250m以上超高層建筑火災自動報警系統(tǒng)設計

火災自動報警系統(tǒng)形式介紹

工程概況

　　本工程為浙江省湖州市某CBD項目，總建筑面積約180萬m2，分為東區(qū)、西區(qū)、次地標和主地塊。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。主塔樓共設置6個避難層和4個設備層，用于避難區(qū)及設備機房的設置。

火災自動報警形式設計

　　從工程規(guī)模及業(yè)態(tài)劃分考慮，本工程火災自動報警系統(tǒng)采用控制中心報警系統(tǒng)形式。在主塔樓首層設置1號主消防控制室，負責主塔樓辦公、公寓及地下車庫等區(qū)域的消防系統(tǒng)管理，并實時監(jiān)控分消防控制室的狀態(tài)；在主塔樓首層另設置2號酒店分消防控制室負責酒店區(qū)域的消防系統(tǒng)管理；在地下1層下沉廣場附近設置3號商業(yè)分消防控制室，負責地塊裙房和商業(yè)區(qū)域的消防系統(tǒng)管理。

　　《民標》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警系統(tǒng)和區(qū)域報警系統(tǒng)組成的火災自動報警系統(tǒng)；第13.3.1條第4款：“集中報警系統(tǒng)和控制中心報警系統(tǒng)中的區(qū)域火災報警控制器在滿足下列條件時，可設置在值班室或無人值班的場所：1）本區(qū)域的火災自動報警控制器（聯(lián)動型）在火災時不需要人工介入，且所有信息已傳至消防控制室；2）區(qū)域火災報警控制器的所有信息在集中火災報警控制器上均有顯示。”

　　綜合考慮主塔樓的規(guī)模，同時為分擔設備故障風險，主塔樓采用集中報警系統(tǒng)與區(qū)域報警系統(tǒng)相結(jié)合的方式；考慮到后期管理成本，區(qū)域報警主機設置在無人值班場所。本工程在主塔樓各避難層的弱電機房內(nèi)設置區(qū)域火災報警控制器，負責各樓層段的火災報警顯示及報警聯(lián)動（不具備手動控制功能），且所有信息均傳輸至1號主消防控制室，酒店范圍的區(qū)域報警系統(tǒng)信息需同時傳輸至2號酒店分消防控制室。當避難層間區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災警報時，消防控制室值班人員可通過電梯快速抵達現(xiàn)場，進行火災確認或處理。

設計要點分析

環(huán)形總線設計

　　《民標》第13.3.3條第1款：高度超過100 m的高層公共建筑，集中報警控制器與區(qū)域報警控制器之間宜采用環(huán)形接線。同時《加強性技術(shù)要求》第二十三條：火災自動報警系統(tǒng)的消防聯(lián)動控制總線應采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。兩個文件分別對控制器之間的總線和消防聯(lián)動控制總線提出了環(huán)形接線的要求，且后者更為嚴格。可以看出，兩者均要求系統(tǒng)設置冗余傳輸線路，當一條線路發(fā)生故障時，另一條線路還可以正常傳輸信號，以此保障系統(tǒng)安全。

　　目前，國內(nèi)對火災自動報警總線的分類暫無明確規(guī)定，常用標準為美國國家消防協(xié)會（NFPA）編制的火災報警規(guī)范NFPA72《National Fire Alarm and Signaling Code》。該規(guī)范將火災自動報警系統(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，能夠產(chǎn)生一個總線故障信號。相比于《加強性技術(shù)要求》，Class A總線接線標準把報警總線也納入到環(huán)形接線中，進一步提高系統(tǒng)可靠性。對于環(huán)形總線接線形式，14X505-1《〈火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范〉圖示》中也給出了相關的參考示意圖。

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

　　末端環(huán)形總線設計時，由于超高層建筑單層面積較大，消防報警設備點位眾多，尤其是設備層及避難層，單個環(huán)線回路（不超過200個點，其中聯(lián)動不超過100點）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)線路徑至關重要。以本工程為例，標準層平面為核心筒、公共走道和功能用房，消防點位數(shù)約在250至350個，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。而對于設備層和避難層，消防點位超過400個點，采用按區(qū)域劃分成環(huán)的“三小環(huán)”接線方式。對于變配電所、消防泵房等報警點位眾多的機房，可考慮單獨設置環(huán)線。同時環(huán)線設計時，需考慮后期的點位調(diào)整，應留有一定余量。

消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　《加強性技術(shù)要求》第二十三條：避難層（間）、輔助疏散電梯的轎箱及其停靠層的前室內(nèi)應設置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控信號應接入消防控制室，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電回路應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)應滿足消防要求，其設置目的是在火災時及時了解避難層（間）、輔助疏散電梯的轎箱及其停靠層的前室等部位人員的實時情況。

　　依據(jù)文件要求，本工程單獨設置消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要構(gòu)成為前端設備、傳輸單元和控制中心。前端設備主要包括攝像機及云臺，系統(tǒng)可通過對攝像機的控制實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域的全面覆蓋；為滿足消防使用需求，攝像機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，為保證火災時系統(tǒng)能可靠運行，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)沿火災報警橋架豎向敷設。控制中心設置于消防控制室內(nèi)，是整個消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心機構(gòu)，其主要任務是對獲取的相關圖像信息和錄像信息進行信號采集和錄像保存，同時通過對數(shù)據(jù)的快速分析計算，輸出相關信號用于火災指揮調(diào)度工作。

　　消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)除滿足火災時的使用需求外，還應兼顧日常使用需求。本工程設計時在消防視頻監(jiān)控主機預留了安防視頻監(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)的重復設置。同時，考慮未來城市消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)智慧化、平臺化的發(fā)展趨勢，本系統(tǒng)也預留了城市消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口，為以后的發(fā)展預留條件。消防視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖2所示。

高大空間火災報警設計

　　在250 m以上超高層建筑中，通常會存在挑空大堂、觀光平臺、宴會餐廳等多處高大空間。高大空間的火災特點主要表現(xiàn)為火災隱患多、火勢蔓延快、撲救難度大等，是火災自動報警系統(tǒng)設計時需重點考慮的區(qū)域。在高大空間火災初期，煙氣快速上升，隨著空氣的流動和稀釋，煙氣的浮力與重力達到平衡，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。高大空間煙氣的運動規(guī)律決定了常規(guī)的感煙探測器不再適用。針對高大空間煙氣流動的特點，GB 50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（以下簡稱《火規(guī)》）第12.4.1條、第12.4.2條規(guī)定，火災初期產(chǎn)生大量煙的場所，應選擇線型光束感煙火災探測器、管路吸氣式感煙火災探測器或圖像型感煙火災探測器，而高度大于12 m的空間場所宜同時選擇兩種及以上火災參數(shù)的火災探測器。

　　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高度處設有一處200 m2的挑出平臺，功能為天空吧，該平臺下方吊頂高度為14.5 m。同時給排水專業(yè)在此處設置了消防水炮系統(tǒng)，根據(jù)空間劃分設置了多處自帶紅外火焰探測器的自動掃描射水高空水炮。

　　在選擇火災探測器之前，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探測器的一種，目前規(guī)范對此并未給出明確規(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《特種火災探測器》第4.2條相關要求暫未可知。同時，紅外火焰探測器適用于火災初期產(chǎn)生少量煙并產(chǎn)生明顯火焰的場所，對于火災初期產(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探測的一種。

　　在3種適用于高大空間的火災探測器中，吸氣式感煙火災探測器需要在頂部及16 m以下區(qū)域設置采樣管，在一定程度上會影響建筑的美觀，因此本工程選用線型光束感煙火災探測器和圖像型感煙火災探測器作為高大空間的兩種火災探測器。為保證火災自動報警系統(tǒng)的兼容性和可靠性，本工程采用某廠家的火災自動報警集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了分布智能圖像火災探測系統(tǒng)和線型光束感煙火災探測系統(tǒng)。其中分布智能圖像火災探測系統(tǒng)能夠?qū)熿F、火焰多參數(shù)火災進行探測，并采用近紅外和彩色圖像同時進行分析，探測器的所有信號能夠第一時間顯示在中央監(jiān)控管理系統(tǒng)上，有效實現(xiàn)火災的早期報警。線型光束感煙火災探測系統(tǒng)是一個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探測器，該系統(tǒng)可以同時進行光束煙霧和火焰探測，并輸出高質(zhì)量的視頻信號用于火災報警信號的實時監(jiān)控和即時確認。該集成系統(tǒng)具有良好的兼容性，可形成與常規(guī)火災自動報警系統(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探測器安裝位置選擇時，由于《火規(guī)》只對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標高處有挑出平臺，發(fā)生火災時平臺下方容易聚集煙氣，因此按《火規(guī)》第12.4.3條規(guī)定，分別在7 m及14 m標高處安裝線型光束探測器。對于天空吧上空區(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標高處設置探測器。按上述設計，全日餐廳上空30.4 m高大空間內(nèi)共設置4組線型光束探測器，可覆蓋整個高大空間的保護范圍。探測器的安裝高度示意如圖3所示。

　　總之，針對大空間的火災探測器設置，需要結(jié)合項目特點進行分析，綜合考慮建筑的美觀要求、后期裝修的布置、設備的安裝條件等因素，合理選擇和設置探測器，不能一概而論。

小型電氣豎井的火災探測設計

　　《民標》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，宜各增設一個強電和弱電豎井，供備用線路及應急防災系統(tǒng)的備份纜線使用。《加強性技術(shù)要求》第二十五條規(guī)定，消防用電應采用雙路由供電方式，其供配電干線應設置在不同的豎井內(nèi)。因此在250 m以上超高層建筑中，為節(jié)省面積，會不可避免地出線一些小型電氣豎井，其進深往往在0.6~0.8 m。此類豎井主要用于敷設電纜橋架，較少安裝設備，其火災隱患主要為電纜發(fā)熱及線路故障引起火災，尤其是電纜接頭、端子等部位是火災的高發(fā)區(qū)域。《加強性技術(shù)要求》中第二十三條規(guī)定，電梯井的頂部、電纜井應設置感煙火災探測器。同時《火規(guī)》第6.2.5條規(guī)定，點型探測器至墻壁、梁邊的水平距離，不應小于0.5 m。顯然，對于此類小型電氣豎井，除去電纜橋架安裝空間，不具備點型感煙探測器的安裝條件。

　　針對小型電氣豎井的特點，本工程選用分布式光纖線型感溫火災探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以光纖拉曼散射和光時域反射技術(shù)為基礎，結(jié)合了高頻脈沖激光、光波分復用、高靈敏光電轉(zhuǎn)換、高頻信號采集及微弱信號處理等技術(shù)，能夠?qū)崟r采集各監(jiān)測點的溫度變化情況，并能實時數(shù)據(jù)處理和實時報警，保證防區(qū)火災預警的準確性和及時性。系統(tǒng)主要由光纖測溫主機、探測光纜和軟件組成。其中探測光纜負責現(xiàn)場的溫度采集，光纖測溫主機負責光纖信號處理、報警和參數(shù)設置等，還可以與火災報警控制器相連，構(gòu)成完整的火災自動報警系統(tǒng)。

　　本工程中，在首層及各避難層弱電間內(nèi)設置光纖線型感溫火災探測器，負責該樓層至相鄰避難層之間的小型電氣豎井火災探測。感溫光纖沿豎向橋架敷設于電井內(nèi)，實時監(jiān)測電井內(nèi)的電纜溫度，并通過火災報警器向消防控制室反饋信號。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，詳文請見雜志。

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