高层建筑火灾自动报警系统设计及联动问题探讨

摘要:高层建筑预防发生火灾,合理及有效的火灾自动报警及联动控制系统是非常重要的。笔者简单介绍高层建筑火灾的特点,火灾自动报警系统设计应遵循的国家相关规范,火灾自动报警系统保护对象的分级及系统形式的选择。最后,笔者结合自己在设计过程中遇到的有关火灾自动报警联动控制系统的几个问题进行探讨。

关键词:高层建筑火灾自动报警联动控制系统

1高层建筑火灾特点

1.1火势凶猛且蔓延极快

现代高层建筑以多功能且装饰豪华而著称,从而使大量有机材料或可燃易燃物拥进大厦,一旦着火,这些遍布全楼的可燃材料便是火灾猛烈燃烧的极好物质条件,同时这些可燃材料也是火灾高速蔓延的良好途径。大楼内布满了各种管道及竖井,象一个个直立的烟囱,使火焰及烟雾在其中迅速向上升起,形成极其凶猛的“烟囱效应”。所以,“烟囱效应”是火灾迅速燃烧、快速蔓延的重要途径。风对烟火传播速度同样有十分重要的影响。资料表明,随着建筑物高度的增加,风速也就越大。高层建筑由于高度高,一旦发生火灾,势必形成火仗风势助火威,猛烈燃烧又快速蔓延的局面。

1.2火灾时楼内人员疏散困难

由于楼内人员众多且集中,加上楼内疏散设施又相对不多,交通工具(如电梯)又被迫停止运行,仅有的疏散通道(楼梯)又免不了遭到烟火的袭击,所以在短时间内疏散完毕,就显得十分困难。人为的因素,在慌乱中难免产生拥挤,碰伤,烟熏中毒,甚至相互踩踏而造成人身伤亡等事故,这就更增加了疏散难度。

1.3火灾扑救十分困难

高层建筑火灾的扑救难度比一般建筑物大得多,消防人员借助的登高云梯只能达到一定的高度,灭火水枪的喷水扬程也有一定的限制。在裙楼围绕主楼的情况下,一旦主楼发生火灾消防车难以接近,由以上特点可以看出,高效的自动消防系统在高层建筑发生火灾时的重要性,它将对火灾的扑灭起着决定性的作用。

2火灾自动报警系统设计应遵循的规范

目前设计者应该熟悉和把握的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”、“火灾自动警系统设计规范”、“民用建筑电气设计规范”等。前两部是国家标准,后者是国家建设部发布的行业标准。三部规范对高层建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾警与消防联动控制系统的设置与要求总体来讲是一致的,但从各自不同角度三部规范也各有侧重,有所区别。对设计者来说,国标是带有强制性的,必需严格遵守,部标或行业标准应服从国标。

3火灾自动报警系统保护对象的分级及系统形式的选择

3.1 保护对象分级

根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定,按照保护对象的使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级。

3.1.1特级保护对象

建筑高度超过100m的高层民用建筑划为特级保护对象。

3.1.2一级保护对象

下列高层建筑属一级保护对象:(1)十九层及十九层以上的住宅;(2)建筑高度超过50m或24m以上部分的任一楼层的建筑面积超过1000 m2的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼。(3)建筑高度超过50m或24m以上部分的任一楼层的建筑面积超过1500m2的商住楼。(4)建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等。

3.1.3二级保护对象

下列高层建筑属二级保护对象:(1)十层至十八层的住宅;(2)建筑高度不超过 50m的教学楼和普通旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等。

3. 2系统形式的选择

目前,火灾自动报警系统分为区域报警系统、集中报警系统、控制中心报警系统三种形式。

3.2.1区域报警系统

该系统宜用于二级保护对象。区域报警控制器应设置在有人值班的房间或场所,一个报警区域宜设置一台火灾报警控制器,且系统中控制器不应超过两台。该系统可设置消防联动控制设备。

3.2.2集中报警系统

该系统宜用于一级和二级保护对象。集中报警控制器应设置在有专人值班的消防控制室或值班室内,系统中应设置一台集中报警控制器和两台以上的区域火灾报警控制器,或设置一台火灾报警控制器和两台以上的区域显示器。该系统中应设置消防联动控制系统。集中火灾报警控制器应能显示火灾报警部位信号和控制信号,亦可进行联动控制。

3.2.3控制中心报警系统

该系统宜用于特级和一级保护对象。系统中至少应设置一台集中报警控制器、一台专用消防联动控制设备和两台及以上的区域火灾报警控制器;或设置一台火灾报警控制器、一台消防联动控制设备和两台以上的区域显示器。系统应能集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号。

3.2.4形式选择

随着电子技术迅速发展和计算机软件技术在现代化消防技术中的大量应用,火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样,很难精确划分成几种固定的模式。火灾自动报警技术的发展趋势是智能化系统,这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络结构,它既可以是区域报警系统,也可以是集中报警系统和控制中心报警系统形式,它们无绝对明显的区别,设计人员可任意组合设计成自己需要的形式。但在当前,这三种基本形式的划分仍是适用的,在设计中的要求也不同。特别是对联动功能要求有简单、较复杂和复杂之分,对报警系统的保护范围要求有大、中、小之分。设计时应根据项目的具体情况分析,选择适宜的系统。

4火灾自动报警联动控制问题的探讨

4.1 消防联动控制制式问题

消防联动控制有采用多线制的,有采用总线制的。多线制是电源驱动线与信号线分开,电源、检测、控制分别占用导线的制式。多线制一般有五线制、四线制。总线制是基于计算机技术中控制总线的原理,采用信号线与电源驱动线分时复用的方式,利用计算机编程技术来达到监测与控制目的,总线制有三总线制和二总线制。总线制比多线制有布线少,监测控制设备多等优点,目前大中型项目多采用总线制。在具体设计中选择采用哪种制式可结合工程的具体情况而定。

4.2线路的敷设问题

许多电气设计消防线路采用穿塑料管保护,并从吊顶内走线。而“民规”规定:消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等线路,应穿金属管保护,并暗敷在非燃烧体结构内,其保护层厚度不应小于30mm。当必需明敷时,应在金属管上采取防火措施。在布线的技术要求上,“民规”与“报警规范”基本一致,只是根据“报警规范”线路在暗敷时可采用金属管或经阻燃的硬质塑料管保护。从实际情况可以看出,很多设计人员对这一条有所疏忽。

笔者理解,本条之所以没有包括火灾探测器线路,是因为探测器线路只是在火灾初燃生烟发热阶段起作用,而条文中规定的消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播线路,在火灾发生后一段时间内还需起作用,在这段时间内,这些线路应保证安全使用。 敷设在吊顶内的线路,在发生火灾时并不安全,而且吊顶内下是火灾多发地段。设计人员应对规范条文给予足够的重视,在实际操作中,凡是新设计的建筑,对该条文规定的线路,一律穿金属管或阻燃PVC管保护并在现浇板内、墙内等处暗敷走线。而在改造工程中,由于条件限制不能暗敷时,应对保护钢管或金属线槽采取防火措施,如刷防火涂料等。

4.3消防水泵的控制启停问题

消防水泵(包括消火栓泵、喷淋泵)是灭火手段中的重要设施,对消火栓系统而言,根据“高规”的要求,在消火栓处应能直接启动消火栓泵。根据“报警规范”的要求,在消防控制室处也应能手动控制消火栓泵的启、停。这两部规范从各自不同角度提出要求。此外,在水泵房消火栓泵附近还有一个控制箱直接控制水泵电机启停,这样消火栓泵的启动就有三处地方可控制,因此,存在这样两个问题,一是消火栓泵的控制权,二是消火栓泵的启动方式。

消火栓泵的启动控制权即是消防中心控制室、消火栓动作按钮与泵房控制箱的主从控制关系。一般来讲应以消防控制室为主。目前很多大厦消火栓的控制方式是在泵房控制柜上设置手动、自动转换开关,通常情况下置于自动位置。这样设置有一个好处,就是一旦自动控制失灵,工作人员可在水泵房将转换开关打到手动位置,直接起动消防泵,且就地维修也很方便。但是,这样一来,将会带来负面影响。在水泵房设置转换开关,容易引起人为的操作失误,因为一般情况下泵房是无人值班的,万一工作人员或其他人员将转换开关置于手动位置,而消防中心未能及时发现,就会出现重大的消防隐患(此时消防中心和消火栓按钮均无法启动消防泵)。为了有效解决以上矛盾,在实际设计中,消防控制室的手动起停按钮可不经过泵房设置的转换开关,而直接启动消防泵,既能解决直接起动问题,又便于消防中心统一监控。

消防控制室与消火栓动作按钮启动关系与消火栓泵的启动形式有关。消火栓泵的启动方式一般分为两种,第一种启动方式是在总线制联控方式下,消火栓动作按钮的起动可通过设在消火栓旁的联动接口模块将其要求的启动信号送至消防控制室控制台,再从此处输出使消火栓启动的开关量触点。第二种起动方式,是直接将消火栓动作按钮的开关量触点输出到消火栓泵启动箱。这两种启动方式在实际设计中都可以运用,前一种方式接线省,但需在总线制下,对消火栓联动模块进行地址编码编程来达到监测大量消火栓的目的。后一种启动方式简单可靠,但还需要把消火栓动作信号返给消防控制室。设计者在具体设计中可根据实际工程规模大小来选用,工程规模大、建筑形式复杂可采用前一种启动方式,规模小可采用后一种启动方式。

喷淋泵的自启动是通过各保护区的管网喷嘴玻璃球高温下爆碎,引起管网水流流动,从而联动报警阀压力开关动作,达到自启动喷淋泵的目的。通过水流指示器联动模块或报警阀压力开关引线至控制室,消防控制室能准确反映其动作信号,同时控制室应能直接控制喷淋泵启停。

4.4 消防控制室反应消火栓泵和喷淋泵的工作和故障状态

根据“报警规范”的要求,消防水泵启动后要返回已工作的信号,有两种做法。其一是取电路信号即接触器的合闸辅助接点,其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,其它故障信号的反应,“报警规范”、“民规”都没有明确说明。比如消防水泵过负荷故障信号应该反应到消防控制室,但具体如何反应是在设计中应予考虑的一个问题。

4.5防火阀、排烟阀的控制及返回信号

“报警规范”要求在消防控制室能够关闭防火阀。在实际设计中,选用的基本是280℃易熔环熔断的防火阀,建议将防火阀做成电磁阀的形式,至于信号返回是一对一返回还是成组返回要视具体工程情况来定。

“报警规范”也要求在消防控制室能够启动排烟阀。以何种方式启动排烟阀也值得探讨。所有的排烟阀都可装上编码接口联动模块,由消防控制室联动控制器来达到控制启动排烟阀的目的。其次还可由就近的感烟探测器组成的控制线路启动即可,消防控制室只接收其工作后返回的信号。如要求先打开着火层排烟阀,再打开屋顶层排烟机,这种情况下采用后一种做法较妥。

结束语

在目前高层建筑消防系统的电气设计中,随着电气设备性能的日趋完善和微型处理机技术的普及与广泛应用,使消防报警及联动控制设备的智能化程度越来越高,同时也使消防电气专业与相关专业的联系更加密切。今后的发展前景是分布式的系统结构、模块化的设计、灵活的系统配置、透明的管理方式。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部.JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S].

[2] 国家技术监督局,中华人民共和国建设部.GB 50045-95(2005年版)高层民用建筑设计防火规范[S].

[3] 中华人民共和国建设部.GB50116-98火灾自动报警系统设计规范[S].