淺議高層建筑聯動控制系統的可靠性設計
閱讀：554發布時間：2014-1-9
一、概述
高層建筑由于存在客流密度大、疏散困難等不利因素，其消防措施顯得尤其重要。火災自動報警及聯動控制系統作為高層建筑中消防控制的關鍵系統，如何提高系統響應的可靠性，一直是廣大從事電氣設計的人員和專家們十分關心的問題。從功能上或先后順序上可以將其分為火災報警和聯動控制兩個階段，火災報警作為火災發生初期的一種必要的預告措施，其作用是有限的，且于火災初發階段，一旦火勢擴大，報警系統可能將不再起作用——本文不作重點討論。當火災確認后，真正完成各種消防功能（滅火、疏散人群、防煙、排煙等）的是聯動控制階段，下面以正壓送風系統的聯動控制為例對高層建筑的聯動控制系統的可靠性設計作一探討。
二、防、排煙系統的聯動控制設計
正壓送風系統主要由設置在屋頂或局部屋頂的正壓送風機和設于每層（也可隔層設置）防煙樓梯間、消防前室的正壓送風閥及其電氣連鎖控制裝置組成，再加上建筑送風豎井，構成了一個完整的建筑物防煙系統。當某層著火時，打開著火層及相鄰上下層的正壓送風閥，接著啟動相應正壓送風機，在防煙樓梯間、消防前室形成正壓，阻止煙氣進入，以供人群安全疏散之用。一般來說，正壓送風系統有以下幾種聯動控制方式：
1.通過編程由設于火災自動報警系統的報警總線上的控制模塊來控制著火層和相鄰上下層的正壓送風閥打開，通過監視模塊接受其微動開關的動作反饋信號，利用此反饋信號再驅動正壓送風機控制系統的控制模塊來啟動正壓送風機，實現向防煙樓梯間極其消防前室送風，達到防煙目的。此方式硬件上依賴于報警總線及連接于總線上的監控模塊，軟件上利用廠家提供的應用軟件通過編程來實現；
2.本方式和上面的區別在于正壓送風閥的微動開關動作后直接通過硬接線與正壓送風機的控制系統連鎖，即利用微動開關的動作信號直接啟動正壓送風機。此種方式的正壓送風閥聯動所依賴的軟硬件同方式1，但正壓送風機的聯動則是利用獨立于報警總線的聯動控制線來實現的（全硬件方式）；
3.這種方式與方式2相比，*的區別在于正壓送風閥增加了手動打開功能，即正壓送風閥具有就地手動控制（獨立于報警總線）和遠地自動控制（利用報警總線和監控模塊）兩地控制功能；
4.正壓送風閥的開啟同方式3，但正壓送風機的啟動是在消防控制中心通過編程（依賴于報警總線和監控模塊）和手動控制柜（硬接線）兩種方式來啟動。
需要注意的是，上面任何一種聯動控制方式都是先打開正壓送風閥，然后才打開正壓送風機，次序不可顛倒。
其實控制方式不止上述四種，也可以是上述幾種方式的組合，以下筆者對這四種聯動控制方式分析其優劣。
一個聯動方式的優劣，當然應從其是否可靠、正確動作來判斷。所謂控制的可靠性、正確性，包括從信號發出到開機運行的全過程各個環節。任何一個環節不能響應或不能正確響應，都將影響系統可靠、正確完成其應有的功能。
從方式1的敘述可以知道，正壓送風系統的聯動控制全部是通過編程來實現的，其信號的發出和接受都是依賴于火災自動報警系統的報警總線來完成的。我們知道，報警總線貫穿于建筑物內各個需要探測火災的場所，而各類控制監視模塊又都掛在報警總線上，當火災發生時，可以說報警總線是非常不可靠的，它只能用于火災初期預告火情，當火勢擴大時，報警總線很可能基本癱瘓，此時用于監視、控制正壓送風系統的監視/控制模塊已失去作用，這顯然是不可行的。如此說來，方式1在設計當中應當避免。
再看看方式2，由于其正壓送風閥的聯動控制也是通過編程實現的，其監視/控制模塊也是掛在報警總線上，同樣存在上述問題。若正壓送風閥不能打開，其微動開關不能動作的話，也就無法啟動正壓送風機。即其產生的后果同方式1是一樣的。
由以上分析我們可以看出，正壓送風系統的可靠、正確動作分為兩個過程：正壓送風閥的可靠動作以及隨后的正壓送風機的啟動。顯然方式3和4是可行的。當控制正壓送風閥的模塊不能發出指令時，還可通過現場人員手動打開正壓送風閥，進而利用其微動開關直接啟動或消防控制中心手動直接啟動正壓送風機。尤其是利用正壓送風閥的微動開關直接啟動正壓送風機，應是相當可靠的。因為各層的正壓送風閥的微動開關都是通過疏散通道內豎向配線直接接入屋頂的風機控制箱的，疏散通道可以認為發生火災的可能性是比較小的，其管線獨立于火災自動報警系統的管線，即使火災自動報警系統的管線已被火勢燒壞，仍不影響正壓送風系統的可靠啟動。也可以設計成微動開關直接啟動正壓送風機和消防控制中心手動控制正壓送風機兩者兼備，增加了可系統的可靠系數。
實際設計當中經常見到正壓送風閥只有自動方式，這是相當不可靠的。其次還有設計沒有利用正壓送風閥的微動開關的硬接線直接啟動正壓送風機，但如果消防控制中心手動控制（也是硬接線）柜能直接啟動正壓送風機，我們認為是基本可靠的。而將兩者結合起來，只是增加了從各層正壓送風閥到屋頂風機的管線量，造價上并未因此增加許多，系統的可靠性卻大大增加了，何樂而不為呢？
三、手動控制柜的選擇和設計
在消防zui終驗收時，消防管理部門都強調消防控制中心要設置手動控制柜，其目的也在于建立一條獨立于火災自動報警系統總線之外的硬接線通路直達被聯動的設備，使消防控制中心實現手動和自動雙重控制功能，增加系統響應的可靠性。
值得注意的是，目前許多火災自動報警及聯動控制設備的生產廠家推出兩種手動控制柜，一種為多線制的，即從手動控制柜至每一個需要手動控制的重要消防設備各敷設一根控制管線，形成真正的硬件電路上和邏輯上的一對一控制；另一種是總線制的手動控制柜，顧名思義只有一根總線，有廠家稱之為智能式的手動控制柜，雖然邏輯上是一對一的控制關系，但對各種需要手動控制的重要消防設備指的一對一控制；另一種是總線制的手動控制柜，顧名思義只有一根總線，有廠家稱之為智能式的手動控制柜，雖然邏輯上是一對一的控制關系，但對各種需要手動控制的重要消防設備指令的發出和動作的反饋是通過該總線（獨立于報警總線）來完成的。從可靠性判斷，總線制的手動控制柜雖然比不設增加了可靠性，但由于所有被聯動設備的手動指令的傳遞依賴于總線，當總線故障時，整個手動控制柜將失去作用，而多線制的手動控制柜則不存在這種問題，某條手動控制線的故障只會使所連接的設備受到影響，*的控制線路照樣能夠運行，其他設備仍能在火災情況下完成其應有的消防功能（如滅火、防煙、排煙及阻斷火勢蔓延等）。因此具體實施時還是應優先采用多線制的手動控制柜，管線的造價雖然有所增加，但聯動的可靠性卻大大增加。
許多國外進口的火災自動報警及聯動控制設備則無手動控制柜，不符合我國《火災自動報警系統設計規范》GB50116-98的有關規定及消防管理部門的要求。為了迎合我國國情，這些生產商設計了一種類似于手動控制的控制面板，它的可靠性還不如總線制的手動控制柜，僅僅是一個帶有觸摸式按鈕及反饋信號燈的模塊，無專門的獨立于報警總線的手動控制總線，指令的發出和動作反饋信號的接受仍依賴于報警總線，這實際上仍是一種通過編程實現的自動控制，并人為的加上手動控制面板，這顯然是與我國規范和國情相悖的。設計選用進口設備時應當加以注意，或者手動控制柜選用國產的成型柜，但接口上一般不兼容，需要在現場改造或由進口設備商提出改造方案。
四、關于管線的敷設
前面多次談到線路的可靠性問題，這實際上是火災自動報警及聯動控制系統設計的一個關鍵問題，采用的設備再*和可靠，如果沒有一個安全、可靠的信息載體即線路，報警及聯動控制過程的完成實際上是一句空話。火災發生時，火災現場的線路處于一種十分危險的環境中，如何確保火災危險環境中的線路盡量長時間的工作，需要設計人員在把握設計及施工規范的基礎上細心選擇線路的走向、敷設方式、敷設部位（場所）、導線或電纜的防火性能、保護管或金屬線槽的耐火性能、防火措施及與其他專業管道或熱源的安全間距等。由于系統中的管線量及類型繁多，有報警總線、消防線、火災廣播線、警鈴控制線、消火栓監視線、消火栓控制線、DC24V電源線、現場設備的聯動控制及監視線、手動控制線等，如果不好好按照上面的原則安排這些管線，一旦火災發生，部分管線在系統來不及響應之前就燒壞，后果是十分嚴重的。以下就管線敷設的可靠性問題談談自己的看法。
1.消防控制中心位置的合理性對管線的可靠性的影響上面所說的各類管線都是從消防控制中心引出的，報警回路越多，被聯動的設備越多，則管線量就越大，這些管線出消防控制中心后一般先沿水平金屬線槽敷設，并匯入弱電井內，再由弱電井引至各層各個位置。由于整棟樓的管線都是由此金屬線槽引出至各現場的，確保這段金屬線槽敷設環境的安全性就十分必要，盡量避開預計發生火災可能性較大的區域，與強電管線及其他熱源保持必要的安全間距，金屬線槽全封閉并刷防火涂料等，都是有效的措施。但更為重要的一點，應使消防控制中心盡量靠近弱電井，使這段金屬線槽盡量以zui短距離進入弱電井則更為有效。筆者常見到消防控制中心距離弱電井過遠，使這段總引出線過長地暴露于安全不確定區域，即不經濟，又使線路遭受火災損毀的可能性大大增加，應當引起同行及建筑專業的高度重視。
2.按照規范要求，盡量使消防電氣管線暗敷在不燃燒體結構層內，并保持不小于30mm的覆蓋層厚度。確因現場條件限制必須明敷時，應穿金屬管或金屬線槽保護，且應內外刷防火涂料兩遍，或采取其他的防火保護措施。一般來說，報警總線、消防線、警鈴控制線、消火栓監視/控制線、廣播線、DC24V電源線出每層弱電井后盡量采取暗敷方式，而從現場的控制/監視模塊至被聯動設備的管線、重要消防設備（消防/噴淋泵、防煙/排煙設施、電梯迫降等）的手動控制管線等因設備大都位于空間則可采取明敷方式。明敷時尤其要注意管線沿安全區域敷設，避開所有可能遭受損壞的不利環境。
3.對于在吊頂上吸頂安裝的探測器等，從頂棚內暗埋的接線盒至探測器這一段線路一般穿金屬軟管，兩端要加鎖母，金屬軟管、接線盒及連接處都須刷防火涂料不少于兩遍。
4.合理安排各類管線的走向，盡量分散敷設，以減少同時遭受火災損毀的可能性。比如若報警總線在火災發生時已被燒壞，而手動控制線因不與它同路徑仍可以繼續使用，從而不影響滅火或其他消防措施。
五、結論
從以上的論述不難看出，提高聯動控制系統的可靠性不外乎下面的幾種措施：
1.對于重要的滅火和防排煙設施如消火栓泵、噴淋泵、正壓送風系統、排煙系統等，為了確保動作的可靠性，應考慮多種、多地聯動和手動控制方式，既有自動，又有手動，既有就地控制，又有遠地控制，以增加被控制設備的可靠、及時、正確動作；
2.合理設計各類管線的走向、敷設方式、敷設場所，采取必要的防火措施，避開可能對線路造成損壞的熱源，與強電管線及其他專業管道保持必要的安全間距，確保消防電氣線路處于安全環境中，以盡量延長處于火場中線路的工作時間；
3.與建筑專業協調，合理確定消防控制中心的位置，以使其盡量靠近弱電管道井，使消防電氣管線以zui短距離匯入弱電管道井；
4.盡量采用多線制的手動控制柜，采用進口設備時，要注意其是否提供這種多線制的手動控制柜，若不提供，設計人員還需選用其他廠家的手動控制柜，并處理好接口問題；
至于采用*、可靠的火災報警及聯動控制系統，不是本文討論的重點，就不作詳細論述了。
參考文獻
1.《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-98）；
2.《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-95）；
