一類高層住宅消防配電設計探討

巨兆芳，陳 振

（1.甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.中國鐵路濟南局集團有限公司濟南西機務段，山東 濟南 250000）

隨著我國科學技術的不斷發展創新與建筑行業的迅猛發展，高層住宅建筑成為現代城市越來越多的選擇，但是隨著建筑層數的增加，高層住宅的電氣系統也變得龐大而復雜，這給設計部門和施工單位帶來了新的挑戰。高層建筑按照建筑高度、使用功能不同劃分為一類高層建筑和二類高層建筑。一類高層住宅建筑指建筑高度大于54 m 的住宅建筑[1]，一類高層住宅建筑人口密度大，人員復雜，用電設備多，一旦發生火災，疏散難度高，救援難度大，因此在對高層住宅消防電氣進行設計時必須根據具體項目深入分析，結合實際情況科學研判，嚴格把控設計質量，保證消防配電設計的規范可靠性。

案例選取蘭州開發新區某一類高層住宅項目進行分析。以某一個地塊為例，共計6 棟樓，建筑高度90 m，層數31 層。地下2 層。標準層戶數有116 戶。

1 消防配電設計原則

1.1 可靠原則

可靠是高層住宅消防配電設計的首要原則。只有有可靠工作的消防系統，才能在發生火災時，保障住戶的生命安全和財產安全?？煽啃愿叩南老到y應盡量避免在設計中存在不良隱患。

1.2 方便原則

高層住宅人口密度大，人員復雜，大部分家庭都有老人和小孩，因此高層建筑消防系統在設計時基于可靠性原則要便于用戶使用，操作簡單，方便不同人群，還有防止小孩誤觸。消防電氣設計應留有冗余設計，便于后期變更調整。

2 消防配電設計要點

2.1 消防配電方式的選擇

消防配電設計的首要任務是確定配電方式。為了提高高層建筑消防配電設計質量，應合理選擇消防配電的方式。目前工程應用中最常用的設計方式有放射式、樹干式、鏈式和混合式，如圖1 所示。放射式的消防配電設計方式安全性高，每條配電線路獨立互不干擾，但是回路較多時，配線成本增加，經濟性較差。樹干式的消防配電設計是目前采用最多的消防配電設計方式，具有經濟實用、配電靈活的優點。樹干式也有不足之處，其線路之間獨立性不及放射式。如果系統僅采用樹干式的消防配電方式，當消防干線出現故障時，將會造成線路末端支線失電，導致消防用電設備停機或無法正常啟動。鏈式消防配電方式只能用于距離較近且容量較小的系統中，可靠性較差，鏈中任意點出現故障，全鏈所有設備都無法正常供電，所以在消防系統中極少使用。如果采用單一的配電方式不能滿足要求，可以采用兩種配電方式，稱為混合配電方式，這種配電方式結合兩者的優點往往能達到良好的應用效果。我國一類高層住宅常采用的配電方式是樹干式與放射式結合的混合配電方式。對于容量小且需靈活供電的設備采用樹干式供電，可以減少開關設備、增加系統的靈活性，降低投資和運行費用。例如應急照明供電系統可采用樹干式配電設計。對于供電可靠性要求高的線路，如消防控制室、消防水泵等用電量大或者消防用電設備集中的地方，采用放射式供電，如果某一線路發生故障，其他線路不會受到影響。

圖1 常見的幾種配電方式示意圖

2.2 消防電源的設計要求

消防電源要具有足夠的供電能力，能夠為消防控制室、消防電梯、消防水泵、防排煙設備以及消防照明供電。當發生電氣火災，必須切斷居民生活用電電源，防止事故進一步擴大。因此消防電源必須專線專供，且供電線路上不允許介入其他非消防負荷。消防設備的供電電源的設計要以高層建筑的負荷等級為依據，并結合當地電網分布情況，制定合適的高層住宅小區的供電方式。依據規程規定：一類高層住宅的消防系統應按一級負荷供電，對于一類高層住宅中的消防系統，必須選用兩個相互獨立且互為備用的電源供電，且這兩個電源應取自不同的市網[2]。

當無法實現兩回路供電時，必須采用獨立于生活用電配電系統的應急電源供電。常用的應急電源有蓄電池、柴油發電機和獨立于生活用電的其他配電線路。考慮到經濟成本，選擇柴油發電機作為高層住宅的應急備用電源已經成為主流。需要注意的是，備用消防電源也要具有足夠的供電能力，例如柴油發電機的儲油量應該滿足火災時連續供電的需求，消防電源主接線設計如圖2 所示。

圖2 消防配電電源主接線示意圖

依據規程要求，應急電源配電線路的最末一級配電箱內應設置自動切換裝置，切換時間應嚴格根據國家標準設置，在出現火災后，應能保證在30 s 內供電[3]，確保高層住宅消防設施能正常運行。

2.3 消防配電線路材料選擇

消防配電線路應滿足發生火災時的現場要求，且導線規格型號都應符合規范規定。線芯應采用銅芯導線。銅的熔點高，火災時不會融化，載流量大，消防設備集中啟動時，亦能可靠供電，且消防線路不工作時也不易氧化和腐蝕，利于消防線路日常維護。消防線路具有較大負荷電流和使用現場環境溫度較高的特點，在選擇消防電纜截面時，需要考慮短路熱穩定、電壓損失、允許溫升和經濟電流密度，宜先按允許溫升選擇截面，然后校驗其他條件[4]。對于變頻調速設備、計算機及直流電源設備，要考慮諧波電流對電纜截面選擇的影響。消防配電線路應采用礦物絕緣類不燃性電纜。礦物絕緣電纜不含有機材料，所以具有不燃、無煙、無毒和耐火的特性。礦物絕緣層的熔點較高，在1 000℃以上，可以耐受住火災現場的高溫。消防配電系統的線路應敷設在金屬管或金屬線槽中，與其他配電線路分開敷設，防護生活用電線路對消防專線產生影響，確保消防配電線路安全。

2.4 配電線路保護

配電線路要裝設過負荷保護。一是要確保消防配電線路的安全性，二是要保證消防負荷不得超過配電線路的最大功率，否則極有可能使得消防配電系統出現故障，無法正常工作而引起更大的經濟損失。過負荷掉電會造成嚴重影響的配電線路，其過負荷保護動作時不能直接切斷線路。為了確保消防配電設備能在發生火災的時候可以穩定地不間斷運行，消防配電線路過負荷時不應觸發停機，因此線路不能安裝具有跳閘作用的過負荷保護裝置。消防設備的過負荷保護只能發出報警信號，應裝設過負荷報警電器[5-6]。

2.5 消防配電設計注意事項

結合對現有一類高層住宅的消防電氣設計調研，目前的消防配電設計存在以下幾方面的不足。

（1）消防供電母線問題：部分建筑企業為了降低成本，獲取更大的利潤，消防供電母線未分斷，當對母線故障檢修時，主電源與備用電源都將失電，備用電源根本沒法發揮作用，影響消防系統的運行，反而降低了供配電系統運行的可靠性。

（2）消防配電設計人員應具有前瞻性：應考慮遠期消防需求，在設計時預留一定的設計裕度，增設空閑分支回路，以便將來消防系統的功能調整和擴充容量。

（3）住宅電氣線路使用鋁線的隱患問題：鋁制導線表面易氧化，并形成氧化膜覆蓋于導線外部；氧化后的鋁制導線電阻升高，相應的熱量也明顯增加，若散熱不良必然會誘發火災；鋁制導線氧化后產生的高電阻會干擾過載保護器的正常工作，導致電氣線路內部出現短路后無法及時斷開電路，增加了電氣線路的起火風險。

（4）消防用電配電箱應具有標識或能明顯區分，便于建筑投入使用后消防配電的檢查和使用，能提高建筑使用的安全等級。

3 消防應急照明設計要點

火災發生后生活照明供電線路不能正常供電，尤其是夜間停電，會給人帶來心理恐慌，引起騷亂、擁擠或踩踏，會給疏散工作帶來一定難度。因此，在正常生活照明用電停電后必須及時啟動消防應急照明。依據規程規定：一類高層住宅應選擇集中控制型消防應急照明和疏散指示系統[7]。

3.1 照明燈具選擇

工程中設置有消防控制室時，選擇A 型燈具。消防應急照明燈具的安全閾值電壓為DC36 V?？紤]到成人伸臂誤觸燈具可能會帶來危險，燈具安裝高度不得低于2.5 m。

3.2 照明燈具位置設計

疏散照度不小于5 lx，為了滿足規程的最低要求，設計人員應設計足夠數目的燈具，且燈具的布局要合理，部分標志性的燈具，如安全出口、疏散指示燈等燈具數量和間隔要滿足實際需求，可以為人員進行疏散方向、路徑的辨識提供方便，幫助人員第一時間找到安全出口、樓層通道等位置。合理的燈具布置使得應急照明設計更人性化、更安全。

3.3 應急照明配電回路

應急照明配電回路由主電源或USP 電源供電，可以在配電箱與消控中心兩個區域進行集中控制。為提高應急照明配電回路的可靠性，宜采用放射式配電方式，消防應急照明系統備用電源連續供電時間不應少于30 min。

3.4 消防照明設計時的注意事項

選用不同型號的燈具，配光曲線不同，燈具效率也不同，由于環境的反射率有差異，相同照度要求的場所需要裝設燈具的數量、安裝的間距也會不同。

建筑企業過于考慮經濟因素，選用的應急燈具亮度不夠會引起疏散傷亡。電氣設計人員應堅守職業底線，嚴格按照規范進行科學嚴謹的設計，通過全面的對比分析，優化消防配電設計，努力消除消防系統隱患，將火災損失降到最低，保障住戶的人身和財產安全。

4 智能火災自動報警系統

智能火災自動報警系統由火災探測器、火災控制器和消防聯動設備組成[8]，能夠自動探測著火點，并發出聲光報警信號，及時有效地發現火災隱患，利用消防聯動系統，控制火情，消除隱患。智能火災自動報警系統配置于高層住宅建筑中，為住戶及時疏散，降低火災損失多提供了一重保障。規程明確規定，一類高層住宅的公共部位應設置自動報警設置系統和消防聯動設備。

4.1 火災探測器的設計

火災探測器就像攝像頭一樣被安裝在高層住宅房屋室內以及公共區域。它能夠監測到一定區域內的異常高溫現象或者溫度突然升高的情況，對于燃燒所發生的煙霧探測是最為靈敏的?；馂奶綔y器將環境中的煙、溫、火等信號轉變為連續模擬量形式，通過控制信號線與消防控制室計算機連接，把火災探測情況隨時傳回計算機，由計算機控制火災探測器的工作情況，能夠隨時掌握火災探測器的動態。

電氣設計人員在進行火災報警系統設計時應依據高層建筑中不同區域，不同的火災現象，正確地選擇火災報警探測器。結合建筑物內部空間結構，準確計算火災探測器的數量，確?；馂淖詣訄缶b置的可行性，科學合理地設置火災探測器的安裝位置，避免安裝過高、監控死區等問題的出現。

4.2 火災報警控制器設計

作為火災自動報警系統的大腦神經中樞，火災報警控制器能夠將火災探測器傳輸的信號進行分析處理，經判斷后以指令的形式發送給執行系統。

為了提高智能火災自動報警系統的準確度，能夠準確地判斷火災信息，降低漏報錯報的概率，要求火災報警控制器具有較強的抗干擾能力和自適應能力，在各種環境中都能穩定工作，可靠地發揮作用?；馂膱缶刂破魍ㄟ^對比正常情況下環境的溫度、濕度和灰塵等變化情況進行自動補償矯正，再由專家系統進行智能判斷，這樣一來，不但縮短了火災報警時間，還提高了報警系統的準確性、可靠性和智能化程度。

4.3 消防聯動設備設計

在火災自動報警裝置中，消防聯動控制設備是滅火的終端執行元件。消防聯動控制系統應能接收和識別火災控制器的各種指令信息，并精準控制消防聯動設備撲滅火源。當火災發生后，可能存在火災探測器沒有將實際情況傳到消防控制室，或者火災報警控制器誤判，以及消防聯動設備無法自動啟動的極端情況問題，為了不延誤滅火，必須在各樓層公共區域設置手動開關，確保能從多個區域開啟消防設備。

5 結束語

綜上所述，科學合理的消防電氣設計可以預防火災事故擴大，消除消防系統隱患，將火災損失降到最低，保障住戶的人身和財產安全。然而，根據多年來一類高層住宅小區的火災事故經驗可知，部分事故中就存在由設計問題造成消防系統的保障作用未能充分發揮的情況，進而造成了更大的損失，例如線路導線不合格、電源切換方式設計錯誤、電源容量不能滿足應急要求、電源切換點設計不合理等。本文的研究僅對一類高層住宅小區建筑物消防電氣設計的部分要點進行了簡單的分析研究，希望通過本文的探討，能為其他電氣設計工作者進行設計時提供思路或參考。