浅析建筑物消防系统设计

时间：2007-04-11 来源： 作者：

1 概述
　　随着我国经济建设的迅速发展，人民生活水平的不断提高以及其它各项事业的兴旺发达，城市用地日益紧张，促进建筑物正朝着高层化、密集化方向发展，建筑物的装修用料和方式也越趋多样化，并随着用电负荷及煤气耗量的加大，对建筑消防、火灾自动报警系统设计提出了更高、更严格的要求。为确保人民生命财产的安全，建筑消防及火灾自动报警系统设计已成为建筑设计中最重要的设计内容之一。建筑消防设计是一项与现行消防法规联系紧密、政策性很强，技术性较复杂的电气设计工作。在建筑物消防及火灾自动报警系统的设计中，在严格执行现行国家有关标准及规范的基础上，还应结合建筑物的特点、功能及国内外消防技术和产品的发展动向，进一步的完善现行国家有关标准及规范欠明确或不完全相同的细节问题。

2.建筑物消防设计标准及规范
　　目前我国与建筑电气消防有关的设计规范主要有《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95 以下简称“高规”）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-98以下简称"报警规范）、《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16－92以下简称"民规")等。前两部是国家标准，后者是国家建设部发布的行业标准。三部规范对建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾报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。在实际应用中国标是带有强制性的，必须严格遵守，部标或行业标准应服从国标。
2.1设计依据
　　建筑物消防设计的依据是建筑消防设计规范、系统设计规范、设备制造标准、安装施工验收规范及行政管理法规等五大方面的消防法规，并注意了解现行国家有关标准及规范中的正面词: "必须"、"应"、"宜"、"可"和反面词: "严禁"、"不应"、"不得"、"不宜"的含义。
　　要结合建筑物的功能、用途及属于哪级保护对象和消防等级，并认真执行现行国家有关标准及规范的宽严程度及公安消防监督部门的审批意见。
2.2火灾报警系统基本形式的划分
　　火灾报警系统的形式应根据具体设计对象来确定，在做规划设计方案时，应首先必须搞清楚设计对象的建筑形式、规模、分类、建筑个体的分布等诸多因素，再根据这些因素来确定火灾报警系统的形式。
　　如表一所示, “报警规范”将火灾报警系统划分为三种基本形式: 区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。而“民规”把报警系统分为四种基本形式: 区域系统、集中系统、区域——集中系统、控制中心系统。随着新技术不断出现，火灾报警设备和元件也在不断更新和发展。但在实际应用中的主导思想是: 报警系统设备的设置不宜复杂过多，过多会造成投资增大，可靠性降低，也不宜过于简单而达不到报警联动要求。应该在满足规范要求的前提下，强调注意系统的可靠性和经济性，还应注意不要单纯追求消防技术的先进性，而应结合国情充分考虑维护方便和维护水平。
2.3消防设备布置
2.3.1火灾探测器的设置: 敞开或封闭楼梯间应单独划分探测区域，并每隔2～3层设置一个火灾探测器。前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）和通道应分别单独划分探测区域，特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间及通道相通，在发生火灾时烟气更容易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之地，故应装设火灾探测器。对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前室与电梯竖井相通，也是在发生火灾时烟气容易聚集或流过，宜单独划分探测区域及装设火灾探测器。
    电缆竖井应单独划分探测区域及装设火灾探测器。一则是恐怕竖井形成拔烟火的通道; 二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃。为防止竖井形成拔烟火的通道及防止发生火灾时火势沿电缆延燃，“高层民用建筑设计防火规范”及“民用建筑电气设计规范”分别在建筑上和在电线或电缆的选型上提出详细的具体规定，但考虑具体实施的难度及现状，对电缆竖井装设火灾探测器是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔2～3层或每层安装一个。
　　电梯机房应装设火灾探测器。其一电梯是重要的垂直交通工具; 其二电梯机房有发生火灾的危险性; 其三电梯竖井存在必要的开孔，如层门开孔、通风孔、与电梯机房或滑轮间之间的永久性开孔等；其四在发生火灾时，电梯竖井往往成为火势蔓延的通道，容易威胁电梯机房的设施。为此，对电梯机房设置火灾探测器是必要的，并对电梯竖井之顶部宜设置火灾探测器。
2.3.2手动火灾报警按钮的设置: 针对各楼层的前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）是发生火灾时人员疏散和消防扑救的必经之地，应作为设置手动火灾报警按钮的首选部位。此外，对一般电梯前室也应设置手动火灾报警按钮。
　　在公共活动场所（包括大厅、过厅、餐厅、多功能厅等）及主要通道等处，都是人员很集中，并且是主要疏散通道。故应在这些公共活动场所的主要出入口设置手动火灾报警按钮; 其次在主要通道内按“从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离不应大于30米"设置手动火灾报警按钮。
2.3.3火灾应急广播扬声器的设置: 走道、大厅、餐厅等公共场所都是人员很集中，并且是主要疏散通道。故应在这些公共场所按“从一个防火分区内的任何部位到最近的一个扬声器的距离不大于25米"及"走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于12.5米"设置火灾应急广播扬声器; 其次在公共卫生间的场所也应设置火灾应急广播扬声器。
　　针对前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）是发生火灾时人员疏散和消防扑救的必经之地，且有防火门分隔及人声噪杂。故应在这些前室设置火灾应急广播扬声器及对一般电梯前室也应设置火灾应急广播扬声器。此外，疏散楼梯间也是发生火灾时人员疏散和消防扑救的必经之地，且人声噪杂，就此间设置火灾应急广播扬声器用于火灾应急广播播放疏散指令是十分必要的。
2.3.4火灾警报装置的设置: 针对设置火灾应急广播的火灾自动报警系统，在具体实施中还应装设火灾警报装置，但在控制程序应是: 警报装置应在火灾确认后，采用手动或自动的控制方式统一对火灾相关区域发送警报，在规定的时间内停止报警装置工作，迅速联动火灾应急广播及向人们播放疏散指令。
火灾警报装置的设置位置，应与手动火灾报警按钮的设置位置相同，其安装高度应为距地面1.8米的墙壁上。
2.3.5消防专用电话的设置: 消防专用电话分机的设置，应按与消防联动控制有关的且经常有人值班的机房（包括消防水泵房、备用发电机房、配变电室、主要通风和空调机房、排烟机房、消防电梯机房及其他）、灭火控制系统操作装置处或控制室、消防值班室、保卫办公用房等部位装设消防专用电话分机。特别是对消防电梯和普通电梯之轿厢内都应设专用电话，要求电梯机房与电梯轿厢、电梯机房与消防控制室、电梯轿厢与消防控制室等三者组成可靠的对讲通信电话系统，即通常在消防控制室设置电梯监控显示盘（包括位置指示器、方向指示灯、对讲通信电话、故障指示灯等功能对电梯的运行进行监视及控制紧急情况下的运行）。
　　消防专用电话塞孔的设置，在设有手动火灾报警按钮、消火栓按钮等位置也应装设消防专用电话塞孔。

3.火灾自动报警系统的消防联动控制
3.1联动控制设备
　　消防联动控制设备对室内消火栓系统应控制消防水泵的启、停，且应显示启泵按钮的位置和显示消防水泵的工作、故障状态。此外，对消火栓设有消火栓按钮等电气装置，其电气装置的工作部位也应显示消防水泵的工作状态（即设置消防水泵的工作指示灯）。
消防联动控制设备对自动喷水和水喷雾灭火系统应控制系统的启、停，且应显示消防水泵的工作、故障状态和显示水流指示器、报警阀、安全信号阀的工作状态。此外，对水池、水箱的水位也应进行显示监测; 为防止检修信号阀被关闭和所造成不必要的损失，应采用带电气信号转换的控制信号阀进行显示监测系统的控制信号阀之开启状态。
3.2消防设备控制权
　　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。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。
3.3防火阀、排烟阀的控制及返回信号
　　根据“报警规范”的要求，消防水泵启动后要返回其工作的信号，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。
　　“报警规范”要求在消防控制室能够关闭防火阀。在实际工程设计中，通常选用的是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。

4.线路的敷设
　　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。多线制和总线制的主要特点如表二。
　　许多消防线路设计采用穿塑料管（PVC）保护，并从吊顶内走线。而"民规"第24.8.5条规定: 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。当必须明敷时，应在金属管上采取防火措施。在布线上要求与"民规"、"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。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。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。
　　一是防止火灾发生时消防控制、通信和警报线路中断，使灭火工作无法进行，造成更大的经济损失；二是抑制电磁干扰（如变压器、电动机、电缆等）对火灾自动报警系统产生的影响。为此，对火灾自动报警系统的传输线路与消防控制、通信和警报线路均应采用阻燃型电缆，其电缆应采用金属管或封闭式金属线槽保护。消防联动控制设备之手动直接控制装置的线路应采用耐火型电缆，其电缆也应采用金属管或封闭式金属线槽保护。特别是敷设方式采用明敷时，均应在金属管或封闭式金属线槽上采取防火保护措施。