一类高层住宅消防配电设计探讨

巨兆芳，陈 振

（1.甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730030；2.中国铁路济南局集团有限公司济南西机务段，山东 济南 250000）

随着我国科学技术的不断发展创新与建筑行业的迅猛发展，高层住宅建筑成为现代城市越来越多的选择，但是随着建筑层数的增加，高层住宅的电气系统也变得庞大而复杂，这给设计部门和施工单位带来了新的挑战。高层建筑按照建筑高度、使用功能不同划分为一类高层建筑和二类高层建筑。一类高层住宅建筑指建筑高度大于54 m 的住宅建筑[1]，一类高层住宅建筑人口密度大，人员复杂，用电设备多，一旦发生火灾，疏散难度高，救援难度大，因此在对高层住宅消防电气进行设计时必须根据具体项目深入分析，结合实际情况科学研判，严格把控设计质量，保证消防配电设计的规范可靠性。

案例选取兰州开发新区某一类高层住宅项目进行分析。以某一个地块为例，共计6 栋楼，建筑高度90 m，层数31 层。地下2 层。标准层户数有116 户。

1 消防配电设计原则

1.1 可靠原则

可靠是高层住宅消防配电设计的首要原则。只有有可靠工作的消防系统，才能在发生火灾时，保障住户的生命安全和财产安全。可靠性高的消防系统应尽量避免在设计中存在不良隐患。

1.2 方便原则

高层住宅人口密度大，人员复杂，大部分家庭都有老人和小孩，因此高层建筑消防系统在设计时基于可靠性原则要便于用户使用，操作简单，方便不同人群，还有防止小孩误触。消防电气设计应留有冗余设计，便于后期变更调整。

2 消防配电设计要点

2.1 消防配电方式的选择

消防配电设计的首要任务是确定配电方式。为了提高高层建筑消防配电设计质量，应合理选择消防配电的方式。目前工程应用中最常用的设计方式有放射式、树干式、链式和混合式，如图1 所示。放射式的消防配电设计方式安全性高，每条配电线路独立互不干扰，但是回路较多时，配线成本增加，经济性较差。树干式的消防配电设计是目前采用最多的消防配电设计方式，具有经济实用、配电灵活的优点。树干式也有不足之处，其线路之间独立性不及放射式。如果系统仅采用树干式的消防配电方式，当消防干线出现故障时，将会造成线路末端支线失电，导致消防用电设备停机或无法正常启动。链式消防配电方式只能用于距离较近且容量较小的系统中，可靠性较差，链中任意点出现故障，全链所有设备都无法正常供电，所以在消防系统中极少使用。如果采用单一的配电方式不能满足要求，可以采用两种配电方式，称为混合配电方式，这种配电方式结合两者的优点往往能达到良好的应用效果。我国一类高层住宅常采用的配电方式是树干式与放射式结合的混合配电方式。对于容量小且需灵活供电的设备采用树干式供电，可以减少开关设备、增加系统的灵活性，降低投资和运行费用。例如应急照明供电系统可采用树干式配电设计。对于供电可靠性要求高的线路，如消防控制室、消防水泵等用电量大或者消防用电设备集中的地方，采用放射式供电，如果某一线路发生故障，其他线路不会受到影响。

图1 常见的几种配电方式示意图

2.2 消防电源的设计要求

消防电源要具有足够的供电能力，能够为消防控制室、消防电梯、消防水泵、防排烟设备以及消防照明供电。当发生电气火灾，必须切断居民生活用电电源，防止事故进一步扩大。因此消防电源必须专线专供，且供电线路上不允许介入其他非消防负荷。消防设备的供电电源的设计要以高层建筑的负荷等级为依据，并结合当地电网分布情况，制定合适的高层住宅小区的供电方式。依据规程规定：一类高层住宅的消防系统应按一级负荷供电，对于一类高层住宅中的消防系统，必须选用两个相互独立且互为备用的电源供电，且这两个电源应取自不同的市网[2]。

当无法实现两回路供电时，必须采用独立于生活用电配电系统的应急电源供电。常用的应急电源有蓄电池、柴油发电机和独立于生活用电的其他配电线路。考虑到经济成本，选择柴油发电机作为高层住宅的应急备用电源已经成为主流。需要注意的是，备用消防电源也要具有足够的供电能力，例如柴油发电机的储油量应该满足火灾时连续供电的需求，消防电源主接线设计如图2 所示。

图2 消防配电电源主接线示意图

依据规程要求，应急电源配电线路的最末一级配电箱内应设置自动切换装置，切换时间应严格根据国家标准设置，在出现火灾后，应能保证在30 s 内供电[3]，确保高层住宅消防设施能正常运行。

2.3 消防配电线路材料选择

消防配电线路应满足发生火灾时的现场要求，且导线规格型号都应符合规范规定。线芯应采用铜芯导线。铜的熔点高，火灾时不会融化，载流量大，消防设备集中启动时，亦能可靠供电，且消防线路不工作时也不易氧化和腐蚀，利于消防线路日常维护。消防线路具有较大负荷电流和使用现场环境温度较高的特点，在选择消防电缆截面时，需要考虑短路热稳定、电压损失、允许温升和经济电流密度，宜先按允许温升选择截面，然后校验其他条件[4]。对于变频调速设备、计算机及直流电源设备，要考虑谐波电流对电缆截面选择的影响。消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。矿物绝缘电缆不含有机材料，所以具有不燃、无烟、无毒和耐火的特性。矿物绝缘层的熔点较高，在1 000℃以上，可以耐受住火灾现场的高温。消防配电系统的线路应敷设在金属管或金属线槽中，与其他配电线路分开敷设，防护生活用电线路对消防专线产生影响，确保消防配电线路安全。

2.4 配电线路保护

配电线路要装设过负荷保护。一是要确保消防配电线路的安全性，二是要保证消防负荷不得超过配电线路的最大功率，否则极有可能使得消防配电系统出现故障，无法正常工作而引起更大的经济损失。过负荷掉电会造成严重影响的配电线路，其过负荷保护动作时不能直接切断线路。为了确保消防配电设备能在发生火灾的时候可以稳定地不间断运行，消防配电线路过负荷时不应触发停机，因此线路不能安装具有跳闸作用的过负荷保护装置。消防设备的过负荷保护只能发出报警信号，应装设过负荷报警电器[5-6]。

2.5 消防配电设计注意事项

结合对现有一类高层住宅的消防电气设计调研，目前的消防配电设计存在以下几方面的不足。

（1）消防供电母线问题：部分建筑企业为了降低成本，获取更大的利润，消防供电母线未分断，当对母线故障检修时，主电源与备用电源都将失电，备用电源根本没法发挥作用，影响消防系统的运行，反而降低了供配电系统运行的可靠性。

（2）消防配电设计人员应具有前瞻性：应考虑远期消防需求，在设计时预留一定的设计裕度，增设空闲分支回路，以便将来消防系统的功能调整和扩充容量。

（3）住宅电气线路使用铝线的隐患问题：铝制导线表面易氧化，并形成氧化膜覆盖于导线外部；氧化后的铝制导线电阻升高，相应的热量也明显增加，若散热不良必然会诱发火灾；铝制导线氧化后产生的高电阻会干扰过载保护器的正常工作，导致电气线路内部出现短路后无法及时断开电路，增加了电气线路的起火风险。

（4）消防用电配电箱应具有标识或能明显区分，便于建筑投入使用后消防配电的检查和使用，能提高建筑使用的安全等级。

3 消防应急照明设计要点

火灾发生后生活照明供电线路不能正常供电，尤其是夜间停电，会给人带来心理恐慌，引起骚乱、拥挤或踩踏，会给疏散工作带来一定难度。因此，在正常生活照明用电停电后必须及时启动消防应急照明。依据规程规定：一类高层住宅应选择集中控制型消防应急照明和疏散指示系统[7]。

3.1 照明灯具选择

工程中设置有消防控制室时，选择A 型灯具。消防应急照明灯具的安全阈值电压为DC36 V。考虑到成人伸臂误触灯具可能会带来危险，灯具安装高度不得低于2.5 m。

3.2 照明灯具位置设计

疏散照度不小于5 lx，为了满足规程的最低要求，设计人员应设计足够数目的灯具，且灯具的布局要合理，部分标志性的灯具，如安全出口、疏散指示灯等灯具数量和间隔要满足实际需求，可以为人员进行疏散方向、路径的辨识提供方便，帮助人员第一时间找到安全出口、楼层通道等位置。合理的灯具布置使得应急照明设计更人性化、更安全。

3.3 应急照明配电回路

应急照明配电回路由主电源或USP 电源供电，可以在配电箱与消控中心两个区域进行集中控制。为提高应急照明配电回路的可靠性，宜采用放射式配电方式，消防应急照明系统备用电源连续供电时间不应少于30 min。

3.4 消防照明设计时的注意事项

选用不同型号的灯具，配光曲线不同，灯具效率也不同，由于环境的反射率有差异，相同照度要求的场所需要装设灯具的数量、安装的间距也会不同。

建筑企业过于考虑经济因素，选用的应急灯具亮度不够会引起疏散伤亡。电气设计人员应坚守职业底线，严格按照规范进行科学严谨的设计，通过全面的对比分析，优化消防配电设计，努力消除消防系统隐患，将火灾损失降到最低，保障住户的人身和财产安全。

4 智能火灾自动报警系统

智能火灾自动报警系统由火灾探测器、火灾控制器和消防联动设备组成[8]，能够自动探测着火点，并发出声光报警信号，及时有效地发现火灾隐患，利用消防联动系统，控制火情，消除隐患。智能火灾自动报警系统配置于高层住宅建筑中，为住户及时疏散，降低火灾损失多提供了一重保障。规程明确规定，一类高层住宅的公共部位应设置自动报警设置系统和消防联动设备。

4.1 火灾探测器的设计

火灾探测器就像摄像头一样被安装在高层住宅房屋室内以及公共区域。它能够监测到一定区域内的异常高温现象或者温度突然升高的情况，对于燃烧所发生的烟雾探测是最为灵敏的。火灾探测器将环境中的烟、温、火等信号转变为连续模拟量形式，通过控制信号线与消防控制室计算机连接，把火灾探测情况随时传回计算机，由计算机控制火灾探测器的工作情况，能够随时掌握火灾探测器的动态。

电气设计人员在进行火灾报警系统设计时应依据高层建筑中不同区域，不同的火灾现象，正确地选择火灾报警探测器。结合建筑物内部空间结构，准确计算火灾探测器的数量，确保火灾自动报警装置的可行性，科学合理地设置火灾探测器的安装位置，避免安装过高、监控死区等问题的出现。

4.2 火灾报警控制器设计

作为火灾自动报警系统的大脑神经中枢，火灾报警控制器能够将火灾探测器传输的信号进行分析处理，经判断后以指令的形式发送给执行系统。

为了提高智能火灾自动报警系统的准确度，能够准确地判断火灾信息，降低漏报错报的概率，要求火灾报警控制器具有较强的抗干扰能力和自适应能力，在各种环境中都能稳定工作，可靠地发挥作用。火灾报警控制器通过对比正常情况下环境的温度、湿度和灰尘等变化情况进行自动补偿矫正，再由专家系统进行智能判断，这样一来，不但缩短了火灾报警时间，还提高了报警系统的准确性、可靠性和智能化程度。

4.3 消防联动设备设计

在火灾自动报警装置中，消防联动控制设备是灭火的终端执行元件。消防联动控制系统应能接收和识别火灾控制器的各种指令信息，并精准控制消防联动设备扑灭火源。当火灾发生后，可能存在火灾探测器没有将实际情况传到消防控制室，或者火灾报警控制器误判，以及消防联动设备无法自动启动的极端情况问题，为了不延误灭火，必须在各楼层公共区域设置手动开关，确保能从多个区域开启消防设备。

5 结束语

综上所述，科学合理的消防电气设计可以预防火灾事故扩大，消除消防系统隐患，将火灾损失降到最低，保障住户的人身和财产安全。然而，根据多年来一类高层住宅小区的火灾事故经验可知，部分事故中就存在由设计问题造成消防系统的保障作用未能充分发挥的情况，进而造成了更大的损失，例如线路导线不合格、电源切换方式设计错误、电源容量不能满足应急要求、电源切换点设计不合理等。本文的研究仅对一类高层住宅小区建筑物消防电气设计的部分要点进行了简单的分析研究，希望通过本文的探讨，能为其他电气设计工作者进行设计时提供思路或参考。