250m以上超高層建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)形式介紹

工程概況

　　本工程為浙江省湖州市某CBD項(xiàng)目，總建筑面積約180萬m2，分為東區(qū)、西區(qū)、次地標(biāo)和主地塊。其中主地塊包含主塔樓（250 m以上超高層建筑）、商業(yè)群房及3層地下室，總建筑面積39萬m2。主塔樓共72層，建筑高度為318 m，建筑面積約14.5萬m2，主要功能為辦公、公寓和酒店。主塔樓共設(shè)置6個(gè)避難層和4個(gè)設(shè)備層，用于避難區(qū)及設(shè)備機(jī)房的設(shè)置。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警形式設(shè)計(jì)

　　從工程規(guī)模及業(yè)態(tài)劃分考慮，本工程火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)形式。在主塔樓首層設(shè)置1號(hào)主消防控制室，負(fù)責(zé)主塔樓辦公、公寓及地下車庫等區(qū)域的消防系統(tǒng)管理，并實(shí)時(shí)監(jiān)控分消防控制室的狀態(tài)；在主塔樓首層另設(shè)置2號(hào)酒店分消防控制室負(fù)責(zé)酒店區(qū)域的消防系統(tǒng)管理；在地下1層下沉廣場附近設(shè)置3號(hào)商業(yè)分消防控制室，負(fù)責(zé)地塊裙房和商業(yè)區(qū)域的消防系統(tǒng)管理。

　　《民標(biāo)》第13.3.3條第1款：高度超過100 m的高層公共建筑，裙房以上部分宜采用集中報(bào)警系統(tǒng)和區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)組成的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；第13.3.1條第4款：“集中報(bào)警系統(tǒng)和控制中心報(bào)警系統(tǒng)中的區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器在滿足下列條件時(shí)，可設(shè)置在值班室或無人值班的場所：1）本區(qū)域的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器（聯(lián)動(dòng)型）在火災(zāi)時(shí)不需要人工介入，且所有信息已傳至消防控制室；2）區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器的所有信息在集中火災(zāi)報(bào)警控制器上均有顯示?！?/p>

　　綜合考慮主塔樓的規(guī)模，同時(shí)為分擔(dān)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，主塔樓采用集中報(bào)警系統(tǒng)與區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)相結(jié)合的方式；考慮到后期管理成本，區(qū)域報(bào)警主機(jī)設(shè)置在無人值班場所。本工程在主塔樓各避難層的弱電機(jī)房內(nèi)設(shè)置區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器，負(fù)責(zé)各樓層段的火災(zāi)報(bào)警顯示及報(bào)警聯(lián)動(dòng)（不具備手動(dòng)控制功能），且所有信息均傳輸至1號(hào)主消防控制室，酒店范圍的區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)信息需同時(shí)傳輸至2號(hào)酒店分消防控制室。當(dāng)避難層間區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)警報(bào)時(shí)，消防控制室值班人員可通過電梯快速抵達(dá)現(xiàn)場，進(jìn)行火災(zāi)確認(rèn)或處理。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

環(huán)形總線設(shè)計(jì)

　　《民標(biāo)》第13.3.3條第1款：高度超過100 m的高層公共建筑，集中報(bào)警控制器與區(qū)域報(bào)警控制器之間宜采用環(huán)形接線。同時(shí)《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十三條：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的消防聯(lián)動(dòng)控制總線應(yīng)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。兩個(gè)文件分別對(duì)控制器之間的總線和消防聯(lián)動(dòng)控制總線提出了環(huán)形接線的要求，且后者更為嚴(yán)格。可以看出，兩者均要求系統(tǒng)設(shè)置冗余傳輸線路，當(dāng)一條線路發(fā)生故障時(shí)，另一條線路還可以正常傳輸信號(hào)，以此保障系統(tǒng)安全。

　　目前，國內(nèi)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警總線的分類暫無明確規(guī)定，常用標(biāo)準(zhǔn)為美國國家消防協(xié)會(huì)（NFPA）編制的火災(zāi)報(bào)警規(guī)范NFPA72《National Fire Alarm and Signaling Code》。該規(guī)范將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)總線分為6類，其中Class A總線連接方式要求總線具有冗余路徑，且總線斷路或總線異常，影響總線通訊功能時(shí)，能夠產(chǎn)生一個(gè)總線故障信號(hào)。相比于《加強(qiáng)性技術(shù)要求》，Class A總線接線標(biāo)準(zhǔn)把報(bào)警總線也納入到環(huán)形接線中，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性。對(duì)于環(huán)形總線接線形式，14X505-1《〈火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范〉圖示》中也給出了相關(guān)的參考示意圖。

　　考慮報(bào)警系統(tǒng)可靠性、后期施工便利性和成本因素，本工程參照Class A總線接線標(biāo)準(zhǔn)，采用報(bào)警點(diǎn)位和聯(lián)動(dòng)點(diǎn)位共用回路的環(huán)形接線方式。將辦公、公寓層的區(qū)域報(bào)警控制器環(huán)形接至1號(hào)主消防控制室，將酒店層的區(qū)域報(bào)警控制器環(huán)形接至2號(hào)酒店分消防控制室，主控室和分控室之間的通信亦采用環(huán)形接線。整個(gè)工程火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　末端環(huán)形總線設(shè)計(jì)時(shí)，由于超高層建筑單層面積較大，消防報(bào)警設(shè)備點(diǎn)位眾多，尤其是設(shè)備層及避難層，單個(gè)環(huán)線回路（不超過200個(gè)點(diǎn)，其中聯(lián)動(dòng)不超過100點(diǎn)）往往不能滿足使用需求，需考慮雙環(huán)線回路甚至三環(huán)線回路。因此，合理規(guī)劃環(huán)線路徑至關(guān)重要。以本工程為例，標(biāo)準(zhǔn)層平面為核心筒、公共走道和功能用房，消防點(diǎn)位數(shù)約在250至350個(gè)，采用核心筒+公共走道和功能用房分別成環(huán)的“大小環(huán)”接線方式。而對(duì)于設(shè)備層和避難層，消防點(diǎn)位超過400個(gè)點(diǎn)，采用按區(qū)域劃分成環(huán)的“三小環(huán)”接線方式。對(duì)于變配電所、消防泵房等報(bào)警點(diǎn)位眾多的機(jī)房，可考慮單獨(dú)設(shè)置環(huán)線。同時(shí)環(huán)線設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮后期的點(diǎn)位調(diào)整，應(yīng)留有一定余量。

消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　《加強(qiáng)性技術(shù)要求》第二十三條：避難層（間）、輔助疏散電梯的轎箱及其?？繉拥那笆覂?nèi)應(yīng)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控信號(hào)應(yīng)接入消防控制室，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電回路應(yīng)符合消防供電的要求。區(qū)別于常規(guī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，此處要求的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足消防要求，其設(shè)置目的是在火災(zāi)時(shí)及時(shí)了解避難層（間）、輔助疏散電梯的轎箱及其?？繉拥那笆业炔课蝗藛T的實(shí)時(shí)情況。

　　依據(jù)文件要求，本工程單獨(dú)設(shè)置消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要構(gòu)成為前端設(shè)備、傳輸單元和控制中心。前端設(shè)備主要包括攝像機(jī)及云臺(tái)，系統(tǒng)可通過對(duì)攝像機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域的全面覆蓋；為滿足消防使用需求，攝像機(jī)要求具備一定的防火性能。傳輸單元主要為視頻、電源的傳輸線路，為保證火災(zāi)時(shí)系統(tǒng)能可靠運(yùn)行，該系統(tǒng)的傳輸線路均采用耐火電線電纜或光纖，在井道內(nèi)沿火災(zāi)報(bào)警橋架豎向敷設(shè)。控制中心設(shè)置于消防控制室內(nèi)，是整個(gè)消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心機(jī)構(gòu)，其主要任務(wù)是對(duì)獲取的相關(guān)圖像信息和錄像信息進(jìn)行信號(hào)采集和錄像保存，同時(shí)通過對(duì)數(shù)據(jù)的快速分析計(jì)算，輸出相關(guān)信號(hào)用于火災(zāi)指揮調(diào)度工作。

　　消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)除滿足火災(zāi)時(shí)的使用需求外，還應(yīng)兼顧日常使用需求。本工程設(shè)計(jì)時(shí)在消防視頻監(jiān)控主機(jī)預(yù)留了安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口，方便消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有效銜接，避免在同一區(qū)域內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的重復(fù)設(shè)置。同時(shí)，考慮未來城市消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)智慧化、平臺(tái)化的發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)也預(yù)留了城市消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口，為以后的發(fā)展預(yù)留條件。消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖2所示。

高大空間火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)

　　在250 m以上超高層建筑中，通常會(huì)存在挑空大堂、觀光平臺(tái)、宴會(huì)餐廳等多處高大空間。高大空間的火災(zāi)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為火災(zāi)隱患多、火勢蔓延快、撲救難度大等，是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮的區(qū)域。在高大空間火災(zāi)初期，煙氣快速上升，隨著空氣的流動(dòng)和稀釋，煙氣的浮力與重力達(dá)到平衡，煙氣不再上升，可能升不到頂棚便開始緩慢下沉。同時(shí)隨著熱氣流的不斷上升，將在高大空間上空形成熱障現(xiàn)象。高大空間煙氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定了常規(guī)的感煙探測器不再適用。針對(duì)高大空間煙氣流動(dòng)的特點(diǎn)，GB 50116-2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《火規(guī)》）第12.4.1條、第12.4.2條規(guī)定，火災(zāi)初期產(chǎn)生大量煙的場所，應(yīng)選擇線型光束感煙火災(zāi)探測器、管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器或圖像型感煙火災(zāi)探測器，而高度大于12 m的空間場所宜同時(shí)選擇兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器。

　　本工程中，頂層全日餐廳為一處弧形五層通高的高大空間，面積600余m2，吊頂凈高為30.4 m，其中在15.4 m高度處設(shè)有一處200 m2的挑出平臺(tái)，功能為天空吧，該平臺(tái)下方吊頂高度為14.5 m。同時(shí)給排水專業(yè)在此處設(shè)置了消防水炮系統(tǒng)，根據(jù)空間劃分設(shè)置了多處自帶紅外火焰探測器的自動(dòng)掃描射水高空水炮。

　　在選擇火災(zāi)探測器之前，首先考慮的是能否將消防水炮自帶的紅外火焰探測器納入到火災(zāi)探測器的一種，目前規(guī)范對(duì)此并未給出明確規(guī)定。由于廠家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，消防水炮自帶的紅外火焰探測器能否滿足GB 15631-2008《特種火災(zāi)探測器》第4.2條相關(guān)要求暫未可知。同時(shí)，紅外火焰探測器適用于火災(zāi)初期產(chǎn)生少量煙并產(chǎn)生明顯火焰的場所，對(duì)于火災(zāi)初期產(chǎn)生大量煙且無明顯明火的場所，其靈敏性不能滿足要求。因此本工程不考慮將此探測器作為高大空間火災(zāi)探測的一種。

　　在3種適用于高大空間的火災(zāi)探測器中，吸氣式感煙火災(zāi)探測器需要在頂部及16 m以下區(qū)域設(shè)置采樣管，在一定程度上會(huì)影響建筑的美觀，因此本工程選用線型光束感煙火災(zāi)探測器和圖像型感煙火災(zāi)探測器作為高大空間的兩種火災(zāi)探測器。為保證火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的兼容性和可靠性，本工程采用某廠家的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了分布智能圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)和線型光束感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)。其中分布智能圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)能夠?qū)熿F、火焰多參數(shù)火災(zāi)進(jìn)行探測，并采用近紅外和彩色圖像同時(shí)進(jìn)行分析，探測器的所有信號(hào)能夠第一時(shí)間顯示在中央監(jiān)控管理系統(tǒng)上，有效實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的早期報(bào)警。線型光束感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)是一個(gè)集光束煙霧探測和火焰探測于一體的系統(tǒng)，區(qū)別于一般的線型光束感煙火災(zāi)探測器，該系統(tǒng)可以同時(shí)進(jìn)行光束煙霧和火焰探測，并輸出高質(zhì)量的視頻信號(hào)用于火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和即時(shí)確認(rèn)。該集成系統(tǒng)具有良好的兼容性，可形成與常規(guī)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等的整合系統(tǒng)。

　　在線型光束感煙火災(zāi)探測器安裝位置選擇時(shí)，由于《火規(guī)》只對(duì)26 m以下高大空間的探測器安裝作出要求，26 m以上的安裝情況并未明確。本工程中，在14.5 m標(biāo)高處有挑出平臺(tái)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)平臺(tái)下方容易聚集煙氣，因此按《火規(guī)》第12.4.3條規(guī)定，分別在7 m及14 m標(biāo)高處安裝線型光束探測器。對(duì)于天空吧上空區(qū)域，此處吊頂高度為15 m，同樣按照16 m以下的高大空間考慮，分別在21.9 m和29.5 m標(biāo)高處設(shè)置探測器。按上述設(shè)計(jì)，全日餐廳上空30.4 m高大空間內(nèi)共設(shè)置4組線型光束探測器，可覆蓋整個(gè)高大空間的保護(hù)范圍。探測器的安裝高度示意如圖3所示。

　　總之，針對(duì)大空間的火災(zāi)探測器設(shè)置，需要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行分析，綜合考慮建筑的美觀要求、后期裝修的布置、設(shè)備的安裝條件等因素，合理選擇和設(shè)置探測器，不能一概而論。

小型電氣豎井的火災(zāi)探測設(shè)計(jì)

　　《民標(biāo)》第8.11.10條和第26.5.10條規(guī)定，高度250 m及以上的公共建筑，宜各增設(shè)一個(gè)強(qiáng)電和弱電豎井，供備用線路及應(yīng)急防災(zāi)系統(tǒng)的備份纜線使用?！都訌?qiáng)性技術(shù)要求》第二十五條規(guī)定，消防用電應(yīng)采用雙路由供電方式，其供配電干線應(yīng)設(shè)置在不同的豎井內(nèi)。因此在250 m以上超高層建筑中，為節(jié)省面積，會(huì)不可避免地出線一些小型電氣豎井，其進(jìn)深往往在0.6~0.8 m。此類豎井主要用于敷設(shè)電纜橋架，較少安裝設(shè)備，其火災(zāi)隱患主要為電纜發(fā)熱及線路故障引起火災(zāi)，尤其是電纜接頭、端子等部位是火災(zāi)的高發(fā)區(qū)域?！都訌?qiáng)性技術(shù)要求》中第二十三條規(guī)定，電梯井的頂部、電纜井應(yīng)設(shè)置感煙火災(zāi)探測器。同時(shí)《火規(guī)》第6.2.5條規(guī)定，點(diǎn)型探測器至墻壁、梁邊的水平距離，不應(yīng)小于0.5 m。顯然，對(duì)于此類小型電氣豎井，除去電纜橋架安裝空間，不具備點(diǎn)型感煙探測器的安裝條件。

　　針對(duì)小型電氣豎井的特點(diǎn)，本工程選用分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以光纖拉曼散射和光時(shí)域反射技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合了高頻脈沖激光、光波分復(fù)用、高靈敏光電轉(zhuǎn)換、高頻信號(hào)采集及微弱信號(hào)處理等技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)采集各監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化情況，并能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)報(bào)警，保證防區(qū)火災(zāi)預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。系統(tǒng)主要由光纖測溫主機(jī)、探測光纜和軟件組成。其中探測光纜負(fù)責(zé)現(xiàn)場的溫度采集，光纖測溫主機(jī)負(fù)責(zé)光纖信號(hào)處理、報(bào)警和參數(shù)設(shè)置等，還可以與火災(zāi)報(bào)警控制器相連，構(gòu)成完整的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

　　本工程中，在首層及各避難層弱電間內(nèi)設(shè)置光纖線型感溫火災(zāi)探測器，負(fù)責(zé)該樓層至相鄰避難層之間的小型電氣豎井火災(zāi)探測。感溫光纖沿豎向橋架敷設(shè)于電井內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測電井內(nèi)的電纜溫度，并通過火災(zāi)報(bào)警器向消防控制室反饋信號(hào)。為提高系統(tǒng)的可靠性，探測光纜采用環(huán)形接線方式。光纖線型感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)接線框圖如圖4所示。

本文有刪減，全文載于《建筑電氣》2022年第9期，詳文請(qǐng)見雜志。

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