高层建筑消防供电照明防火设计与研究

白钰杰

摘要：随着我国城镇化率的逐步提升，城市中的高层建筑占比越来越高，各类用电设备的数量和种类越来越多，火灾的发生概率也随之大幅度提升，给高层建筑的用电安全带来威胁，灾情险重时可能导致严重的人员伤亡和财产损失。因此，在高层建筑的初期规划阶段就应对消防电源进行防火设计，以最大限度避免高层建筑火灾事故的发生。针对高层建筑消防供电照明防火设计进行了研究，以期为高层建筑的消防安全工作提供参考。

关键词：高层建筑消防供电；电源及用电设备选择；配电方式；防火设计

中图分类号：TU998.1       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）01-0088-03

目前，我国城市内的高层建筑数量越来越多，建筑规模大、内部结构复杂，各种电气设备、火源以及可燃物较多，稍有不慎，就可能引发火灾事故。高层建筑内一旦发生火灾，由于高温对流作用、垂直管井的烟囱效应、高空中风大等原因，火势蔓延十分迅速。同时因楼层高，距离地面较远，人们逃生所需要的时间会更长，会给被困人员的人身安全带来极大的危害。因此，在高层建筑中精确地设计消防供电照明系统，对防火功能进行严格把控十分重要。据应急管理部消防救援局公布的2022年1至9月份全国火灾形势报告显示，电气火灾数量高居榜首，安全用电成为不可忽视的重要灾情防控方向。高层建筑集生活、办公、娱乐功能于一体，人员密集，使用的电气设备数量及种类繁多，建筑的供电负荷较大，因此发生火灾的风险也极大。为消防安全考虑，强化消防供电照明等固定安全设施的应用在高层建筑中起着至关重要的作用，这不仅关系到了高层建筑防火设施的整体建设，也是城市建设过程中不可缺少的一部分。而在高层建筑中由于配电、变电设备及相关电气设备的质量问题引发的火灾事故屡见不鲜，因设计不合理造成的火灾突发情况也时有发生。因此，应对高层建筑配电、用电的防火设计进行全面分析，从而制定出可以降低火灾事故概率的防控方案，以减少此类火灾事故的发生，从而保证人们的生命财产安全。

1 高层建筑消防供电照明设计的必要性

当前高层建筑的主要应用功能就是商用、商住一体或单独住宅，高层建筑中楼层数量多、人员密集，其中还遍布了各类电气设备以及易燃物品，一旦发生火灾，火势会迅速地蔓延。而且在一般情况下，建筑内的各类电器在火灾发生时均会停止供电，因此电梯会停止运行，人们必须从安全通道逃生，在黑暗的情况下，出于对火灾的恐惧心理，人群极易发生拥挤踩踏事件，增加了人员逃生的难度。但是如果在高层建筑中应用了消防供电照明设备，即便发生火灾，消防供电照明设备依然可以保证建筑物内必要的电气设备正常运行，这给救援工作提供了基本的设施支持，同时也可以给火灾中的人们指明疏散逃生的方向，避免更多的人员伤亡。

2 高层建筑消防用电设计的局限性

高层建筑消防用电设计存在一定的局限性，主要体现在以下两个方面：一方面，是给消防设备供电设计保护断路器时，大部分采用了复式脱扣器，还有部分设计增加了报警功能。当供电线路负荷过载时，消防设备会直接停止运行，给火灾的灾情控制带来极大的不便。另一方面，对于消防设备电源箱中的电源运行状况的监控不到位，在消防远程监控时难以获得关键消防设备的供电和用电信息，不利于火灾的灾情判定。

3 高层建筑消防供电照明设备的设计

高层建筑一直是传统高危场所火灾防控的重点，其中消防应急照明防火设计是一项繁杂的系统工程，涉及的内容很多。为达到严格防控高层建筑重大风险的目的，相关部门应结合实际情况，采取更加有力措施，从多方面、多角度做好应急照明系统等固定消防设施相关的规划和设计工作，减少高层建筑火灾隐患，并能在火灾事故发生后为现场群众的迅速逃生创造有利条件，从而将火灾事故造成的经济损失和人员伤亡降到最低。

3.1  消防电源设计

在高层建筑中配备了较多类型的消防设备，主要可以分为电力设备和电子设备。电力消防设备有应急照明设备、防排烟风机等，电子设备有火灾自动报警器等。在设计消防电源时需要考虑到各类设备对用电的要求，包括电压、持续供电时长、电力负荷等。按照相关的消防安全规则，自动喷水系统的使用要求是需要持续供电60h以上，火灾应急广播的使用要求是持续供电时长20h以上。因此，可以根据不同的电子消防设备断电后对整体消防救援作业的影响程度，将供电负荷划分为不同的层级，第一层级的影响程度最为严重，按照两个电源加一个辅助电源进行配置；第二层级程度较为严重，设计时考虑应用两回路供电，需保证供电的电压在4kV以上；第三层级的影响程度最小，设置一个应急电源。消防电源主要有两种，即消防总电源和消防应急电源，属于高层建筑的常用电源。在规划和设计这两种電源之前，应结合实际情况，一级负荷供电应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应受到影响，以便于消防主电源和消防应急电源自动转换。这保证了在主电源出现问题时，当交流市电断电后，互投装置立即投切至逆变器供电，应急电源在自动启动方式下可在5s内完成应急转换，最大限度提高电力设备的工作效率。在消防应急电源系统中，比较常见的有以下两种：第一，独立馈线，是独立于正常电源的专用的馈电线路，与主电源互不影响；第二，独立于正常电源的发电机组，可采用自备柴油发电机、蓄电池作为备用电源。结合目前的供电技术条件，技术人员要根据供电市场以及消防设备运行的实际情况进行分析和研究，把握双重电源和两回线路电源的原则和标准。例如，当确认市政电网有两路高压（10kV级）供电时，则可采用不间断应急电源，其中一路可作为备用电源；如果消防设备允许一定的供电中断时间，则可采用柴油发电机组和蓄电池方式，这样既可减少设备投入成本，又可保证设备正常使用。

3.2  用电、配电方式的优化设计

3.2.1  放射式配电方式

在以往的设计中，放射式配电方式是每一个用电负荷均从电源引出单独的供电回路，每个供电回路对应一个用电负荷，呈放射状布线，在这种方式中各用电负荷所对应的电源相互独立，互不干扰，因此，在运行中不会因为某个用电负荷而引起其他用电负荷的运行故障，仍然能够正常运行，可靠性高。但也有一定的缺点，即用电回路较多，线路和高压开关柜数量多，而且需要投入大量的施工费用，所以只适合某些对供电要求较高的用电配电系统使用[1]。

3.2.2  树干式配电方式

树干式配电是由电源引出一条供电回路（即供电干线），由多个用电负荷并联在这条供电回路上的供电方式，与放射式配电相比存在着较大差异，主要表现在所需的开关设备及线材消耗较少，从而降低了成本投入，但在安全系数上也有一定差距，任何一条干线在运行过程中发生故障时，都会造成较大的影响，停电范围大，供电可靠性低。实际应用中，应用树干式配电方式必须要有足够的备用干线，同时要与相应的配电控制装置连接，才能在正常干线与备用干线之间进行自由切换，从而保证用电配电的稳定性。因此在现实中更多地会采用放射式与树干式相结合的混合式配电方式。

3.3  防火电线电缆的优化设计

从现实情况得知，高层建筑火灾事故的影响因素很多，电路系统引发的电气火灾也容易造成非常严重的后果。因此，有必要对高层建筑电气系统设计以及安装存在的问题进行分析，将其主要原因分成三类：第一，高层建筑内部电气系统电量负荷超载，造成元件短路引发火灾。第二，高层建筑的电气系统漏电现象或元件磨损引发火花或者电弧。第三，高层建筑内部电气系统的电器元件不稳定或存在质量问题发热损坏，有可能直接引起火灾。

在高层建筑的施工和使用过程中，火灾事故的发生不仅会影响电气线路的正常运行，而且，电缆的广布性和易燃性、电缆着火后的串延性、电缆着火后释放出大量的有毒气体等因素都严重地威胁着人们的生命安全。所以，高层建筑的消防用电电缆防火需受到高度重视，在设计时应严格遵循有关设计规范要求，使用阻燃电缆、耐火电缆、矿物绝缘类不燃性电缆等具有一定防火性能的电缆。如果建筑高度超过100m或楼层超过35层，电气系统的设计可以选择铺设矿物绝缘线；如果建筑高度在50～100m之间或楼层达到19～34层，电气系统的设计可以铺设矿物绝缘线，也可选择阻燃功能较强的耐火线缆；如果楼层在10～18层，就需要选择具备阻燃功能的耐火电缆。上述三种缆线，遇火后产生的有毒烟雾、有毒气体较低，不易燃烧，安全性能良好。

4 高层建筑火灾应急照明灯具的选择

配置高层建筑火灾应急照明灯具，设计人员需要充分考虑到以下几点：第一，当发生火灾时，火势会随着时间的推移而逐渐扩散，因此需要有效阻隔火灾蔓延的线路，以避免造成更大的损失。但阻隔电源后，高层建筑则需要应急照明设备自动开启照明效果，从而给相关救援人员以及被困人员提供提醒和指示。第二，选择市场中性能较好的应急照明灯具，使其亮度不低于普通照明灯具亮度的10%。第三，需将应急照明灯具、应急疏散指示灯具配置到高层建筑的配电室、消防控制室、电话总机房、避难室与楼梯间等场所；例如：专业人员需在安全门上安装优质的疏散照明灯具，其安装高度应大于2m。在整个建筑的每个楼梯间的拐角处和走廊上都需要安装疏散指示标志灯，其高度要保持在1m以下。而且某些特殊场所需要调整灯具的配置方式。例如：某些高层建筑的幼儿园或少儿辅导班，需将疏散指示标志灯高度保持在离地面0.5m以下，并保证每两个疏散指示标志灯间的距离不超过10m。某些袋形走廊需要在走廊端部和主拐角布置一些特殊的安全疏散指示标志灯，以加强高层建筑的疏散安全引导[2]。与此同时，应急灯在安装过程中需要充分考虑高层建筑电气线路的配置方式，要保持应急灯之间有足够的安全距离，要留出足够的散热空间，使设施可以正常使用以减少安全事故的发生。

5 高层建筑的低压开关配置要求

目前国内高层建筑常用的低压开关有断路器、熔断器与刀开关等。这几种不同的开关装置具有不同的功能，在电气线路发生短路、过载等故障时，能及时切断线路，有效防止电气线路火灾的发生。开关器在设计过程中需要保证开关频率、开关器额定电压与回路标称频率、电压一致，电气额定电流需要大于等于正常状态下或者回路计算下的过载电流，开关器必须具有良好的性能，保证电气线路具有灵敏性，实现电流资源的优化利用。

6 高层建筑的防烟设计

在高层建筑设计之初就需要考虑对建筑内烟尘的控制，构建建筑模型内规范的烟尘控制区，从内部整體结构考虑计算送风量，保证送风量在实际应用中的精准性，控制防烟设计中的加压空间在标准规范内，送风量大小符合消防要求，确保防烟设计的合理性。在高层建筑内部重点区域发生火灾时，需考虑到前室送风口开启的便捷性与可靠性。从当地的气候条件及建筑朝向等参考因素出发，优化防烟设计，使防烟设计更为经济、可行。

7 高层建筑的消防线路敷设设计

目前的建筑电气施工中，还存在很多建筑应用PVC管保护消防设备的情况，将电气设备线路通过吊顶走线的方式进行敷设，但该方式在应用到消防线路敷设时需要考虑高层建筑的特点。当火灾发生时，PVC管线经过高温燃烧后会产生毒气及烟雾，会严重威胁到高层建筑内人员的生命安全。考虑选用绝缘电缆时，应当检验其性能。增加对矿物绝缘电缆的应用，矿物绝缘电缆中不包含有机材料，其中的金属遇火熔化也不会对火灾产生促进作用，可以在一定程度上提升安全性。在敷设矿物绝缘电缆时，需要考虑对供电时长的影响。在发生火灾时，使用防火线槽敷设方式能够较金属钢管敷设方式的正常供电时长多一倍左右，能够大幅度增加火灾救援成功概率，为高层建筑的消防安全提供一定的保障[3]。

在电缆敷设时，可以采取一定的防火封堵措施以保障线路的使用安全。第一，采用封闭措施，具体是指利用由盒底、盒盖、密封条和卡条构成的具有优越的密闭性的防火槽盒对电缆进行封闭处理，当火灾发生时，电缆着火后会因盒内的封闭性而缺氧自行熄灭，避免了火势蔓延。并且，防火槽盒的外部材料具有不易起燃的性质，即使外部着火也不会对电缆造成损害。除此以外，防火槽盒还具有诸多优点，如隔热、防爆、耐水浸、抗酸碱腐蚀，其应用的材料特性使其重量较小，能够承载较大的压力，且整体机械强度较高，在应用时更为安全、便捷、可靠。第二，在电缆敷设过程中任何与空气接触的位置均使用防火阻火材料进行封堵。防火材料可以考虑使用防火封堵喷胶、缝隙密封胶、阻火包带等，主要封堵位置是电缆穿墙或穿过楼板时余留的缝隙和洞穴，电缆接线盒可以采用防火包或者防火墙实现封堵。第三，在电缆层中设置耐火隔板，也可使用槽盒、涂料、包带布置成阻火段，实现防火区划分并分隔，在起火时有效阻止火焰蔓延。第四，电缆表面涂抹防火涂料。防火涂料在遇火时会迅速发生膨胀生成一层蜂窝状的阻火层，避免电缆受到火焰侵害。第五，在电缆外表层包裹一层防火包带，形成一个密封层，防火包带遇火时，迅速形成一层可阻火的碳化层，避免火势蔓延烧毁电缆。

8 結语

综上所述，在高层建筑中，消防供电照明与建筑内人员的生命财产安全密切相关，应在消防供电照明设计中选择合适的电源和配电系统，既要从电源设计、配电方式的选择上保证消防供电的安全可靠性，又要保证火灾发生时能够启动应急电源，便于进行正常的救援工作。要做好备用照明和应急疏散照明的设计，选择合适的照明灯具，控制好照明设备的高度和间距，同时要注意照明灯具与可燃物的间距，以保证高层建筑的消防安全。

参考文献：

[1]马玉.中高层建筑消防供电照明防火设计探讨[J].门窗，2019（1）：98+100.

[2]赵海华.高层建筑消防供电照明防火设计与研究[J].中国住宅设施，2018（12）：86-87.

[3]常萌.浅谈高层建筑消防设备配线防火设计[J].科技创新与应用，2016（12）：263.

Fire protection design and research of fire

protection and lighting for high-rise buildings

Bai Yujie

（Jiaxing Municipal Fire and Rescue Brigade，Zhejiang  Jiaxing  314000）

Abstract：With the gradual increase of China's urbanization rate， the proportion of high-rise buildings in cities is getting higher and higher， and the number and types of electrical equipments are increasing， and the probability of fire is also substantially increased， bringing threats to the safety of electricity in high-rise buildings， which may lead to serious casualties and property losses when the disaster is serious. Therefore， fire protection power supply should be designed at the initial planning stage of high-rise buildings to avoid the occurrence of fire accidents in high-rise buildings to the maximum extent. The fire protection design of fire power supply lighting for high-rise buildings is studied in order to provide reference for the fire safety work of high-rise buildings.

Keywords：high-rise building power supply; power supply and power equipment selection; power distribution mode; fire protection design