高层建筑中消防设备电气防火设计策略探究

庄孝凡，毛仕汉

（1浙江省嘉兴市嘉善县消防救援大队，浙江 嘉兴 314100；2浙江省嘉兴市平湖消防救援大队，浙江 平湖 314200）

按照我国国家规定，高层建筑是指建筑高度超过24m的公共建筑、工业建筑（非单层）和建筑高度超过27m的住宅建筑，而如果建筑高度超过100m时，无论是住宅亦或是公共建筑则统一称为超高层建筑。现代社会的发展导致城市资源日益紧缺，高层建筑顺应时代发展，在城市中不断出现，按照我国国家规定，针对高层建筑进行消防设备电气防火设计时，必须更加规范和严谨，要从根本上去保障高层建筑的电气安全和消防能力，这一方面也体现出我国高层建筑消防设备电气防火设计存在着一定的不足，需给予更为严谨的制度要求，才能够规范设计、保证科学。

1 高层建筑消防设备电气火灾特点分析

1.1 火势蔓延速度快

高层建筑消防设备一旦出现电气火灾，往往会呈现出火势蔓延速度极快的特点，而且随着高层建筑的高度越高，风速越大，蔓延的速度将越快。按照有关资料显示高层建筑离地面高度10m时，风速将达到5m/s；高度在30m处时，风速将达到8.7m/s；而当高度达到100m时，风速则能够达到18m/s。大风速将使火势得到风的助力，十分难以控制。在火灾发生的初期，空气温度尚且不高，火灾所生成的烟和气会集中在水平方向，速度在每秒0.3m/s左右，当火灾发展到中后期，温度将迅速提高，烟气扩散速度增加，烟和气体的扩散速度将达到0.8m/s，是原来的二倍以上，同时烟和气体会沿着高层建筑的外墙以及内部空间之中的管道迅速扩散，速度能够达到4m/s左右，风将助推火势的蔓延，风速越高，火势蔓延的速度就会越大，高温空气也会迅速蔓延，如果没有有效的进行防火分隔设计，高层建筑内的高温烟气就能顺着各种渠道，1min之内迅速地蔓延到高层建筑顶层，即便是超过百米的高层建筑从底楼燃烧，烟气蔓延到顶楼最多也仅需要10min。

1.2 容易形成烟囱效应

高层建筑内部结构设计复杂，功能区域多，垂直方向上存在着各种管道、竖井，包括排气管道、下水管道、电梯井等等，这些都将成为火情蔓延的路径，一旦出现火灾，低层所产生的烟气将通过这些渠道快速蔓延，由于空气密度低，加上一些管道会产生抽风作用，大量的管道井就犹如高耸的烟囱，使火情和烟气集中于此，并迅速蔓延，高层建筑高度越高，这一现象就越为明显，极容易出现烟囱效应。而如果高层建筑内存放着大量的易燃物，遇到火情时幕墙将会迅速破损，之后将带来大量的新鲜空气，在充分的氧气支持下，火势将一发不可收拾，增加扑灭难度。高温气体不断在高层建筑的顶层内积蓄，容易在顶层内发生另一场火灾，危及周边的建筑物的同时，也会危及在天井疏散的逃生者生命安全。

2 高层建筑消防设备电气防火设计原则

为了保障高层建筑消防设备电气设计的质量，我国要求必须采取可靠的防火措施，技术可靠安全，科学经济适用，并能够在一定程度上实现自防自救，所以，高层建筑进行消防设备电气防火设计时，所构建起的供电系统需要严格按照国家设计规范要求，并根据实际供电系统的特点来进行规划设计，应该达到具备良好的可靠性、耐火性和安全性的标准，而这其中最为主要的则是消防设备供电线路的可靠性，在出现火灾火情时，供电系统的可持续性以及电气设备线路的耐火能力都将直接关系到整个消防电气系统的安全保障能力。消防设备电气线路的可靠性意味着高层建筑出现火灾时，尤其是扑救过程中，电气设备应该具备良好的可靠性，不仅不会出现更进一步的火灾问题，也能够在一定程度上辅助营救工作。

3 高层建筑消防设备电气防火设计策略分析

3.1 消防设备电源负荷等级设计

对高层建筑中防电气设备电源的负荷等级进行科学合理的设计，可以更进一步的提高消防设备电气供电安全和可靠系数，这也将成为高层建筑防火设计过程中的基本内容。高层建筑中的消防电源负荷等级需要按照国家的规范要求来进行设计，一般可以分为2类，分别是一类等级和二类等级。一类等级为一类高层建筑消防用电负荷等级；二类等级为二类高层建筑消防用电负荷等级。具体而言，一类等级供电电源需要满足的设计要求是有两个独立的电源，如果出现负荷容量过大或者是高压用电设备较多时，应该适用两路电源提供稳定的高压电能。如果负荷容量不大，可以优先从整个电力系统内选择使用第二低压电源或者是应急发电机组设备。一级防负荷供电电源主要针对的是照明设备、通信系统电能源的使用，可以选择设计蓄电池组作为储备电源。一级消防负荷供电电源中，主要负荷来源除了以上供应系统外，必要的情况下也需要设计硬件电源设备。二级消防负荷供电电源在设计的过程中，应该满足出现电力变压器故障或者是电路系统出现故障时仍然能够保持稳定的电能源供应，即便出现中断也能够迅速得以恢复。按照国家设计规范要求二类高层建筑应该设计出两条回线路来保持稳定的供电能力，如果无法满足设计要求则应该设计一些柴油发电机组或者是蓄电池机组作为备选电源，以此来更进一步的保障高层建筑消防设备电气防火能力。

3.2 消防设备配电方式设计

高层建筑消防设备电气设计的低压配电一般选择接电方式是将消防用电设备的供电回路电源端与变压器低压母线直接相连，这样可以设计成单母线分段和放射式供电，利用这样的设计方法如果出现非消防负荷故障，就可以使变压器空气开关自动闭合。与此同时，在对母线进行检修时，变压器自动空气开关也将实现自主断开，以此来更进一步的保障消防供电的安全可靠性。为了更好的提高高层建筑消防设备电气设计的安全系数，在进行设计的过程中，建议将消防用电设备的供电回路电源直接与变压器低压出现自动空气开关之前进行连接，这样的设计方法更加灵活，能够在一定程度上实现自动控制的目的。按照国家规定，高层建筑的消防控制室、水泵房、消防电梯、防排烟系统等电源应该在最末一级配电箱内设计出能够自动切换的设备，而其他消防用电设备，比如门窗、阀门、卷帘、自动灭火系统等尚没有详细的规定，需要因地制宜来进行科学的设计。一些电气设备容量较小，布局分散，如果在末一级配电箱内都设置自动切换装置，只能会导致配电系统结构过于复杂，徒增成本，却无法带来良好的使用效果，所以在进行设计的过程中必须要根据建筑项目的实际情况进行合理的规划，可以按照高层建筑不同的楼层和防火分区功能区域等内容来设计双电源自动切换装置，并采取运用耐火配线的方式对各消防用电设备进行分别的连接。

3.3 消防设备配电线路防火设计

在进行高层建筑消防设备电气防火设计时，最基本的策略是应该积极的运用耐火耐热的配线装置来提高防火能力，比如线缆的选择敷设以及线路保护等等。在高层建筑内重要的消防电气设备的配电线路应该选择使用矿物性的电缆，可以更好地保障绝缘性能，比如M1电缆，电缆内部为纯铜材质，能够保持良好的通电能力，绝缘材料则为氧化镁等化合物，保护套为没有接缝的铜质管套。经过实验考证，在辐射热或者是高温火焰的燃烧下，矿物绝缘电缆能够保持非常优秀的耐热能力，即便经受一个半小时的高温灼烧，仍然能够实现良好的导电性能。矿物绝缘电缆不仅具备优秀的耐热能力，同时还有防水、耐腐蚀、导电能力强、耐物理损伤、耐电磁辐射等性能，另外矿物绝缘电缆所使用的铜保护套还能够实现直接接地功能，也就是可以做地线用。

电缆可以明敷，施工较为简单，后期的维修也十分便捷，与其他的电缆类型相比较，矿物绝缘电缆虽然成本较高，但是如果从综合的角度分析，其可靠系数、敷设方法以及传导系数等都有极佳的优势，这样就会使后期的成本投资得到有效的降低，这对于高层建筑可持续发展而言是有其积极意义的。另一方面普通的电线电缆绝缘系数就相对较差，无论是绝缘老化和能力等等，都存在着极大的不足，有时甚至容易成为导致直接火灾的根本性原因。绝缘层和保护层在燃烧的过程中，普通的电缆都会产生大量的有毒气体，不仅会助燃，而且还会进一步的威胁人身安全。所以选择使用矿物绝缘电缆从根本上和经济效益上而言，可以更适用于高层建筑重要消防设备电气防火设计要求，能够更好地保持供电性能的连续性和整个电源线路的稳定性。

高层建筑中防火设备电气设计中的低压配电干线则建议使用耐火性能强的密集型的母线槽，这样的设计方法相较于传统的设计方法，虽然缺陷是不如空气式母线槽分支回路易操作，但是却可以获得更好的机械性能，外壳接地可靠性强，安全系数高，而且具备良好的防火性能。密集型母线槽的敷设需要在现场进行实地勘测，安装的线槽距离必须有很强的精准度，母线槽的叉接方式、开关箱的高度都需要根据实际的情况来进行规划。

消防设备配电线路如果是暗敷，应该采用普通的电信线缆，并且应该埋在不燃烧的结构体之内。暗敷的保护层厚度应该大于3cm；消防设备配电线路如果是明敷，则建议使用耐火系数强的矿物绝缘电缆，如果必须使用普通电缆，则必须优先选用具有防火保护层的金属管或者是封闭式金属线槽，必要的情况下应该再加喷防火涂料，以此来更进一步的保障防火能力。消防电气设备电源线路选择的绝缘和保护套应该是不具有可燃性的电缆，并将其敷设在电缆竖井内，因为市面上的电缆大多都已经具备良好的耐火性能，所以可以不穿金属保护套，但是如果将电缆敷设在同一个电缆井之中时，电缆之间必须要使用耐火材料进行阻隔。

消防电气设备电源线路如果在高层建筑吊顶内进行敷设，所使用的耐火矿物绝缘电缆往往可以避免使用防火桥架，这样就可以避免吊顶导致增加层高度的问题，如果使用普通线缆，同样需要将线缆包裹金属管或者是在金属线槽内进行布线，必要的情况下应该使用硬质塑料管或者塑料线槽进行布线。

4 结语

高层建筑消防设备电气设计作为高层建筑防火设计的重要内容之一，在设计的过程中必须充分根据工程实际，严格按照国家规定要求，尽可能提高防火能力。电气设备既要保持良好的供电性能，也要具备良好的耐火性，这样才能够维持高层建筑的使用安全，这对于广大建筑设计工程人员而言，既是挑战也是技术发展的机遇，值得我们深思。