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关于超高层建筑中消防应急照明和疏散指示系统的设计探讨

2020-09-01

摘要超高层建筑由于其高度较高、结构复杂,且通常具备多种功能和业态,人员及各种设施较密集,火灾隐患较大,一旦发生火灾,烟气蔓延速度快,人员疏散逃生困难,所以超高层建筑的消防设计显得尤为重要,在火灾发生时如何快速有序地将楼内人员疏散至安全区域,保障人身安全更是超高层建筑消防电气设计的重要工作。本文结合武汉市某超高层项目设计经验,从消防应急灯具、配电、控制等方面探讨超高层建筑消防应急照明和疏散指示系统的设计原则或方法,以供同行参考。

关键词超高层建筑;应急照明;疏散照明;疏散指示;

0引言

随着现代社会的经济发展,很多城市都将超高层建筑视为其经济发展程度的标志。与常规建筑相比,这类建筑受其高度影响,建筑结构复杂,且一般具备多种业态功能(如办公、商业、酒店、地下车库等),人员流动性较大、建筑设备繁多,一旦发生火灾,基于“烟囱效应”,火灾烟气向上蔓延速度快,扑救难度大、人员疏散困难,将直接威胁楼内人员的生命及财产安全,因此如何快速安全地将人员疏散至安全区域极其重要。对于电气专业设计师来说,通过应用现代技术手段,设置合理的消防应急照明和疏散指示系统是关键措施,在火灾等紧急情况下可为人员的安全疏散和灭火救援行动提供必要的照明条件及正确有序的疏散指示信息,引导火灾中惊慌失措的人员安全疏散和逃生自救,大限度地降低火灾带来的危害。

消防应急照明和疏散指示系统是辅助人员安全疏散的建筑消防系统之一,该系统由消防应急灯具、消防应急标志灯具、应急照明配电箱、应急照明集中电源及相关装置构成,其主要功能是在火灾等紧急情况下,为人员的安全疏散和灭火救援行动提供必要的照度及正确的疏散指示信息,基于此功能,该系统可分为备用照明及疏散照明。备用照明要设置在消防状态下仍需要值守和继续工作的场所,疏散指示标志灯和疏散通道照明要设置在供人员撤离并为消防人员撤离火灾现场的场所。本文即结合笔者参与的武汉市某超高层项目的设计经验,从消防应急灯具、配电、控制等方面探讨超高层建筑消防应急照明和疏散指示系统的设计原则或方法。

该项目地上建筑为一单体建筑(效果图参见图1),包括超高层主楼和裙房。其中超高层主楼地上45层,高度为195.2m,裙房地上5层,高度为28.1m。总建筑面积为132361m2,其中地上面积为91859m2,地下建筑面积为40502m2。主楼的功能为办公、酒店及商务配套,裙房的功能包括商业及商务配套。建筑地下室共4层,主要功能为停车库、设备机房等

 

图1项目效果图

1消防应急照明灯具选择

按电源电压等级分类,消防应急灯具可以分为A类灯具及B类灯具,A型消防应急灯具是指主电源和蓄电池电源额定工作电压均不大于DC36V的消防应急灯具,B型消防应急灯具指主电源或蓄电池电源额定电压大于DC36V或AC36V的消防应急灯具。为防止电击事故,距地面8m及以下的灯具应选择A型灯具。本项目首层大堂及顶层多功能厅为挑空高大空间(空间高度均大于8m),为满足地面疏散照度要求,选择工作电压及功率较高的B型消防灯具。

另外,本项目裙房建筑功能为商业及商务配套,按照JGJ32-2016《商店建筑电气设计规范》第5.3.6条:大中型商店建筑、总建筑面积大于500m2的地下和半地下商店应在通往安全出口的疏散走道地面上增设能保持视觉连续的灯光和蓄光疏散指示标志。因此在商业疏散通道地面设置的疏散标志灯,不应采用自带电源型,因为蓄电池自身存在的一些安全隐患问题,如充放电环节中因在封闭空间散热不良引发火灾,或因地面有积水导致灯具外壳发生导电现象、侵蚀灯具内蓄电池造成引发爆炸事故等,故根据GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(以下简称“《应急疏散》”)第3.2.1条,在地面上设置的标志灯应选择集中电源A型灯具。

一般来说,备用照明灯具设置于顶棚或墙面上,根据《应急疏散》的要求,备用照明可与正常照明灯具合用一套灯具,发生火灾时保持正常照度。疏散照明设置于顶棚或墙壁,设置在距地面8m及以下的灯具应选择A型灯具,其疏散照明低照度对于超高层建筑来说要满足表1的要求。

 

疏散指示方向标志灯设置于疏散走道、疏散楼梯间两侧距地面1m以下的墙面、柱面上。疏散出口标志灯设置于楼梯间前室出入口上方、直通室外疏散门上方、避难层、避难间入口等安全出口的顶部。方向标志灯的标志面与疏散方向垂直时,灯具的设置间距应≤20m,方向标志灯的标志面与疏散方向平行时,灯具的设置间距应≤10m。

特别要注意的是:(1)为便于楼梯间内的人员识别所在楼层位置,楼梯间每层要设置指示该楼层的标志灯,楼层指示灯纳入消防应急照明和疏散指示系统;(2)建筑地下与地上部分共用楼梯间时,为防止火灾发生时逃生人员误入地下室,应在首层通往地下的楼梯间门上方设置明显的火灾禁入

本项目在避难层、变配电室、消防控制室、消防水泵房、自备柴油发电机房等发生火灾仍需工作、值守的区域,同时设置备用照明、疏散照明和疏散指示标志。超高层民用建筑的避难层及屋顶直升机停机坪设置备用照明。超高层建筑内消防应急照明和灯光疏散指示标志的备用电源连续供电时间不小于1.5h,消防应急照明和疏散指示系统的集中电源的蓄电池组达到使用寿命周期后标称的剩余容量应保证放电时间满足大于90min的持续工作时间。本项目以消防控制室示例,消防应急照明和疏散指示标志图如图2所示。

 

2消防应急照明供配电系统

2.1消防应急照明负荷等级及电源

应急灯具的电源由主电源和蓄电池电源组成,超高层建筑属于一类高层民用建筑,其消防应急照明主电源按一级负荷供电,在末端配电箱设自动切换装置,蓄电池电源的供电方式分为集中电源供电方式和灯具自带蓄电池供电方式,前者适用于规模较大、应急照明灯具数量种类较多的建筑物,后者适用于规模不大、应急照明灯具数量较少的建筑物。本项目采用集中电源供电方式(示意图如图3所示),将集中电源设置于电气竖井中,防护等级不应低于IP33。蓄电池电源供电方式的优缺点比较参见表2。

 

图3集中电源消防应急疏散及指示系统配电示意图 

蓄电池电源供电方式优缺点比较表2

蓄电池电源

供电方式

优点

缺点

集中电源

灯具自带

蓄电池

电源集中,方便维护

检修及管理,维护成

本较低_

投资高,电池故障损坏对系

统影响较大-

灯具增减方便,咆池

损坏影响面小,主电

蓄电池分散,安装检修不

便,持续应急时间受蓄电池

源线路故障无影响_

容量限制,维护成本商.

2.2消防应急照明配电系统

本项目消防应急照明和疏散指示系统按照如下原则划分配电回路:(1)配电回路按防火分区、同--防火分区的楼层设置配电回路:(2)防烟楼梯间前室及合用前室内设置的灯具由前室所在楼层的配电回路供电;(3)竖向封闭楼梯间、防烟楼梯间、室外疏散楼梯单独设置配电回路:(4)避难层和避难层连接的下行楼梯间单独设置配电回路:(5)配电室、消防控制室、消防水泵房、自备发电机房等发生火灾时仍需工作、值守的场所和相关疏散通道由单独设置配电回路口。

3消防应急照明控制方式

消防应急照明和疏散指示系统分为集中控制型系统和非集中控制系统,设有消防控制室的场所采用集中控制系统”。本超高层项目消防控制室设在首层,设计采用集中控制型系统。下文即以集中控制型消防应急照明和疏散指示系统为主探讨该系统通信方式及控制方式。

3.1通信方式

集中控制型系统应急照明控制器与集中电源的通信方式分为环形通信方式和树形通信方式,其控制系统图如图4-5所示,这两种通信方式的优缺点见表3。

 

图4环形通信方式集中控制型系统

 

图5树形通信方式集中控制型系统

集中控制

环形:

树形

系统形式

可靠性

 

较高

施工

线路长度较长

方便增减设备

成本

相对较低

适用范囤

适用于规模较大,对可靠

性要求较高的建筑物

规模较小,单层

面积小的建筑物

鉴于超高层建筑疏散难度大,对系统可靠性要求高,所以本项目设计采用环形通信方式,系统图如图6所示。

3.2消防应急照明联动控制

消防应急照明和疏散指示系统控制分为火灾状态下联动控制方式及非火灾状态下联动控制方式。

 

 

图6消防应急照明和疏散指示系统系统图

当确认火灾发生时,由火灾报警控制器或火灾报警控制器(联动型)的火灾报警输出型号作为系统自动应急启动的触发信号。应急照明控制器接收到火灾报警控制器的火灾报警输出信号后,控制所有非持续照明灯的光源应急点亮,持续型灯具的光源由节点点亮模式转入应急点亮模式,控制A型集中电源保持主电源输出,待接收到其主电源断电信号后,自动转入蓄电池电源输出,A型应急照明配电箱保持主电源输出.待接收到其主电源断电信号后,自动切断主电源输出。控制B型集中电源转入蓄电池电源输出、B型应急照明配电箱切断主电源输出。

在非火灾状态下,当系统主电源断电后,集中电源或应急照明配电箱应连锁应急照明灯点亮,点亮时间不应超过0.5h,为了保障在此期间突发火灾能够给系统留有足够的火灾应急照明时间,当应急灯点亮超过0.5h后,应连锁光源熄灭;当系统主电源恢复后,应急照明灯具连锁恢复原工作状态。非火灾状态下消防应急疏散及指示系统控制流程图如图7所示。

 

注:T:持续时间

图7非火灾状态下消防应急疏散及指示系统控制流程图

在火灾状态下,当超高层的任意防火分区或楼层的正常照明断电后,该防火分区的集中电源应连锁应急照明灯具点亮;当该区域正常照明电源恢复后,应急照明灯具连锁恢复原工作状态。笔者建议为普通照明配电箱(包括所有照明配电箱)配接消防I/0模块,当某区域普通照明配电箱断路器非人为断开时,该区域集中电源或应急照明配电箱连锁控制其配接的应急灯具转入应急点亮模式。火灾状态下消防应急疏散及指示系统控制流程图如图8所示。

 

图8火灾状态下消防应急疏散及指示系统控制流程图

A型集中电源或A型应急照明配电箱在主电源断电情况下由主电源供电转入蓄电池电源供电,即A型灯具供电电源与是否为火灾状态无关;B型集中电源或B型应急照明配电箱在火灾状态下由主电源转入蓄电池电源供电,而B型灯具无论供电电源是主电源还是蓄电池电源,输出电压都不是安全电压,水系统灭火时仍然存在安全隐患。

4安科瑞智能照明及疏散系统功能及选型

4.1系统简介

消防应急照明和疏散指示系统配合火灾报警控制器的使用,在火灾时刻,能够准确给出好的疏散路径指示,智能打开消防应急标志灯的指示方向以及应急照明灯,帮助建筑内的人群选择逃生疏散路线,指引逃生方向,保障群众的人身安全,为各商家担心的安全问题解决了后顾之忧。该系统主要应用于机场、轨道交通、隧道、客运枢纽、医院、学校、体育馆、展览馆、酒店、好的商业楼盘等场所。

安科瑞的智能疏散系统三层网络结构。一层:智能疏散主机;二层:区域应急照明配电箱;三层:疏散指示标志灯具其具体结构形式如图1所示。

 

图1智能消防应急疏散系统图

 

智能疏散系统主机主机由交互式操作软件支持,实时解析底层设备的工作状态,接收来自消防报警系统的火警联动信号。在日常维护过程中声光报警显示各种设备故障信息,具备日志的查询、记录、打印功能;在火灾发生时,根据火灾联动信号选择相应的应急预案,启动各类应急疏散指示灯

区域应急照明配电箱作为系统内为灯具供电的供配电装置,同时具备接受主机的巡检控制、供电回路的电气隔离、回路智能控制、回路信号汇集,加快主机对底层灯具的巡检速度,降低信号干扰,改善通信质量等功能。

疏散指示标志灯具集中电源集中控制型疏散指示灯为人员疏散逃生指引方向。其安装方式有壁挂式、吊挂式、地埋式主要设置于防火分区的安全出等处集中电源集中控制型应急照明灯具,其主要为人员疏散逃生提供照明安装方式有壁挂式、吸顶式、嵌顶式三种

4.2产品选型表

控制器和集中电源选型表

控制器

名称

型号

图片

输入电源

输出电源

应急照明控制器

A-C-A100

 

AC220V(85%-110%)/50Hz

 

应急照明控制器

A-C-A100/B3

 

AC220V(85%-110%)/50Hz

 

集中电源

应急照明集中电源

A-D-0.5KVA-A200

 

AC220V(85%-110%)/50Hz

DC36V,0.5KVA

应急照明集中电源

A-D-0.3KVA-A200FP

 

AC220V(85%-110%)/50Hz

DC36V,0.3KVA

应急照明集中电源

A-D-0.5KVA-A200FP

AC220V(85%-110%)/50Hz

DC36V,0.5KVA

应急照明集中电源

A-D-0.65KVA-A200FP

AC220V(85%-110%)/50Hz

DC36V,0.65KVA

 

    

分配电装置

应急照明分配电装置

A-FP-A300

 

DC36V

DC36V,0.5KVA

应急照明分配电装置

A-FP-A310(0.2/36)

AC220V

DC36V,200W

应急照明分配电装置

A-FP-A310(0.6/36)

AC220V

DC36V,500W

应急照明分配电装置

A-FP-A310(36)

DC36V

DC36V,500W

 

灯具选型表

名称

型号

内容

图片

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-2LROEⅡ1W-A430

双面安全出口

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-2LROEⅡ1W-A430

双面双向指示

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-2LROEⅡ1W-A430

双面左向指示

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-1LROEⅡ1W-A431

壁挂安全出口

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-1LROEⅡ1W-A431

壁挂双向指示

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-1LROEⅡ1W-A431

壁挂右向指示

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-1LROEⅡ1W-A431

壁挂左向指示

材质:铝制

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-LREⅠ1W-A503LR

地埋双向指示

材质:不锈钢

 

集中电源集中控制型消防应急标志灯具

A-BLJC-LEⅠ1W-A503L

地埋左向指示

材质:不锈钢

 

集中电源集中控制型应急照明灯具

A-ZFJC-E3W-A630B

壁挂照明灯

 

集中电源集中控制型应急照明灯具

A-ZFJC-E5W-A630B

壁挂照明灯

 

集中电源集中控制型应急照明灯具

A-ZFJC-E3W-A631

嵌顶照明灯

 

集中电源集中控制型应急照明灯具

A-ZFJC-E6W-A631

嵌顶照明灯

集中电源集中控制型应急照明灯具

A-ZFJC-E9W-A631

嵌顶照明灯

集中电源集中控制型应急照明灯具

A-ZFJC-E3W-A603

吸顶照明灯

 

5结束语

超高层建筑发生火灾时,人员的疏散是首要任务,合理的应急照明和疏散指示系统极为重要。但值得注意的是,消防应急照明和疏散指示系统只是保证此类建筑安全的一方面,此类建筑消防安全方面还存在其他问题,如不断改造装修施工带来的消防安全隐患、安全疏散通道被占用、疏于管理消防设施年久失修、机电各消防系统维护不到位等。因此,在合理设计的基础上建立健全完备的消防安全管理措施,才能进一步在建筑使用过程中,大限度地保证超高层建筑的消防安全,防患于未然。

参考文献

[1]王晓华超高层建筑防火疏散设计的探讨[D] .湖南大学,2007.

[2]CB51309-2018消防应急照明和疏散指示系统技术标准[S] .北京:中国计划出版社,2019.

[3] CB 50016-2014建筑设计防火规范(2018版)的北京:中国计划出版社,2014

[4] 刘 霄, 白志艳.超高层建筑消防应急照明和疏散指示系统设计探讨

[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06月版

[6]安科瑞消防应急照明和疏散指示系统/防火门监控系统/消防设备电源监控系统/电气火灾监控系统选型手册.2019.7月.

 

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