超高層建筑中智能消防系統(tǒng)的應用

周培德

摘要：通過分析超高層建筑火災特點，了解在超高建筑中應用智能消防系統(tǒng)的必要性，并結合超高層建筑工程實例，探究智能消防系統(tǒng)中火災自動報警系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、自動滅火控制柜、廣播系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的具體應用，以期展現智能消防系統(tǒng)的優(yōu)勢，在超高層建筑中加速推廣，切實提升超高層建筑火災警報、監(jiān)測、滅火、隔離的智能化水平，從而降低超高層建筑火災危害。

關鍵詞：超高層建筑；智能消防系統(tǒng)；應用

超高層建筑是指總高度超過100m、總層數超過40層的建筑物，具有功能多、結構復雜、空間跨度大等特點，且建筑內部人口密度高、電器數量多、各類型管線分布錯綜復雜，與普通建筑相比，超高層建筑火災具有不同的特點，產生的危害也更為嚴重，因此對相關消防安全工作有更高要求。而應用智能消防系統(tǒng)可以提高火災感知預警能力與消防應急能力，解決超高層建筑火災防治中的一部分難題，但如何基于建筑特點合理構建、應用智能消防系統(tǒng)仍然存在較多難點?；诖耍骄砍邔咏ㄖ兄悄芟老到y(tǒng)的應用具有重要現實意義。

1 超高層建筑火災特點分析

1.1 火勢蔓延快

在對以往火災事故經驗教訓進行總結時發(fā)現，超高層建筑火勢發(fā)展速度要明顯快于普通建筑。形成該現象的主要原因有：超高層建筑的可燃物質含量更高，且垂直管道、豎井數量多，組成“垂直煙囪”，火災發(fā)生后可燃物、“煙囪效應”為火勢發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，使火焰更加猛烈、煙氣擴散速度更快。經過實際測算，超高層建筑發(fā)生火災后煙氣以3～4m/s的速度在垂直管道與豎井當中蔓延，若無任何阻擋或不采取任何控制措施，在地面結構高度100m的建筑物內，僅需要30s則可以攀升至樓頂[1]。因此，在超高層建筑火災初期、火勢較小時采取有效的控制措施，對控制火災蔓延速度、降低火災危害有重要意義。

1.2 火災撲救難

超高層建筑空間跨度大，當超過消防車輛舉高極限時，將因登高難問題影響救援工作的開展。同時，超高層建筑多帶有地下結構，使消防通道路面的承載能力下降，開展登高救援時也受場地限制。此外，即使救援人員能夠快速到達火災現場，在多方面因素的綜合影響下，也難以立即確定合理的控制火情方案?；诖耍ㄖ缺焕藛T有效自救至關重要。利用智能消防系統(tǒng)則能夠在火災初期自動報警、啟動消防設施，控制火勢蔓延，既為撲救爭取時間，也降低撲救難度。

1.3 人員疏散難

超高層建筑有著龐大的空間體積，能夠同時容納更多人，據統(tǒng)計高度超過300m的建筑則可以容納上萬人。而根據消防安全規(guī)定，在火災發(fā)生后需要立即切斷客梯電源，僅可以乘坐消防電梯或從疏散通道逃生，但消防電梯空間有限，每次承載人員較少，而高層住戶或辦公人員通過疏散通道到達一樓也要花費較長時間，并容易發(fā)生踩踏、窒息、中毒[2]。因此，超高層建筑火災中人員疏散也具有一定難度，疏散速度慢，易產生新的危害，提高人員傷亡率。

2 超高層建筑中智能消防系統(tǒng)的應用

本文以新疆喀什雙子塔大廈為例探究智能消防系統(tǒng)的具體應用。建筑基本情況如下：總占地面積16萬m2，總建筑面積514943.8m2。建筑由裙房與塔樓兩部分構成，裙房共4層，塔樓兩棟，均為58層，建筑高度為268m。

2.1? 火災自動報警系統(tǒng)的應用

2.1.1? 火災自動報警系統(tǒng)供電方式

根據功能定位與結構特點采用雙回路模式為火災自動報警系統(tǒng)供電，保證火災發(fā)生后系統(tǒng)各項功能仍能穩(wěn)定、可靠運行。正常狀態(tài)下，電源與消防控制室內雙電源切換箱連接，在發(fā)生火災等危急情況后，如果電源無法正常供電，可以自動切換電源，由不間斷電源與備用發(fā)電機繼續(xù)供電。

2.1.2? 火災自動報警系統(tǒng)組成結構

火災自動報警系統(tǒng)由火災報警裝置、觸發(fā)裝置、聯動輸出裝置等組成，與多系統(tǒng)聯動，如消防給水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、可燃氣體探測報警系統(tǒng)等。為保證火災發(fā)生時系統(tǒng)能夠切實發(fā)揮作用，提高智能化控制水平，組網設計為環(huán)形回路組網形式，并將短路隔離器安裝在總線上，即使火災導致局部線路出現故障，也能降低對整個系統(tǒng)運行功能的影響，并可以繼續(xù)接收感煙/感溫探測器、水流指示器、濕式報警器傳遞的信號，繼續(xù)監(jiān)控消防水泵、水箱、水池的具體使用情況。

2.1.3? 消防聯動控制模式

智能消防系統(tǒng)的智能性主要體現在火災發(fā)生后，能夠根據火災情況聯動控制多個系統(tǒng)、多項設備對火災進行控制。因此，需要采用合理的消防聯動控制模式，目前多線制手動控制聯動模式運用較多，但考慮到超高層建筑的特點，為提高聯動系統(tǒng)響應效率，也可以應用多線制聯動線手動控制模式。在火災發(fā)生后，聯動控制系統(tǒng)運行中按照控制模式要求，將排煙閥全部打開，連鎖啟動相應的排煙風機；若因高溫導致處于排煙風機吸入口的防火閥被熔斷，系統(tǒng)可以自動關停排煙風機[3]。同時，自動切斷火災區(qū)域內所有非消防設備的電源，開啟應急照明系統(tǒng)，并通過廣播播報火災信息，指導建筑內人員逃生。

2.2? 消防給水系統(tǒng)的應用

在超高層建筑中，以水作為主要滅火劑，同時發(fā)揮其他滅火劑的輔助作用，因此，智能系統(tǒng)能否在火災初期發(fā)揮控制火勢作用也受給水系統(tǒng)的影響。應根據建筑內部結構特點、總體高度、功能性質、防火分區(qū)布局情況合理選擇消防給水方式，并結合避難層、消防設施所在層、主要電氣設備層的位置對消防給水系統(tǒng)的應用做出考慮。

2.2.1? 選擇合理的消防給水方式

消防給水方式選擇過程中，要考慮給水控制是否簡單方便、供水是否可靠、成本是否合理、是否存在二次污染、水箱上方使用空間是否存在限制條件等因素，并基于給水方式確定設備的布置模式。通常情況下，建議組合成不同的方案，擇優(yōu)選擇。在案例中，考慮到建筑功能多元，為保障消防給水可靠，選擇常高壓重力供水系統(tǒng)。

2.2.2? 合理確定給水設施位置

給水設施包括消防水泵房、傳輸水箱、水池，其中考慮到設施的占地空間較大，于地下2層以上設置消防水泵房，于中心屋面設置消防水池，于地下5層設置消防補水池，于合適樓層設置消防傳輸水箱與減壓水箱。具體情況如下：在消防水泵房設置過程中必須避開室外出入口處地坪與室內地面水平高差超過10m的位置；根據建筑內部消防用水量（見表1）確定消防水池容積為539m3、補水池容積為183m3；消防傳輸水箱設置在11樓、18樓、32樓、45樓、57樓，水箱容積為120m3；消防減壓水箱設置在9樓、23樓、27樓、40樓、46樓、51樓、55樓，水箱容積為68m3。

2.2.3? 科學劃分供水區(qū)域

確定好各項給水設施的位置后，展開供水區(qū)域劃分，明確每個樓層對應的消防供水區(qū)域。其中地下2層～地上58層均由消防水池重力供水，地下2層～1層由9層供水、2～7層由23層供水、7～19層由27層供水、19～31層由40層供水、31～46層由46層供水、47～52層由51層供水、52～58層由55層供水。

2.2.4? 結合實際需要選擇噴頭

在不同的供水區(qū)域內，由于實際需求不同，也需要選擇不同類型的噴頭。例如，地下停車庫未設置吊頂，宜采用直立型噴頭（DN15、K=80）；在設置吊頂區(qū)域為保證美觀性，宜采用隱蔽式吊頂型噴頭（DN15、K=80）；在酒店住宿層，客房內未設施吊頂區(qū)域宜采用擴展覆蓋水平邊墻型噴頭（DN20、K115），有吊頂區(qū)域內宜采用隱蔽式吊頂型噴頭（DN20、K=80）。同時，應根據噴頭所處位置以及流量系數對其動作溫度做出要求，案例建筑內噴頭均為常規(guī)濕式噴頭，其中特殊位置要求如下：廚房區(qū)域噴頭動作溫度為93℃、桑拿房內噴頭動作溫度為141℃、安裝在廚房排煙罩風管內噴頭動作溫度應為260℃；其他區(qū)域噴頭則統(tǒng)一要求，均為68℃。

2.3? 自動滅火控制柜的應用

根據滅火系統(tǒng)智能化建設需求在建筑內安裝自動滅火控制柜，其可以對分區(qū)閥、水泵的啟停進行控制，并可以傳輸控制柜執(zhí)行不同動作時的狀態(tài)信號。當自動滅火控制柜接收到火災報警系統(tǒng)發(fā)出的火警信號時，可以自動將對應區(qū)域內電磁閥、水泵開啟，向給水管網中補充水源，自動完成滅火并在滅火中發(fā)出警報聲；滅火結束后可以通過調整控制柜上的按鈕將其關閉。同時，考慮到火災對控制柜的負面影響，控制柜也具有自動切換主電源、備用電源的功能，啟動控制柜后先使主電源投入工作，當受火災影響發(fā)生故障造成主電源無法繼續(xù)供電或處于斷開狀態(tài)時，被動電源自動投入工作。此外，控制柜在自動滅火過程中，實時監(jiān)控水箱液位，當處于高水位線時對應的液位高故障指示燈亮起，發(fā)出故障警報聲；當處于高低水位線之間時，表示水箱液位正常，則亮起液位正常指示燈；當處于低水、枯水水位線之間時對應的液位低故障指示燈亮起，發(fā)出故障警報聲；當低于枯水水位線時對應的液位枯故障指示燈亮起，發(fā)出故障警報聲[4]。當出現故障時控制柜自動進行水泵狀態(tài)調整，停止運行。

2.4? 廣播系統(tǒng)的應用

2.4.1? 消防廣播系統(tǒng)

應為智能消防系統(tǒng)配備專用的火警廣播系統(tǒng)，在火災發(fā)生后接收到火災報警系統(tǒng)傳遞的信號，自動啟動并傳遞報警信號與疏散指令。為保證超高層建筑內所有人員聽到清晰警報聲，應急廣播揚聲器安裝位置的選擇至關重要。一方面，應根據消防設計規(guī)范要求在公共區(qū)域、人員集中區(qū)域、主要疏散通道內安裝揚聲器，每個消防分區(qū)內所有部位與相鄰最近揚聲器之間的距離≤25m；在走道內安裝揚聲器時，其距離走道末端應≤12.5m。另一方面，公共衛(wèi)生間內、電梯前室、消防電梯內、防煙樓梯間前室、防煙樓梯間合用前室以及其他被困人員疏散、救援必經之地均需要安裝應急揚聲器，以便在人聲嘈雜情況下也能聽清廣播內容。

同時，為保障火警廣播系統(tǒng)運行穩(wěn)定，廣播設計為100V定壓輸出模式，其額定輸出功率應達到揚聲器總功率的1.3倍，但不得低于三個揚聲器容量最大分區(qū)揚聲器容量總和的1.5倍。建筑內每個樓層均為一個分區(qū)，發(fā)生火災時，火情所處分區(qū)及上下分區(qū)同時進行消防廣播。

2.4.2? 公共廣播系統(tǒng)

公共廣播系統(tǒng)包括兩個部分，一部分面向公共區(qū)域，一部分面向客房、接待等區(qū)域。

在公共區(qū)域，正常狀態(tài)下可以利用廣播系統(tǒng)播放背景音樂、系統(tǒng)通知等，但在火災發(fā)生后，通過控制模塊立即將公共廣播自動切換為消防廣播。為提高消防廣播信號與控制信號的傳輸效率，可以將公共廣播系統(tǒng)同消防廣播系統(tǒng)設置在同一室內，縮短系統(tǒng)之間的連線；且在同一室內，方便廣播中心進行控制，即可以同時對公共廣播、消防廣播進行控制。在未發(fā)生緊急情況時，公共廣播系統(tǒng)通過繼電器常開或常閉接點進行控制，播放背景音樂；但若對背景音樂有特殊要求，可以將繼電器加裝在揚聲器與現場控制開關之間，再將消防廣播、聯動控制系統(tǒng)線接入，既可以播放特殊背景音樂，也可以在火災發(fā)生時順利完成切換[5]。在案例建筑中根據區(qū)域使用功能總共形成4個分區(qū)，地下區(qū)域為一個分區(qū)、酒店住宿為一個分區(qū)、辦公接待為一個分區(qū)、其他區(qū)域為一個分區(qū)，每層均為一個緊急廣播子分區(qū)。需要按照每個分區(qū)的特點選擇揚聲器，其中在地下應用10 W號角揚聲器、其他區(qū)域采用6 W吸頂揚聲器。

在客房、接待等區(qū)域，為方便使用通常將揚聲器安裝在床頭柜、門口等位置，宜采用13～165mm的紙盒式揚聲器，可以自行調節(jié)廣播音量。

2.5? 監(jiān)控系統(tǒng)的應用

監(jiān)控系統(tǒng)應用過程中，需要將監(jiān)控攝像頭安裝在地下停車場、樓道、電梯前室等公共區(qū)域內，將全方位數字可預置一體化環(huán)球攝像機安裝在門廳、電梯等重要區(qū)域內，實現對建筑內部的多層次、全方位監(jiān)控。監(jiān)控中心配備矩陣式控制器，并利用彩色監(jiān)視器顯示圖像，其中監(jiān)視器與多功能控制器共同組成基礎級，在發(fā)生火災時可以自動切換視頻電路；且由計算機與云臺全方位控制器組成二級監(jiān)控系統(tǒng)，可以切換控制器上的顯示畫面，并對攝像頭的焦距、焦點、光圈等進行調節(jié)，火災發(fā)生后可以更清晰地顯示火災發(fā)生區(qū)域現場情況。

控制中心日常通過控制室內的監(jiān)視器了解建筑內主要場所的情況，發(fā)現火情時將畫面切換至存在火情區(qū)域。為滿足靈活切換要求，搭配8路與32路矩陣切換器，并利用68臺顯示設備形成平面電視墻，顯示建筑內所有攝像機監(jiān)控的畫面，方便切換、減少卡頓，并且在有需要時整個電視墻均可以同時顯示一臺攝像頭的信號。此外，在聯動系統(tǒng)的支持下，有攝像頭拍攝到火情現場畫面也會向控制中心傳遞報警信號，并利用攝像機對火情區(qū)域進行監(jiān)視錄像，在智能化系統(tǒng)自動報警時，錄像視頻也自動傳輸給救援部門。

3 結語

綜上所述，超高層建筑雖然具有功能多元、空間大、實用性強的優(yōu)勢，但在滅火救援上也出現諸多新的難題。為提高超高層建筑消防安全，引進智能化消防系統(tǒng)，在火災發(fā)生初期自動報警，并自動啟動滅火控制柜、消防給水系統(tǒng)、播報廣播報警信號，有利于控制火勢發(fā)展、降低火災危害。因此，應在超高層建筑中積極推廣智能消防系統(tǒng)，有效提高智能火災防治能力與火災救援效率。

參考文獻：

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[5]胡為旭，遲耀丹.基于嵌入式系統(tǒng)和CAN總線的集散消防系統(tǒng)設計[J].北方建筑，2019，4（4）：43-45.

Application of intelligent fire system in super high-rise buildings

Zhou Peide

（Xinjiang Fire and Rescue Corps Changji Prefecture Fire and Rescue Brigade，Xinjiang Changji 831700）

Abstract：By analyzing the characteristics of fire in super high-rise buildings， understanding the necessity of applying intelligent fire protection system in super high-rise buildings， and combining the examples of super high-rise building projects， exploring the specific applications of fire automatic alarm system， fire water supply system， automatic fire extinguishing control cabinet， broadcasting system and monitoring system in intelligent fire protection system， in order to show the advantages of intelligent fire protection system， accelerate the promotion in super high-rise buildings， and effectively improve The intelligent level of fire alarm， monitoring， fire extinguishing and isolation in super high-rise buildings， so as to reduce the fire hazards in super high-rise buildings.

Keywords：super high-rise building; intelligent fire system; application