消防工程论文

高层智能建筑消防系统设计

1.高层智能建筑的概念以及特点

近年来，社会飞速发展的社会经济，日益增长的人口数量以及快速的城市化进程，促使着各城市的规划由以往的平面扩张转而向立体空间扩张发展。以功能分区为主趋向功能综合的规划理念导致高层综合性建筑群不断出现，构成了现代城市的独特风貌。

我国规定，高度超过24m的建筑称为高层建筑，高度超过100m的建筑称为超高层建筑。

但是自1984年智能建筑理念提出以来，智能建筑的发展历史较短，目前仍未有统一的概念。例如，美国智能化建筑学会（AIBI）定义“智能建筑”是“将结构、系统、服务、运营以及其相关联系进行全面综合，达到最佳组合，获得高效率、高功能和高舒适性的大楼。”

而目前的大多数建筑是将智能建筑与高层建筑这两者结合起来，因为这样可以同时发挥两者容量大、综合性强以及舒适性高等优点。所以在设计消防系统时应考虑到智能建筑和高层建筑的双重性及特殊性。

智能建筑火灾由其自身特点决定，概括起来讲有以下六个方面：

（1）建筑结构跨度大、特性复杂

智能建筑由于采用大跨度框架结构和灵活的环境布置，使建筑开间和隔墙布置复杂，随着建筑高度增加，在起火前室内外温差所形成的热风压大，起火后由于温度变化而引起的烟气运动的火风压大，因而火灾时烟气蔓延、扩散迅速。

（2）建筑环境要求高、内部装饰材料多

为了加强智能建筑室内空间的艺术效果和实现智能建筑的环境舒适性要求，满足在其中工作、生活的人们的生理和心理的多种需要，智能建筑中的贴墙面层、顶棚吊顶、地毯、灵活和空花割断、窗帘、家具等均大量采用易燃或可燃材料，且有不少是有机高分子材料，尽管一些可能经过了阻燃处理，但遇火后这些易燃、可燃材料或有机高分子材料将分解出大量的CO、CO2及少量的HCN、H2S、SO2等有害的烟气和毒气，直接危害人的生命安全。

（3）电气设备多、监控要求高

在智能建筑中，大量使用各种电气设备，如照明灯具、电冰箱、电视机、电话、自动电梯和扶梯、电炉、空调设备、驱动电机、自备发电机组等，还有通讯、广播电视、大型电子计算机等电气设备，电气设备配电线路和信息数据通信布线系统密如蛛网，若有一处出现火花或线路绝缘层老化碰线断路而发生电气火灾，火灾会沿着线路迅速蔓延。

（4）人员多且集中

一般智能建筑容纳有成百上千甚至数以万计的人员，一旦发生火灾，人的慌乱心里加上建筑通道复杂及楼层多等，使人员疏散难度大，难以安全疏散逃离。

（5）建筑功能复杂多样

智能建筑多数是多用途的综合性大楼，往往设有办公室、写字间、会议厅、商业贸易厅、饭店、旅馆、公寓、住宅、餐厅、歌舞厅、娱乐场、室内运动场等，以及建筑自身必要的厨房、锅炉房、变配电室、物资保管室、汽车库、各种库房、不同功能用房，从而造成安全疏散通道曲折隐蔽。

（6）管道竖井多

智能建筑内部必然设置有电梯及楼梯井、上下水管道井、电线电缆井、垃圾井等，这些竖井若未加垂直和水平方向割断措施，一旦烟火窜入，则会产生“烟囱效应”，将使火灾迅速蔓延到上层楼房。

2.智能建筑火灾的危险性

智能建筑自身的上述特点，使其火灾危险性具有以下四个特征：

（1）火势蔓延快、烟气扩散快

智能建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井、排气管道等竖向井道，如果防火分隔或防火处理得不好，发生火灾时会成为火势迅速蔓延的途径。尤其是高级旅馆、综合楼以及重要的办公楼、科研楼等智能建筑，一般室内可燃物比较多，有的智能建筑还有可燃物品库房，一旦起火，燃烧猛烈，容易蔓延。

此外，助长火势蔓延和烟气扩散的因素较多，其中风对智能建筑火灾的影响较大，风速增大，势必会加速火势的蔓延扩大。

（2）人员疏散困难

智能建筑人员集中、楼层跨度大、垂直距离长、人员疏散到地面或其他安全场所的时间长，而发生火灾时由于各种竖井拔气力大，火势和烟雾蔓延快，增加了疏散的困难。

（3）火灾扑救难度大

高层智能建筑发生火灾时，从室外进行扑救相当困难，一般要立足于自救，即主要是依靠室内消防设施。但由于目前我国经济技术条件所限，建筑内部的消防设施维护保养还不是很完善，因此扑救智能建筑火灾往往遇到较大的困难。另外，高层智能建筑的消防用水量是根据我国目前的技术经济水平，按一般高层建筑的火灾规模考虑的，当形成大面积火灾时，其消防用水量显然不足，需要用消防车向高楼供水，因而对消防技术装备提出了更高的要求。

（4）火险隐患多、火灾损失重

智能建筑综合性强、建筑功能复杂、可燃物多，火险隐患多，且容易造成消防安全管理不严，潜在的火险隐患多；一旦起火，易行成大面积火灾，火势蔓延快，扑救疏散困难，势必火灾损失严重。

3.防火分隔物的构造及要求

防火分隔物是指能在一定时间内阻止火势蔓延，且能把建筑内部空间分隔成若干较小防火空间的物体。常用防火分隔物有防火墙、防火门、防火卷帘、防火水幕带、防火阀和排烟防火阀等。

（1）防火墙

防火墙是由不燃烧材料构成的，为减小或避免建筑、结构、设备遭受热辐射危害和防止火灾蔓延，设置的竖向分隔体或直接设置在建筑物基础上或钢筋混凝土框架上具有耐火性的墙。防火墙是防火分区的主要建筑构件。通常防火墙有内防火墙、外防火墙和室外独立墙几种类型。

（2）防火门

防火门是指在一定时间内，连同框架能满足耐火稳定性、完整性和隔热性要求的门。它是设置在防火分区间、疏散楼梯间、垂直竖井等且具有一定耐火性的活动的防火分隔物。防火门除具有普通门的作用外，更重要的是还具有阻止火势蔓延和烟气扩散的特殊功能。它能在一定时间内阻止或延缓火灾蔓延，确保人员安全疏散。

（3）防火窗

防火窗是指在一定的时间内，连同框架能满足耐火稳定性和耐火完整性要求的窗。防火窗一般安装在防火墙或防火门上。防火窗的分类，按安装方法可分为固定窗扇防火窗和活动窗扇防火窗。按耐火极限可分为甲、乙、丙三级，耐火极限不低于1.2h的窗为甲级防火窗；耐火极限不低0.9h的窗为乙级防火窗，耐火极限不低于0.6h 的窗为丙级防火窗。防火窗的作用一方面在于隔离和阻止火势蔓延，此种窗多为固定窗；二是采光，此种窗有活动窗扇，在正常情况下采光通风，火灾时起防火分隔作用。活动窗扇的防火窗应具有手动和自动关闭功能。

（4）防火卷帘

防火卷帘是指在一定时间内，连同框架能满足耐火稳定性和耐火完整性要求的卷帘。防火卷帘是一种活动的防火分隔物，平时卷起放在门窗上口的转轴箱中，起火时将其放下展开，用以阻止火势从门窗洞口蔓延。防火卷帘设置部位一般有；消防电梯前室、自动扶梯周围、中庭与每层走道、过厅、房间相通的开口部位、代替防火墙需设置防火分隔设施的部位等。

4.灭火系统设计

高层建筑中的消防系统是维护建筑安全的主要力量。按灭火剂的种类和灭火方式可分为消防给水系统和固定灭火装置两大类。

以水为灭火剂的消防给水系统，按灭火设施可分为消火栓灭火系统和自动喷洒灭火系统。

（1）消火栓灭火系统

室内消火栓给水系统有消防给水基础设施、消防给水管网、室内消火栓设备、报警控制设备及系统附件等组成。其中消防给水基础设施包括市政管网、室外消防给水管网及室外消火栓、消防水池、消防水泵、消防水箱、增压稳压设备、水泵接合器等，该设施的主要任务视为系统储存并提供灭火用水。给水管网包括进水管、水平干管、消防竖管等，其任务是向室内消火栓设备输送灭火用水。室内消火栓设备包括水带、水枪、水喉等，它是供人员灭火使用的主要工具。报警控制设备用于启动消防水泵，并监控系统的工作状态。系统附件包括各种阀门、屋顶消火栓等。只有通过这些设施有机协调的工作，才能确保系统的灭火效果。

（2）自动喷洒灭火系统

自动喷水灭火系统是利用其特有的性能，在火灾时能自动喷水灭火的固定灭火方式，可使火灾在初期就能够及时得以控制，从而最大限度的减少火灾损失。自动喷水灭火系统具有灭火效率高，安全可靠，工作性能稳定，适用范围广，投资少，不污染环境等优点。广泛应用于民用建筑、工业厂房及仓库。特别适用于在人员密集、不易疏散、外部增援灭火与救生困难的重要或火灾危险性较大的场所中应用。

（3）二氧化碳灭火系统

二氧化碳灭火系统是一种有效的灭火装置，与其他气体灭火方式相比其具有对大气臭氧层无破坏且来源经济方便等优点。二氧化碳是一种惰性气体，自身无色、无味、无毒、密度比空气大50%，长期存放不变质，灭火后能很快散发，不留痕迹，在被保护物表面不留残余物，也没有毒害。适用于扑救各种可燃、易燃液体火灾和那些受到水、泡沫、干粉灭火剂的沾污而容易损坏的固体物质的火灾。另外，二氧化碳是一种不导电物质，其电绝缘性比空气还高，可用于扑救带电设备的火灾。

二氧化碳系统由灭火储存装置、启动分配装置、输送释放装置、监控装置等组成。二氧化碳灭火系统的工作原理是：防护区一旦发生火灾，首先火灾探测器报警，消防控制中心接到火灾信号后，启动联动装置（关闭开口，停止空调等），延时约30s后，打开启动气瓶的瓶头阀，利用气瓶中的高压气体将灭火剂储存器的容器阀打开，灭火剂经管道输送到喷头喷出实施灭火。

二氧化碳灭火系统的类型按灭火方式分为：

（a）全淹没气体灭火系统

全淹没气体灭火系统指喷头均匀布置在保护房间的顶部，喷射的灭火剂能够在封闭空间内迅速形成浓度比较均匀的灭火剂气体与空气的混合气体，并在灭火必须的“浸渍”时间内维持灭火浓度，即通过灭火剂气体将封闭空间淹没实施灭火的系统形式。

（b）局部应用气体灭火系统

局部应用气体灭火系统指喷头均匀布置在保护对象的周围，将灭火剂直接而集中地喷射到燃烧着的物体上，使其整个笼罩再保护物的外表面，在燃烧物周围局部范围之内达到较高的灭火剂气体浓度的系统形式。

二氧化碳灭火系统若按管网的布置可分为：

（a）组合分配灭火系统

为了节省投资，几个不会同时着火的相邻防护区或保护对象，可采用一套气体灭火系统保护。这种用一套灭火系统储存装置同时保护多个防护区的气体灭火系统称为组合分配系统。

（b）单元独立灭火系统

若几个保护区都非常重要或者是有同时着火的可能，为了确保安全，在每个防护区各自设置气体灭火系统保护，称为单元独立灭火系统。

（c）无管网灭火系统

无管网灭火系统是指将灭火剂储存容器、控制和释放部件等组合装配在一起的小型、轻便灭火系统。这种系统没有管网或只有一段短管，这种系统可放在保护区内也可放在保护区的隔墙外，通过短管将喷头伸进保护区内。

5.高层建筑防排烟设计

建筑物设置防排烟系统的目的是，在建筑物发生火灾时尽快排除火灾产生的大量烟气，阻止烟气从着火区域向着非着火区域蔓延扩大，确保紧急疏散通道安全，为建筑物内人员顺利疏散和消防队员扑救火灾创造有利条件。

建筑物应设防、排烟的部位：

（1）防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室或合用前室。

（2）符合下列情况的走道一类高层民用建筑和建筑高度超过32m的二类高层民用建筑中无自然通风，且长度超过20m的内走道或虽有直接自然通风，但长度超过60m的内走道。

（3）符合下列情况的房间

a．一类高层民用建筑和建筑高度超过32m的二类高层民用建筑中，面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的地上无窗房间或设定固定窗的房间；

b．除利用窗井等开窗进行自然排烟的房间外，各房间总面积超过200m2或一个房间面积超过50m2，且经常有人停留或可燃物较多的地下室。

（4）符合下列情况的中庭一类高层民用建筑和建筑高度超过32m的二类高层民用建筑中，不具备自然排烟条件或净空高度超过12m的中庭。

（5）封闭避难层。

（6）地下建筑等。

6.火灾报警控制系统

高层建筑以及智能化建筑中的火灾自动报警系统是高层建筑或智能化建筑整个消防系统的一部分，具体的说，是消防系统的电气控制部分和系统集成中心。

火灾自动报警系统，由触发器件、人灭报答装置，火灾警报装置，以及具有其他辅助功能的装置组成，它是人们为了及早发现和通报火灾，并及时采取有效措施控制和扑灭火灾。而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施、是人们同灾作斗争的有力工具。

（1）基本原理

火灾初期，控制系统将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系

统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置。

火灾时，火灾报警控制器发出报警信息，消防联动控制根据火灾信息联动逻辑关系，输出联动信号，启动有关消防设备实施防火灭火。消防联动必须在“自动”和“手动”状态下均能实现。在自动情况下，智能建筑中的火灾自动报警系统按照预先编制的联动逻辑关系，在火灾报警确认后，输出自动控制指令，启动相关设备动作，同时向BA系统及时传输、显示火灾报警信息，且能接收必要的其它信息，这样也能更好地监控火灾现场情况、消防联动设备的运行状态、消防疏散通道情况等等。

同时智能建筑中的消防疏散门也可采用锁集中控制方式，即平时楼层疏散门锁闭，在火灾时由消防控制中心发出指令将门打开。此外，美国纽约世贸中心对消防通道的控制方式也是可以借鉴的，纽约世贸中心消防通道管理分为两种形式，一是带报警信号输出及警号的门装推动杆。当有人从门内侧推动杆时，报警信号将传送到中心值班室，同时警号鸣音提示引起注意。二是消防通道的门上安装读卡器，有关人员、可持卡打开消防门进行巡视、检修等工作。当火灾发生时，由中心值班室向各控制点发出了开门信号，使消防门开启。

火灾自动报警系统的形式有多种多样，特别是近年来，各科研、设计单位与制造厂家合作推出了一些新颖的火灾自动报警设备及系统，如智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个保护对象进行监视。现代火灾自动报警系统有以下几种有代表性的形式：可寻址开关量报警系统、模拟量探测报警系统和多功能火灾智能报警系统等。

（2）火灾探测器

火灾探测器是指用来响应其附近区域由火灾产生的物理和化学现象的探测器件，是火灾自动报警和自动灭火最基本最关键的部件之一，它是整个自动监视系统的触发器件，犹如系统的感觉器官，能不断的监视和探测被保护区域火灾的早期信号，是整个火灾报警控制系统警惕火情的关键。

火灾探测器根据其传感器的结构形式，有下列两种常见的形式：

（a）点型火灾探测器：这种探测器是指响应一个小型传感器附近的火灾产生的物理和化学现象的火灾探测器件。在建筑对象中使用的火灾探测器，绝大多数是点型火灾探测器。

（b）线型火灾探测器：这种探测器是指响应某一连续线路附近的火灾产生的物理和化学现象的火灾探测器件。

根据对不同火灾参量的响应以及不同响应方法可分为感烟式、感温式、感光式、复合式和可燃气体探测器。不同类型的探测器适用于不同的场合和不同的环境条件。

（3）火灾探测器的安装部位

a.敞开或封闭或楼梯间应单独划分探测区域，并每隔2～3层设置一个火灾探测器。

b.前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）和走道应分别单独划分探测区域，特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间及走道相通，发生火灾时的烟气更容易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之地，故应装设火灾探测器。对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前室与电梯竖井相通，发生火灾时的烟气也容易聚集或流过，宜单独划分探测区域及装设火灾探测器。

c.电缆竖井故易形成拔烟的通道；发生火灾时火势不易沿电缆延燃，为此，《高层民用建筑设计防火规范》及《民用建筑电气设计规范》分别在建筑上和在电线或电缆的选型上提出详细的具体规定。但考虑具体实施的难度及现状，电缆竖井装设火灾探测器是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔2～3层或每层安装一个。

d.电梯机房应装设火灾探测器，其一电梯是重要的垂直交通工具；其二电梯机房有发生火灾的危险性；其三电梯竖井存在必要的开孔，如层门开孔、通风孔、与电梯机房或滑轮间

之间的永久性开孔等；其四在发生火灾时，电梯竖井往往成为火势蔓延的通道，容易威胁电梯机房的设施。为此，电梯机房设置火灾探测器是必要的，电梯竖井之顶部也宜设置火灾探测器。

7.小结

消防是一项社会性、科学性很强的工作，是人民生命财产安全和社会主义经济建设的重要保障之一。而在写作论文的过程中发现，大多数火灾发生和造成严重后果的原因中的主要一点就是系统设计不合理，从而不能及时的扑灭火灾、疏散人群。因此，对建筑消防系统的设计问题必须引起高度重视，要严格按照有关规范的要求进行设计，采取科学合理、先进实用的消防安全技术，最大限度的防止和减少建筑火灾事故的发生。