國內外應急照明標準解析及國際工程應用

李 鵬

(1.中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200001；2.同濟大學 電子與信息工程學院，上海 201804)

引言

應急照明關系到人的生命安全，是建筑物的重要保障設施，歷來受到社會各界的關注。自《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》(GB 51309—2018)[1]和《民用建筑電氣設計標準》(GB 51348—2019)[2]的先后執行，我國建筑物的應急照明設計已經越來越實現智能化和安全電壓方案。然而，當我國基建走出去，照明工程師面對國際項目僅能通過電路設計來實現應急照明的切換方案時，則面臨了完全不一樣的設計理念，將必然存在一個設計思路轉變的過程。

我國當前應急照明設計以智能化為主導，使應急照明設計變得簡單而應急照明工程變得容易。文獻[3]分析了GB 51309—2018[1]和配套的國家圖集《19D702-7：應急照明設計與安裝》[4]實施以來出現的諸多誤解，并提供了解決方案。文獻[5]討論了新標準實施之前的應急照明供電電壓問題，類似的討論為新標準采用安全電壓供電提供了助力。文獻[6]分析了新標準實施后，設計師容易理解錯誤的一些細節。文獻[7]探討了新標準實行后，住宅應急照明設計的具體思路。文獻[8]介紹了新標準根據《建筑設計防火規范(2018年版)》(GB 50016—2014)[9]實際應用的案例，闡述了具體照明設計，包括照度、供電、控制等設計理念。文獻[10]提出了一種集中型應急照明電源，該電源采用蓄電池管理單元，用于實施新標準后的應急照明系統，有效提高了消防應急設備的安全性和穩定性。文獻[11]討論了新標準實施后，配電距離對應急照明線路的限制。文獻[12]提出了一種直流供電照明系統，該系統與新標準實施后應急照明系統的思路一致，是有益的借鑒。文獻[13]提出了高層建筑應急照明智能控制設計方法，該方法集中照明電氣設計、數學模型仿真、智能控制算法提出了一攬子智能控制方案，解決了高層建筑應急照明系統能耗較高的問題。文獻[14]從宏觀層面介紹了照明工程評價原則，其中應急照明作為照明工程的組成部分著重考慮適用性。文獻[15]介紹了新標準實施后體育場館的應急照明設計，提出許多具體的設計方案。文獻[16]介紹了采用新標準設計的某大型體育場館照明設計，其中涉及了應急照明內容，可供照明工程師參考。文獻[17]從酒店業當前遇到的困境談起，提出了應急照明系統是酒店經營者和顧客共同關心的幾個重要問題之一，值得酒店項目照明設計師引起重視。文獻[18]介紹了某大型交通站廳的照明設計，該類建筑室內空間較大，對應急照明設計要求較高。文獻[19]結合英標應急照明規范[20]介紹了國外應急照明設計的基本理念，同時對國內外設計差異展開了討論。文獻[21]和文獻[22]發表于應急照明新標準執行之前，介紹了我國照明工程師通過執行《民用建筑電氣設計規范》(JGJ 16—2008)[23]和《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)[24]等規范開展應急照明設計時采取的技術手段，該技術手段與現有國際項目要求較為接近，具有參考價值。

從國內外現有文獻可以看出，集中型應急照明設計得到了各方關注，在項目中已經取得了很好的應用。但國際項目，尤其是要求較高的高端項目應急照明設計尚無文獻提及。根據筆者經驗，國際項目應急照明設計通常不采用智能控制系統實現智能照明燈具的控制，而是采用復雜的電路設計來實現，考驗著照明工程師的電路功底，若沒有一定的經驗，恐怕難以勝任該類項目的設計工作。

1 設計思路

開展國際項目應急照明設計，應首先熟悉相關規范，了解設計內容，并分析各類規定下的設計方法。

1.1 國際規范討論

目前，國際項目參考較多的應急照明設計規范為《應急照明》(ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007)[25]，該規范由國際照明委員會(International Commission on Illumination，簡稱CIE)編制。另外，各國為了與國際規范保持一致，通常會根據本國語言和行文習慣重新表達該規范；比如《照明應用—應急照明》(BS/EN 1838：2013)便是該規范的歐標版本，其內容實際上與前者基本一致[20]。事實上，我國也已經將該規范開展了本地化工作，筆者便有幸參與了這項工作。

事實上，除了ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007規范的本地化外，各國也有適應本國國情的應急照明規范，比如我國的GB 51309—2018，而英標采用的是《應急照明—場所應急照明操作守則》(BS 5266-1：2016)[26]。除了國家規范，很多大型國際建筑設計事務所還會通過技術規格書的形式規定應急照明的系統組成，尤其是在規范系統不甚嚴格的第三世界國家中。這些技術規格書通過引用英標或歐標，搭建起類似的應急照明系統。

1.2 應急照明設計解析

可以認為，ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007是各國應急照明設計的總綱，研究該規范可以獲得應急照明設計的主要輪廓。根據ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007規定，應急照明具體可分為5種情況[25]，具體如圖1所示。

圖1 應急照明術語分類Fig.1 Classification of emergency lighting terms

如圖1所示，應急照明分為疏散照明和備用照明，其中疏散照明又分為疏散路徑照明、開闊區域照明和高危險工作區域照明。疏散路徑照明的目的是辨認疏散通道內的障礙物；開闊區域照明是為了停電時避免開闊區域人們的恐慌而設置的應急照明；高危險工作區域照明是為了使處于高危險工作條件下人們合適地終止工作而提供的應急照明；備用照明則是為了確保正常活動持續進行。

疏散照明包含的3種情況，都需要應急照明設計師完成疏散標志燈和疏散路徑上提供照度的應急燈具設計；而備用照明設計，則通常屬于特定房間的應急照明設計。了解了各類照明的設計需求，便容易討論具體設計方案了。

2 控制方案

國際項目中，應急照明通常兼做普通照明，其控制就必須與普通照明聯動。同時，國際項目應急照明控制通常不采用集中控制方式，這就導致必須采用復雜的電路變換來實現控制功能。因此，執行國際項目應急照明設計任務時，有必要分析不同情況的控制任務，提供相應的電路原理圖。

2.1 應急照明任務分析

從應急照明控制的角度來看，疏散標志燈的控制比較簡單，不論國內規范還是國際規范，僅需保證其常亮即可。需要區分的情況在于提供照度的應急燈具[27]，這些燈具使用場合多樣，不同的使用場合控制方式不同，必須提供相應的電氣線路、結合產品功能，才能實現各類場合下的控制要求。

從控制要求的角度來看，應急照明燈具有中央控制和就地控制之分。其中，中央控制常用于公共區域，而就地控制常用于獨立房間。中央控制即智能控制，是建筑物智能化的標志之一，也是現代建筑常見的控制方式[28]。應急照明在非火災狀態下用作普通照明時，為了保證照明效果的統一，應急照明也必須與普通照明聯動，同時開關、同時調光。中央控制還可分為開關控制和調光控制兩類。通過分析控制功能可以提供符合要求的電路原理圖，便于為實際案例提供依據。

2.2 開關控制

開關控制可以通過定時功能實現，也可以通過就地安裝移動傳感器實現。應急照明開關控制的具體控制方案有兩種，一種是燈具末端聯絡方案，一種是配電箱端聯絡方案。

(1)末端聯絡。如圖2所示，帶智能控制模塊的普通照明箱為普通燈具配電，可自動開關燈具；應急照明燈具采用專用的驅動器，與普通燈具驅動不同，該驅動器除了供給應急燈具電源，還通過應急聯絡線連接到普通燈具上，可獲得普通燈具的帶電信號，開關應急燈具。與中國規范一樣，國際規范也要求斷電時應急燈具自動點亮[29]；應急照明箱通過箱間通信線獲得普通照明箱是否通電的信息，一旦普通照明箱斷電，應急驅動可自動點亮應急燈具。

(2)箱端聯絡。如圖3所示，普通照明箱為普通燈具供電時，應急照明箱通過控制信號線連接到普通照明箱的配電回路出線端，獲得普通燈具的帶電信號，隨同普通燈具開關應急燈具。同時，應急照明箱通過箱間通信線獲得普通照明箱是否通電的信息，消防狀態時通過應急驅動自動點亮應急燈具。

2.3 調光控制

與開關控制一樣，調光控制也可以通過定時功能和安裝移動傳感器實現。

如圖4所示，帶智能控制模塊的普通照明箱分別通過配電線路和控制線路用于調光燈具的配電和控制，其中控制線路需采用調光控制器實現；應急調光燈具采用的應急驅動器除了供給應急調光燈具電源，還通過應急聯絡線連接到普通調光燈具上，獲得普通調光燈具的調光信號，實現應急調光燈具的調光控制。應急照明箱通過箱間通信線獲得普通照明箱是否通電的信息，當消防狀態時普通照明箱斷電，應急調光驅動自動點亮應急調光燈具。

2.4 就地控制

在我國規范中，對達到一定面積指標的房間必須設置應急照明做了具體規定[9]，但國際規范并無相應規定。因此很多國際項目中，面積很小的房間也要求設置應急照明。當面對各類房間的照明設計時，如何使應急照明在滿足普通照明要求的情況下，達到消防時應急點亮的效果，有單控開關控制法和雙控開關控制法兩種電路設計方法。

(1)單控開關控制。采用單控開關控制房間的燈具是最便捷的方式。如圖5所示，普通照明箱為房間內的普通燈具供電時，就地開關采用了單控開關；應急照明燈具的驅動器通過應急聯絡線連接到普通燈具上，獲得普通燈具的帶電信號，隨同普通燈具開關應急燈具。同時，應急照明箱通過箱間通信線獲得是否通電的信息，消防狀態時自動點亮應急燈具。

(2)雙控開關控制。如圖6所示，普通照明箱為房間內的普通燈具供電時，就地開關采用了雙控開關；應急照明燈具的驅動器通過應急聯絡線連接到雙控開關一端，普通燈具配電線連接到雙控開關另一端；當雙控開關打在普通燈具端時，普通燈具點亮，而應急燈具通過應急聯絡線探知后根據控制邏輯自動點亮，反之則都不點亮。同時，應急照明箱通過箱間通信線獲得是否通電的信息，消防狀態時自動點亮應急燈具。

圖6 應急照明雙控開關控制電路原理圖Fig.6 Emergency lighting double control switch control circuit schematic

3 實施案例

電路原理圖表達了照明燈具的配電方案，但具體到實際案例中，圖紙的表達方式則不甚相同。一方面，電路原理圖無法直觀表達各類線路在多個空間內的布置關系；另一方面，能達到相同目的的幾類電路原理圖，具體案例中還要經過經濟性比選。

3.1 項目介紹

本文以埃及新首都CBD項目中區酒店為例，介紹其應急照明設計方法，并舉例具體設計內容，以此管中窺豹，討論典型國際項目應急照明設計思路。埃及新首都CBD項目采用了以技術規格書來規定應急照明的形式，而其引用的規范為《中央安全供電系統》(BS/EN 50171：2021)[30]和《緊急疏散照明系統》(BS/EN 50172：2004)[31]等歐標，以及相應的產品規范。

中區酒店建筑面積約140 000 m2，建筑高度約50 m，地上9層，地下2層，建筑功能包括客房、大堂、健身、餐飲、娛樂、停車、后勤等。中區酒店為五星級酒店，其照明設計具備常見的開關控制、調光控制、就地控制等。中區酒店夜景效果圖如圖7所示。

圖7 中區酒店夜景效果圖Fig.7 The night view of the central hotel

3.2 照明平面設計

根據前章所述電路原理圖，完成酒店照明平面設計，其中開關控制和就地控制分別采用2種電路連接，如圖8和圖9所示。

圖8 照明平面設計1Fig.8 The first of lighting graphic design

圖9 照明平面設計2Fig.9 The second of lighting graphic design

走廊1照明燈具采用調光控制，電路接線方式僅1種，因此圖8和圖9中走廊1的設計相同。走廊2和走廊3照明燈具采用開關控制，其中圖8采用了末端聯絡方式，圖9采用了箱端聯絡方式。3個辦公室采用就地控制方式，其中圖8采用了單控開關控制方式，圖9采用了雙控開關控制方式。

3.3 經濟成本驗算

實際案例的設計中，除了完成功能性，還要對比設計的經濟性。應急照明所涉及的控制方式中，開關控制和就地控制都有不同設計方案，需根據實際情況對比經濟性。假設各關鍵對比項見表1。

表1 經濟性關鍵對比項表Table 1 Table of key economic comparison items

除如表1所示的各關鍵對比項外，末端聯絡和箱端聯絡其余各項均相同，則有：

F1=A1x1+B1y

(1)

F2=A2x2+B2y

(2)

F3=C1v1+D1w

(3)

F4=C2v2+D2w

(4)

對比開關控制采用末端聯絡還是箱端聯絡，有：

Fk=F1-F2=(A1x1+B1y)-(A2x2+B2y)=

(A1x1-A2x2)+(B1-B2)y

(5)

即對比Fk為正還是為負。通常情況下，應急聯絡線可就近連接普通燈具，故x1數量不會很大；而驅動是否帶應急聯絡，費用差別并不很大，即(B1-B2)數據不會很大；因此Fk為正還是為負取決于A2和x2。在圖8和圖9的例子中，應急照明箱和普通照明箱安裝在相同的豎井中，因此x2很小；但五星級酒店項目中，樓層平面布置復雜，一個應急照明箱會對應數個普通照明箱，各箱分布在距離很遠的豎井中，致使x2很大，這種情況宜采用末端聯絡方式。比如，中區酒店項目便采用了末端聯絡方式，即在圖8和圖9的例子中，選用了圖8中走廊設計方案。

對比就地控制采用單控開關控制還是雙控開關控制，有：

Fj=F3-F4=(C1v1+D1w)-(C2v2+D2w)=

(C1v1-C2v2)+(D1-D2)w

(6)

即對比Fj為正還是為負。由于兩種就地控制采用相同的應急聯絡線和管材，故C1=C2；通常情況下，房間內應急燈具會就近連至普通燈具，也會就近連至控制開關，故可認為v1≈v2。因此式(6)可寫為：

Fj=(D1-D2)w

(7)

即Fj取決于雙控開關和單控開關的單價。一個工程中，還應注意采購品類的數量，雙控開關使用場合有限，應避免單獨采購以防占用庫存；同時雙控開關接線難度高于單控開關，提高了人工成本。綜合而言，就地控制建議采用單控開關控制方式，即圖8中辦公室的設計方案。

4 結論

本文提出了國際項目應急照明設計中通常采用的電路原理圖，通過在實際案例中的應用，對比了不同設計方案的經濟性，并提出了相應建議。本文首先討論了國際項目的規范引用，指出了重點討論方向；隨后分析了3類重點控制場景，提出了對應的5個技術方案，并繪制了具體電路原理圖；最后通過實際案例，討論了5個技術方案的平面設計方法，還提供了2類場景的經濟性對比建議。得到以下結論：

(1)2018年我國新版應急照明規范頒布后，應急照明設計越來越智能化，設計方案簡潔。但國際項目應急照明設計多數采用220 V供電，且兼做普通照明，設計方案復雜。

(2)國際項目應急照明設計的難點在于3類控制場景的電路設計，即開關控制、調光控制和就地控制。本文提供了2個開關控制方案、1個調光控制方案和2個就地控制方案，分別繪制了電路原理圖和平面設計圖，以此展示了具體設計方法。

(3)不同控制方案在不同項目中的經濟性有區別。開關控制場景中，如果應急照明箱和普通照明箱距離很遠，則末端聯絡方案優于箱端聯絡方案；反之，則箱端聯絡方案更好。就地控制場景中，大多數情況下單控開關控制方案優于雙控開關控制方案。

應急照明設計體現了照明工程師很高的綜合素養，包括對國際規范的把控、照明產品的熟悉、實際項目經驗的運用、設計效果的預測等。國際項目應急照明設計從箱端到末端具有很高的整體性，如果不是設計之初便對整個系統清晰把握，后續的設計將會錯誤百出。我們未來將致力于更多國際規范的整理和分析，為我國基建走出去做出應有的貢獻。