配電線路如果是暗敷，應該采用普通的電信線纜，并且應該埋在不燃燒的結構體之內。暗敷的保護層厚度應該大于3cm；消防設備配電線路如果是明敷，則建議使用耐火系數強的礦物絕緣電纜，如果必須使用普通電纜，則必須優先選用具有防火保護層的金屬管或者是封閉式金屬線槽，必要的情況下應該再加噴防火涂料，以此來更進一步的保障防火能力。消防電氣設備電源線路選擇的絕緣和保護套應該是不具有可燃性的電纜，并將其敷設在電纜豎井內，因為市面上的電纜大多都已經具備良好的耐火性能，所以可以不穿金屬保護套，但是如果將電纜敷設在同一個電纜井之中時，電纜之間必須要使用耐火材料進行阻隔。

消防電氣設備電源線路如果在高層建筑吊頂內進行敷設，所使用的耐火礦物絕緣電纜往往可以避免使用防火橋架，這樣就可以避免吊頂導致增加層高度的問題，如果使用普通線纜，同樣需要將線纜包裹金屬管或者是在金屬線槽內進行布線，必要的情況下應該使用硬質塑料管或者塑料線槽進行布線。

4 結語

高層建筑消防設備電氣設計作為高層建筑防火設計的重要內容之一，在設計的過程中必須充分根據工程實際，嚴格按照國家規定要求，盡可能提高防火能力。電氣設備既要保持良好的供電性能，也要具備良好的耐火性，這樣才能夠維持高層建筑的使用安全，這對于廣大建筑設計工程人員而言，既是挑戰也是技術發展的機遇，值得我們深思。