超高层建筑中智能消防系统的应用

周培德

摘要：通过分析超高层建筑火灾特点，了解在超高建筑中应用智能消防系统的必要性，并结合超高层建筑工程实例，探究智能消防系统中火灾自动报警系统、消防给水系统、自动灭火控制柜、广播系统、监控系统的具体应用，以期展现智能消防系统的优势，在超高层建筑中加速推广，切实提升超高层建筑火灾警报、监测、灭火、隔离的智能化水平，从而降低超高层建筑火灾危害。

关键词：超高层建筑；智能消防系统；应用

超高层建筑是指总高度超过100m、总层数超过40层的建筑物，具有功能多、结构复杂、空间跨度大等特点，且建筑内部人口密度高、电器数量多、各类型管线分布错综复杂，与普通建筑相比，超高层建筑火灾具有不同的特点，产生的危害也更为严重，因此对相关消防安全工作有更高要求。而应用智能消防系统可以提高火灾感知预警能力与消防应急能力，解决超高层建筑火灾防治中的一部分难题，但如何基于建筑特点合理构建、应用智能消防系统仍然存在较多难点。基于此，探究超高层建筑中智能消防系统的应用具有重要现实意义。

1 超高层建筑火灾特点分析

1.1 火势蔓延快

在对以往火灾事故经验教训进行总结时发现，超高层建筑火势发展速度要明显快于普通建筑。形成该现象的主要原因有：超高层建筑的可燃物质含量更高，且垂直管道、竖井数量多，组成“垂直烟囱”，火灾发生后可燃物、“烟囱效应”为火势发展创造了有利条件，使火焰更加猛烈、烟气扩散速度更快。经过实际测算，超高层建筑发生火灾后烟气以3～4m/s的速度在垂直管道与竖井当中蔓延，若无任何阻挡或不采取任何控制措施，在地面结构高度100m的建筑物内，仅需要30s则可以攀升至楼顶[1]。因此，在超高层建筑火灾初期、火势较小时采取有效的控制措施，对控制火灾蔓延速度、降低火灾危害有重要意义。

1.2 火灾扑救难

超高层建筑空间跨度大，当超过消防车辆举高极限时，将因登高难问题影响救援工作的开展。同时，超高层建筑多带有地下结构，使消防通道路面的承载能力下降，开展登高救援时也受场地限制。此外，即使救援人员能够快速到达火灾现场，在多方面因素的综合影响下，也难以立即确定合理的控制火情方案。基于此，建筑内被困人员有效自救至关重要。利用智能消防系统则能够在火灾初期自动报警、启动消防设施，控制火势蔓延，既为扑救争取时间，也降低扑救难度。

1.3 人员疏散难

超高层建筑有着庞大的空间体积，能够同时容纳更多人，据统计高度超过300m的建筑则可以容纳上万人。而根据消防安全规定，在火灾发生后需要立即切断客梯电源，仅可以乘坐消防电梯或从疏散通道逃生，但消防电梯空间有限，每次承载人员较少，而高层住户或办公人员通过疏散通道到达一楼也要花费较长时间，并容易发生踩踏、窒息、中毒[2]。因此，超高层建筑火灾中人员疏散也具有一定难度，疏散速度慢，易产生新的危害，提高人员伤亡率。

2 超高層建筑中智能消防系统的应用

本文以新疆喀什双子塔大厦为例探究智能消防系统的具体应用。建筑基本情况如下：总占地面积16万m2，总建筑面积514943.8m2。建筑由裙房与塔楼两部分构成，裙房共4层，塔楼两栋，均为58层，建筑高度为268m。

2.1  火灾自动报警系统的应用

2.1.1  火灾自动报警系统供电方式

根据功能定位与结构特点采用双回路模式为火灾自动报警系统供电，保证火灾发生后系统各项功能仍能稳定、可靠运行。正常状态下，电源与消防控制室内双电源切换箱连接，在发生火灾等危急情况后，如果电源无法正常供电，可以自动切换电源，由不间断电源与备用发电机继续供电。

2.1.2  火灾自动报警系统组成结构

火灾自动报警系统由火灾报警装置、触发装置、联动输出装置等组成，与多系统联动，如消防给水系统、监控系统、广播系统、可燃气体探测报警系统等。为保证火灾发生时系统能够切实发挥作用，提高智能化控制水平，组网设计为环形回路组网形式，并将短路隔离器安装在总线上，即使火灾导致局部线路出现故障，也能降低对整个系统运行功能的影响，并可以继续接收感烟/感温探测器、水流指示器、湿式报警器传递的信号，继续监控消防水泵、水箱、水池的具体使用情况。

2.1.3  消防联动控制模式

智能消防系统的智能性主要体现在火灾发生后，能够根据火灾情况联动控制多个系统、多项设备对火灾进行控制。因此，需要采用合理的消防联动控制模式，目前多线制手动控制联动模式运用较多，但考虑到超高层建筑的特点，为提高联动系统响应效率，也可以应用多线制联动线手动控制模式。在火灾发生后，联动控制系统运行中按照控制模式要求，将排烟阀全部打开，连锁启动相应的排烟风机；若因高温导致处于排烟风机吸入口的防火阀被熔断，系统可以自动关停排烟风机[3]。同时，自动切断火灾区域内所有非消防设备的电源，开启应急照明系统，并通过广播播报火灾信息，指导建筑内人员逃生。

2.2  消防给水系统的应用

在超高层建筑中，以水作为主要灭火剂，同时发挥其他灭火剂的辅助作用，因此，智能系统能否在火灾初期发挥控制火势作用也受给水系统的影响。应根据建筑内部结构特点、总体高度、功能性质、防火分区布局情况合理选择消防给水方式，并结合避难层、消防设施所在层、主要电气设备层的位置对消防给水系统的应用做出考虑。

2.2.1  选择合理的消防给水方式

消防给水方式选择过程中，要考虑给水控制是否简单方便、供水是否可靠、成本是否合理、是否存在二次污染、水箱上方使用空间是否存在限制条件等因素，并基于给水方式确定设备的布置模式。通常情况下，建议组合成不同的方案，择优选择。在案例中，考虑到建筑功能多元，为保障消防给水可靠，选择常高压重力供水系统。

2.2.2  合理确定给水设施位置

给水设施包括消防水泵房、传输水箱、水池，其中考虑到设施的占地空间较大，于地下2层以上设置消防水泵房，于中心屋面设置消防水池，于地下5层设置消防补水池，于合适楼层设置消防传输水箱与减压水箱。具体情况如下：在消防水泵房设置过程中必须避开室外出入口处地坪与室内地面水平高差超过10m的位置；根据建筑内部消防用水量（见表1）确定消防水池容积为539m3、补水池容积为183m3；消防传输水箱设置在11楼、18楼、32楼、45楼、57楼，水箱容积为120m3；消防减压水箱设置在9楼、23楼、27楼、40楼、46楼、51楼、55楼，水箱容积为68m3。

2.2.3  科学划分供水区域

确定好各项给水设施的位置后，展开供水区域划分，明確每个楼层对应的消防供水区域。其中地下2层～地上58层均由消防水池重力供水，地下2层～1层由9层供水、2～7层由23层供水、7～19层由27层供水、19～31层由40层供水、31～46层由46层供水、47～52层由51层供水、52～58层由55层供水。

2.2.4  结合实际需要选择喷头

在不同的供水区域内，由于实际需求不同，也需要选择不同类型的喷头。例如，地下停车库未设置吊顶，宜采用直立型喷头（DN15、K=80）；在设置吊顶区域为保证美观性，宜采用隐蔽式吊顶型喷头（DN15、K=80）；在酒店住宿层，客房内未设施吊顶区域宜采用扩展覆盖水平边墙型喷头（DN20、K115），有吊顶区域内宜采用隐蔽式吊顶型喷头（DN20、K=80）。同时，应根据喷头所处位置以及流量系数对其动作温度做出要求，案例建筑内喷头均为常规湿式喷头，其中特殊位置要求如下：厨房区域喷头动作温度为93℃、桑拿房内喷头动作温度为141℃、安装在厨房排烟罩风管内喷头动作温度应为260℃；其他区域喷头则统一要求，均为68℃。

2.3  自动灭火控制柜的应用

根据灭火系统智能化建设需求在建筑内安装自动灭火控制柜，其可以对分区阀、水泵的启停进行控制，并可以传输控制柜执行不同动作时的状态信号。当自动灭火控制柜接收到火灾报警系统发出的火警信号时，可以自动将对应区域内电磁阀、水泵开启，向给水管网中补充水源，自动完成灭火并在灭火中发出警报声；灭火结束后可以通过调整控制柜上的按钮将其关闭。同时，考虑到火灾对控制柜的负面影响，控制柜也具有自动切换主电源、备用电源的功能，启动控制柜后先使主电源投入工作，当受火灾影响发生故障造成主电源无法继续供电或处于断开状态时，被动电源自动投入工作。此外，控制柜在自动灭火过程中，实时监控水箱液位，当处于高水位线时对应的液位高故障指示灯亮起，发出故障警报声；当处于高低水位线之间时，表示水箱液位正常，则亮起液位正常指示灯；当处于低水、枯水水位线之间时对应的液位低故障指示灯亮起，发出故障警报声；当低于枯水水位线时对应的液位枯故障指示灯亮起，发出故障警报声[4]。当出现故障时控制柜自动进行水泵状态调整，停止运行。

2.4  广播系统的应用

2.4.1  消防广播系统

应为智能消防系统配备专用的火警广播系统，在火灾发生后接收到火灾报警系统传递的信号，自动启动并传递报警信号与疏散指令。为保证超高层建筑内所有人员听到清晰警报声，应急广播扬声器安装位置的选择至关重要。一方面，应根据消防设计规范要求在公共区域、人员集中区域、主要疏散通道内安装扬声器，每个消防分区内所有部位与相邻最近扬声器之间的距离≤25m；在走道内安装扬声器时，其距离走道末端应≤12.5m。另一方面，公共卫生间内、电梯前室、消防电梯内、防烟楼梯间前室、防烟楼梯间合用前室以及其他被困人员疏散、救援必经之地均需要安装应急扬声器，以便在人声嘈杂情况下也能听清广播内容。

同时，为保障火警广播系统运行稳定，广播设计为100V定压输出模式，其额定输出功率应达到扬声器总功率的1.3倍，但不得低于三个扬声器容量最大分区扬声器容量总和的1.5倍。建筑内每个楼层均为一个分区，发生火灾时，火情所处分区及上下分区同时进行消防广播。

2.4.2  公共广播系统

公共广播系统包括两个部分，一部分面向公共区域，一部分面向客房、接待等区域。

在公共区域，正常状态下可以利用广播系统播放背景音乐、系统通知等，但在火灾发生后，通过控制模块立即将公共广播自动切换为消防广播。为提高消防广播信号与控制信号的传输效率，可以将公共广播系统同消防广播系统设置在同一室内，缩短系统之间的连线；且在同一室内，方便广播中心进行控制，即可以同时对公共广播、消防广播进行控制。在未发生紧急情况时，公共广播系统通过继电器常开或常闭接点进行控制，播放背景音乐；但若对背景音乐有特殊要求，可以将继电器加装在扬声器与现场控制开关之间，再将消防广播、联动控制系统线接入，既可以播放特殊背景音乐，也可以在火灾发生时顺利完成切换[5]。在案例建筑中根据区域使用功能总共形成4个分区，地下区域为一个分区、酒店住宿为一个分区、办公接待为一个分区、其他区域为一个分区，每层均为一个紧急广播子分区。需要按照每个分区的特点选择扬声器，其中在地下应用10 W号角扬声器、其他区域采用6 W吸顶扬声器。

在客房、接待等区域，为方便使用通常将扬声器安装在床头柜、门口等位置，宜采用13～165mm的纸盒式扬声器，可以自行调节广播音量。

2.5  监控系统的应用

监控系统应用过程中，需要将监控摄像头安装在地下停车场、楼道、电梯前室等公共区域内，将全方位数字可预置一体化环球摄像机安装在门厅、电梯等重要区域内，实现对建筑内部的多层次、全方位监控。监控中心配备矩阵式控制器，并利用彩色监视器显示图像，其中监视器与多功能控制器共同组成基础级，在发生火灾时可以自动切换视频电路；且由计算机与云台全方位控制器组成二级监控系统，可以切换控制器上的显示画面，并对摄像头的焦距、焦点、光圈等进行调节，火灾发生后可以更清晰地显示火灾发生区域现场情况。

控制中心日常通过控制室内的监视器了解建筑内主要场所的情况，发现火情时将画面切换至存在火情区域。为满足灵活切换要求，搭配8路与32路矩阵切换器，并利用68台显示设备形成平面电视墙，显示建筑内所有摄像机监控的画面，方便切换、减少卡顿，并且在有需要时整个电视墙均可以同时显示一台摄像头的信号。此外，在联动系统的支持下，有摄像头拍摄到火情现场画面也会向控制中心传递报警信号，并利用摄像机对火情区域进行监视录像，在智能化系统自动报警时，录像视频也自动传输给救援部门。

3 结语

综上所述，超高层建筑虽然具有功能多元、空间大、实用性强的优势，但在灭火救援上也出现诸多新的难题。为提高超高层建筑消防安全，引进智能化消防系统，在火灾发生初期自动报警，并自动启动灭火控制柜、消防给水系统、播报广播报警信号，有利于控制火势发展、降低火灾危害。因此，应在超高层建筑中积极推广智能消防系统，有效提高智能火灾防治能力与火灾救援效率。

参考文献：

[1]杨永胜.浅谈智能消防应急照明系统在民用建筑电气设计中的应用[J].中国住宅设施，2021（2）：13-14.

[2]付继伟.智能消防系统在建筑消防中的应用研究[J].消防界（电子版），2020，6（20）：68+70.

[3]王鑫.消防安防云智慧技術在建筑消防系统中的应用[J].居舍，2020（30）：157-158.

[4]邹磊，余昊洋，吴金龙，等.基于智能建筑消防系统下的PLC通信系统的研究[J].科学技术创新，2020（22）：104-105.

[5]胡为旭，迟耀丹.基于嵌入式系统和CAN总线的集散消防系统设计[J].北方建筑，2019，4（4）：43-45.

Application of intelligent fire system in super high-rise buildings

Zhou Peide

（Xinjiang Fire and Rescue Corps Changji Prefecture Fire and Rescue Brigade，Xinjiang Changji 831700）

Abstract：By analyzing the characteristics of fire in super high-rise buildings， understanding the necessity of applying intelligent fire protection system in super high-rise buildings， and combining the examples of super high-rise building projects， exploring the specific applications of fire automatic alarm system， fire water supply system， automatic fire extinguishing control cabinet， broadcasting system and monitoring system in intelligent fire protection system， in order to show the advantages of intelligent fire protection system， accelerate the promotion in super high-rise buildings， and effectively improve The intelligent level of fire alarm， monitoring， fire extinguishing and isolation in super high-rise buildings， so as to reduce the fire hazards in super high-rise buildings.

Keywords：super high-rise building; intelligent fire system; application