超高層建筑火災自動報警系統設計探討

摘要：超高層建筑主要指40層以上、高度100m以上的建筑。這類建筑通常內部結構復雜、設備繁多，室內大部分裝飾品和陳設都是可燃材料。一旦發生火災，火勢蔓延途徑多、速度快，人員逃生途徑少、安全疏散困難，極易造成人員傷亡。火災自動報警系統的設計與應用有助于降低超高層建筑火災事故危害。在分析火災自動報警系統原理及構成的基礎上，對火災自動報警系統的設計要點進行重點研究，旨在提高建筑防火水平，保障建筑內人員的生命財產安全。

關鍵詞：超高層建筑；火災自動報警系統；火災探測器

中圖分類號：X913.4" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）07-0107-03

超高層建筑作為一種高效利用土地資源的建筑形式，在城市中的建設與應用逐漸廣泛。《建筑設計防火規范》中明確規定“建筑高度大于100m的住宅建筑，應設置火災自動報警系統”。可見火災自動報警系統在超高層建筑設計中的重要性，需要設計單位提高重視程度，做好設計工作，確保火災自動報警系統得以正常使用。

1 火災自動報警系統的原理及構成

1.1" 原理

火災自動報警系統的工作原理為在建筑內安裝能夠實時監測環境中火災特征參數的探測器，當探測器檢測到異常參數并超過設定的報警閾值時，會立即將信號傳送至火災警報控制器，火災警報控制器會根據接收到的信號分析火災事故是否發生，以及火災等級的大小，判斷是否需要啟動聲光報警裝置、自動噴水滅火系統、排煙系統等，控制火勢蔓延以及降低火災帶來的損失[1]。

1.2" 構成

1.2.1" 火災探測器

火災探測器的主要功能是實時監測建筑內的火災發生情況，一旦檢測到煙霧、溫度過高等情況發生時，探測器的傳感裝置部分會將火災預警信號轉換為電信號傳輸給火災報警控制器的終端系統，提醒值班人員建筑內可能存在異常狀況。現階段，常用的火災探測器傳感空分裝置主要以煙霧探測、溫度探測和圖像探測為主，分別通過監測建筑內的溫度情況、煙霧情況以及火焰輻射情況感知建筑內是否存在火情，以及是否需要發送火災預警信號。得益于這些傳感裝置的應用，火災事故發生時，建筑內布設的滅火裝置能夠第一時間對火焰做出反應，實現快速滅火。

1.2.2" 火災自動報警控制器

火災自動報警控制器主要負責接收來自火災探測器的火情信號，以及根據火情信號做出對應的指令，利用信號傳輸系統將指令信號傳輸至對應的裝置中，實現對建筑內人員的火情提示以及快速滅火等功能。火災自動報警控制器主要分為區域報警和集中報警兩種類型，前者主要用于建筑內局部滅火，不與總控制系統聯動，適用于單個房間、樓層火災事故的預防和處理；而集中報警系統則與建筑內的自動消防設備整體聯動，通過終端控制系統向消防設備發送信號啟動消防設備實現滅火。除此之外，區域報警和集中報警之間的關系為，集中報警能夠控制和命令區域報警系統，接收來自區域報警的信號；而區域報警僅能向集中報警傳遞信號或接收來自集中報警的控制指令，無法控制集中報警系統[2]。

1.2.3" 信號傳輸、控制和現場設備

火災自動報警系統中，除直接接入系統的設備和裝置以外，還有部分現場設備無法直接接入系統，而是需要依靠網絡信號、電信號等的傳輸控制和命令這些現場設備工作。常見的現場設備主要包括水流指示器、壓力開關、信號閥、火災聲光報警器等，這類設備通常自帶信號的輸入模塊與輸出模塊，但考慮到超高層建筑的樓層較高，以及火災事故現場的情況較為復雜，因此在設計信號傳輸、控制以及現場設備時，需要設計人員能夠切實考慮到建筑的實際情況，確保這些裝置得以正常使用。

2 建筑消防火災自動報警系統設計要點

為保證建筑消防火災自動報警系統得以正常運行以及與建筑的實際情況相符，設計人員在設計時，既需要做好相關設計資料的研究工作，明確建筑物的建設要求，也需要結合不同的功能需求選擇適宜的產品，并盡可能應用環保、節能、創新的技術，提升火災自動報警系統的設計質量。

2.1" 火災探測器

火災探測器作為火災自動報警系統中重要的基礎控制單元，主要由煙霧探測器、溫度探測器、火焰探測器等組成，每種探測器都有其適宜的應用場景和優缺點，需要設計人員結合建筑物的具體火災報警需求選擇或組合這些探測器，從而有效采集火災發生數據信息。火災探測器能夠及時響應外在環境的變化情況，并將收集到的數據信息傳輸至控制器。不同的火災探測器功能屬性也不同，例如，溫度探測器主要分為溫度速斷和固定溫度探測器兩類，其中固定溫度探測器的應用原理相對簡單，當探測器監測到周邊環境溫度超過預設溫度閾值時，便會發出警報，而溫度速斷探測器則能夠監測到短時間內溫度異常升高的情況。固定溫度探測器具有可靠性高、不易受粉塵、濕度等因素影響的優勢，誤報率通常較低，而溫度速斷探測器則具有響應速度快、靈敏度高、對環境溫度的變化極為敏感的優勢。然而，固定溫度探測器只在環境溫度達到預設值時才會報警，且只能監測溫度變化，可能會錯過火災初期的預警機會，以及無法捕捉到火災初期的煙霧或火焰特征。為提高探測器準確度，設計人員可以考慮綜合應用氣體探測器和煙霧探測器，以此保證火災探測環節的準確性。除此之外，設計人員還需要科學合理布局探測器的位置，結合樓層面積、高度、空間區域位置、成本等綜合考慮與設計，從而切實保證火災探測器得以有效發揮火災探測作用。

2.2" 控制中心

控制中心承擔著火災自動報警系統信息傳輸、控制命令發送、數據處理、人工控制、圖像處理等功能。操作界面是控制中心設計中至關重要的環節之一，設計人員應保證操作界面簡潔，能夠直觀地呈現各種火災事故的數據信息，以及火災事故的嚴重程度。除此之外，控制中心應具備報警處理和信息傳遞功能，確保在火災事故發生時，值班人員能夠第一時間將火災事故信息發送給相關消防部門，為消防部門快速制定火災控制與救援方案提供便利。另外，由于超高層建筑的內部結構通常較為復雜，人員數量較多，因此控制中心的布局問題同樣至關重要。控制中心應建設在易于管理和監控的區域，如建筑的管理中心、安全控制室等區域，同時，控制中心內應配置冗余電源和備用通信線路，從而保證在火災事故發生時，控制系統能夠正常運行，及時將探測到的信息轉化為數字資料傳遞給消防部門[3]。

2.3" 報警裝置

報警裝置的主要功能是將火災信號及時傳遞給建筑內的人員，通知人員及時撤離。從控制方式上劃分，報警裝置主要分為手動報警裝置和自動報警裝置兩種。手動報警裝置是火災自動報警系統中的輔助報警裝置，通常安裝在易于觸及的位置，如樓梯口、走廊、疏散通道等，方便建筑內人員在火災發生的緊急情況下能夠迅速按下按鈕啟動警報，提醒人員撤離并向控制中心報送火情信息。自動報警裝置能夠根據接收到的來自控制中心的火情信息自動發送警報。在實際應用中，通常自動報警裝置與手動報警裝置會共同使用，從而確保在火災發生時，能夠準確通知到每一個樓層的人員。

而從報警方式上劃分，報警裝置主要分為聲光報警、緊急廣播兩類。聲光報警器通常安裝在建筑的各個樓層和關鍵區域，能夠通過聲音和燈光的雙重提示引起人們的注意，提醒人們快速逃離火災現場。在設計聲光報警裝置時，需要考慮聲響的覆蓋范圍以及光信號的可見度等問題，確保在嘈雜的環境和光線不足等情況下，報警信號仍能夠迅速被建筑內人員察覺。緊急廣播系統通常與聲光報警系統配合使用，通過廣播，控制中心能夠實時指揮建筑內人員有序撤離并起到安撫作用，最大程度緩解逃生人群因火災而產生的恐慌情緒。

2.4" 自動噴水系統

自動噴水系統是超高層建筑火災自動報警系統中的重要組成部分，也是火災發生初期控制火情、爭取救援時間的主要方式。自動噴水系統主要包括噴水噴頭、供水管網、閥門、報警閥組以及供水設備，大體分為使用水霧或水流滅火的濕式系統和使用壓縮空氣、氮氣滅火的干式系統。在布局上，自動噴水系統應覆蓋建筑內所有的火災風險區域，噴頭之間的間距以及安裝高度需要符合國家相關規范要求，避免死角和噴灑盲區，而在廚房、倉庫、機房等火災風險的高發區域，還需要適當增加噴頭密度，從而保證火災初期火情能夠迅速得到控制。除布局問題以外，自動噴水系統的供水必須穩定可靠，可以設計消防水池作為備用水池，確保在市政供水不足或困難時自動噴水系統也能夠正常運行。此外，自動噴水系統在設計上應與火災自動報警系統聯動，當探測器檢測到火災信號時，自動報警系統發送報警信號，自動噴水系統抑制火勢，通過這種雙重保障的設計方式，確保建筑內人員能夠在火災初期迅速逃出建筑，減少火災造成的損失。

2.5" 疏散指示系統

火災易造成人員恐慌，建筑內部常出現人員秩序混亂、逃生通道擁擠的情況。為解決這一問題，設計人員需要做好疏散指示系統設計，為建筑內的人員提供清晰的疏散路線指引，確保其安全、迅速地撤離危險區域。疏散指示系統主要由疏散指示燈、應急照明、疏散標志組成。其中，疏散指示燈應安裝在建筑內各個出口、通道、樓梯間以及其他重要節點位置，其安裝高度和方向需要結合建筑樓層的高度以及每一層的面積確定，從而確保在煙霧彌漫或停電情況下建筑內人員仍能清晰可見。除此之外，指示燈應具備自發光和蓄電池備用電源功能，從而在超高層建筑電路因火災故障時仍能夠工作。應急照明系統主要用于火災等緊急情況下的照明，旨在為建筑內人員提供清晰的疏散路線。應急照明燈需要安裝在疏散通道、樓梯間、安全出口附近，要具備長時間的續航能力，確保在火災發生時能夠立即點亮并持續照明。疏散標志需要設置在建筑內最為明顯的位置，不同樓層和區域的疏散標志應形成統一的疏散導向系統，指示方向清晰，從而避免人員在緊急情況下迷失方向。除此之外，疏散標志應采用耐高溫、防火材料制作，避免在火災環境下迅速損壞[4]。

3 建筑消防火災自動報警系統設計實例分析

某超高層建筑總建筑面積約15.2萬m2，共包含地上和地下兩部分，地上部分共45層，建筑性質為商業辦公綜合樓，包含辦公區、餐飲區、健身區等工作娛樂區域，地下部分共3層，地下1層為餐飲區、非機動車庫、卸貨區及設備用房，2層和3層為機動車停車區。本工程中，火災報警總控制室設在地下1層，各樓層設分區控制系統，分區控制系統與總控制系統相連，線路模式主要為環形二總線接線方式，輸入輸出模塊直接接入環形探測回路，從而在后續火災自動報警系統的實際運行過程中，即使回路某一段出現問題，信號也仍然能夠通過另一方向傳遞，保證系統的可靠性和穩定性。

設計時，為了節省建筑建成后的后期維護運營成本費用，在滿足消防要求的前提條件下，盡可能減少了消防控制室的數量，同時，為了節約線路成本費用，在每個避難層設置區域火災自動報警系統控制器，減少從每個探測器到集中控制室所需的線纜長度。火災探測器方面，餐飲區主要設計溫度探測器，通過感知環境溫度的異常升高發出報警信號，電梯間、設備機房等區域主要設計煙霧探測器、氣體探測器，同時，其他區域也結合區域的特定類型分別設計了不同的火災探測器，確保能夠第一時間識別火情。除此之外，為了能夠在火災初期迅速控制火情，本建筑內各區域均設置了自動噴水滅火系統，其中，餐飲區由于使用明火概率較高，火災風險大，因此特別設計了布置密集的濕式自動噴水系統，覆蓋餐飲區的每一個角落，確保在火災發生時能夠迅速滅火。整棟大樓均設計了疏散指示系統，應急照明和指示燈、指示燈等遍布每個樓層的走廊、通道、樓梯間和安全出口處，當火災發生時，能夠第一時間為人員疏散提供清晰的指引。

4 結束語

超高層建筑由于具有滅火困難、安全疏散不易等特點，因此火災事故的發生會給建筑內人員的生命財產安全帶來嚴重的威脅。為降低火災事故的影響，在建筑內做好火災自動報警系統的設計有利于預防嚴重火災事故的發生，為火情控制和滅火工作奠定良好基礎。設計人員需要做好火災探測器、控制中心、報警裝置、自動噴水系統等的設計，并充分考慮到超高層建筑的特點，保證火災自動報警系統能夠在火災事故發生時有效起到火情控制作用。

參考文獻

[1]王雨晴，吳榮華，陳霄.智能大廈消防聯動控制系統的分析探討[J].電子質量，2022（5）：102-105.

[2]呂露，張鵬.簡析高層建筑消防給排水設計實踐與探討[J].中國科技期刊數據庫 工業A，2023（10）：168-171.

[3]管越.高層住宅的火災自動報警系統設計探討[J].中國住宅設施，2021（9）：31-32.

[4]付明民，王堅.某超高層建筑火災自動報警系統設計探討[J].建筑電氣，2023，42（5）：38-41.