淺析建筑物消防系統設計

時間：2007-04-11 來源： 作者：

1 概述
　　隨著我國經濟建設的迅速發展，人民生活水平的不斷提高以及其它各項事業的興旺發達，城市用地日益緊張，促進建筑物正朝著高層化、密集化方向發展，建筑物的裝修用料和方式也越趨多樣化，并隨著用電負荷及煤氣耗量的加大，對建筑消防、火災自動報警系統設計提出了更高、更嚴格的要求。為確保人民生命財產的安全，建筑消防及火災自動報警系統設計已成為建筑設計中最重要的設計內容之一。建筑消防設計是一項與現行消防法規聯系緊密、政策性很強，技術性較復雜的電氣設計工作。在建筑物消防及火災自動報警系統的設計中，在嚴格執行現行國家有關標準及規范的基礎上，還應結合建筑物的特點、功能及國內外消防技術和產品的發展動向，進一步的完善現行國家有關標準及規范欠明確或不完全相同的細節問題。

2.建筑物消防設計標準及規范
　　目前我國與建筑電氣消防有關的設計規范主要有《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045-95 以下簡稱“高規”）、《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116-98以下簡稱"報警規范）、《民用建筑電氣設計規范》(JGJ/T16－92以下簡稱"民規")等。前兩部是國家標準，后者是國家建設部發布的行業標準。三部規范對建筑中一、二類建筑的劃分以及對火災報警與消防聯動控制系統的設置與要求總體來講是一致的，但從各自不同角度三部規范也各有側重，有所區別。在實際應用中國標是帶有強制性的，必須嚴格遵守，部標或行業標準應服從國標。
2.1設計依據
　　建筑物消防設計的依據是建筑消防設計規范、系統設計規范、設備制造標準、安裝施工驗收規范及行政管理法規等五大方面的消防法規，并注意了解現行國家有關標準及規范中的正面詞: "必須"、"應"、"宜"、"可"和反面詞: "嚴禁"、"不應"、"不得"、"不宜"的含義。
　　要結合建筑物的功能、用途及屬于哪級保護對象和消防等級，并認真執行現行國家有關標準及規范的寬嚴程度及公安消防監督部門的審批意見。
2.2火災報警系統基本形式的劃分
　　火災報警系統的形式應根據具體設計對象來確定，在做規劃設計方案時，應首先必須搞清楚設計對象的建筑形式、規模、分類、建筑個體的分布等諸多因素，再根據這些因素來確定火災報警系統的形式。
　　如表一所示, “報警規范”將火災報警系統劃分為三種基本形式: 區域報警系統、集中報警系統和控制中心報警系統。而“民規”把報警系統分為四種基本形式: 區域系統、集中系統、區域——集中系統、控制中心系統。隨著新技術不斷出現，火災報警設備和元件也在不斷更新和發展。但在實際應用中的主導思想是: 報警系統設備的設置不宜復雜過多，過多會造成投資增大，可靠性降低，也不宜過于簡單而達不到報警聯動要求。應該在滿足規范要求的前提下，強調注意系統的可靠性和經濟性，還應注意不要單純追求消防技術的先進性，而應結合國情充分考慮維護方便和維護水平。
2.3消防設備布置
2.3.1火災探測器的設置: 敞開或封閉樓梯間應單獨劃分探測區域，并每隔2～3層設置一個火災探測器。前室（包括防煙樓梯間前室、消防電梯前室、消防電梯與防煙樓梯間合用的前室）和通道應分別單獨劃分探測區域，特別是前室與電梯豎井、疏散樓梯間及通道相通，在發生火災時煙氣更容易聚集或流過，是人員疏散和消防撲救的必經之地，故應裝設火災探測器。對于一般電梯前室雖然不是人員疏散必經之地，但該前室與電梯豎井相通，也是在發生火災時煙氣容易聚集或流過，宜單獨劃分探測區域及裝設火災探測器。
    電纜豎井應單獨劃分探測區域及裝設火災探測器。一則是恐怕豎井形成拔煙火的通道; 二則是恐怕發生火災時火勢沿電纜延燃。為防止豎井形成拔煙火的通道及防止發生火災時火勢沿電纜延燃，“高層民用建筑設計防火規范”及“民用建筑電氣設計規范”分別在建筑上和在電線或電纜的選型上提出詳細的具體規定，但考慮具體實施的難度及現狀，對電纜豎井裝設火災探測器是十分必要，并配合豎井的防火分隔要求，每隔2～3層或每層安裝一個。
　　電梯機房應裝設火災探測器。其一電梯是重要的垂直交通工具; 其二電梯機房有發生火災的危險性; 其三電梯豎井存在必要的開孔，如層門開孔、通風孔、與電梯機房或滑輪間之間的永久性開孔等；其四在發生火災時，電梯豎井往往成為火勢蔓延的通道，容易威脅電梯機房的設施。為此，對電梯機房設置火災探測器是必要的，并對電梯豎井之頂部宜設置火災探測器。
2.3.2手動火災報警按鈕的設置: 針對各樓層的前室（包括防煙樓梯間前室、消防電梯前室、消防電梯與防煙樓梯間合用的前室）是發生火災時人員疏散和消防撲救的必經之地，應作為設置手動火災報警按鈕的首選部位。此外，對一般電梯前室也應設置手動火災報警按鈕。
　　在公共活動場所（包括大廳、過廳、餐廳、多功能廳等）及主要通道等處，都是人員很集中，并且是主要疏散通道。故應在這些公共活動場所的主要出入口設置手動火災報警按鈕; 其次在主要通道內按“從一個防火分區內的任何位置到最鄰近的一個手動火災報警按鈕的距離不應大于30米"設置手動火災報警按鈕。
2.3.3火災應急廣播揚聲器的設置: 走道、大廳、餐廳等公共場所都是人員很集中，并且是主要疏散通道。故應在這些公共場所按“從一個防火分區內的任何部位到最近的一個揚聲器的距離不大于25米"及"走道內最后一個揚聲器至走道末端的距離不應大于12.5米"設置火災應急廣播揚聲器; 其次在公共衛生間的場所也應設置火災應急廣播揚聲器。
　　針對前室（包括防煙樓梯間前室、消防電梯前室、消防電梯與防煙樓梯間合用的前室）是發生火災時人員疏散和消防撲救的必經之地，且有防火門分隔及人聲噪雜。故應在這些前室設置火災應急廣播揚聲器及對一般電梯前室也應設置火災應急廣播揚聲器。此外，疏散樓梯間也是發生火災時人員疏散和消防撲救的必經之地，且人聲噪雜，就此間設置火災應急廣播揚聲器用于火災應急廣播播放疏散指令是十分必要的。
2.3.4火災警報裝置的設置: 針對設置火災應急廣播的火災自動報警系統，在具體實施中還應裝設火災警報裝置，但在控制程序應是: 警報裝置應在火災確認后，采用手動或自動的控制方式統一對火災相關區域發送警報，在規定的時間內停止報警裝置工作，迅速聯動火災應急廣播及向人們播放疏散指令。
火災警報裝置的設置位置，應與手動火災報警按鈕的設置位置相同，其安裝高度應為距地面1.8米的墻壁上。
2.3.5消防專用電話的設置: 消防專用電話分機的設置，應按與消防聯動控制有關的且經常有人值班的機房（包括消防水泵房、備用發電機房、配變電室、主要通風和空調機房、排煙機房、消防電梯機房及其他）、滅火控制系統操作裝置處或控制室、消防值班室、保衛辦公用房等部位裝設消防專用電話分機。特別是對消防電梯和普通電梯之轎廂內都應設專用電話，要求電梯機房與電梯轎廂、電梯機房與消防控制室、電梯轎廂與消防控制室等三者組成可靠的對講通信電話系統，即通常在消防控制室設置電梯監控顯示盤（包括位置指示器、方向指示燈、對講通信電話、故障指示燈等功能對電梯的運行進行監視及控制緊急情況下的運行）。
　　消防專用電話塞孔的設置，在設有手動火災報警按鈕、消火栓按鈕等位置也應裝設消防專用電話塞孔。

3.火災自動報警系統的消防聯動控制
3.1聯動控制設備
　　消防聯動控制設備對室內消火栓系統應控制消防水泵的啟、停，且應顯示啟泵按鈕的位置和顯示消防水泵的工作、故障狀態。此外，對消火栓設有消火栓按鈕等電氣裝置，其電氣裝置的工作部位也應顯示消防水泵的工作狀態（即設置消防水泵的工作指示燈）。
消防聯動控制設備對自動噴水和水噴霧滅火系統應控制系統的啟、停，且應顯示消防水泵的工作、故障狀態和顯示水流指示器、報警閥、安全信號閥的工作狀態。此外，對水池、水箱的水位也應進行顯示監測; 為防止檢修信號閥被關閉和所造成不必要的損失，應采用帶電氣信號轉換的控制信號閥進行顯示監測系統的控制信號閥之開啟狀態。
3.2消防設備控制權
　　消防水泵（包括消火栓泵、噴淋泵）是滅火手段中的重要設施，對消火栓系統而言，根據“高規”的要求，在消火栓處應能直接啟動消火栓泵。根據“報警規范”的要求，在消防控制室處也應能手動控制消火栓泵的啟、停。這兩部規范從各自不同角度提出要求。此外，在水泵房消火栓泵附近還有一個控制箱直接控制水泵電機啟停，這樣消火栓泵的啟動就有三處地方可控制，因此，存在這樣兩個問題，一是消火栓泵的控制權，二是消火栓泵的啟動方式。
　　消火栓泵的啟動控制權即是消防中心控制室、消火栓動作按鈕與泵房控制箱的主從控制關系。一般來講應以消防控制室為主。目前很多大廈消火栓的控制方式是在泵房控制柜上設置手動、自動轉換開關，通常情況下置于自動位置。這樣設置有一個好處，就是一旦自動控制失靈，工作人員可在水泵房將轉換開關打到手動位置，直接起動消防泵，且就地維修也很方便。但是，這樣一來，將會帶來負面影響。在水泵房設置轉換開關，容易引起人為的操作失誤，因為一般情況下泵房是無人值班的，萬一工作人員或其他人員將轉換開關置于手動位置，而消防中心未能及時發現，就會出現重大的消防隱患（此時消防中心和消火栓按鈕均無法啟動消防泵）。為了有效解決以上矛盾，在實際設計中，消防控制室的手動起停按鈕可不經過泵房設置的轉換開關，而直接啟動消防泵，既能解決直接起動問題，又便于消防中心統一監控。
　　消防控制室與消火栓動作按鈕啟動關系與消火栓泵的啟動形式有關。 消火栓泵的啟動方式一般分為兩種，第一種啟動方式是在總線制聯控方式下，消火栓動作按鈕的起動可通過設在消火栓旁的聯動接口模塊將其要求的啟動信號送至消防控制室控制臺，再從此處輸出使消火栓啟動的開關量觸點。第二種起動方式，是直接將消火栓動作按鈕的開關量觸點輸出到消火栓泵啟動箱。這兩種啟動方式在實際設計中都可以運用，前一種方式接線省，但需在總線制下，對消火栓聯動模塊進行地址編碼編程來達到監測大量消火栓的目的。后一種啟動方式簡單可靠，但還需要把消火栓動作信號返給消防控制室。在具體設計中可根據實際工程規模大小來選用，工程規模大、建筑形式復雜可采用前一種啟動方式，規模小可采用后一種啟動方式。
　　噴淋泵的自啟動是通過各保護區的管網噴嘴玻璃球高溫下爆碎，引起管網水流流動，從而聯動報警閥壓力開關動作，達到自啟動噴淋泵的目的。通過水流指示器聯動模塊或報警閥壓力開關引線至控制室，消防控制室能準確反映其動作信號，同時控制室應能直接控制噴淋泵啟停。
3.3防火閥、排煙閥的控制及返回信號
　　根據“報警規范”的要求，消防水泵啟動后要返回其工作的信號，有兩種做法。其一是取電路信號即接觸器的合閘輔助接點，其二是取物理量信號即取供水管網上的水流壓力傳感器，后者目前使用較少。關于故障信號的返回，電源斷電故障信號的反應比較清楚，其它故障信號的反應，“報警規范”、“民規”都沒有明確說明。比如消防水泵過負荷故障信號應該反應到消防控制室，但具體如何反應是在設計中應予考慮的一個問題。
　　“報警規范”要求在消防控制室能夠關閉防火閥。在實際工程設計中，通常選用的是易熔環熔斷的防火閥，建議將防火閥做成電磁閥的形式，至于信號返回是一對一返回還是成組返回要視具體工程情況來定。
　　“報警規范”也要求在消防控制室能夠啟動排煙閥。以何種方式啟動排煙閥也值得探討。所有的排煙閥都可裝上編碼接口聯動模塊，由消防控制室聯動控制器來達到控制啟動排煙閥的目的。其次還可由就近的感煙探測器組成的控制線路啟動即可，消防控制室只接收其工作后返回的信號。如要求先打開著火層排煙閥，再打開屋頂層排煙機，這種情況下采用后一種做法較妥。

4.線路的敷設
　　消防聯動控制有采用多線制的，有采用總線制的。多線制是電源驅動線與信號線分開，電源、檢測、控制分別占用導線的制式。多線制一般有五線制、四線制�？偩�制是基于計算機技術中控制總線的原理，采用信號線與電源驅動線分時復用的方式，利用計算機編程技術來達到監測與控制目的，總線制有三總線制和二總線制�？偩�制比多線制有布線少，監測控制設備多等優點，目前大中型項目多采用總線制。在具體設計中選擇采用哪種制式可結合工程的具體情況而定。多線制和總線制的主要特點如表二。
　　許多消防線路設計采用穿塑料管（PVC）保護，并從吊頂內走線。而"民規"第24.8.5條規定: 消防聯動控制、自動滅火控制、通信、應急照明及緊急廣播等線路，應穿金屬管保護，并暗敷在非燃燒體結構內，其保護層厚度不應小于 30mm。當必須明敷時，應在金屬管上采取防火措施。在布線上要求與"民規"、"報警規范"基本一致，只是根據"報警規范"線路在暗敷時可采用金屬管或經阻燃的硬質塑料管保護。從實際情況可以看出，很多設計人員對這一條有所疏忽。本條之所以沒有包括火災探測器線路，是因為探測器線路只是在火災初燃生煙發熱階段起作用，而條文中規定的消防聯動控制、自動滅火控制、通信、應急照明及緊急廣播線路，在火災發生后一段時間內還需起作用，在這段時間內，這些線路應保證安全使用。
　　敷設在吊頂內的線路，在發生火災時并不安全，而且吊頂內下是火災多發地段。在實際操作中，凡是新設計的建筑，對該條文規定的線路，一律穿金屬管或阻燃PVC管保護并在現澆板內、墻內等處暗敷走線。而在改造工程中，由于條件限制不能暗敷時，應對保護鋼管或金屬線槽采取防火措施，如刷防火涂料等。
　　一是防止火災發生時消防控制、通信和警報線路中斷，使滅火工作無法進行，造成更大的經濟損失；二是抑制電磁干擾（如變壓器、電動機、電纜等）對火災自動報警系統產生的影響。為此，對火災自動報警系統的傳輸線路與消防控制、通信和警報線路均應采用阻燃型電纜，其電纜應采用金屬管或封閉式金屬線槽保護。消防聯動控制設備之手動直接控制裝置的線路應采用耐火型電纜，其電纜也應采用金屬管或封閉式金屬線槽保護。特別是敷設方式采用明敷時，均應在金屬管或封閉式金屬線槽上采取防火保護措施。