高層建筑消防供電照明防火設(shè)計與研究

白鈺杰

摘要：隨著我國城鎮(zhèn)化率的逐步提升，城市中的高層建筑占比越來越高，各類用電設(shè)備的數(shù)量和種類越來越多，火災(zāi)的發(fā)生概率也隨之大幅度提升，給高層建筑的用電安全帶來威脅，災(zāi)情險重時可能導(dǎo)致嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，在高層建筑的初期規(guī)劃階段就應(yīng)對消防電源進行防火設(shè)計，以最大限度避免高層建筑火災(zāi)事故的發(fā)生。針對高層建筑消防供電照明防火設(shè)計進行了研究，以期為高層建筑的消防安全工作提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑消防供電；電源及用電設(shè)備選擇；配電方式；防火設(shè)計

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）01-0088-03

目前，我國城市內(nèi)的高層建筑數(shù)量越來越多，建筑規(guī)模大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種電氣設(shè)備、火源以及可燃物較多，稍有不慎，就可能引發(fā)火災(zāi)事故。高層建筑內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，由于高溫對流作用、垂直管井的煙囪效應(yīng)、高空中風(fēng)大等原因，火勢蔓延十分迅速。同時因樓層高，距離地面較遠，人們逃生所需要的時間會更長，會給被困人員的人身安全帶來極大的危害。因此，在高層建筑中精確地設(shè)計消防供電照明系統(tǒng)，對防火功能進行嚴格把控十分重要。據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局公布的2022年1至9月份全國火災(zāi)形勢報告顯示，電氣火災(zāi)數(shù)量高居榜首，安全用電成為不可忽視的重要災(zāi)情防控方向。高層建筑集生活、辦公、娛樂功能于一體，人員密集，使用的電氣設(shè)備數(shù)量及種類繁多，建筑的供電負荷較大，因此發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險也極大。為消防安全考慮，強化消防供電照明等固定安全設(shè)施的應(yīng)用在高層建筑中起著至關(guān)重要的作用，這不僅關(guān)系到了高層建筑防火設(shè)施的整體建設(shè)，也是城市建設(shè)過程中不可缺少的一部分。而在高層建筑中由于配電、變電設(shè)備及相關(guān)電氣設(shè)備的質(zhì)量問題引發(fā)的火災(zāi)事故屢見不鮮，因設(shè)計不合理造成的火災(zāi)突發(fā)情況也時有發(fā)生。因此，應(yīng)對高層建筑配電、用電的防火設(shè)計進行全面分析，從而制定出可以降低火災(zāi)事故概率的防控方案，以減少此類火災(zāi)事故的發(fā)生，從而保證人們的生命財產(chǎn)安全。

1 高層建筑消防供電照明設(shè)計的必要性

當(dāng)前高層建筑的主要應(yīng)用功能就是商用、商住一體或單獨住宅，高層建筑中樓層數(shù)量多、人員密集，其中還遍布了各類電氣設(shè)備以及易燃物品，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢會迅速地蔓延。而且在一般情況下，建筑內(nèi)的各類電器在火災(zāi)發(fā)生時均會停止供電，因此電梯會停止運行，人們必須從安全通道逃生，在黑暗的情況下，出于對火災(zāi)的恐懼心理，人群極易發(fā)生擁擠踩踏事件，增加了人員逃生的難度。但是如果在高層建筑中應(yīng)用了消防供電照明設(shè)備，即便發(fā)生火災(zāi)，消防供電照明設(shè)備依然可以保證建筑物內(nèi)必要的電氣設(shè)備正常運行，這給救援工作提供了基本的設(shè)施支持，同時也可以給火災(zāi)中的人們指明疏散逃生的方向，避免更多的人員傷亡。

2 高層建筑消防用電設(shè)計的局限性

高層建筑消防用電設(shè)計存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，是給消防設(shè)備供電設(shè)計保護斷路器時，大部分采用了復(fù)式脫扣器，還有部分設(shè)計增加了報警功能。當(dāng)供電線路負荷過載時，消防設(shè)備會直接停止運行，給火災(zāi)的災(zāi)情控制帶來極大的不便。另一方面，對于消防設(shè)備電源箱中的電源運行狀況的監(jiān)控不到位，在消防遠程監(jiān)控時難以獲得關(guān)鍵消防設(shè)備的供電和用電信息，不利于火災(zāi)的災(zāi)情判定。

3 高層建筑消防供電照明設(shè)備的設(shè)計

高層建筑一直是傳統(tǒng)高危場所火災(zāi)防控的重點，其中消防應(yīng)急照明防火設(shè)計是一項繁雜的系統(tǒng)工程，涉及的內(nèi)容很多。為達到嚴格防控高層建筑重大風(fēng)險的目的，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合實際情況，采取更加有力措施，從多方面、多角度做好應(yīng)急照明系統(tǒng)等固定消防設(shè)施相關(guān)的規(guī)劃和設(shè)計工作，減少高層建筑火災(zāi)隱患，并能在火災(zāi)事故發(fā)生后為現(xiàn)場群眾的迅速逃生創(chuàng)造有利條件，從而將火災(zāi)事故造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡降到最低。

3.1? 消防電源設(shè)計

在高層建筑中配備了較多類型的消防設(shè)備，主要可以分為電力設(shè)備和電子設(shè)備。電力消防設(shè)備有應(yīng)急照明設(shè)備、防排煙風(fēng)機等，電子設(shè)備有火災(zāi)自動報警器等。在設(shè)計消防電源時需要考慮到各類設(shè)備對用電的要求，包括電壓、持續(xù)供電時長、電力負荷等。按照相關(guān)的消防安全規(guī)則，自動噴水系統(tǒng)的使用要求是需要持續(xù)供電60h以上，火災(zāi)應(yīng)急廣播的使用要求是持續(xù)供電時長20h以上。因此，可以根據(jù)不同的電子消防設(shè)備斷電后對整體消防救援作業(yè)的影響程度，將供電負荷劃分為不同的層級，第一層級的影響程度最為嚴重，按照兩個電源加一個輔助電源進行配置；第二層級程度較為嚴重，設(shè)計時考慮應(yīng)用兩回路供電，需保證供電的電壓在4kV以上；第三層級的影響程度最小，設(shè)置一個應(yīng)急電源。消防電源主要有兩種，即消防總電源和消防應(yīng)急電源，屬于高層建筑的常用電源。在規(guī)劃和設(shè)計這兩種電源之前，應(yīng)結(jié)合實際情況，一級負荷供電應(yīng)由兩個電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)受到影響，以便于消防主電源和消防應(yīng)急電源自動轉(zhuǎn)換。這保證了在主電源出現(xiàn)問題時，當(dāng)交流市電斷電后，互投裝置立即投切至逆變器供電，應(yīng)急電源在自動啟動方式下可在5s內(nèi)完成應(yīng)急轉(zhuǎn)換，最大限度提高電力設(shè)備的工作效率。在消防應(yīng)急電源系統(tǒng)中，比較常見的有以下兩種：第一，獨立饋線，是獨立于正常電源的專用的饋電線路，與主電源互不影響；第二，獨立于正常電源的發(fā)電機組，可采用自備柴油發(fā)電機、蓄電池作為備用電源。結(jié)合目前的供電技術(shù)條件，技術(shù)人員要根據(jù)供電市場以及消防設(shè)備運行的實際情況進行分析和研究，把握雙重電源和兩回線路電源的原則和標(biāo)準。例如，當(dāng)確認市政電網(wǎng)有兩路高壓（10kV級）供電時，則可采用不間斷應(yīng)急電源，其中一路可作為備用電源；如果消防設(shè)備允許一定的供電中斷時間，則可采用柴油發(fā)電機組和蓄電池方式，這樣既可減少設(shè)備投入成本，又可保證設(shè)備正常使用。

3.2? 用電、配電方式的優(yōu)化設(shè)計

3.2.1? 放射式配電方式

在以往的設(shè)計中，放射式配電方式是每一個用電負荷均從電源引出單獨的供電回路，每個供電回路對應(yīng)一個用電負荷，呈放射狀布線，在這種方式中各用電負荷所對應(yīng)的電源相互獨立，互不干擾，因此，在運行中不會因為某個用電負荷而引起其他用電負荷的運行故障，仍然能夠正常運行，可靠性高。但也有一定的缺點，即用電回路較多，線路和高壓開關(guān)柜數(shù)量多，而且需要投入大量的施工費用，所以只適合某些對供電要求較高的用電配電系統(tǒng)使用[1]。

3.2.2? 樹干式配電方式

樹干式配電是由電源引出一條供電回路（即供電干線），由多個用電負荷并聯(lián)在這條供電回路上的供電方式，與放射式配電相比存在著較大差異，主要表現(xiàn)在所需的開關(guān)設(shè)備及線材消耗較少，從而降低了成本投入，但在安全系數(shù)上也有一定差距，任何一條干線在運行過程中發(fā)生故障時，都會造成較大的影響，停電范圍大，供電可靠性低。實際應(yīng)用中，應(yīng)用樹干式配電方式必須要有足夠的備用干線，同時要與相應(yīng)的配電控制裝置連接，才能在正常干線與備用干線之間進行自由切換，從而保證用電配電的穩(wěn)定性。因此在現(xiàn)實中更多地會采用放射式與樹干式相結(jié)合的混合式配電方式。

3.3? 防火電線電纜的優(yōu)化設(shè)計

從現(xiàn)實情況得知，高層建筑火災(zāi)事故的影響因素很多，電路系統(tǒng)引發(fā)的電氣火災(zāi)也容易造成非常嚴重的后果。因此，有必要對高層建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計以及安裝存在的問題進行分析，將其主要原因分成三類：第一，高層建筑內(nèi)部電氣系統(tǒng)電量負荷超載，造成元件短路引發(fā)火災(zāi)。第二，高層建筑的電氣系統(tǒng)漏電現(xiàn)象或元件磨損引發(fā)火花或者電弧。第三，高層建筑內(nèi)部電氣系統(tǒng)的電器元件不穩(wěn)定或存在質(zhì)量問題發(fā)熱損壞，有可能直接引起火災(zāi)。

在高層建筑的施工和使用過程中，火災(zāi)事故的發(fā)生不僅會影響電氣線路的正常運行，而且，電纜的廣布性和易燃性、電纜著火后的串延性、電纜著火后釋放出大量的有毒氣體等因素都嚴重地威脅著人們的生命安全。所以，高層建筑的消防用電電纜防火需受到高度重視，在設(shè)計時應(yīng)嚴格遵循有關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，使用阻燃電纜、耐火電纜、礦物絕緣類不燃性電纜等具有一定防火性能的電纜。如果建筑高度超過100m或樓層超過35層，電氣系統(tǒng)的設(shè)計可以選擇鋪設(shè)礦物絕緣線；如果建筑高度在50～100m之間或樓層達到19～34層，電氣系統(tǒng)的設(shè)計可以鋪設(shè)礦物絕緣線，也可選擇阻燃功能較強的耐火線纜；如果樓層在10～18層，就需要選擇具備阻燃功能的耐火電纜。上述三種纜線，遇火后產(chǎn)生的有毒煙霧、有毒氣體較低，不易燃燒，安全性能良好。

4 高層建筑火災(zāi)應(yīng)急照明燈具的選擇

配置高層建筑火災(zāi)應(yīng)急照明燈具，設(shè)計人員需要充分考慮到以下幾點：第一，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，火勢會隨著時間的推移而逐漸擴散，因此需要有效阻隔火災(zāi)蔓延的線路，以避免造成更大的損失。但阻隔電源后，高層建筑則需要應(yīng)急照明設(shè)備自動開啟照明效果，從而給相關(guān)救援人員以及被困人員提供提醒和指示。第二，選擇市場中性能較好的應(yīng)急照明燈具，使其亮度不低于普通照明燈具亮度的10%。第三，需將應(yīng)急照明燈具、應(yīng)急疏散指示燈具配置到高層建筑的配電室、消防控制室、電話總機房、避難室與樓梯間等場所；例如：專業(yè)人員需在安全門上安裝優(yōu)質(zhì)的疏散照明燈具，其安裝高度應(yīng)大于2m。在整個建筑的每個樓梯間的拐角處和走廊上都需要安裝疏散指示標(biāo)志燈，其高度要保持在1m以下。而且某些特殊場所需要調(diào)整燈具的配置方式。例如：某些高層建筑的幼兒園或少兒輔導(dǎo)班，需將疏散指示標(biāo)志燈高度保持在離地面0.5m以下，并保證每兩個疏散指示標(biāo)志燈間的距離不超過10m。某些袋形走廊需要在走廊端部和主拐角布置一些特殊的安全疏散指示標(biāo)志燈，以加強高層建筑的疏散安全引導(dǎo)[2]。與此同時，應(yīng)急燈在安裝過程中需要充分考慮高層建筑電氣線路的配置方式，要保持應(yīng)急燈之間有足夠的安全距離，要留出足夠的散熱空間，使設(shè)施可以正常使用以減少安全事故的發(fā)生。

5 高層建筑的低壓開關(guān)配置要求

目前國內(nèi)高層建筑常用的低壓開關(guān)有斷路器、熔斷器與刀開關(guān)等。這幾種不同的開關(guān)裝置具有不同的功能，在電氣線路發(fā)生短路、過載等故障時，能及時切斷線路，有效防止電氣線路火災(zāi)的發(fā)生。開關(guān)器在設(shè)計過程中需要保證開關(guān)頻率、開關(guān)器額定電壓與回路標(biāo)稱頻率、電壓一致，電氣額定電流需要大于等于正常狀態(tài)下或者回路計算下的過載電流，開關(guān)器必須具有良好的性能，保證電氣線路具有靈敏性，實現(xiàn)電流資源的優(yōu)化利用。

6 高層建筑的防煙設(shè)計

在高層建筑設(shè)計之初就需要考慮對建筑內(nèi)煙塵的控制，構(gòu)建建筑模型內(nèi)規(guī)范的煙塵控制區(qū)，從內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)考慮計算送風(fēng)量，保證送風(fēng)量在實際應(yīng)用中的精準性，控制防煙設(shè)計中的加壓空間在標(biāo)準規(guī)范內(nèi)，送風(fēng)量大小符合消防要求，確保防煙設(shè)計的合理性。在高層建筑內(nèi)部重點區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時，需考慮到前室送風(fēng)口開啟的便捷性與可靠性。從當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及建筑朝向等參考因素出發(fā)，優(yōu)化防煙設(shè)計，使防煙設(shè)計更為經(jīng)濟、可行。

7 高層建筑的消防線路敷設(shè)設(shè)計

目前的建筑電氣施工中，還存在很多建筑應(yīng)用PVC管保護消防設(shè)備的情況，將電氣設(shè)備線路通過吊頂走線的方式進行敷設(shè)，但該方式在應(yīng)用到消防線路敷設(shè)時需要考慮高層建筑的特點。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，PVC管線經(jīng)過高溫燃燒后會產(chǎn)生毒氣及煙霧，會嚴重威脅到高層建筑內(nèi)人員的生命安全?？紤]選用絕緣電纜時，應(yīng)當(dāng)檢驗其性能。增加對礦物絕緣電纜的應(yīng)用，礦物絕緣電纜中不包含有機材料，其中的金屬遇火熔化也不會對火災(zāi)產(chǎn)生促進作用，可以在一定程度上提升安全性。在敷設(shè)礦物絕緣電纜時，需要考慮對供電時長的影響。在發(fā)生火災(zāi)時，使用防火線槽敷設(shè)方式能夠較金屬鋼管敷設(shè)方式的正常供電時長多一倍左右，能夠大幅度增加火災(zāi)救援成功概率，為高層建筑的消防安全提供一定的保障[3]。

在電纜敷設(shè)時，可以采取一定的防火封堵措施以保障線路的使用安全。第一，采用封閉措施，具體是指利用由盒底、盒蓋、密封條和卡條構(gòu)成的具有優(yōu)越的密閉性的防火槽盒對電纜進行封閉處理，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，電纜著火后會因盒內(nèi)的封閉性而缺氧自行熄滅，避免了火勢蔓延。并且，防火槽盒的外部材料具有不易起燃的性質(zhì)，即使外部著火也不會對電纜造成損害。除此以外，防火槽盒還具有諸多優(yōu)點，如隔熱、防爆、耐水浸、抗酸堿腐蝕，其應(yīng)用的材料特性使其重量較小，能夠承載較大的壓力，且整體機械強度較高，在應(yīng)用時更為安全、便捷、可靠。第二，在電纜敷設(shè)過程中任何與空氣接觸的位置均使用防火阻火材料進行封堵。防火材料可以考慮使用防火封堵噴膠、縫隙密封膠、阻火包帶等，主要封堵位置是電纜穿墻或穿過樓板時余留的縫隙和洞穴，電纜接線盒可以采用防火包或者防火墻實現(xiàn)封堵。第三，在電纜層中設(shè)置耐火隔板，也可使用槽盒、涂料、包帶布置成阻火段，實現(xiàn)防火區(qū)劃分并分隔，在起火時有效阻止火焰蔓延。第四，電纜表面涂抹防火涂料。防火涂料在遇火時會迅速發(fā)生膨脹生成一層蜂窩狀的阻火層，避免電纜受到火焰侵害。第五，在電纜外表層包裹一層防火包帶，形成一個密封層，防火包帶遇火時，迅速形成一層可阻火的碳化層，避免火勢蔓延燒毀電纜。

8 結(jié)語

綜上所述，在高層建筑中，消防供電照明與建筑內(nèi)人員的生命財產(chǎn)安全密切相關(guān)，應(yīng)在消防供電照明設(shè)計中選擇合適的電源和配電系統(tǒng)，既要從電源設(shè)計、配電方式的選擇上保證消防供電的安全可靠性，又要保證火災(zāi)發(fā)生時能夠啟動應(yīng)急電源，便于進行正常的救援工作。要做好備用照明和應(yīng)急疏散照明的設(shè)計，選擇合適的照明燈具，控制好照明設(shè)備的高度和間距，同時要注意照明燈具與可燃物的間距，以保證高層建筑的消防安全。

參考文獻：

[1]馬玉.中高層建筑消防供電照明防火設(shè)計探討[J].門窗，2019（1）：98+100.

[2]趙海華.高層建筑消防供電照明防火設(shè)計與研究[J].中國住宅設(shè)施，2018（12）：86-87.

[3]常萌.淺談高層建筑消防設(shè)備配線防火設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（12）：263.

Fire protection design and research of fire

protection and lighting for high-rise buildings

Bai Yujie

（Jiaxing Municipal Fire and Rescue Brigade，Zhejiang? Jiaxing? 314000）

Abstract：With the gradual increase of China's urbanization rate， the proportion of high-rise buildings in cities is getting higher and higher， and the number and types of electrical equipments are increasing， and the probability of fire is also substantially increased， bringing threats to the safety of electricity in high-rise buildings， which may lead to serious casualties and property losses when the disaster is serious. Therefore， fire protection power supply should be designed at the initial planning stage of high-rise buildings to avoid the occurrence of fire accidents in high-rise buildings to the maximum extent. The fire protection design of fire power supply lighting for high-rise buildings is studied in order to provide reference for the fire safety work of high-rise buildings.

Keywords：high-rise building power supply; power supply and power equipment selection; power distribution mode; fire protection design