高层建筑防火研究论文

摘要： 对火灾自动报警控制系统及智能火灾报警控制系统的特征进行了分析， 在高层建筑设 计中采用智能火灾报警控制系统的主—从式网络结构， 解决了高层建筑与大型建筑中探测区 域广、探测器数量多、原有系统不能适应等问题。 关键词：高层建筑 火灾自动报警 探测器 智能控制 联动控制 The design and application of automatic fire warning control system in high buidings Abstract： This article analyses the characteristics of the fire antomatic warning system and the intelligent fire warning control system. By using the sytem a lot of traditional problems can be solved, including using a lot of probes but cotrolling olny a relalively small area. Key words: high rised buiding; fire automatic warning system; probe; intelligent control; coordinated control system 随着我国经济建设的发展，现代高层建筑及重要建筑的防火问题引起了国家消防部门及设 计院等社会各界的高度重视。 国家制定了一系列防火规范， 从而促进火灾自动报警设备的研究和 推广使用。高层建筑建设规模大，装修标准高，人员密集，各种电气设备使用频繁，因而存在着 火灾隐患， 在建筑电气设计中必须严格依照规范要求设计火灾报警控制系统。 但选择何种控制系 统，使该系统充分有效地发挥功能，是设计中十分重要的问题。 1 火灾自动报警系统的主要部件及特征 火灾自动报警系统的基本形式有三种，即：区域报警系统、集中报警系统的控制中心报警系 统。高层建筑和大型建筑主要采用控制中心报警系统，这是一种复杂的火灾自动报警系统，主要 由触发器件、火灾报警装置、消防控制设备及电源组成。该系统从通报火灾到启动灭火系统和控 制各种消防设备，基本实现自动化。 触发器件 主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。 火灾探测器是对火灾参数 （如烟、 温、 光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同， 火灾探测器分为感温火灾探测器、感烟火灾探测器、气体火灾探测器、感光火灾探测器和复合火 灾探测器五种基本类型。 火灾报警装置 火灾报警装置 消防控制设备 在火灾自动报警系统中用以接收、 显示和传递火灾报警信号， 并能发生控制 在火灾自动报警系统中用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置， 在火灾自动报警系统中当接收到来自触发器件的火灾报警信号， 能自动或手 信号和具有其它辅助功能的控制指标设备。 如火灾警报器， 它是一种基本的火灾警报装置， 以声、 光音响方式向报警区域发出火灾警报信号。 动启动相关消防设施并显示其状态的设备。主要包括：火灾报警控制器；自动灭火系统的控制装 置；室内消火栓系统的控制装置；防排烟系统及空调通风系统的控制装置；常开防火门、防火卷 帘的控制装置；电梯回降控制装置以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急 照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置。 每个系统根据工程的需要应具有十类控制装置 的部分或全部。 电源 火灾自动报警系统属于消防用电设备，主电源采用消防电源，备用电源采用蓄电池， 保证不间断供电。 设计中消防控制设备主要设置在消防控制中心， 便于实行集中统一控制， 有些消防控制设备 可设在消防设备现场，而动作信号必须返回消防控制中心，实行集中与分散相结合的控制方式。 但该探测器有误报现象、控制器容量较小。 2 智能火灾报警控制系统工作原理 智能火灾报警控制系统与火灾自动报警系统不同之处在于： 将发生火灾期间所产生的烟、 温、 光等， 以模拟量形式连同外界相关的环境参量一起传送给报警器， 报警器再根据获取的数据及内 部存贮的大量数据，利用火灾判据来判断火灾是否存在。 智能火灾报警器中编址单元包括： 智能控测器、 智能手动按钮、 智能模块、 探测器并联接口、 总线隔离器和可编程继电器卡等。新型的智能火灾探测器，又称模拟量火灾探测器，这种探测器 给出的输出信号是代表被响应的火灾参数值的模拟量信号或其等效的数字信号。 传统探测器称为 有阈值火灾探测器，而智能火灾探测器没有阈值，却设有专用芯片，智能火灾探测器的应用提高 了报警系统的准确性和智能化程度。 在火灾报警时，报警控制器通过控制模块启动相应的外探设备，如排烟阀、送风阀、卷帘门 等，需要接受外控设备的反馈信号时，应加一个监视模块，控制模块和监视模块一样，联接在报 警回路总线上，安装在所控设备的附近。模块内设十进制编码开关，可现场编号，各占用回路总 线上一个地址。通过报警控制器显示控制模块和监视模块的具体地址，用声、光报警可反映联动 设备的工作状态。 可编程继电器卡，通过编程可实现对风机、水泵等大型设备的二级联动控制。智能控制是一 种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程。 3 工程实例 火灾自动报警系统的设计应用 笔者 1992～1993 年参与设计的海南省物资局金属大厦，该大厦是座地下 1 层，地上 22 层， 建筑高度 70 多米，建筑面积 万平方米的写字楼。根据《高层民用建筑设计防火规范》的规 定，建筑高度超过 50 m 的办公楼属于一类防火建筑，因此该大厦要设火灾自动报警系统。 设计中选择了国产火灾自动报警系统，这种系统在当时较普遍，仅有一台主机控制器，因而 适用于中、小型建筑。 大厦消防控制中心设在 1 层，每层设层显示器。地下室作设备用房有变电室、空调机房、 水泵房，机房内设有防排烟风机、消防水泵等消防设备，当火灾发生时，温度达到一定值排 烟风机自动启动，并打开排烟阀，开始排烟（图 1）。 图1 排烟风机控制原理 该工程地下室是消防联动控制的集中点，将地下室的防排烟风机、排烟阀等控制线均引 至消防中心的联动控制器。消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯等却属于外控 设备，均由联动控制器控制。整个火灾自动报警系统设计合理、运行可靠。 智能火灾报警系统的设计应用 随着科学技术的发展，智能火灾报警系统问世，从传统型走向智能型是国内外火灾报警 系统技术发展的必然趋势，工程设计人员必须予以充分重视。 徐州某大型建筑群由三栋塔楼组成，一栋为 25 层，一栋 13 层和一栋 12 层的塔楼由 4 层 裙楼连接而成，建筑面积 6 万平方米，建筑高度 85 m，主要功能：1 至 4 层为商场，5 层以上 为写字楼。由于该大厦建筑面积大，探测区域广，探测器数量非常可观。传统的火灾自动报 警系统已无法满足需要，因此，在设计中，经过反复的方案比较，选择了采用主—从式网结 构的智能火灾报警控制系统，该系统利用大容量的控制矩阵交叉查寻软件包，以软件编程代 替硬件组合，满足了大型工程的适用性，提高了消防联动的灵活性和可修改性。系统由主机、 从机、复示器等构成。该工程消防控制中心设于 1 层，主机和消防联动控制柜设在消防中心， 从机与复示器分设于楼层内。 智能探测器数量的确定 设计时先根据《火灾自动报警器系统设计规范》的规定确定探 测器的布局和设置。其规定探测区域内的每个房间至少应设置一只火灾探测器。感烟、感温 探测器的保护面积和保护半径应按表 1 确定。表中列出的是一个感烟探测器或感温探测器的 保护面积和保护半径。建筑物内往往一个探测区域的面积较大，超过一只探测器的保护面积， 这时需要计算一个探测区域内所需设置的探测器数量，可按下式计算： 式中：N 为一个探测区域内所需设置的探测器数量（只），N 取整数；S 为一个探测区域的面 积（m ）；A 为探测器的保护面积；K 为修正系数，重点保护建筑取 ～，非重点保护建 筑取 。 根据上式计算结果，可确定一个探测区内的智能探测器的安装数量。 选择控制器容量计算 该系统控制器为主—从式网络结构，每个主—从机系统，只能有 一台主机，从机数量根据工程要求确定，一般按探测器数量计算，从机数量最多为 15 台。 表1 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径探测器的保护面积 A 和保护半径 R 火灾探测 器的种类 地面面积 S (m ) 2 2 房间高度 H (m) θ≤15° A (m ) 2 屋顶坡度 θ 15°＜θ≤30° A (m ) 80 100 80 30 30 2 θ＞30° A (m ) 80 120 100 30 40 2 R (m) 6/7 R (m) R (m) S≤80 感烟探测器 S＞80 h≤12 6＜h≤12 h≤6 80 80 60 30 20 感温探测器 S≤30 S＞30 h≤8 h≤80 每台控制器最大有四个回路，每个回路容量均为 198 个地址，其中 99 个智能探测 器，99 个编址模块。因此一台主机或从机的最大容量为 4×99=396 个智能探测器， 4×99=396 个编址模块。 该工程经过计算，选用了一台主机和四台从机，每台控制器都按四个回路设计。 主机 N 控制 1～4 层商场内的所有探测器，手动报警按钮，控制按钮，水流指示器等消 防设备，从机 N1 控制地下室的所有探测器、送风阀、排烟阀、防火阀等消防设备，从 机 N2 控制 13 层和 12 层两座连通塔楼的 5～13 层的消防设备，N3、N4 分别控制 25 层 塔楼的 5～13 层和 14～25 层的消防设备。 整个大厦智能火灾报警控制系统设计比较合理，充分考虑到建筑群的特点，选用 一台主机、四台从机控制了 6 万平方米的建筑，如果用传统火灾自动报警系统则需要 几套控制系统分别控制，现有系统设计即经济实用，又准确可靠。 4 结论 综合上述工程设计与实践研究，可以得出以下几点认识与结论。 1） 传统的火灾自动报警系统适合于中、 小型建筑， 它的特点是探测器属于阀值型， 控制器仅有主机一台。而智能火灾报警控制系统，采用模拟量探测器，控制系统采用 主—从式网络结构，适应性强，尤其适合大型建筑的火灾报警系统。 2）智能火灾报警系统，克服了传统火灾自动报警系统存在的漏报和误报的难题， 提高了报警系统的准确性、可靠性。在设计中可灵活应用，根据工程需要选择适当的 从机数量，使工程设计最经济、最合理。 3）为了防患于未然，火灾报警系统的设计和应用十分重要，设计人员应根据不同 的建筑工程，优化设计方案。 参考文献：〔1〕 蔡自兴， 徐光礻 〔2〕 右.人工智能及其应用 〔M〕 .北京： 清华大学出版社， 1996,329～ 360 戴汝为.智能系统的综合集成〔M〕.杭州：浙江科学技术出版社，1995,128～ 160 〔3〕 陈一才.大楼自动化系统设计手册 〔M〕 .北京： 中国建筑工业出版社， 1994,230～ 270 〔4〕 王根堂.公安消防监督员业务培训教材，群众出版社，1997,213～236

2010年中国高层建筑已达近10万幢，其中100米以上的超高层建筑1154幢。近年来，全国各地高层建筑火灾不断发生：2007年8月14日，上海环球金融中心从18层到83层5个着火点同时燃烧，成为史上高层建筑最高火灾；2007年12月12日，浙江温州温富大厦发生火灾，21人不幸丧生火海；2009年2月9日，北京市朝阳区东三环中央电视台新址园区在建的附属文化中心大楼工地发生火灾等等。由于高层建筑楼层高，功能复杂，设备繁多，一旦发生火灾，将给扑救工作和人员疏散带来了极大的困难，极易造成重大的经济损失和人员伤亡。就当前消防装备发展来看，要成功的扑救一起高层建筑火灾难度较大。为此，高层建筑的火灾扑救和高层人员的疏散已成为迫在眉睫的研究课题。

一、高层建筑的火灾特点及其危害性

（一）火灾蔓延途径多，易形成立体火灾。由于高层建筑的电梯井、电缆井、管道井多，火灾发生后易形成“烟囱”效应，建筑高度越高，“烟囱”效应越明显，易造成烟、火迅速向上蔓延。同时，由于水平通风管道多，其烟和火容易沿吊顶夹缝、走道、管道等向水平方向扩散。因而高层建筑火灾一旦失控，极易形成立体火灾。

（二）人员疏散困难，易造成群死群伤。高层建筑由于结构复杂，功能多样，人员密集。发生火灾时，一方面由于人员密集，疏散通道少或者不熟悉，内部人员自己疏散时因高温、烟气充斥整个建筑物内，能见度较低，往往因拥挤而导致踩死、踩伤事故，甚至有人因惊慌而跳楼。加之在一般情况下被困人员在浓烟中停留4-5min就有死亡的危险，因而高层建筑火灾极易造成人员窒息、中毒死亡，造成群死群伤。

（三）火灾荷载大，易形成大面积燃烧火灾。高层建筑由于其种类繁多，有住宅楼、宾馆、商场等综合楼，其功能多样，可燃装饰材料多。据统计，一般住宅楼的火灾荷载密度可达35-60kg/㎡，高级旅馆可达45-60kg/㎡，因此，高层建筑室内一旦发生火灾，极易在较短的时间内形成大面积火灾。

（四）建筑高度高，扑救难度大。一方面，高层建筑发生火灾时，往往登高车达不到着火楼层的高度，主要靠室内楼梯或消防电梯登楼灭火。由于楼层高、器材多，灭火救援人员攀登一定高度后，体力严重下降，一定程度上会影响灭火战斗救援行动；另一方面，火灾发生后，一般整个高层建筑都停电，加之火灾时产生的浓烟大，室内能见度降低，也严重影响灭火战斗救援行动。

（五）指挥难度大，协同配合意识不强。高层建筑体积庞大，通讯死角、盲区角较多，加上火场环境嘈杂，火场内部与外部联络容易出现通讯不畅，往往造成火场上的命令无法及时传达，现场指挥难度较大。

（六）楼上坠落物多，影响灭火作战行动。高层建筑燃烧范围大、火势猛烈时，外墙和内部平顶的采光玻璃、广告牌、空调辅机等会受热坠落，尤其是玻璃坠落下来会刺破水带、危及人员和车辆器材的安全，灭火过程中产生的“飞行尖刀”严重威胁着消防官兵的`作战行动和作战进程。

二、高层建筑火灾的处置及人员疏散对策

（一）加强第一出动力量的调集

高层建筑发生火灾，蔓延速度快，易形成高空间的立体燃烧，因此，高层建筑火灾的扑救加强第一出动力量调集显得及为重要，笔者认为高层建筑火灾第一出动力量调集应立足于能够满足控制火灾发展蔓延和适应立体作战的需要，要着重考虑以下几个因素：

1、考虑高层建筑火灾易形成立体燃烧，扑救火灾主要依靠使用高层建筑内固定消防设施的因素，第一到场力量调集的消防车辆，应以大功率、大吨位的水罐炮车辆和中高压泵消防车辆为主。

2、考虑高层建筑火灾人员疏散和灭火的需求，第一出动力量除调集责任区执勤中队和普通执勤中队外，还应一次性调出特勤中队和登高、排烟、照明、抢险救援等特勤车辆到达现场。

3、考虑高层建筑火灾现场情况复杂、维持秩序和疏散灭火的需要，在调集消防力量到达现场的同时还应调集公安、交警、供水、供电、医疗、救护和其他社会力量到达现场。

（二）重点做好人员疏散与营救

救高层建筑火灾，营救和疏散人员是一项重要而又艰巨的任务，消防人员必须牢固树立“救人第一”的指导思想，及时地进行疏散营救，避免和减少人员伤亡，应根据现场具体情况有针对性的采取以下措施： 1、利用广播指导疏散。高层建筑一般都设有事故广播系统，当发生火灾时消防人员应利用广播系统，指导被困人员有秩序的撤离火灾现场。

2、利用疏散楼梯、消防电梯等向地面竖向疏散。疏散时按疏散楼梯、避难桥、室内疏散舷梯、扒梯等顺序先后选择使用，这些疏设备安全可靠，疏散量大。

3、房间、走道、大厅的水平疏散。向远离起火点的疏散楼梯或避难器具设置处疏散，阻止被困人员进入袋形走道，优先疏散引导妇女、老人、儿童和残疾人到阳台、疏散楼梯、避难器具设置处。

4、利用救助用器具营救、疏散。现场条件允许，情况紧急时可采用救生袋、救生梯、救生气垫、绳索等救助器具，全面实施营救，疏散被困人员。

（三）积极优先使用好高层建筑固定消防设施

高层建筑都设有较为完备的固定消防设施，火灾中应充分有效的使用固定消防设施进行火灾扑救。

1、消防控制室，高层建筑的消防控制室一般都设在底层一楼，高层建筑发生火灾后，到达现场的第一出动力量应指派熟悉操作人员到达消防控制室，通过控制室的火灾自动警系统，初步了解和把握火灾楼层部位，把握固定消防设施是否可以正常工作。

2、水泵接合器及室外消防栓。高层建筑为了满足火灾情况下火场用水的需要，按设计规范要求，都设有水泵接合器和室外消防栓系统，以便发生火灾时保障火场用水。

3、室内消防栓系统。高层建筑火灾的扑救，主要是依靠固定消防设施进行扑救，在启动消防水泵后，或利用消防车连接水泵接合器向室内消防栓管网供水后，消防人员可以利用室内消火栓系统，直接实施分层灭火、防止蔓延、驱散排烟和掩护人员疏散等活动。

4、自动喷淋设施。高层建筑一般都设有自动喷淋系统，尤其是在避难层，自动喷淋系统设置要求较高，按设计要求，当火灾发生时，温度达到60℃—70℃，自动喷淋系统自动作用喷水灭火和阻止火势蔓延，根据火灾需要，也可以在着火层上层或着火层下层采用人工方式使自动喷淋系统动作，以达到阻止火灾发展蔓延的需要。

（四）火场指挥与通讯

扑救高层建筑火灾，要投入大量的人员和装备，必须加强组织指挥，成立精干高效的火场指挥部及前沿指挥部，搞好多兵种、多部门的协同作战。

1、成立由政府、公安、消防、武警、驻军、供水、供电、卫生、通讯等部门参加的火场指挥部，并将前沿指挥部设置着火层以下二层，以便于及时了解收集火场情况，调整力量部署，视火情况变化随机指挥。

2、及时调集支援力量，当高层建筑发生火灾时，要准确及时查明火场情况，并根据不断发展变化的实际，及时调集支援力量，当本地区力量不足时，及时向上级告，请救险支援。

3、组织精干力量，搞好内部侦察，高层建筑火灾内部情况不明，需进行内部侦察时，要组织精干力量，佩戴好个人防护装备，深入内部进行侦察，侦察时要2—3人一组，做好撤离标志，必要时水枪掩护，确保安全。

4、前线指挥部应在查明收集把握火场情况的同时，及时提出灭火救援方案，为火场指挥部当好参谋。

5、切实加强安全保障，高层建筑登高救人灭火具有难度大、险情多的特点，要佩戴好个人防护装备，防止中毒、坠落、砸伤、触电、烧伤等事故的发生。

火场通讯联络应建立在依靠三级组网，有线、无线、GIS等系统为主的通讯方式，必要时可事先约定联络暗号，以人工方式联络，确保火场通讯联络需要。

三、结语

总之，预防和扑救高层建筑火灾还是当今的一个消防难题，在建高层建筑的预防工作，必须遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针，针对在建高层建筑发生火灾的特点，立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理，从源头上预防火灾，做到防患于未然。