对高层建筑消防电气设计中存在问题的分析
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摘要：对于高层建筑消防电气设计，首先要严格执行国家有关消防技术规范、标准，特别是强制性条文，又要根据消防机理及各设备在火灾时的运行情况，合理地选择设备，构成系统，以使各消防设备能准确、及时、安全地运行。
关键词：高层建筑；消防设备；设计
随着经济建设的快速发展，高层建筑蓬勃兴起。目前与高层建筑消防电气有关的设计规范主要有《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）(以下简称《高规》)、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98 (以下简称《警规》)和《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008 (以下简称《民规》)等。这些规范对高层建筑火灾自动报警系统与联动控制系统的设置与要求总体来讲是一致的，但也各有侧重，有所区别，这些规范在平时设计中应严格遵守。据此，本文结合高层建筑防火要求和电线电缆的应用，对高层民用建筑消防设备配电线路的选型、敷设、防火设计与性能要求等进行了分析探讨。
一、高层建筑的消防用电电源
1.基本原则
高层建筑的消防用电，应遵循以下五个原则：①主电源必须安全可靠，一般应采用放射式线路供电。②备用电源必须处于常年临战状态，切换时间一般不应超过30s。③消防用电线路应采用耐热绝缘导线，管线不宜集结，并应暗敷于混凝土中并作防火保护措施进行处理。④各个消防用电系统之间，以及与消防用电有关的设备，都应集中联动控制和显示。⑤对消防设备及消防用电系统，必须采取有效的自身防火保护措施，确保消防设备的安全运转。
2.负荷性质
消防用电共有五大特性:短时性、常备性、可靠性、突发性和灵敏性。因此，消防用电，在电源供给上都是一用一备。一类高层建筑，应按照一级负荷要求供电，二类高层建筑，应按照二级负荷要求供电。备用电源一般由自备发电机供给，备用电源设计负荷容量，主要依据消防用电设备各种负荷而定，因为在高层建筑发生火灾初期，防排烟系统动作，消防电梯迫降首层待命，消防水泵（消火栓泵和喷淋泵）收到启动信号（这种信号可由几种方式来提供）启动供水，防火卷帘和电动防火门也视具体情况相应动作。
3.线路敷设问题
《高规》10.2.1 条规定，“火灾自动报警系统的传输线路应采用穿金属管、经阻燃处理的硬质塑料管或封闭式线槽保护方式布线”，《高规》 10.2.2条规定，“ 消防控制、通信和警报线路采用暗敷设时，宜采用金属管或经阻燃处理的硬质塑料管保护，并应敷设在不燃烧体的结构层内，且保护层厚度不宜小于30mm。当采用明敷设时，应采用金属管或金属线槽保护，并应在金属管或金属线槽上采取防火保护措施。” 这与《民规》13.10.7条规定是相一致的，且应从两个方面进行理解，一是在发生火灾初期，向消防控制室传输火灾报警信号的线路，无论是明敷还是暗敷，均可采用穿PVC管保护，这是因为此类线路只在火灾初起阶段进行信号传输。二是用于消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等的传输线路，当明敷时，应采用金属管或金属线槽保护，并应在金属管或金属线槽上涂刷防火料，这是因为此类线路在火灾发生后一段时间内仍需正常工作，在这段时间内，这些线路应予保障安全使用。从实际情况可以看出，很多设计人员忽视了这一点。
大多消防线路采用穿阻燃PVC管保护，并从吊顶内走线，敷设在吊顶内的线路，在发生火灾时并不安全，因为吊顶内各种线路纵横交错，木质部分防火处理不到位，是火灾多发部位。设计人员应足够重视，正确理解规范条文，力争做到能暗敷的决不明敷。新建工程，一律穿金属管或阻燃PVC管保护并暗敷在现浇板内、墙内等。改造工程，由于条件限制不能暗敷时，应采用金属管或金属线槽保护，并在金属管或金属线槽上涂刷防火料。
二、消防水泵启动信号的正确传递路径
1.消火栓启泵按钮信号对消火栓泵的传递路径
消防水泵包括消火栓泵和喷淋泵，是灭火手段中的重要设施。目前室内消火栓箱设置的消火栓启泵按钮基本上都是采用直流24V供电，这与《警规》6.1.3条规定，“消防控制设备的控制电源及信号回路电压宜采用直流24V”和《民规》13.4.4条规定，“消火栓按钮控制回路应采用50V以下的安全电压”是相一致的。这除了符合国际上在电子技术和工程应用中，操作电源及信号采用直流24V的趋势外，还对火灾扑救人员的生命安全起到保障作用。因为当使用消火栓灭火时，消火栓箱处经常被水浸湿，如果此处的消火栓启泵按钮采用交流220V供电，扑救人员易发生触电事故。但如果消火栓启泵按钮采用直流24V供电，消火栓启泵按钮按下后要直接启动消火栓泵，则需使24V的动作信号带动消火栓泵控制柜中220V的开关触点动作，使消火栓泵开始运行供水灭火，这就需要在消火栓泵控制柜中设置专用的24V中间继电器和专用24V直流整流电路来达到此目的。
但笔者在对一些高层建筑消防设计审核中，发现有些设计人员并没有采取上述措施，而是简单地把所有消火栓箱内的消火栓启泵按钮信号线全部接入消防控制室内的联动控制器上(消火栓启泵按钮所用的直流24V电源设计成与火灾自动报警系统合用)，再由联动控制器引一对线至消火栓泵控制柜上，通过联动控制器来启动消火栓泵。这种启动方式表面上看是直接启动，其实是一种间接启动方式。因为消火栓启泵按钮信号是先经过联动控制器，再转入消火栓泵控制柜的。联动控制器上消火栓泵控制开关如果设在“自动”位置，则自动将启泵信号转至消火栓泵控制柜上，控制开关如果设在“手动”位置，则启泵信号将截止在联动控制器上，此时如要启动消火栓泵，还需在消防控制室按下联动控制器上的消火栓启泵按钮。这种设计显然与《高规》7.4.6.7条规定的“临时高压给水系统的每个消火栓处应设直接启动消防水泵的按钮”不相符，而且此种设计方式在联动控制器出现故障时，会导致消火栓泵无法启动，从而造成室内消火栓给水系统的瘫痪。
2.自动喷水灭火系统压力开关信号对喷淋泵的传递路径
《自动喷水灭火系统施工及验收规范》GB50261-2005中8.0.12条规定：“系统进行模拟灭火功能试验时，压力开关应动作，应启动消防水泵及与其联动的相关设备，并应有反馈信号显示”。因此，压力开关在火灾发生时，应具有启动喷淋泵灭火并同时将信号传至消防控制室两种功能。
在实际应用中，一些设计人员却把压力开关设计成间接启动喷淋泵的模式，将压力开关的信号线全部接至消防控制室的联动控制器上(压力开关所用的直流24V电源设计成与火灾报警系统合用)，再由联动控制器引一对线至喷淋泵控制柜上。当压力开关动作信号传至消防控制室时，联动控制器上喷淋泵控制开关如果设在“自动”位，则自动将启动信号转至喷淋泵控制柜，控制开关如果设在“手动”位，则压力开关电信号将截止在联动控制器上。此时如要启动喷淋泵，则需消防控制室的值班人员按下联动控制器上的喷淋泵启动按钮。这种接线方式使得压力开关实际上处于一种间接启动喷淋泵的运行形式，与规范规定的不相符。正确的做法是在喷淋泵控制柜中设置专用的24V中间继电器和24V直流整流电路，供压力开关直接启动喷淋泵用，并同时将启动信号传至消防控制室。
3. 导致消防水泵启动信号传递路径错误的原因及解决方法
导致设计人员将室内消火栓启泵按钮和压力开关启泵信号经消防控制室中转的主要原因是：在未发生火灾时，如果消防水泵被误启动，将使整个管网在密闭状态下加压，可能因压力过大导致管网发生漏水，甚至爆裂。如果消防水泵启动信号经消防控制中心中转，经值班人员确认后，可以消除误动作，防止发生上述情况。
笔者认为，根据《高规》7.5.6条规定：“高层建筑消防给水系统应采取防超压措施。” 因此，在系统中采取相应的减压和泄压设施，如减压阀、安全泄压阀、多功能控制阀等，防止管网超压。并且在消火栓泵（喷淋泵）控制柜中设置专用的24V中间继电器和24V直流整流电路，供压力开关直接启动喷淋泵用，并同时将启动信号传至消防控制室。而不是简单地把火灾状态下的消防水泵启动信号由直接传递改为间接传递。
三、消火栓启泵按钮位置的显示功能
《警规》6.3.2.3条规定，“消防控制设备对室内消火栓系统应有显示启泵按钮位置的功能”。当发生火灾时，灭火人员按下消火栓启泵按钮后，除了消火栓泵应及时启动供水外，还应在消防控制室的控制设备上显示出灭火人员所按启泵按钮的楼层部位，便于消防控制室的值班人员掌握情况，及时调动人员增援。但有些设计人员在设计时却没有考虑此功能，而是简单地从启泵按钮处引线至消防控制室，在控制室的设备上只反映按钮被按下的信号，无按钮的地址区域显示，因此，应在每个消火栓启泵按钮处增设信号模块，并从模块处引线至火灾报警控制器。
四、消防控制室反应消防水泵的工作和故障状态
根据《警规》的要求，消防水泵启动后要返回已工作的信号，有两种做法。一是取电路信号即接触器的合闸辅助接点，二是取物理量信号即取供水管网上的水流压力传感器，后者目前使用较少。关于故障信号的返回，电源断电故障信号的反应比较清楚，物理量信号故障的反应在《警规》和《民规》中都没有明确说明。比如消防水泵虽已启动，但不能保证消防给水管网的压力时，也应该将物理量信号反应到消防控制室，是在设计中应予以考虑的一个问题。
五、消防水泵电机启动方式的选择
高层建筑所用每台消防水泵电机功率大多为数十千瓦乃至上百千瓦，且多为鼠笼式三相异步电机。此类电机虽然价格较低，但存在着全压启动、电流大等缺点，因此，在进行消防水泵电气运行设计时应充分考虑到此缺点带来的负面影响。高层建筑消防水泵电机应尽量避免采用全压启动，宜采用降压启动或变频启动。因为如果采用全压启动，启动电流是额定电流的4―7倍，可能由于启动电流过大，而造成大楼总配电室的继电保护装置跳闸断电，如果这种情况发生在火灾状态下，后果将不堪设想。另外，即使在系统调试或工程消防验收时，采用全压启动方式启动了消防水泵，也不能完全保证发生火灾时就能全压启动消防水泵。因为系统调试和工程消防验收并不是在大楼用电负荷达到最高峰时，而是在其未投入使用阶段，但火灾却有可能发生在大楼用电负荷达到最高峰时。如果整个大楼配电设计负荷容量剩余量过小，一旦全压启动消防水泵，就将出现大楼总配电室的继电保护装置跳闸断电而影响一系列消防联动系统动作。
六、结束语
以上简单谈了一下高层建筑消防电气设计中经常出现的问题，在对高层建筑进行消防电气设计时，应该严格按照国家有关设计规范进行设计，正确理解规范条文的含义，在设计理念上要体现出安全、经济和合理，切实保障高层建筑消防用电安全可靠。
陈效东 云南省普洱市公安消防支队
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