基于消防安全的高層建筑電氣火災自動報警系統設計研究

摘要：本文探討了高層建筑電氣火災自動報警系統的設計方案，分析了高層建筑電氣火災的特點和風險因素，提出了系統總體架構設計，闡述了火災探測器選型與布置、控制器設計、報警設備配置等關鍵環節。同時，論述了系統與建筑消防系統、樓宇自動化系統的集成以及聯動控制策略，介紹了系統測試、調試和日常維護管理方法，以期為高層建筑電氣火災防控提供了全面的技術支持。

關鍵詞：高層建筑；電氣火災；自動報警系統

引言

隨著城市化進程的深入推進，高層建筑在現代城市中發揮著越來越重要的作用。這些建筑解決了土地資源緊缺問題，成為城市經濟實力和技術水平的象征。然而，隨著高層建筑數量的激增，電氣火災風險也呈現上升趨勢，對建筑安全和人員生命財產構成重大威脅[1]。電氣火災具有隱蔽性和蔓延迅速的特點，在高層建筑中尤為危險。傳統消防措施在應對高層建筑復雜結構和特殊環境時效果低下，因此開發一套高效、可靠的電氣火災自動報警系統成為當務之急。這類系統能夠及時識別火災隱患，迅速啟動應急響應，在減少火災損失、保障人員安全方面發揮著關鍵作用。本研究聚焦于高層建筑電氣火災自動報警系統的設計與實施。通過深入剖析高層建筑電氣火災的特點，提出了一套系統的設計方案，旨在為高層建筑電氣火災防控提供全面的技術支持和實施指導。

一、高層建筑電氣火災特點及風險

（一）高層建筑電氣火災的特點

高層建筑電氣火災呈現出顯著的特征，這些特征源于建筑結構的復雜性和電氣系統的高度集中。第一，火災蔓延速度快，垂直蔓延尤為顯著。煙囪效應使火勢和有毒氣體能迅速通過電梯井、管道井等垂直通道向上擴散，導致火災在短時間內波及多個樓層。第二，疏散難度大。高層建筑疏散通道長，人員密集，加之煙霧和熱氣上升，給疏散工作帶來了巨大挑戰。第三，救援難度高。消防車輛難以到達高處，水壓不足等問題制約了外部救援效果。電氣火災往往隱蔽性強，初期不易被發現，一旦發生，燃燒劇烈，產生了大量有毒氣體。由于高層建筑電氣設備密集，線路復雜，相互影響大，一旦發生火災，容易引發連鎖反應，影響整棟建筑的供電系統和消防設施的正常運轉。

（二）高層建筑電氣火災的風險因素

高層建筑電氣火災的風險因素包括以下幾個方面。第一，電氣設備和線路老化是主要隱患[2]。長期使用容易導致絕緣性能下降，易引發短路、漏電等問題。電氣負荷過大也是重要風險因素。高層建筑用電設備多，負荷集中，易造成線路過熱。第二，電氣安裝和維護不當增加了火災風險。非專業人員的操作容易導致接線不規范、保護措施不到位。第三，建筑材料的可燃性也是重要考慮因素。部分裝修材料、電纜外皮等具有可燃性，一旦著火，易加速火勢蔓延。人為因素不容忽視，如使用者的不當操作、違規用電等。

二、高層建筑電氣火災自動報警系統設計方案

（一）系統總體架構設計

高層建筑電氣火災自動報警系統的總體架構設計應基于全面性、可靠性和快速響應的原則，旨在構建一個高效、智能的火災預警和控制網絡。系統主要由火災探測器、控制器、報警設備和聯動設備四大部分組成，形成一個閉環的信息采集、處理和響應體系，如圖1所示。

火災探測器作為系統的前端感知單元，布置在建筑物的各個關鍵區域，實時監測環境參數變化。控制器作為系統的中樞，負責接收和處理探測器信號，執行邏輯判斷，并發出相應的控制指令。報警設備包括聲光警報器、顯示屏等，可以及時傳遞火警信息。聯動設備與其他消防系統協同工作，如自動滅火系統、防排煙系統等，形成一體化的消防防護網絡。

（二）火災探測器選型與布置

火災探測器的選型和布置是高層建筑電氣火災自動報警系統設計的關鍵環節。根據高層建筑的特點和電氣火災的特性，主要采用以下幾類探測器。感煙探測器：適用于電氣設備室、配電間等易產生煙霧的區域。選擇光電式感煙探測器，具有靈敏度高、反應速度快的特點。感溫探測器：適用于廚房、鍋爐房等溫度變化較大的區域。選用差定溫式感溫探測器，能夠有效避免誤報。復合式探測器：結合感煙和感溫功能，適用于大空間或多功能區域，如辦公大廳、會議室等。電氣火災監控探測器：專門用于監測電氣線路的溫度、電流等參數，及時發現電氣故障隱患。探測器的布置遵循全面覆蓋、重點保護的原則，在關鍵區域如配電室、電梯機房等，適當增加探測器密度?？紤]建筑結構特點，在垂直管井、吊頂空間等隱蔽處合理安裝探測器。

（三）控制器設計與功能實現

控制器作為高層建筑電氣火災自動報警系統的核心，直接影響整個系統的性能?？刂破鞯闹饕δ馨ㄐ盘柦邮?、數據處理、邏輯判斷、指令發送和系統監控等。在硬件設計方面，采用模塊化結構，包括主控制單元、信號采集單元、通信接口單元和電源管理單元等。主控制單元采用高性能微處理器，確保快速響應和復雜邏輯處理能力。信號采集單元具備多通道并行處理能力，支持不同類型探測器的信號接入。通信接口單元支持多種通信協議，實現與其他子系統的無縫對接。軟件功能方面，控制器實現了智能化的火警判斷算法，能夠有效區分真實火警和干擾信號，減少誤報率。系統具備自學習功能，能夠根據建筑環境特性自動調整報警閾值?？刂破鬟€集成了聯動控制邏輯，能夠根據火警位置和類型，自動觸發相應的消防設備?？刂破魈峁┯押玫娜藱C交互界面，支持系統狀態實時監控、歷史數據查詢和遠程操作等功能。

（四）報警設備設計與布置

報警設備是高層建筑電氣火災自動報警系統的重要組成部分，直接關系火警信息的及時傳遞和有效疏散。報警設備主要包括聲光警報器、火警顯示盤、手動報警按鈕等。聲光警報器采用高分貝、高亮度的設計，確保在嘈雜環境中也能引起人們注意。在高層建筑中，每層至少設置兩個聲光警報器，并在電梯廳、消防通道等關鍵區域增設。將火警顯示盤安裝在建筑物的主要出入口和消防控制室，實時顯示火警位置和疏散路線。把手動報警按鈕布置在每層的明顯位置，如樓梯口、走廊拐角等，間距不超過30米。為提高識別度，采用醒目的紅色設計，并配有防誤觸保護罩。在高層建筑的特殊區域，如電氣設備室、配電間等，增設專用的電氣火災報警按鈕。系統集成了智能廣播系統，能夠根據火警位置自動播放疏散指令。在電梯廳和重要公共區域，安裝大屏幕顯示器，用于顯示火警信息和疏散指引。所有報警設備均采用備用電源供電，確保在主電源故障時仍能正常工作。在布置報警設備時，充分考慮高層建筑的結構特點和人員分布，形成全面覆蓋、快速響應的報警網絡。

三、系統集成與聯動控制

（一）與建筑消防系統的集成

電氣火災自動報警系統與建筑消防系統的集成是實現全面火災防控的關鍵，主要通過數據共享和功能協同來實現。在數據層面，電氣火災報警系統將實時監測數據傳輸至消防控制中心。在功能層面上，聯動控制系統與消防水泵、防火卷簾、防排煙設備等。例如，當電氣火災報警系統檢測到火情時，可自動啟動相應區域的噴淋系統。這種聯動效率可用以下公式計算：

η=Td-TrTd×100%

其中，η為聯動效率，Td為火災發展時間，Tr為系統響應時間。通過這種集成，可以提高火災防控的整體效率，優化了資源調配，為高層建筑提供了更為全面的消防保障。

（二）與樓宇自動化系統集成

電氣火災自動報警系統與樓宇自動化系統（BAS）的集成，代表了現代高層建筑智能化管理的重要趨勢。這種集成主要體現在三個方面，即信息共享、功能協同和管理優化。在信息共享層面，電氣火災報警系統實時將火災風險數據傳輸至BAS，充實樓宇整體狀況的監控。BAS可提供環境參數、設備運行狀態等信息，輔助火災報警系統進行更精準的判斷。在功能協同方面，當檢測到火情時，系統可通過BAS控制空調系統切換至防煙模式，調整電梯運行策略，確?；馂那闆r下的有效疏散。在管理優化層面，集成后的系統支持統一的管理平臺，簡化了日常維護和應急響應流程。通過數據分析，系統還能預測潛在的電氣火災風險，提前采取預防措施。這種深度集成提高了火災防控效率，優化了樓宇整體的安全管理水平。

（三）聯動控制策略設計

聯動控制策略是電氣火災自動報警系統發揮最大效能的關鍵。設計原則包括快速響應、精準控制和分級處理，策略主要涵蓋以下幾個方面?；馂拇_認與報警：采用多重驗證機制，如兩個探測器交叉確認，減少誤報。確認火警后，系統立即啟動聲光報警，并通過樓宇廣播系統發布疏散指令。消防設備聯動：根據火災位置和類型，自動啟動相應區域的滅火設備，如噴淋系統、氣體滅火裝置等?？刂品阑鹁砗熛陆?，隔離火勢蔓延。通風系統控制：切斷火災區域的空調送風，啟動防排煙系統，創造有利于疏散和滅火的環境。電力系統管理：切斷火災區域非消防電源，減少電氣火災擴大風險。同時，確保消防設備的供電可靠性。電梯控制：將電梯召回至安全樓層，并切換為消防員專用模式。這種多維度、協同性的聯動控制策略，能夠最大限度地控制火勢發展，保障人員安全疏散，為消防救援贏得寶貴時間。

四、系統測試與調試

（一）系統功能測試

系統功能測試是確保高層建筑電氣火災自動報警系統正常運行的關鍵步驟。測試內容涵蓋所有系統組件，包括探測器、控制器、報警設備和聯動裝置。對每個探測器進行模擬火災測試，驗證其靈敏度和反應時間是否符合設計要求。測試控制器的信號處理能力和邏輯判斷準確性，確保能正確識別不同類型的火警信號。全面檢查報警設備，測試聲光警報器的音量和亮度，確認顯示屏信息清晰可讀。進行聯動控制測試，驗證系統能否按預設方案準確執行各項聯動指令。通過全面的功能測試，可以及時發現并解決系統中存在的問題，確保系統在實際應用中能夠穩定運行。

（二）系統可靠性測試

系統可靠性測試旨在評估高層建筑電氣火災自動報警系統在各種復雜環境下的穩定性和持久性。測試方案包括長時間連續運行測試、極端環境模擬測試和故障模擬測試。長時間運行測試可驗證系統在持續工作狀態下的穩定性，通常持續數天或數周。極端環境測試模擬高溫、高濕、電磁干擾等惡劣條件，檢驗系統的抗干擾能力。故障模擬測試通過人為制造各種故障情況，如電源中斷、通信中斷等，評估系統的容錯能力和備用機制的有效性。需進行負載測試，模擬大規?；鹁闆r下系統的處理能力。通過進行全面的可靠性測試，可以充分暴露系統的潛在弱點，為后續優化提供依據，最終提高系統整體的可靠性。

（三）系統調試與優化

系統調試與優化是高層建筑電氣火災自動報警系統投入使用前的最后階段，旨在提升系統性能和用戶體驗。在調試過程中，技術人員需要仔細分析功能測試和可靠性測試的結果，識別系統中的不足之處。針對發現的問題，采取相應的優化措施，如調整探測器靈敏度、優化控制邏輯、改進人機交互界面等。特別注意系統與其他建筑設備的兼容性，確保聯動控制的精準性。還需要根據建筑的具體情況，如人員流動、設備布局等，對系統參數進行微調。在優化過程中，應充分考慮系統的可擴展性，為未來的升級留下余地。通過進行系統調試與優化，提高系統的整體性能，確保其適應特定建筑環境，為高層建筑提供更可靠的電氣火災防護。

五、系統維護與管理

（一）日常維護計劃

高層建筑電氣火災自動報警系統的日常維護是確保系統長期穩定運行的關鍵，維護計劃包括定期巡檢、清潔保養和功能測試。每周進行一次全面巡視，檢查各設備的外觀和工作狀態。每月對探測器、控制面板等設備進行清潔，防止灰塵積累影響靈敏度。每季度進行一次系統功能測試，包括報警觸發、聲光警報和聯動控制等。維護人員需詳細記錄每次維護情況，建立完整的維護檔案。

（二）定期檢測方案

定期檢測是系統維護的重要組成部分，旨在全面評估系統性能。檢測方案包括半年度和年度兩個層次。半年度檢測重點關注系統的基本功能和性能參數，如探測器靈敏度、控制器響應時間等。年度檢測則更為全面，除了功能檢測外，還包括系統負載測試、通信穩定性測試等。檢測過程中使用專業設備，如煙霧發生器、溫度模擬器等，模擬各種火災情景。詳細記錄檢測結果，并對比歷史數據，分析系統性能變化趨勢。對于發現的問題，及時制定整改計劃并跟進實施，確保系統始終保持最佳狀態。

結語

高層建筑電氣火災自動報警系統的設計與實施是一項復雜而關鍵的工程。通過全面的系統架構設計、精準的探測器配置、智能的控制策略和嚴格的測試調試，可以構建一個高效可靠的火災防控網絡，持續地維護管理確保系統長期穩定運行。隨著技術的進步，未來系統將更加智能化、集成化，為高層建筑安全提供更全面的保障。

參考文獻

[1]田純.基于LoRa的智能建筑電氣火災自動報警系統設計[J].自動化技術與應用，2022，41（11）：65-68.

[2]賈秋璇，董憲偉.高層建筑綜合體火災自動報警系統設計研究[J].江西建材，2021（09）：124-125.

作者簡介：周曉雅（1996— ），女，漢族，湖南衡陽人，本科，助理工程師，研究方向：建筑電氣。