高层建筑电气防火设计及优化研究

摘要：本文分析了高层建筑電气防火设计存在的问题，针对这些问题，重点介绍了高层建筑电气防火系统设计，包括火灾自动报警系统设计、配电线路的选型及敷设设计等，旨在为提高高层建筑电气系统的火灾防护能力提供参考。关键词：高层建筑；电气防火；设计；联动控制；安全随着城市化进程的加快，高层建筑的数量不断增加。然而，在高层建筑中，电气系统作为重要的基础设施之一，在发生火灾时往往成为火灾扩散的重要源头，给人们生命财产安全带来了巨大威胁[1]。本文旨在通过对已有的高层建筑电气防火设计方案进行研究和分析，了解其存在的问题和不足之处，并提出相应的优化策略和方案，以提高高层建筑电气系统的火灾防护能力。一、高层建筑电气防火设计的构成高层建筑作为现代城市的重要标志，其电气系统的安全设计尤为关键。电气防火设计旨在避免和减少火灾的发生，降低火灾造成的损失。在电气防火设计中，一般包括以下几个重要方面。（一）配电线路选型及敷设合理选择电线、电缆的类型和规格以及确定配电线路的敷设方式，对于防止电气火灾至关重要。例如，选用低烟、低毒阻燃或耐火电线电缆以及在高温区域采用耐高温矿物绝缘电缆，都是降低火灾风险的有效措施。此外，根据《民用建筑电气线路防火设计标准》（T/ASC23-2021），电线电缆的敷设应符合相关规范，如在易燃易爆场所应采用金属管保护，确保火灾时电线电缆不易被破坏、损毁。（二）消防应急照明及疏散指示系统该系统能在火灾发生时为建筑内的人员提供必要的疏散照明和疏散指引，确保人员安全快速撤离。系统通常包括应急照明控制器、应急照明配电箱、应急照明集中电源、应急照明灯具和疏散指示标志灯具等，设计时需考虑其可靠性和有效性。（三）火灾自动报警及消防联动控制系统该系统通过监测火灾信号并自动启动相关消防设施，以实现火灾的早期发现和快速处理，该系统通常包括火灾探测器、消防应急广播、手动报警按钮、消火栓按钮、火灾声光报警器、消防电话、火灾报警控制器、消防联动控制器、消防联动模块、消防控制室图形装置等，能够与消防水泵、电梯、防烟排烟系统等消防设施联动，共同构成一个全面的防火网络。（四）电气火灾监控系统该系统则专注于监测电气线路的异常情况，如电流过大、温度异常等，这些可能是电气火灾的前兆，该系统可及时发出警报，以便采取措施预防火灾发生。（五）消防电源监控系统该系统主要负责确保消防设备在火灾发生时能够获得稳定的电源供应，通常包括不间断电源（UPS）和自动切换装置，以确保消防设备在任何情况下正常工作。（六）防火门监控系统该系统主要确保火灾时能有效隔离火源和烟雾，减少火灾蔓延。系统通常包括防火门、监控器和控制逻辑，以确保防火门在火灾时能够正确关闭[2]。二、高层建筑电气防火设计存在问题分析（一）电气设备选型不合理电气设备选型是指根据建筑的具体需求和条件，选择合适的电气设备类型、型号、规格和数量的过程。在防火设计中，电气设备选型起到了至关重要的作用。合理的电气设备选型可以确保电气系统的安全性和可靠性，降低火灾风险，提高火灾应急能力[3]。然而，在实际高层建筑电气防火设计中，电气设备选型不合理的问题仍然突出。例如，某些建筑商在选型过程中过于关注成本控制，而忽视了电气设备的安全性和防火性能，选择质量不达标、不符合国家标准或行业规定的电气设备，这些设备在长期运行中容易产生故障，增加火灾发生风险。（二）电气线路敷设不规范在实际的电气施工中，电气线路敷设不规范的问题仍然存在。例如，某些建筑商在敷设电气线路时，没有按照相关规范和标准进行安装，导致线路老化、破损、过载等问题，甚至是火灾发生，对人们的生命财产安全构成威胁。一些建筑商在敷设电气线路时，忽视了对线路的保护措施，如缺乏防火材料、没有设置过载保护装置等，可能导致火灾发生时无法及时发现和处理，加剧火势蔓延。（三）消防设施配置不完善在电气设计中，消防设施配置的作用主要是为了确保建筑的消防安全，提高火灾报警和灭火效率，保障人员疏散的安全性和快捷性。在实际的电气防火设计中，消防设施配置不完善的问题仍然普遍存在。例如，某些高层建筑在电气防火设计中嫁接了低层建筑的防火设施，导致消防设施布置不合理、覆盖范围不足，使得火灾发生时无法及时发现和控制火势，增加了火灾对高层建筑的危害。一些建筑商擅自降低消防技术标准，有的取消了发电机组、消防水泵、屋顶水箱以及消防联动控制装置的设置，根本不考虑电气防火系统的可靠性，导致火灾自动报警、消防备用电源等均无保障。有的电气线管材质、管径不符合要求，为了方便施工，将金属线管、热镀锌管擅自变更为塑料管。部分场所出现“假火灾自动报警”现象，仅将火灾探测器安装于顶棚而不穿线；有的为了减少火灾自动报警系统的误报警，干脆将其关闭。（四）电气系统维护管理不到位电气系统维护管理是指对建筑内的电气系统进行定期检查、保养、维修等活动，以确保电气系统正常运行，预防电气火灾的发生[4]。在高层建筑电气防火设计中，电气系统维护管理是非常重要的环节，电气系统是高层建筑的重要组成部分，涉及到建筑的各个方面，包括照明、空调、电梯、消防设备等，电气系统的正常运行是保证建筑内人员安全和设备正常运行的基础。然而，在实际的建筑工程中，电气系统维护管理往往存在不到位问题，在某些情况下可能导致电气设备故障和事故。在某高层写字楼中，电气系统维护管理不到位导致大火发生，该建筑的电气系统设计合理，在安装时按照相关标准进行布线，但在后期维护管理中存在严重漏洞，电气设备的定期检查和保养工作没有得到有效落实，电气线路也没有定期清理和检查。三、高层建筑电气防火联动控制系统设计（一）火灾自动报警系统设计在高层建筑中，火灾自动报警系统（FAS）是电气防火系统的重要组成部分，与消火栓系统、喷水灭火系统、防烟排烟系统等联系密切，共同构成了一个全面的防火网络。1.报警信号检测火灾自动报警系统通过安装的感烟、感温和火焰探测器等传感器来监测火灾信号，一旦探测器检测到烟雾、异常温度或火焰，将立即向控制系统发出报警信号。2.联动控制系统动作控制系统在接收到火灾报警信号后，会自动执行一系列动作，包括切断非消防电源以减少火势蔓延风险，启动消火栓系统和自动喷水灭火系统进行灭火以及启动防烟、排烟系统以改善空气质量。3.报警功能火灾自动报警系统具有高效的报警功能，可以通过警铃、声光报警、消防广播等方式，迅速通知楼内人员并引导他们及时、安全逃生，系统也会通知消防部门，确保及时获得专业援助。4.备份供电考虑到高层建筑可能面临电力中断的风险，火灾自动报警系统设计中包括备份电源，确保在任何情况下都能正常运作。在设计火灾自动报警系统时，需要考虑建筑结构特点、消防设备位置和类型以及人员疏散路线。系统的可靠性和易用性也是设计时需重点考虑的因素，合理的系统设计可以确保在紧急情况下，人员可迅速报警并采取安全措施，同时消防部门可以迅速响应，有效控制和扑灭火灾[5]。（二）配电线路选型及敷设设计在高层建筑电气防火设计中，配电线路的选型及敷设是至关重要的环节。合理的配电线路选型和科学的敷设设计可以有效降低火灾发生风险，提高系统的可靠性和安全性。在配电线路选型方面，应优先选择符合国家消防法规和标准的合格产品，对于消防设备配电线路，应选择耐火电缆和矿物绝缘电缆，以确保在火灾发生时能够保持电力供应。此外，还应考虑线路的负载能力、电压损失、兼容性等因素，确保线路在正常运行和火灾状态下都能够稳定工作。在配电线路敷设设计方面，应根据建筑物结构和功能分区进行合理布局，对于消防控制室、消防水泵房、消防电梯机房等重要区域，应单独设置供电回路，确保这些关键设备的电力供应不受其他非消防负载的影响，同时应避免消防配电线路与非消防配电线路共用同一通道或穿越易燃易爆区域，以降低火灾风险。在敷设过程中，应严格遵守国家消防法规和标准，确保线路敷设的安全性和可靠性。例如，对于消防配电线路穿越防火墙、隔墙、楼板处，应采用防火封堵材料进行封堵，以防止火势蔓延，还应考虑线路的维护检修需求，合理设置检修口和标识，便于日常管理和应急维修。（三）防烟排烟系统联动控制设计高层建筑防烟排烟系统可以迅速排除建筑物内部烟雾，确保人员安全疏散。在设计防烟排烟系统联动控制时，需要考虑多个方面，包括火灾发生情况、防排烟系统动作、联动控制策略等。在具体设计中，根据高层建筑的结构和功能区域的性质，确定合适的防火分区和防烟分区，由防火分区和防烟分区的火灾探测器或手动报警按钮的报警信号，作为送风口、排烟口、排烟阀开启的动作信号及送风机、排烟风机的联动触发信号，并由消防联动控制器联动控制送风机、排烟风机的启动，及时排出高层建筑内的烟雾。在联动控制策略设计中，可以考虑设置多个控制模式，如手动控制、自动控制和远程监控控制等，以适应不同场景和需要。根据不同建筑物的特点和要求，应进行合理的设定和调整，以确保烟雾能够迅速排出建筑物。（四）防火门联动控制高层建筑电气防火设计中的防火门联动控制能够有效控制火灾蔓延，为人员疏散提供便利。在具体设计中，要根据高层建筑的结构和功能区域的性质，确定防火门的类型和数量[6]。防火门应该具有较高的耐火性能和密封性，能够有效阻止火灾蔓延。防火门的开关控制方式也应该根据实际情况进行选择，如电动防火门可以通过联动控制系统进行自动控制和远程控制[7]。防火门的联动控制应与火灾报警系统、消防喷淋系统、排烟系统等其他消防设备进行联动，以便在火灾发生时能够迅速采取措施，有效控制火势。在设计联动控制策略时，需要考虑火灾发生区域、火势蔓延方向等因素以及防火门的开关状态和位置等信息，以便能够及时准确启动相应的消防设备。通过在防火门上安装传感器，可以实时监测防火门的开关状态，并将数据传输到联动控制系统，联动控制系统可以根据监测到的数据，自动控制防火门的开关状态，或者发送指令给相关人员手动控制防火门的开关。（五）应急照明及疏散指示系统联动控制在高层建筑电气防火设计中，应急照明及疏散指示系统能够在火灾等紧急情况下，为人员提供清晰的疏散指示，确保人员能够迅速、安全疏散。在设计过程中，要根据高层建筑结构、功能区域以及人员疏散需求，合理规划应急疏散照明指示系统布局，应急照明及疏散指示系统应覆盖整个建筑物，包括楼梯间、走廊、公共场所、配电室、发电机房、消防控制室、消防水泵房等区域[8]。在设计时，应考虑到照明指示系统的亮度、显示方式、能耗等因素，以确保在紧急情况下能够提供足够的照明和清晰的指示。应急照明及疏散指示系统应与火灾报警系统等其他消防设备进行联动，当火灾报警系统检测到火灾信号时，应能自动发送信号给应急照明及疏散指示系统，使其立即启动。应急照明及疏散指示系统还应能够接收来自消防控制室的远程控制指令，