城市消防联动系统优化设计分析

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摘要:根据城市综合体人员数量众多、火灾危险性比较高、救援难度相对较大的特点，以某建筑项目为例，提出城市综合体消防联动系统优化设计的方法。

关键词:城市综合体;消防联动系统;优化设计

当前人们的生活需求变得更加多元化，城市综合体像雨后春笋一般在我国的各大城市出现。城市综合体将城市中的餐饮、旅店、办公和商业以及文娱、交通等多种功能进行整合，形成综合体，而各个部分之间也存在着一定的依存关系，最终形成高效率和多功能的综合性建筑［1］。但也正是因为其包含的性能比较多，所以一旦发生火灾，危害性也会高于传统建筑。这就需要对当前城市综合体的消防联动系统进行改进和优化，减少安全隐患，更好地保证建筑和人民的生命和财产安全。

1城市综合体基本内容阐释

城市综合体建筑将住宅、特色餐厅、购物商场和办公室写字楼、会展中心、娱乐城、地铁站和地下停车场等多种功能汇集在一起，可以将其简单地定位成“生活馆”。这主要是因为城市综合体汇集各种功能，使人们生活中的各种功能都可以得到满足，只要是人们自己需要的基本上都可以在城市综合体中得到满足，因此城市综合体也被称为“城中之城”［2］。城市综合体的特点表现为以下几个方面:①空间比较大，城市综合体的规模需要和其所在城市的规模相协调，而且还需要与城市的主干道相互贯通;②通道属于典型的树形体系;③设计融合现代化设计理念;④引入高科技设施，拥有了一些高智能和高科技的产品，内部设备配备完善，也反映了此种建筑形式是科技发展进步的产物。

2城市综合体建筑消防具体特点分析

2．1建筑给排水特点表现。城市综合体包含多种功能，所以开发商会最大限度地开发地下空间，将娱乐设施、写字楼和商业建筑等设置在一起，使建筑面积得到有效利用。生活用水可以分为城镇居民用水、行政事业用水、经营服务用水等［3］。政府会针对用水单位和性质的不同区别收费，所以需要设置专门的给水系统。城市综合体建筑必然会考虑到经济效益，尤其是超高层建筑会设置高级酒店，他们对于水压、水质等要求更高。通常来说，酒店需要屋顶生活用水的储备为1～2天，他们也会对生活用水进行进一步的软化和净化，这些都会对地下设备的布置产生一定影响［4］。城市综合体建筑面积过大，用水点也相对更多，如果单纯采用凭借重力自流的方式供水显然无法实现目标。尤其是排水管道走向较长，坡度会对地下室的层高产生影响，使后期的维护和运营成本增加，也为之后用户的用水带来诸多麻烦［5］。图1为2016年我国火灾发生情况，图2为火灾发生地点分布情况。2．2消防特点表现。(1)火灾蔓延速度更快。综合体建筑内部一般会分布着各种管道和井道，比如电梯井、楼梯井和排烟井道等［6］。建筑内部如果发生火灾，内部和外部之间会呈现出巨大的温度差，十分容易出现烟囱效应，而且建筑物越高，烟囱效应也就越明显。温度比较高的烟雾会顺着建筑物的外墙向上蔓延，使建筑物的玻璃幕墙受损程度进一步加剧，可以让高层建筑物在很短的时间内变成火海。当前建筑中所使用的新型外墙保温材料大部分都属于可燃材料，一旦燃烧，将会成为火灾蔓延的推手［7］。(2)火灾荷载量更大。综合体建筑中内部装饰的可燃物、易燃物比较多，这些都会使建筑物内部的火灾荷载增加，如果是采用钢结构的超高建筑物，会随着使用时间的增加防火涂料的耐火性降低，其耐火等级必然达不到最初设计的标准。当初美国“9．11”事件中，世贸大厦短时间内倒塌正是因为火灾的荷载量过大。(3)人员疏散难度较大。火灾发生时，电力也会随之中断，电梯无法使用，内部人员只有通过楼梯疏散，但是综合体建筑的楼层多，疏散时间和高度也成正比，人员想要顺利地逃出火灾区域必须要花费很长时间。(4)救援难度较大。当前城市综合体建筑为了美观，大都选择使用玻璃幕墙来进行装饰，而且所使用的面积也很大，这些架设在建筑物之外的玻璃受到高温的影响，容易碎裂掉落，还会对参与扑救火灾的消防人员产生不利影响［8］。另外，消防队员需要背着沉重的救援设备向失火区域前行，而正在疏散的人群则是方向相反，这也就使救援的速度降低。建筑火灾扑救需要以内部的消防设施作为主要救治工具，一旦建筑的消防设施在火灾中出现故障，那么灭火的效率也会进一步降低。

3城市综合体消防联动系统优化设计———以某建筑项目为例

3．1某建筑项目情况概述。本次以笔者所在城市的建筑项目作为研究对象，该项目属于开发商的第二期项目，一期项目中包含酒店和商业街，本期则是商业综合体，建筑物的总面积达到了30万m2，两期项目的地下通道是连接在一起的。本期项目中地下一层属于超市、设备用房;二三层则为车库，地上1层、2层和3层为自持商业，4层为游乐园、观影区和商业等，5层为运动场馆，6层以上分为3个不同的塔楼，建筑物共有25层，建筑高度为155．84m。3．2消防联动系统网络及控制室优化设计。3．2．1消防通讯优化设计根据该项目工程的实际需求，设置3个消防控制室，其中办公楼设置1个，酒店部分设置1个，1号塔楼和2号塔楼的公寓使用1个消防控制室。各个消防室设置的主要目的是为了在发生火灾时可以通过视频监控的方式来指导扑救火灾和指挥群众更快疏散。每个消防室都需要设置专门的独立消防系统，消防室中使用的电话也都是为本报警区提供服务，因此需要在各个控制室设置专用的电话和主消防控制中心进行良好的通讯，另外每个消防控制室都需要设置专门的119外线电话。3．2．2共用设施控制设计公共区域消防联动系统是考虑同一个时间段内只发生1次火灾的，所以可以共用消防泵房、高位消防水箱、消防水池等。高位消防水箱的容积以及消防水池的容积都应当按照消防用水量最大的一层进行计算，高位消防水箱则是需要设置在建筑群内最高一幢建筑屋顶最高位置。但是在实际工程设计的过程中情况千变万化，因此需要提出具体的优化措施。当消防给水系统中设置有消防传输水泵和传输水箱时，应当在每栋建筑上分别进行设置，这可以保障高层建筑，尤其是超高层建筑。共用自动喷水灭火系统报警阀组应当在各栋建筑中分别集中设置，减少配水管的输水距离。另外每栋建筑的消防给水和配水管网应当独立设置。本次工程项目的一期和二期共用一套消防给水设施，消防泵房设置在二期工程的地下室当中，为本次工程提供消防水源。联动控制需要由各分区的低压开关和报警阀压力开关进行联动控制;手动控制则是需要由着火区域的消防控制室向消防控制中心发生请求指令。3号消防控制中心开启手动控制。表1为工厂、仓库和民用建筑同一时间内火灾起数及需水量。3．2．3其他消防设施控制设计、超高层消防泵设计消防控制室对各个消防设施分管的范围进行划分，再由对应的控制室来进行监控，每个消防控制室之间都设置显示建筑物当前状态的装置，不管是哪个区域发生火灾都可以被不同的消防控制室监测到。本次酒店部分设置了高层区域消防接力泵，当酒店部分发生了火灾之后，需要立即向负责该区域的消防控制室发出报警信号，该区域的消防控制室可以进行手动或者联动控制，高区消防接力泵启动之后可以联锁启动二期消防泵房传输水泵，最终实现串联接力供水。3．3联动电源优化设计。本次工程中使用到的联动设备相对较多，而且敷设的路径也比较长，传统设计的干线为4mm2的线缆，末端则是采用2．5mm2的线缆，以此种供电方式来满足联动控制需求，但是实践证实此种方式无法满足该需求，现在以3号消防控制室的控制器为例进行分析，分析优化设计消防电源的方法。假设从控制室到最末端防火分区的箱子距离为300m，从本防火区到末端设备距离为50m，而消防控制室连接本防火分区的端子箱线缆型号为WDZN－BYJ。为了使所有的设备在火灾时都能够保持正常运转，必须要使控制室中的设备各处电压低于20．4V，通常消防联动控制出口端的电压设置为24V。分别需要计算不同阶段的线缆电阻，其中一部分线缆电阻值为2．54Ω，另一部分的线缆电阻值为0．64Ω，因此线路的总电阻，根据公式R=R1+R2=2．54Ω+0．64Ω=3．18Ω。再根据公式计算出电压值，结果为3．6V，因此电流值I=U/R=3．6/3．18≈1．1A。这说明线路在末端350m之后，可以带动电压为1．1A的设备同时运作，根据调查研究在本项目中，1．1A的电压可以使21个声光报警器同时工作，发生火灾时全楼的声光器都可以工作，但是在消防联动设计时必须要考虑到线缆在运行过程中出现的电压损失，防止在线路末端时一部分的设备无法正常使用。在本工程中，在建筑的合适位置处增加了电压为24V的壁挂式直流电源，使电缆中的电压损失现象得到有效解决。表2为各个联动电位电流消耗情况。3．4风机联动优化设计。本次工程的消防风机联动优化设计需要以我国出台的《火警自动报警系统设计规范》(GB50116—2013)为标准，设计的目标是要将防排烟系统中的自动、手动等工作状态、电源的工作状态、常闭送风口、电动防火阀、风机、排烟口、电动挡烟垂壁等工作状态和异常状态显示出来。另外消防风机还需要分别配置6个专门的模块，其中5个作为输入模块，1个为输出模块，作用是为了联动和反馈。输入模块中包含风机启动、停滞状态反馈、自动信号反馈、手动信号反馈以及过负荷信号反馈等。风机大多位于建筑物的顶部，所以风机配电箱也不仅仅只为1台风机供电，最多甚至可以达到6～8台风机。根据设计规范，系统的总线上应当设置专门的短路隔离器，重点短路隔离器需要保护的模块、手动火灾报警和火灾探测器的数量不能够超过32点，所以最多可以设置4个模块箱，一般模块箱最大的为8位，这就需要短路隔离器，因此设计人员在优化设计的初期需要考虑到以下几个方面的问题:①在设计消防泵控制室、电气竖井以及风机尺寸时必须要考虑到消防模块箱放置的位置，这样避免在以后使用的过程中无法安装模块箱;②风机多的位置所使用的总线数量也相对更多，所以在布置消防模块箱时应当就近设置，减少浪费总线;③风机配电箱制作的过程中必须要考虑到消防模块箱和预留专门的管孔。3．5应急照明系统优化设计。城市综合体项目建筑消防联动系统中的应急照明系统在优化设计时需要遵守《商店建筑设计规范》中的相关条例，即大型的商店建筑安全出口、疏散通道以及营业厅等都应该设置专门的应急照明系统;中型商店的安全出口和疏散通道设置智能疏散照明体系。当前商场中所使用的智能疏散系统大多可以采用集中控制系统方式进行控制，并且也能够根据火情来改变具体的疏散路线，在实际颁布的相关条例中，并未提及“智能疏散”相关字样，而是采用集中控制进行体现，集中控制更多的是表现在平时的疏散指示系统和消防应急照明时，将应急工作状态反馈到消防控制室，这样在火灾发生之后就可以实现消防联动控制器信号的发出，应急照明集中控制主机也会发挥作用，强制将全楼的应急照明灯具点亮，并非在火灾具体发生时根据设定的逻辑来使疏散的指示方向改变。商场疏散路线比较复杂，尤其是城市综合体建筑内部更是错综复杂、路线多样化。在传统设计疏散指示照明系统时会直接指示最近的疏散路线，可变向的疏散指示大量绘制了双向的疏散路线，最终也无法确定最切实有效的疏散路线，具体的疏散路线仍然需要负责该系统设计的承包商设计人员完成。先不说编程人员是否能够将所有的疏散路线都编到系统中，即便是全部都编入系统中，在火灾发生后，主机的矩阵算法是否可靠都不一定，在消防验收的过程必然也不会全部点着火进行实验。所以笔者认为，传统复杂的变向系统在实际发生火灾时，其实用性也比不过简单的应急照明系统，即使在城市综合体中采用变向系统，也不应该在疏散路线过于复杂的建筑物当中使用。

4结论

城市综合体是为了适应人们不断变化的社会需求而产生的，包含各种不同的功能，使人们的需求能够在短时间内得到较大满足。但正是因为其功能的复杂性，建筑内部设计复杂多变，为消防系统设计带来不利影响。如果面对复杂的消防系统，没有进行前期的规划和计算，那么在发生火灾时联动系统电压不够很可能会导致风阀等联动设备无法正常开启、系统联网功能不全以及疏散路线混乱等诸多问题，对人民的生命和财产造成危害，因此为了减少城市综合体建筑的潜在威胁，提高对建筑和人们安全的保障，需要对消防联动系统进行优化设计，从多个环节入手，实现全面优化。

参考文献

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［8］王世群．高层建筑消防灭火系统可靠性研究［D］．重庆:重庆大学，2004．

作者:张建平 单位:黔东南州消防救援支队