时间:2023-03-13 11:08:49
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消防性能化设计
1存在的问题
因为本建筑的体量过大,在现行规范范围内仍然存在一些无法解决的困难。具体为:①建筑中间大商业区无自身安全出口;②疏散楼梯不能直通室外;③超市及地上商业疏散宽度不足[1]。
2性能化分析解决方法
(1)为解决洛阳泉舜财富购物中心的中间大商业区无自身的安全出口、部分楼梯间在首层不直通室外的问题,设计中采用将中庭的通道区域作为“亚安全区”的设计方案。“亚安全区”的实现需要保证以下几个条件:①中庭通道区域无固定火灾荷载;②控制中庭周边商铺或商业火灾烟气不进入中庭;③即使中庭周边商铺或商业内发生失效火灾,烟气溢出进入通道区域,也能被排烟系统迅速排出,不会对中庭人员造成危害[2]。
(2)疏散宽度不足的问题。对超市及地上商业疏散宽度不足的问题采取如下措施:①增加开向相邻防火分区的疏散门,使得起火防火分区内有较为充裕的疏散宽度,并尽量缩短人员的逃生路线行走距离;②自动喷水灭火系统采用快速响应喷头,使得在火灾发生或发展初期即可被扑灭或抑制,以控制火灾发展规模,延长人员安全疏散的可利用时间;③在原设计的基础上适量加大机械排烟量。
在此基础上分析地下一层超市和地上商业部分的火灾危险性,设定最具有代表性的火灾场景。通过对加强消防措施下的建筑的火灾危险性进行研究,判断人员是否能安全疏散,从而判断建筑在消防措施加强的情况下能否保证人员的安全疏散。
性能化设计模拟分析
1步骤
①分析现场状况:防火分区、疏散设计、防排烟系统;②设定安全目标:人员安全,财产安全;③选择分析方法:定性、定量、计算机模拟;④分析影响因素:建筑结构,自救系统,使用情况;⑤给出分析报告:到达危险状态时间tH。各时间关系见图1。火灾到达危险状态时间为tH,人员疏散完毕的时间为tE,当tH>tE时,能保证人员安全疏散。
2性能化设计中火灾场景设置
(1)地下商业火灾场景B1。火源功率1.8MW,火灾类型t2快速火。以此检验火灾时机械排烟系统的有效性和人员能否安全疏散。
(2)1层商业火灾场景A1,设于中庭走道防火分区14中庭。火源功率1.0MW,火灾类型t2快速火。检验地下1层防火分区14中庭发生火灾时中庭机械排烟系统的有效性,考察人员是否能安全疏散,进而验证中庭定义为“亚安全区”能否成立。
(3)1层商业火灾场景A4,A5,设于防火分区13商场内。火源功率8.0MW,火灾类型t2快速火。检验商场内自动灭火系统未动作的情况,机械排烟系统的有效性,考察人员是否能安全疏散。
(4)2层商业火灾场景A6,设于2层防火分区2主力店内。火源功率3.0MW,火灾类型t2快速火。检验火源附近的一部楼梯被封堵,检验在部分疏散出口不可用的情况下,2层防火分区2发生火灾时机械排烟系统的有效性,考察人员是否能安全疏散。
(5)2层商业火灾场景A7,设于2层防火分区7商场内。火源功率8.0MW,火灾类型t2快速火。检验在自动喷水灭火系统失效的情况下,2层防火分区7发生火灾时机械排烟系统的有效性,考察人员是否能安全疏散。
3计算结果
(1)人员载荷按GB50016-2006《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)第5.3.17条第4、5项计取,影城内各放映厅人数的确定,参考建筑图纸中放映厅的座位数确定。人员疏散模型软件采用Pathfinder,根据模拟计算结果进行分析,具体见表1。
(2)人员疏散时间:紧急情况下的人员全部疏散完毕时间包括火灾探测时间(talarm)、人员反应时间(tresp)和人员疏散运动时间(tmove):te=talarm+tresp+tmove。本性能化设计中将talarm设为60s,tresp设为120s。通过软件模拟计算,以烟气层能在人员疏散过程中保持在危险高度处能见度不低于10m、温度不超过50℃、浓度不超过500ppm为安全判断依据,人员疏散结果汇总如表2。
性能化设计的主要措施
本文采用“亚安全区”的设计概念来解决洛阳泉舜财富中心购物中心中间大商业无自身的安全出口、部分楼梯间在首层不直通室外的设计难点。
1中庭防火分区应采取的消防安全措施
(1)中庭通道区域禁止布置商铺、展示等,禁止进行任何商业活动。
(2)中庭通道区域的顶棚、墙面、地面装修材料和固定家具采用不燃材料;商铺的顶棚、墙面、地面装修材料采用不燃材料,固定家具采用不燃或难燃材料。采光顶棚应为不燃材料,耐火极限应满足规范要求。
(3)中庭的电气线路应使用低烟无卤阻燃型电缆。
(4)中庭通道区域回廊及周边店铺的自动水喷淋灭火系统均采用响应温度为68℃的快速响应喷头。
(5)大商业与中庭通道区域间应采用防火墙、特级防火卷帘和甲级防火门或防火隔间进行防火分隔。
(6)商铺作为防火单元,最大允许建筑面积为300m2。商铺与中庭通道区域间采用防火墙、特级防火卷帘和甲级防火门或防火隔间进行分隔。商铺、商业等之间采用耐火极限不小于3.0h实体墙分隔。
(7)连接楼梯间前室与中庭通道区域的走道,其两侧应为耐火极限不小于2.0h的实体墙,走道端部应设甲级防火门,走道内应采用不燃材料装修。
(8)中庭顶部应设置机械排烟,排烟量按换气次数不小于6次/h计。
(9)商铺内应设置机械排烟,排烟量应符合《建规》第9.4.5条的规定。
(10)中庭内设置火灾自动报警系统和现场广播系统引导疏散。
(11)中庭内不应设置任何影响人员疏散的设施,地面或墙面应设置保持视觉连续的疏散导流标识。
(12)中庭两侧设室内消火栓,间距不大于30m,每层设消防器材站。
2疏散措施
(1)对于负1层超市部分区域疏散宽度不足的问题,当其他设计均满足相关规范要求的情况下还采取如下加强措施:①负1层超市区域的自动喷水灭火系统采用快速响应喷头。②疏散宽度不足的防火分区应在防火墙上增设开向相邻防火分区的甲级防火门,使得防火分区内的疏散宽度满足规范的要求。
(2)对于1~4层商业区域疏散宽度不足的问题,当其他设计均满足相关规范要求,并采取如下加强措施:①1~4层商业区域应在防火墙上增设开向相邻防火分区的甲级防火门,使得防火分区内的疏散宽度及疏散距离满足规范的要求。②1~4层商业区域的机械排烟量应按《建规》允许最大防烟分区面积乘以120m3/(h•m2)计算。
《高规》第7.3.6规定:“室外消火栓的数量应按本规范第7.2.2条规定的室外消火栓用水量经计算确定,每个消火栓的用水量应为10-15l/s“,但是《高规》的《条文说明》是这样解释:“室外消火栓的数量应保证供应建筑物需要的灭火用水量,其中包括室内、室外两部分“,笔者认为《条文说明》的解释超越了《高规》的规定。室外消火栓是室外消防用水取水口,理应按室外管网来考虑。可以想象得到,室外管网供水流量一旦确定,即使设置再多的室外消火栓,其室外消火栓所能取到的水量的总和也就是室外管供水总量。当设计把室消防用水储存在室内消防水池时,室外管网一般就按室外消防用水量来确定,因此室外消火栓的数量应按室外消防用水量经计算来确定,但是《高规》第7.4.5.3规定“水泵接合器应设在室外便于消防车使用的地点,距室外消火栓或消防水池的距离宜为15-40米“。从这个规定可以看出,水泵接合器的15-40米范围内在一般情况下要设置室外消火栓。因此,在工程设计中,在布置水泵接合器时,要考虑其相对集中,以利于与经计算的室外消火栓数量对应,一旦设计中有较多的室内消防系统需要较多水尖接合器,且分散布置时,则需要适当增设“额外“的室外消火栓。
二、水泵接合器数量的确定
众所周知,水泵接合器的主要用途是当室内消防水泵发生故障或遇大火室内消防用水不足时,供消防车从室外消火栓取水,通过水泵接合器将水送到室内消防给水管网,供灭火使用。
《高规》7.4.5-1规定:“消防水泵接合器的数量应按室内消防用水量经计算确定,每个水泵接合器的流量应按10-15l/s计算:“这里指明水泵接合器的数量是按室内消防用水量经计算确定。笔者认为这一点不好照搬,我们从水泵接合器用途不难知道,水泵接合器是消防车从室外消火栓取水来增补室内消防用水不足的接口。如果室外消防用水量远远小于室内消防用水量时,那水泵接合器设那么多是没有意义的,笔者最近做一个工程--厦门国际会展中心,按一类高层建筑设计,室外消防用水量为30l/s。但其室内大水滴喷淋系统设计用水量为133l/s,室内水幕喷淋系统设计用水量为167l/s,室内消火栓系统设计用水量为30l/s,这些用水量按火灾延续时间计算均储存在地下水池中。按规范7.4.5-1规定,水泵接合器的数量应分别设10个,12个和2个。12个水泵接合器要12辆消防车从12个室外消火栓中取水供给,而室外的供水条件上远远达不到这个要求的,即使考虑到由消防车距离运水,那也不可保证大水滴淋系统和水幕喷淋系统的正常工作。因这两个系统要正常工作时的用水量很大,不可能在短时间内有那么多消防车远距离运水来达到同时供水,如时间过长,那这两个系统也失去作用,最后时间一长就靠消火栓来灭火,因此笔者认为应对一些灭火系统可以适当减少水泵接合器的数量,可以分别设3-5个就足够了;而对消火栓系统应重点保证,故水泵接合器的数量按室内消防用水量计算的同时应考虑室外供水能力综合确定,达到既节省投资的目的,同时又保证消防的安全可靠性。
三、消防水池容积的确定
消防水池是储存消防灭火用水的构筑物,容积的确定关系着灭火的安全性。《高规》7.3.2规定:“市政给水管道和进水管或天然水源不能满足消防用水量;市政给水管道为枝状或只有一条进水(二类居住建筑除外),只要符合上述条件之一时均应设置消防水池。“《高规》7.3.3对水池的容积作了规定:“当室外给水管网能保证室外消防用水量时,消防水池的有效容积应满足在火灾延续时间内室内消防用水量的要求;当室外给水管网不能保证室外消防用水时时,消防水池的有效容量应满足火灾延续时间以内消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。“一些地方针对这两条规定,却有不同的设计方法。
在福州地区,室内及室外消防用水量均储存了消防水池中,原因是市自来水公司无法保证市政供水的安全性,这显然会增大消防水池的容积。如每一幢高层建筑均要把室内及室外消防用水量储存在消防水池,那将会造成很大的浪费,笔者认为是不可取的。
厦门地区是当室外给水管网能保证室外消防用水时,消防水池只满足室内消防用水量。一般做法为:从市政引两根进水管构成室外环状供水,以保证室外供水的安全性,消防水池设在地下室,只考虑室内消防用水量,但不允许考虑火灾时水池的补水量(规范没有作明确规定)。故笔者认为这种做法不妥,这样导致一幢高层公共建筑地下室一般都储存了四、五百吨的消防用水,一般占地均有二百多平方米。像厦门国际会展中心,地下室储存了2600吨的消防用水,水池占地890平方米,笔者认为这种做法很不经济,仅工程造价就增上百万元;同时又增大管理的难度,如要清洗,定期换水等,又造成水资源的浪费;如果消防用水和生活用水合建水池,那必然会造成生活二次供水的水质污染。所以笔者认为既要保证消防安全,又要降低工程造价及管理方便,首先要加强自来水公司的责任度,保证城市环状供水的安全可靠性,然后适当加大高层建筑的进水管,使得进水管在保证高层建筑的室外消防用水量的同时能够在火灾时补充消防水池的水量。这样经计算可以适当减少消防水池的容积,达到经济合理。同时笔者建议邻近高层建筑共用消防水池,对这一点希望有关市政部门能够牵头,对共用水池进行合理地管理,这也需要有关部门进行合理公正的规划控制。
香港在这一点上值得我们学习,香港的建的消防水池就很小,相当于一个水泵吸水井,容量一般不超过50吨,他们只保证初期火灾的用水量,中、后期火灾的用水量直接靠市政管道的供给,大厦本身只提供提升设备及市政管道的接口,在高层建筑林立的香港就可节约了很多的建筑面积供各种用途使用,我们应向这一方面学习与借鉴。
四、消防给水系统的形式
对高层建筑消火栓给水系统形式的选择,首先我们应保证系统的安全可靠性,其次我们应尽量选用经济合理的供水形式。
按服务范围分:独立的消防给水系统和区域集中的消防给水系统笔者建议尽量采用区域集中的消防给水系统就如上述所讲:邻近高层建筑共用消防水池,但这往往得不到推广。主要原因是各开发商不能协调好,这就要求有关部门能够牵头,共同解决管理及费用的问题,使几方面都能够接受。
按高度来分:分区水和不分共给水
当消火栓栓口的静水压力不大于0.80MPa时,采用不分区给水形式,当消火栓栓口的静水压力大于0.80MPa时,采用分区给水形式。分区供水方式又包括:并联分区供水方式;串联分区供水方式;减压阀分区供水方式。
关联分区供水方式:各个分区互不干扰,自成体系,对系统更加安全可靠,但造价高,维护管理较困难。
串联分共供水方式:各区水泵压力相近或相同,不需高压泵,高压
管;但水泵分散,管理困难,同样造价高。
关键词:高层建筑消防火灾报警探讨
一、消防电气设计应遵循的规范
目前设计者应该熟悉和掌握的与高层建筑消防电气有关的设计规范主要有「高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95以下简称“高规”)、「火灾自动报警系统设计规范(GB50116-98以下简称“报警规范)、「民用建筑电气设计规范(JGJ/T16-92以下简称“民规")等。前两部是国家标准,后者是国家建设部的行业标准。三部规范对高层建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾报警与消防联动控制系统的设置与要求总体来讲是一致的,但从各自不同角度三部规范也各有侧重,有所区别。对设计者来说,国标是带有强制性的,必需严格遵守,部标或行业标准应服从国标。
二、火灾报警系统基本形式的划分及设备设置
火灾报警系统的形式应根据具体设计对象来确定,设计者首先必需搞清楚设计对象的建筑形式、规模、分类、建筑个体的分布等诸多因素,再根据这些因素来确定火灾报警系统的形式。
如表一,按“报警规范”,将火灾报警系统划分为三种基本形式:区域报警系统,集中报警系统和控制中心报警系统。而“民规”把报警系统分为四种基本形式:区域系统、集中系统、区域——集中系统、控制中心系统。随着新技术不断出现,火灾报警设备和元件也在不断更新和发展。笔者认为,报警系统设备的设置不宜复杂过多,过多会造成投资增大,可靠性降低,也不宜过于简单而达不到报警联动要求。应该在满足规范要求的前提下,强调注意系统的可靠性和经济性,还应注意不要单纯追求消防技术的先进性,而应结合国情充分考虑维护方便和维护水平。
三、消防联动控制制式问题
消防联动控制有采用多线制的,有采用总线制的。多线制是电源驱动线与信号线分开,电源、检测、控制分别占用导线的制式。多线制一般有五线制、四线制。总线制是基于计算机技术中控制总线的原理,采用信号线与电源驱动线分时复用的方式,利用计算机编程技术来达到监测与控制目的,总线制有三总线制和二总线制。总线制比多线制有布线少,监测控制设备多等优点,目前大中型项目多采用总线制。在具体设计中选择采用哪种制式可结合工程的具体情况而定。多线制和总线制的主要特点如表二
四、线路的敷设问题
许多电气设计消防线路采用穿塑料管(PVC)保护,并从吊顶内走线。而“民规”第24.8.5条规定:消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等线路,应穿金属管保护,并暗敷在非燃烧体结构内,其保护层厚度不应小于30mm。当必需明敷时,应在金属管上采取防火措施。在布线上要求与“民规”、“报警规范”基本一致,只是根据“报警规范”线路在暗敷时可采用金属管或经阻燃的硬质塑料管保护。从实际情况可以看出,很多设计人员对这一条有所疏忽。
笔者理解,本条之所以没有包括火灾探测器线路,是因为探测器线路只是在火灾初燃生烟发热阶段起作用,而条文中规定的消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播线路,在火灾发生后一段时间内还需起作用,在这段时间内,这些线路应保证安全使用。
敷设在吊顶内的线路,在发生火灾时并不安全,而且吊顶内下是火灾多发地段。设计人员应对规范条文给予足够的重视,在实际操作中,凡是新设计的建筑,对该条文规定的线路,一律穿金属管或阻燃PVC管保护并在现浇板内、墙内等处暗敷走线。而在改造工程中,由于条件限制不能暗敷时,应对保护钢管或金属线槽采取防火措施,如刷防火涂料等。
五、消防水泵的控制启停问题
消防水泵(包括消火栓泵、喷淋泵)是灭火手段中的重要设施,对消火栓系统而言,根据“高规”的要求,在消火栓处应能直接启动消火栓泵。根据“报警规范”的要求,在消防控制室处也应能手动控制消火栓泵的启、停。这两部规范从各自不同角度提出要求。此外,在水泵房消火栓泵附近还有一个控制箱直接控制水泵电机启停,这样消火栓泵的启动就有三处地方可控制,因此,存在这样两个问题,一是消火栓泵的控制权,二是消火栓泵的启动方式。
消火栓泵的启动控制权即是消防中心控制室、消火栓动作按钮与泵房控制箱的主从控制关系。一般来讲应以消防控制室为主。目前很多大厦消火栓的控制方式是在泵房控制柜上设置手动、自动转换开关,通常情况下置于自动位置。这样设置有一个好处,就是一旦自动控制失灵,工作人员可在水泵房将转换开关打到手动位置,直接起动消防泵,且就地维修也很方便。但是,这样一来,将会带来负面影响。在水泵房设置转换开关,容易引起人为的操作失误,因为一般情况下泵房是无人值班的,万一工作人员或其他人员将转换开关置于手动位置,而消防中心未能及时发现,就会出现重大的消防隐患(此时消防中心和消火栓按钮均无法启动消防泵)。为了有效解决以上矛盾,在实际设计中,消防控制室的手动起停按钮可不经过泵房设置的转换开关,而直接启动消防泵,既能解决直接起动问题,又便于消防中心统一监控。
消防控制室与消火栓动作按钮启动关系与消火栓泵的启动形式有关。消火栓泵的启动方式一般分为两种,第一种启动方式是在总线制联控方式下,消火栓动作按钮的起动可通过设在消火栓旁的联动接口模块将其要求的启动信号送至消防控制室控制台,再从此处输出使消火栓启动的开关量触点。第二种起动方式,是直接将消火栓动作按钮的开关量触点输出到消火栓泵启动箱。这两种启动方式在实际设计中都可以运用,前一种方式接线省,但需在总线制下,对消火栓联动模块进行地址编码编程来达到监测大量消火栓的目的。后一种启动方式简单可靠,但还需要把消火栓动作信号返给消防控制室。设计者在具体设计中可根据实际工程规模大小来选用,工程规模大、建筑形式复杂可采用前一种启动方式,规模小可采用后一种启动方式。
喷淋泵的自启动是通过各保护区的管网喷嘴玻璃球高温下爆碎,引起管网水流流动,从而联动报警阀压力开关动作,达到自启动喷淋泵的目的。通过水流指示器联动模块或报警阀压力开关引线至控制室,消防控制室能准确反映其动作信号,同时控制室应能直接控制喷淋泵启停。
六、消防控制室反应消火栓泵和喷淋泵的工作和故障状态
根据“报警规范”的要求,消防水泵启动后要返回已工作的信号,有两种做法。其一是取电路信号即接触器的合闸辅助接点,其二是取物理量信号即取供水管网上的水流压力传感器,后者目前使用较少。关于故障信号的返回,电源断电故障信号的反应比较清楚,其它故障信号的反应,“报警规范”、“民规”都没有明确说明。比如消防水泵过负荷故障信号应该反应到消防控制室,但具体如何反应是在设计中应予考虑的一个问题。
七、防火阀、排烟阀的控制及返回信号
1.1水泵并联。一,水泵并联所需条件为各分水泵的扬程相差值较小。二,每台水泵在并联状态下运作时,其输水量要比其单独工作时所产生的输水量小,扬程则大于其单独工作。三,在消防水泵的并联运行中,其总流量能够得以增加,但各水泵自身的流量则减少,扬程反而增加。消防水泵并联台数越多,对每台水泵的流量影响就越大,因此采用水泵并联方式时消防水泵的台数不宜太多。
1.2水泵串联。一,消防水泵在串联运作时,其扬程与每台水泵单独工作时相比要较高,但比单独工作时的扬程总和小。二,在水泵串联运作时,各水泵的流量值均有所增加。三,当消防水泵串联工作时,总扬程值增加,但各水泵自身的扬程值减小,流量得以增加。串联供水时位置在下面或者后面的水泵泵壳需承受较高的水压,并且消防给水管网内的压力超过其能承受的压力限值,易造成设备的损坏。因此有条件选用多级泵提高扬程时,可以不采用串联的方式。
2.消防水泵的性能选择
使消防给水系统安全有效的运行,保证灭火控火的有效性,水泵出水流量变化时,其扬程和功率的变化应当平缓。随着流量的增大,扬程缓慢下降,流量-扬程曲线平缓下降,无驼峰段,满足消防水泵三点工况的要求;随着流量的增大,功率也增大,但增大的幅度较小,流量-功率曲线平缓上升,不仅符合消防水泵电机轻载启动的要求,而且当火灾中运行时,消防水泵的流量变化范围较大,电机功率却稳定在一个变化幅度不大的范围内,对电机的运行有利。在满足流量、扬程要求的前提下,选用效率高功率低的水泵。
3.消防水泵的安装控制要点
3.1设备安装控制要点
3.1.1水泵的安装消防水泵从消防水池中自灌式吸水,卧式消防水泵启动的最低水位应高于泵壳顶部放气孔;填料密封立式消防水泵启动的最低水位高于水泵出水法兰顶部放气孔,机械密封立式消防水泵启动的最低水位高于泵体上部机械密封压盖端部放气孔,当立式消防水泵正常运行时最低水位高出水泵第一级叶轮。消防水泵的布置一般采用一字排列的形式,水泵之间的距离方便通行、拆装及维修水泵,泵台后面预留对水泵进行现场拆检工作所需要的宽裕空间。水泵在就位前应复查基础的尺寸、位置及标高;设备不应有缺件、损坏和锈蚀等情况,管口保护物和堵盖完好,盘车应灵活,无阻滞、卡住现象。水泵安装时,应注意各水泵的轴线位置。对于整体出厂的消防水泵机组,在泵的进、出水口法兰面或其他水平面上测量,纵向安装水平偏差≤0.1/1000,横向安装水平偏差≤0.2/1000。水泵和管道连接完成后,不应在管道上进行气割和焊接。如需气割和焊接,应拆下管道或采取必要的技术措施,并复检水泵找正精度是否出现偏差。[2]3.1.2减震降噪:可以通过选择水泵类型的方式减少噪声,例如:立式水泵的噪声低于卧式水泵,低转速水泵噪声低于高转速水泵。水泵均需要设置隔振器,防止设备运行时的机械振动传递到建筑物上,可依据设计要求、设备重量分布及设备工作特点选用合适的隔振器。在水泵机组、水泵进出管以及管道支架和管道穿墙、楼板处采取隔振措施。
3.2管道安装控制要点
经济建设的发展和城市化进程的加快使得土地资源的利用越来越紧张,建筑群朝着高层化、密集化方向发展,这样一来,对建筑电气消防工程与施工也就提出了更高的要求。经济建设的发展促进了人民生活水平的提高,人们在民用住宅建筑内安装的家用电器设备也越来越多,比如电脑、电视、空调等等,在公共建筑或者是办公建筑中安装的广告牌和玻璃幕墙等也增加了建筑物的火灾隐患。建筑物用电负荷的增加,使得电器与装修方式多样化,违规电器或者是装修方式的不合理也使得火灾隐患大大增加。火灾发生后,火情的蔓延速度特别迅速,高层居民无法及时疏散,生还率较低。在这种情况下,消防人员的救援难度也相当大,如果仅仅依靠消防人员的救援,恐怕会给人民的生命财产造成巨大的损失和威胁,不利于社会的和谐稳定发展。因此,设计单位要充分考虑建筑电气消防工作的重要性、安全性,制定合理的设计方案与施工方案,提高建筑设计人员的消防意识,加强对建筑电气消防设计与施工工作的管理,严格遵守国家的消防设计规范,增加建筑的安全性,减少消防事故发生的可能性。
2建筑电气消防工程设计及施工策略
建筑电气消防工程设计通常包括火灾自动报警系统、消防联动控制系统以及消防设备配电系统三个方面,笔者在下面将做详细介绍。
2.1火灾自动报警系统
火灾自动报警系统的设计要按照供电负荷等级的确定进行设计与施工,根据《建筑防火设计规范》的规定,在确定供电负荷等级时要确保一级供电负荷保持两个电源的供电,其中一个电源产生故障时要确保另一个电源不受影响;而且供电负荷要保证出现线路故障时,供电不会中断或者是迅速恢复。因此,在布置火灾自动报警系统时,要充分考虑各种火灾探测器的位置问题,因地制宜,确定好探测器的种类和位置。在蓄电池间可以设置氢气探测器、防爆感温探测器等,及时监测着火的可能性和状态。根据GB50116—98火灾自动报警系统设计规范中8.1.8条“探测器周围0.5m内,不应有遮挡物”,在火灾自动报警系统设计时,要留出日后调试、更换探测器的空间,不要将复杂的管道和电缆桥架布满屋顶,特别是电缆桥架存在着火的可能性,不要将探测器安装在桥架附近。与自动报警系统不同的是,手动报警按钮的设置要充分考虑其位置的显眼性,可以将其安装在便于操作的出入口位置。手动报警按钮只具有报警功能,在火灾发生时,可以通过手动报警按钮向火灾报警器发出信号,所以更应该灵活设置手动报警按钮的位置,宁滥勿缺,降低建筑的损失。
2.2消防联动控制系统
消防联动控制系统需要三个工作协调配合,即消火栓的联动、喷淋系统的联动、消防控制室与压力开关及喷淋泵的运行状态的联动。启动消火栓有三种方式:直接按消火栓泵按钮;通过消防控制中心的联动柜;通过消防泵房的控制柜,与此同时,要确保消防泵的运行状态能及时反馈到消防泵控制器上。喷淋泵的启动可以通过压力开关直接启动,另两种方式与消火栓的启动方式一致,总之,压力开关与喷淋泵的运行状态都要及时反馈到消防控制器上。在以上的火灾自动报警系统中,需要做好防水、防潮措施,可采用开式消防水喷头和闭式消防水喷头。开式喷头一般是敞口的,火灾发生时安装在管道上的控制阀自动开启,喷头自动洒水并灭火;闭式喷头一般在室温达到一定温度时,控制器作出相应的反应,此时要打开喷水器喷口的密封盖才能喷水灭火。比火灾更可怕的是浓烟,烟中多含有有毒物质,火灾发生时人往往会因为缺氧而窒息。因此,在消防中,除做好灭火工作外,还需要做好排烟工作,为逃生提供通道。在消防工程的设计时,要考虑到与防烟、排烟系统的联动,火灾自动报警系统开启后,排烟口的电动防火阀应该给出相应的信号,并关闭空调送风机。此外,还可以设计自然排烟窗,一种是自动开启,一种是手动开启,要避免在建筑外墙上布设广告牌,也不应该设计跨层窗和高窗。要充分利用窗户的有效可开启面积,避免窗户长期处于关闭状态,提高排烟率。防火阀的设计也有利于提高建筑的排烟率,在设计和安装时,要规范防火阀的安装与质量管理,并给予高度重视。消防联动控制系统也可以采取消防广播的做法,火灾报警联动系统可以与火灾应急广播联动,通过“火警系统”来控制。目前,应用较为普遍的消防广播系统是独立设置的,这样有利于控制。火灾报警系统采用的声光报警器能够迅速引起人们的注意,消防广播系统通知人们逃生,减少火灾带来的损失并有效减小踩踏事故发生的频率。
2.3消防设备配电系统
消防设备配电系统也是建筑电气消防工程设计与施工的重要部分,在消防过程中,电源供电突然中断时,要确保应急发电机组能够自动启动正在运行的消防设备。应急发电机组的功率具有特殊性,不能允许全部的供电负荷。所以,设计单位在设计时要采取适当的措施,避免由于发电机组的熄火导致的长时间断电,分批启动消防设备能够减少该情况发生的频率。在进行建筑电气消防设计与施工时,可以通过低压断路器将非消防电源进行切除。由于低压断路器所需的电流与框架电流不同,采用配电室低压出线开关的方法,或者是在主配电箱上切除消防电源,能够最大程度的允许电流通过,既安全又能满足要求。
3结语
1.1客梯电源消防问题
在一个建筑中,客梯是一个十分重要的建筑配套设施,它给人们带来的不仅仅是便捷,还有安全。但是在客梯中,人们想到的大多数都是一些关于被困于电梯中的时候该怎么做,很少有人会想到关于客梯电源的消防问题。这是一个疏漏,而有很多时候,可能就是因为这样的一个疏漏,而导致不可估量的消防事故。客梯的动力都是来源于电能,可是如果其电源处出现了问题,引起消防事故,那么就不仅仅是人被困在电梯里的问题,很有可能还会引起高楼的瞬间失火,这主要是因为电梯是链接整个楼的各个楼层,一旦电梯电源发生事故,那么后果将非常严重。所以在建筑建设的过程中,一定要将客梯电源的消防问题解决掉。
1.2照明设备消防问题
照明设备是电气系统中的一个重要组成部分,而照明设备的消防问题,也是建筑电气消防系统中较为敏感的一个话题。在电气系统中,照明设备通常是直接安装在建筑物的电气系统中,与其相接的是电气系统中的电闸。如果照明设备出现电流异常情况,对于住户来说是非常麻烦的一件事。因为对于住户来说照明设备出现故障的最直接反应就是屋里没有了光亮,而这时很有可能是因为照明设备出现问题,导致电流过大,从而将其中的某个链接部分烧断,导致暂时的断电现象,而此时,如果住户自行更换灯泡的话,很有可能会导致自行触电,或者由于更换不合理,导致更严重的火灾事故。此时,照明设备在出现故障的情况下,一般来说都是由于电流过大,导致实际功率超出照明设备的额定功率最终引起的照明设备上的链接点被烧断。因此,此时需要注意的是在照明线路中添加一个电流监控设备,这样就可以察觉到其异常的现象,从而报警给消防安全中心进行消防措施处理。
1.3通道上的防火卷帘的控制问题
电气消防系统中值得注意的是通道上的防火卷帘。在平时可能这个卷帘可能没什么用,看着也很不起眼,但是如过发生火灾的时候,这个卷帘就会出现有着很大的作用。这个卷帘的工作原理,是前端有个烟雾探测器,当它检测到烟雾浓度超出指标的时候,卷帘就下降到一定程度,以隔开烟雾与人体。这样就为人们逃生建立了良好的机会。但是如果电气系统出现问题,或者人为硬性设置烟雾浓度指标,就有可能会引起不必要的灾害。因此,这里也是在设计电气消防系统的时候需要注意的地方。
2建筑电气消防系统设计建议
建筑电气消防系统是一个建筑中消防系统的重要组成成部分。现在许多家庭对与电气的使用,已经达到了无所不用的地步。几乎失去的电力,就无法生活。甚至于以前有些用火做的食物现在都采用电力来制作,在这样的情况下,设计建筑消防系统的时候,就更应该注意到电气消防系统的精确设计。无论是客梯电源,还是照明设备,或是防火卷帘,在这些设备中安装消防监控设备都非常必要。下面就是作者为建筑电气消防系统设计提出的几点建议。
第一,注意安装消防监控设备。在建筑设计中,建筑设计中有许多消防措施,消防设备来组成整个建筑物的消防系统。在这些消防系统中,可以看到是电气消防系统,是需要安装监控设备的。这个监控设备主要是由一些电流监控设备,热力监控设备组成。当建筑中的电气电流出现异常情况的时候,电气消防监控设备会向消防系统中心提出警报,当异常值达到必须做出消防措施的时候,消防系统会自动对其线路进行断电,并且做出相应的消防措施。而这个过程就是电气消防系统中的自动报警系统。这个系统的安装可以保证住户或业主在这个建筑中的安全。
第二,利用报警系统保证消防工作的正常进行。报警系统不仅仅是起到了危险时刻的警报作用,而且对消防工作还有着预防灾害的作用。报警系统的正常工作,能够确保人们的安全生活环境,所以对报警系统的定期查询非常必要。对于报警系统的查询,首先要做到的是,保证整个电气消防系统的前端探测器是正常工作的。在这样的情况下,才能保证报警系统的报警准确性。当前端探测的数据,经过报警系统分析表明出现异常情况,报警系统就会自动将此信息转发给事故处理端,让它们对电气灾害做出相应的反应。定期对报警系统的查询就是为了确保报警系统工作正常,能够正常的保证人们的生命财产安全。
第三,注意对电气异常情况的检测。当检测出来电气的某一线路出现异常情况的时候,电气消防系统首先做的是对异常情况进行分析,到底是电流出现瞬间过大,还是某一线路功率过大等情况。如果情况较为严重,将立即将此线路进行断点处理。如果异常情况问题不大,则由监控人员对此线路进行查询。查看出现异常情况的原因,并对此做出相应的处理,这样电气消防就可以保证人们的生命财产安全。
3结束语
关键词:性能化设计;处方式设计;消防设计;火灾模型
1前言
如果说纳米技术使新材料的研究起到了革命性飞跃,那么也可以说性能化设计方法将开创消防科技的新局面。
消防设计目前有两种设计思想,一种是传统的“处方式设计方法”,其基于场所类型进行设计考虑;另一种是“性能化设计方法”,它立足于危害分析及火灾假想,对于解决超越法规或现行法规无法解决的复杂建筑的消防设计具有很大意义。
由于性能化防火设计的方法与传统的设计方法相比具有许多优越性,所以很快成为建筑防火的一种新理念,并将发展成为建筑防火技术领域里一个全球性发展潮流,受到许多发达国家和发展中国家的高度重视,得到越来越广泛的应用。
2性能化消防设计的概念
性能化消防设计是建立在消防安全工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法,它运用消防安全工程学的原理与方法,根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况,由设计者根据建筑的各个不同空间条件、功能条件及其它相关条件,自由选择为达到消防安全目的而应采取的各种防火措施,并将其有机地组合起来,构成该建筑物的总体防火安全设计方案,然后用已开发出的工程学方法,对建筑的火灾危险性和危害性进行定量的预测和评估,从而得到最优化的防火设计方案,为建筑结构提供最合理的防火保护。
与“处方式”设计相比较,性能化设计方案更关注是否能够实现“保证人员疏散和灭火救援不受火灾烟气影响”这一“目的”,而不是拘泥于满足规范要求的最低排烟量。性能化的消防设计方案通过科学的论证,能够提供比之处方式的消防规范更为安全的设计表现效果,比较起来,性能化设计方案具有设计成本有效性,设计选择多样性及设计效果更为优化性的特点。
性能化消防设计的两个关键点,第一是确认危害,第二是明确设计目标。具体来说,它针对建筑物的特点,建筑物内人员特点,建筑物内部操作方式,建筑物外部特征,消防灭火组织特点等。从而针对每种危害或者每个设计区域选择设计方法及评估方法。这种设计方法突破了传统设计针对建筑物结构类型、相应的层高及面积的限制,同时提供了更加灵活而有效的设计选择性。
性能化消防设计包括确立消防安全目标,建立可量化的性能要求,分析建筑物及内部情况,设定性能设计指标,建立火灾场景和设计火灾,选择工程分析计算方法和工具,对设计方案进行安全评估,制定设计方案并编写设计报告等步骤。在设计过程中,需要对建筑物可能发生的火灾进行量化分析,并对典型火灾场景下火灾及烟气的发展蔓延过程进行模拟计算,因此计算的工作量以及各类基础数据的需要量非常大,往往需要采用计算机火灾模拟软件等分析和计算工具。
3性能化消防设计的流程
性能化设计利用火灾科学和消防安全工程建立设计指标,评估设计方案;并利用火灾危害分析和火灾风险评估建立从总体目标和功能目标到火灾场景等领域内所需要的参数。性能化的消防安全设计是一种可以对诸如非工程参数(如人在火灾中的行为和反应)进行定义的工程过程。
4建筑物性能化消防设计的内容
建筑物的性能化消防设计主要包括两个方面的设计内容:一是保证建筑内人员安全疏散的性能设计,二是保证建筑构件耐火的性能设计。
人员安全疏散的性能设计是从建筑内人员安全方面进行考虑的,通过综合考虑各种火灾因素对人员逃生的影响,采用性能化的设计方法来保证建筑物内人员的火灾安全性,从而防止人员伤亡。其性能化的设计准则是:烟层下降高度和烟气浓度达到人不能忍耐的时间大于人员安全疏散所需的时间。
构件耐火的性能化设计是从建筑物的稳定性方面进行考虑的,通过分析建筑构件在火灾中的反应,采用性能化的设计方法来保证建筑物结构的火灾稳定性,从而防止建筑物的倒塌。其性能化设计准则是:火灾持续时间小于构件的耐火时间。
5国内外性能化设计应用概况
自20世纪80年代英国提出了“以性能为基础的消防安全设计方法”(performance——basedfiresafety
design
method,以下简称性能化防火设计)的概念以来,日本、澳大利亚、美国、加拿大、新西兰以及北欧等发达国家政府先后投入大量研究经费积极开展了消防性能化设计技术和方法的研究,南非、埃及、巴西等发展中国家也都纷纷开展了这方面研究工作。世界各国都在积极推行性能化设计方法的应用,并取得了巨大成就。
英国于1985年颁布了第一部性能化防火规范,包括防火规范的性能化修改,新规范规定“必须建造一座安全的建筑”,但不详细确定应如何实现这一目标。
新西兰1991年的建筑法案对建筑监督立法体系进了彻底调整,于1992年了性能化的《新西兰建筑规范》,新规范中保留了处方式的要求,并作为可接受的设计方法,于1993年强制执行。1993~1998年,继续开展了“消防安全性能评估方法的研究”,制定了性能化建筑消防安全框架;其中功能要求包括防止火灾的发生、安全疏散措施、防止倒塌、消防基础设施和通道要求以及防止火灾相互蔓延五部分。
瑞典于1994年了新的包含有性能化设计内容的建筑防火设计规范。
澳大利亚于1996年颁布了性能化防火设计规范的《澳大利亚建筑设计规范》(《BuildingCodeof
Australia》,简称"BCA"),并自1997年7月1日起,在各州政府陆续推行。
巴西于1999年颁布了新的《钢结构防火设计》和《对建筑构件耐火极限的要求》两部标准。这是南美首次制定的建筑标准,由SaoPaulo大学、Mi—nasGerais大学和OuroPreto大学编制。标准中引入了如时间计算方法与风险评估方法以及其他消防安全工程设计方法等性能化的新概念,允许建筑物的火灾安全根据其火灾荷载、建筑物高度、建筑总面积以及灭火设备的安装与否等条件确定,而对建筑物的耐火等级不做要求。
日本政府于1998年6月对《建筑基准法》进行了修订,引入了一些有关性能化设计的内容,并于2000年6月施行;另外,还于2003年8月开始对《消防法》进行修订,计划于2005年施行。
加拿大于2001年了性能化的建筑规范和防火规范,其要求将以不同层次的目标形式表述。
美国也于2001年了《国际建筑性能规范》和《国际防火性能规范》。
目前,已有不少于13个国家(澳大利亚、加拿大、芬兰、法国、英国、日本、荷兰、新西兰、挪威、波兰、西班牙、瑞典和美国)采用或积极发展性能化规范和基于规范结构形式下建筑防火设计方法,并取得了一定成果。中国也正在加紧性能化设计方法的研究和性能化设计规范的制定。公安部所属消防研究所承担了几项有关性能化设计的国家十五科技攻关课题,如公安部天津消防研究所承担的“建筑物性能化防火设计技术导则”的研究和制定,公安部四川消防研究所承担的“高层建筑性能化防火设计安全评估技术研究”等。
6推行性能化设计方法是一个逐步过程
尽管建筑物消防性能化设计方法有很多优点,作为性能化设计技术的基础一“火灾模型”在性能化设计中起着举足轻重的作用,但它们作为一种新生事物,还不为人们所理解和接受,特别是建筑设计师和建筑管理部门的人员都不太了解这种新的设计方法。
有人曾对美国、中国香港和澳大利亚的建筑管理人员在对待性能化设计和处方式设计在能否保证建筑消防安全,以及火灾模型是否足以支持性能化设计的态度进行了一个调查,并进行了比较。发现半数以上的管理人员认为性能化设计不能保证建筑的安全,三分之二以上的管理人员认为处方式设计能保证建筑的安全,以及三分之二以上的人认为火灾模型不足以支持性能化设计。调查结果参见表1。
世界各国几乎都存在着类似这样的情况。在很长一段时期内,建筑设计师和建筑管理人员对性能化设计技术还存在一个从初步认识、深入了解到最终肯定的意识转变过程。
另外,对于采用性能化方法设计的建筑,如何正确地评估其消防安全性方面也存在很多技术上的难题有待解决。
7展望
性能化消防设计已成为世界性建筑消防设计发展的必然趋势,它的发展将大大促进消防安全设计的科学化、合理化和成本效益的最优化,并将产生十分重大的社会效益和经济效益。尽管目前还有许多人不太理解和排斥使用它,但我们坚信随着时间的推移,将会有
越来越多的人加入到肯定性能化设计方法的行列中来。据日本方面的统计,采用性能化方法进行消防设计的建筑正在逐年增加。
我国也应该加快性能化规范及配套技术的研究步伐,充分发挥性能设计的优越性。今后应从以下几个方面人手,促进性能化设计技术的发展:
(1)加强各种火灾预测模型和火灾风险评估模型的研究,拓展性能化设计方法的应用空间。
(2)加强新材料、新技术研究,规范材料性能参数,建立和完善消防数据库,提供准确的性能化指标,为性能化应用积累基础性数据。
(3)深入研究火灾规律、火灾情况下建筑内人员逃生规律和构件变化规律,为各种火灾模型的建立提供坚实的理论依据,并拓展计算机技术在消防中的应用。
(4)积极向建筑设计师和建筑管理人员介绍性能化设计方法,使他们从认识、理解并自觉接受性能化设计方法。
(5)出台可操作性强的性能化设计指南,使建筑设计师能尽快地掌握性能化设计方法的使用。
(6)制定性能化消防设计规范,为性能化设计方法的应用提供法律依据。
参考文献:
[1]田玉敏.论“性能化”的建筑防火设计方法.消防技术与产品信息,2003,(7).
1.1年代久远,建筑构建易燃
与现代建筑不同,古代建筑的建筑方法多采用砖木构架、隼牟结构,建筑构建多出于耐用考虑而采用富含油脂的木材,且由于年代久远,木料都已风干,极易燃烧。为了装饰装潢美观,古建筑多采用彩绘、木料也多用油漆涂刷,一旦发生火灾,燃烧蔓延速度极快。以辽阳为例,辽阳古建筑多为庙宇,除存在上述问题外,寺庙内有大量用于佛事的经幡、伞盖,部分佛像还裹有丝织品,都属于易燃物质。
1.2布局紧凑,易发连营火灾
古建筑在布局上往往是组群布置,其组成是以单间构成单座建筑,以多个单座建筑构成庭院,再以若干庭院组成形式多样的组群。在庭院布局中,大多采用“四合院”和“廊院”二种形式。以辽阳广佑寺为例,寺庙有门房、东西配殿、大雄宝殿、弥勒殿等众多建筑群组成。建筑飞檐斗拱、殿宇相连,且没有消防通道、防火间距,出于保护文物的考虑又无法进行大规模改造,一旦发生火灾后既不利于安全疏散,又极容易造成“火烧连营之势”。
1.3地偏路远,火灾扑救困难
“山不在高有仙则灵”,古建筑特别是古代庙宇多建设在偏僻的山区,这虽然有利于僧众修行,但却给灭火救援工作带来了很大困难。此外,古建筑内多缺乏消防水源,且消防设施配备不全,一旦发生火灾难于自救。一般古代建筑出于售票的需要,往往都是只设立一个入口和一个出口,且采取门禁装置,一次一人,入口不能出,出口不能进,加之游客僧众众多,一旦发生火灾除造成造成古建筑损失外还极易导致踩踏事故,造成群死群伤事件,带来巨大的经济损失和社会影响。
2古建筑常见火灾原因
2.1用火动电,疏于安全管理
古代庙宇建筑由于礼佛的需要,每天都设有大量油灯、明烛、贡香,佛像周围有彩灯、电蜡烛等物,游客上香等现象也经常发生。且由于寺庙的特殊性,僧众对于消防安全疏于管理,对于动火、动电缺乏相关安全知识,这都是引发古建筑火灾的主要原因。
2.2遗留火种,人为导致火灾
古代建筑游客众多,经常有吸烟现象发生,由于游客众多难于管理,经常会将火种随意遗留在建筑内,防不胜防。再有就是一些寺院除作为景点之用外,还供僧众修行,如辽阳广佑寺、观音寺、灯塔祥云寺、安澜寺等都在寺内设有僧舍,生活用火、用电量较大,这也是引发火灾的一个主要因素。
2.3自然因素,导致建筑起火
自然因素引发的火灾也是对古建筑消防安全的一个重要的威胁,如朽木遇氧燃烧、雷击火灾、泥石流引火、地震致火灾等。
3古建筑消防安全对策
3.1易燃构建阻燃处理
随着科技的不断发展,目前已经研发出许多阻燃效果较好的阻燃涂料。基于这点,可以采用颜色透明的阻燃涂料对古建筑的柱、梁、枋、檩、椽和楼板等木质易燃构建进行涂抹,这样既不改变古建筑构建的颜色、质地和尺寸,又可以一定程度上进行阻燃,降低火灾危险性。
3.2配齐配强灭火装备
尽早准确预警,是古建筑火灾防护至关重要的环节。可按照古建筑的风格、色调,在不影响原有古建筑结构的完整性和古建筑艺术风格的前提下,订做安装特殊形状(如椽头型、万字型、祥云型等)的火灾自动报警、可视监控系统和自动喷淋灭火系统。在灭火器材上,除配备灭火器外,可配备细水雾水枪等便携式灭火效能高的器材,及时有效地将火灾扑灭在初起阶段。
3.3加大宣传教育力度
在各古建筑出入口处制定醒目的防火宣传、安全警示、友情提醒等标志,广泛宣传古建筑火灾的危害、防范措施和注意事项等,介绍如何逃生、自救、灭火与救人等相关安全常识。同时,组织僧众或管理人员建立防火巡查队,对建筑内动火动电情况进行巡查、监护,并对游客吸烟动火等情况进行有效管理。
4结语