超高层建筑公共安全与智能化设计浅谈

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摘要：本文先行分析了超高层建筑的安全风险及疏散难题，随后就安全相关的三个智能化系统（火灾自动报警及联动控制系统、综合安防系统、公共广播系统）展开论述，并提出一些适用于高层建筑的具体的技术措施。

　　关键词：早期预警语音疏散广播计算机疏散分析

　　1、概述

　　超高层建筑一般为重要建筑，其政治和经济价值巨大，然而超高层建筑随时可能受到火灾、恐怖袭击和自然灾害的威胁。如果事先没有对应措施，损失将是惨重的。总体来说超高层建筑有如下特点：

　　1）建筑结构复杂：超高层建筑主体建筑层数多，垂直疏散距离长，人员需要较长时间才能疏散到安全场所；

　　2）功能多样：一般的超高层建筑都具有多种功能、人员密集容易出现混乱，火灾时更容易导致伤亡；

　　3）发生火灾时，在烟囱效应作用下，烟气和火势竖向蔓延快，增加了安全疏散的困难。

　　建筑火灾发生后，人员是否能够安全疏散，由4种影响安全疏散的时间因素：

　　1）从火灾发生到人员感知火灾之间的时间间隔

　　2）从人员感知到开始疏散的时间间隔：人员意识到有火情时，一般不急于疏散，而是首先通过获取信息进一步确定是否真的发生了火灾，然后采取相应的行动；

　　3）从人员开始疏散到疏散结束的时间间隔：从疏散开始，通过走廊、楼梯间、安全出口至到达安全区域的时间；4）危险来临的时间：自火灾开始，到由于烟气的下降、扩散和轰燃等原因而致使建筑或疏散通道发生危险状态为止的时间。超高层建筑智能化的安全系统设置应着眼于缩短上述1-3点时间，拖后时间点4的到来。

　　本文重点阐述智能化系统在安全预警及人员疏散方面起到的独特作用，以及相比常规建筑而言，超高层建筑的智能化系统设计特殊性。超高层建筑的智能化弱电系统中火灾自动报警及联动控制、综合安防、广播系统与公共安全最直接相关。

　　2、火灾自动报警及联动控制系统

　　超高层建筑发生火灾扑救难度非常大，成灾后果更严重，因此高层建筑应立足于自防自救，采取可靠的防火措施，达到预防火灾的目的。火灾自动报警及联动控制系统正是从及时报警和联动消防设施两方面起作用，遏制火势蔓延、保护人身和财产安全。

　　2.1火灾报警系统的智能化和可靠性

　　超高层建筑火灾报警系统的设计应从提高火灾报警系统的智能化和可靠性这2方面入手。

　　2.1.1提高火灾报警系统智能化程度

　　这个问题分内外2个层次。

　　1）对火灾报警系统内部而言，超高层建筑一般采用全智能火灾报警系统。系统能对探测器回路送来的火灾探测参数进行分析运算，自动去除环境影响，同时控制器还具有存储火灾参数变化规律曲线的功能，并与现场采集的火灾探测参数比较，来确定是否报警。

　　2）对火灾报警系统外部而言，智能化的含义主要指系统联动。采用系统联动方式，就成为争取火灾前期时间和主动权的有效手段。

　　1）当火灾报警系统与保安监控系统联动，在火灾之初，火场的摄像机可将现场画面迅速传至中央控制室，通过实景画面，值班人员可以立即确认是火灾还是探测器误报，从而马上采取广播、排烟、正压送风、启动消防泵、喷淋、向消防局119台报警、降客梯、切换消防电源等一系列应急措施。

　　2）火灾报警系统还可与楼控、广播音响和门禁系统等联动。

　　2.1.2提高火灾报警和联动控制系统的可靠性

　　提高火灾报警系统可靠性的措施有：

　　1）采用控制中心报警系统；

　　2）系统具有完善的自检功能；

　　3）关键部件冗余可采用具有双主机热备份的系统等；

　　4）报警回路采用环形总线；

　　5）探测器与模块分开回路设置，每15-20个探测器设1个短路隔离模块。

　　提高联动控制系统的可靠性的措施有：

　　1）对于重要的灭火和防排烟设施，如消火栓泵、喷淋泵、正压送风系统和排烟系统等，为了确保动作的可靠性，应考虑多种、多地联动和手动控制方式，既有自动，又有手动，既有就地控制，又有远地控制，以增加被控设备的可靠动作。

　　2）合理设计各类管线的走向、敷设方式和敷设场所，采取必要的防火措施，避开可能对线路造成损坏的热源，与强电管线及其他专业管道保持必要的安全间距，确保消防电气线路处于安全环境中，以尽量延长处于火场中线路的工作时间。

　　2.2探测器设置

　　探测器设置方面的考虑：

　　1）在单一型探测器不能有效探测火灾的场所，采用复合探测器。

　　2）高大空间可选用具有预警功能的线型光缆感温探测器或空气采样烟雾探测器。

　　3）超高层中凡超过5m2的房间均应设探测器，即使卫生间也不例外。

　　4）电气竖井不论大小，因其火灾发生可能性大和作用重要，而必须逐层设置探测器。

　　5）为了保证紧急情况下的通讯畅通，避难层应每隔20m设置一个消防专用电话分机或电话插孔。

　　6）在建筑平面上的边角处，探测器的保护半径可能达不到审核要求，此类在一般建筑中可通融的问题，在超高层中是应严格执行规定的。

　　7）疏散楼梯设置感烟探测器。

　　8）为了适应房间形状、面积和使用性质的变化，每条报警回路应留出30％左右的探测器数量裕量。

　　2.3电气火灾的预防和早期发现

　　超高层建筑电气线路无所不在，据相关统计资料，电气绝缘损坏、短路和电弧造成的火灾占高层建筑火灾总数80﹪以上。电气火灾的预防可采取以下措施：

　　2.3.1漏电火灾报警报系统

　　电气接地故障中电弧性对地短路是引发电气火灾的重要原因。电弧性对地短路具有很大的阻抗和电压降，它限制了故障电流，使过电流保护器不能动作或不能及时动作来切断电源，而几百毫安的漏电弧产生的局部高温可达2000℃以上，足以引燃周围的可燃物而引起火灾。而漏电火报警灾报系统能准确监控电气线路的故障和异常状态，能有效预防常见的因漏电导致接地电弧所引起的建筑物电气火灾事故。

　　设计时应注意：在消防设备、应急照明、疏散指示标志和安防等因停电会造成重大经济损失及不良社会影响的电气装置或场所，应安装纯报警漏电火灾探测器，报警但不切断电源。

　　2.3.2极早期预警主动气体采样系统

　　一场火灾的发生，从酝酿到产生高热大火，经历了4个阶段：闷燃、可见烟、闪燃和高热大火阶段。传统的烟感火灾探测器一般是在火灾进行到第2阶段，即可见烟阶段时，才会发生报警，最有效的扑救应该在火灾还处于闷燃状态下进行。对于主动抽气式烟雾探测系统而言，其探测灵敏度高（0.005～20%obs/m），探测范围宽，帮助我们提前发现潜在的火灾及时采取行动。变配电房设备有潜在的过负荷可能，存在火灾隐患，主动抽气式烟雾探测系统灵敏度高可提前预警，避免火灾损失，也避免了大面积停电事故的发生。主动抽气式烟雾探测系统还适合设置于网络通信机房等其他重要机房、档案室等处。

　　2.3.3采用缆式感温电缆或光缆

　　在电气缆沟、竖井内电气桥架、沿着钢结构敷设的电缆和主干线槽等，采用缆式感温电缆或光缆。

　　3、广播系统（早期预警语音疏散系统）

　　火灾中人员应急疏散逃生的辅助设备或系统，目前主要依靠的是基于视觉的应急疏散系统即应急照明和应急疏散指示系统。在真实的火灾中，由于视觉会受到烟气的阻挡和限制，加上人员在火灾中心理上具有高度的恐惧感和盲目性，使得基于视觉的应急疏散系统不能完全保证人员的疏散安全。此时可以发挥人员的听觉感官。紧急广播系统能够及时通知火灾建筑物内人员发生火灾的位置，应当朝哪个方向疏散。但普通紧急广播系统存在信息单一、不能同时对不同区域播放不同内容和智能化程度低等缺点。在超高层建筑中，报警电铃或蜂鸣器因其制造人为恐慌与混乱，在有紧急广播的条件下不建议采用。

　　因此针对超高层建筑的更具智能的早期预警语音疏散系统应运而生。该系统对于超高层建筑来说是至关重要的：

　　1）发生应急情况时，可以防止人群恐慌和混乱；

　　2）在消防员到来之前，协助实施自动语音疏散计划；

　　3）自动处理预先设定应对各种应急事件的撤离疏散步骤；

　　4）与城市应急指挥中心系统联网，相应调动其他安全防范措施，应对各种应急事件。下面结合一个典型案例进行阐述：

　　3.1早期预警语音疏散系统应用实例

　　某酒店所在大厦共80层，高390m，建筑面积达21×104m²，集办公、餐饮、会展和购物等多功能于一体，设计独特和设备先进，是高智能的现代化摩天大楼。该酒店设置了早期预警语音疏散广播系统（EES）。如在酒店的40层发生紧急情况时，应用EES疏散的程序如下：

　　1）应急事件确认——由消防系统提供相对应区域的火警信号至紧急面板进行报警。无人值守时，系统会在预先设定的时间内（30秒）自动启动语音疏散程序。

　　2）疏散撤离和预报警

　　a.第一时间疏散撤离（N±1层）：第一时间内播放疏散撤离语音信息的楼层或区域包括：发生火灾的40层及火灾近邻区（相邻层39层和41层），第一时间播发播放疏散撤离语音信息，同时其它区域播发预警信息和阻止进入信息，疏散楼梯播发引导疏散信息等；

　　b.第一时间预报警：第一时间内播放预报警语音信息的楼层或区域包括：42层至46层，33层至38层（47及32层为避难层）。在火灾区进行疏散撤离广播的同时，其它邻近区域也要进行预报警广播，让这些区域的人员在预报警的情况下有所准备，不会因为所有人第一时间听到撤离疏散广播就一起往有限的逃生出口大门拥挤。

　　3）扩散区域的疏散撤离和预报警——对发生火灾的区域及相邻区域逐渐扩散至N±2区播放疏散撤离语音信息，如38层，42层等；同时，剩下的区域继续进行预报警语音信息广播。当预计N±1紧急层的人员已经基本撤离后，可以将紧急广播扩展到N±2层。

　　4）疏散撤离程序的取消和消防员人工广播——消防员赶到现场时，可以通过紧急面板的“取消”按钮即时终止早期预警语音疏散程序（EES）的自动广播状态，进行有秩序有步骤的人工疏散广播。

　　4、安全技术防范系统

　　4.1车库入口安检系统

　　超高层建筑对电力系统的依赖程度很高。地下室是各种机房设施的所在，从结构上来说，也是建筑物最薄弱的环节。一旦发生汽车炸弹恐怖袭击事件，供电系统很可能会中断，以电力作为动力能源的消防设施便会受到致命影响。而且广播等弱电设施有可能受到破坏，超高层建筑的疏散困难加大。1993年纽约世贸中心爆炸事件中，近1万人花了9h才将在楼内办公的10万人营救出来。超高层建筑一般为重要建筑，设置车库入口安检系统很有必要。车辆安检系统应适应不同种类的车辆，具有较高的可靠性和检测效率。车辆安检系统应配备自动升降路障，自动升降路障具备防车辆暴力闯越的功能。

　　4.2人员安检和访客管理系统

　　1）进入首层电梯厅的人员需经过高速通道或道闸机，常客持卡登乘电梯，IC卡数据库提供图像对比功能，接待台的值班员可在电脑前，对刷卡通行人员进行面部特征比对。

　　2）加强访客管理与登记，通过类似可视对讲的呼叫系统，接待台值班员可与被访单位的前台沟通，确认访客身份。有较高安全要求时期，可于场院区或大堂设立临时安检门强制安检。车库出入口应有保安管理或设防，防止人员非法闯入。

　　4.3特殊场所的安防末端设备的设置

　　为预防非法之徒的蓄意破坏，在大楼的关键设施、敏感部位或人员密集场所加强防范是必要的。有以下方面考虑：

　　1）强电和弱电竖井加装门禁。

　　2）各消防相关设备房加装门禁。

　　3）直饮水间和开水间加装门禁。

　　2）新风机房加装门禁。

　　3）生活水机房加装门禁。

　　4）给中庭送风的风机房和空调机房加装门禁。

　　5）变配电室、发电机房和锅炉房等重要机房加装门禁。

　　6）大型报告厅、宴会厅、剧场和电影院的通风空调机房加装门禁。

　　7）卫生间是视频监控的盲点，安防的薄弱环节。建议在卫生间门外走廊安装摄像机，卫生间内安装报警按钮和传声器。

　　8）停车场是安全事故的多发地区，应加强停车场的管理，不但对车道监控，还应对车位进行监控。

　　9）疏散楼梯设置摄像机和传声器，以便对突发事件时的疏散人流进行观察，获取现场情况。

　　4.4加强消防控制室的安全

　　因为有保安员24h值班，消防控制室有可能成为容易被安防、消防设计所忽视的场所。消防控制室是指挥中心所在，一旦被非法之徒控制，不但发挥不了应有作用还有可能起反作用，它的物理安全必须受重视。根据规范针对该机房的门禁、报警、监控录像、火灾探测等设施都不能缺少。另外消防控制室的物理安全（物防）也很重要，建筑门、窗等都应该具备防盗防破坏的能力。

　　6、结束语

　　超高层城市综合体的智能化系统的设计，不但要考虑到建筑物及业主的复杂的功能需求，使其具备可靠性、先进性及扩展性；还应当站在城市安全的高度，充分考虑超高层建筑有可能面临的来自方方面面的威胁，提供有效的解决方案。本文提出一些自认为适用于高层建筑的具体的技术措施，抛砖引玉，希望与各位读者共同交流。