超高層建筑公共安全與智能化設計淺談

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摘要：本文先行分析了超高層建筑的安全風險及疏散難題，隨后就安全相關的三個智能化系統(tǒng)（火災自動報警及聯動控制系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)）展開論述，并提出一些適用于高層建筑的具體的技術措施。

　　關鍵詞：早期預警語音疏散廣播計算機疏散分析

　　1、概述

　　超高層建筑一般為重要建筑，其政治和經濟價值巨大，然而超高層建筑隨時可能受到火災、恐怖襲擊和自然災害的威脅。如果事先沒有對應措施，損失將是慘重的?？傮w來說超高層建筑有如下特點：

　　1）建筑結構復雜：超高層建筑主體建筑層數多，垂直疏散距離長，人員需要較長時間才能疏散到安全場所；

　　2）功能多樣：一般的超高層建筑都具有多種功能、人員密集容易出現混亂，火災時更容易導致傷亡；

　　3）發(fā)生火災時，在煙囪效應作用下，煙氣和火勢豎向蔓延快，增加了安全疏散的困難。

　　建筑火災發(fā)生后，人員是否能夠安全疏散，由4種影響安全疏散的時間因素：

　　1）從火災發(fā)生到人員感知火災之間的時間間隔

　　2）從人員感知到開始疏散的時間間隔：人員意識到有火情時，一般不急于疏散，而是首先通過獲取信息進一步確定是否真的發(fā)生了火災，然后采取相應的行動；

　　3）從人員開始疏散到疏散結束的時間間隔：從疏散開始，通過走廊、樓梯間、安全出口至到達安全區(qū)域的時間；4）危險來臨的時間：自火災開始，到由于煙氣的下降、擴散和轟燃等原因而致使建筑或疏散通道發(fā)生危險狀態(tài)為止的時間。超高層建筑智能化的安全系統(tǒng)設置應著眼于縮短上述1-3點時間，拖后時間點4的到來。

　　本文重點闡述智能化系統(tǒng)在安全預警及人員疏散方面起到的獨特作用，以及相比常規(guī)建筑而言，超高層建筑的智能化系統(tǒng)設計特殊性。超高層建筑的智能化弱電系統(tǒng)中火災自動報警及聯動控制、綜合安防、廣播系統(tǒng)與公共安全最直接相關。

　　2、火災自動報警及聯動控制系統(tǒng)

　　超高層建筑發(fā)生火災撲救難度非常大，成災后果更嚴重，因此高層建筑應立足于自防自救，采取可靠的防火措施，達到預防火災的目的。火災自動報警及聯動控制系統(tǒng)正是從及時報警和聯動消防設施兩方面起作用，遏制火勢蔓延、保護人身和財產安全。

　　2.1火災報警系統(tǒng)的智能化和可靠性

　　超高層建筑火災報警系統(tǒng)的設計應從提高火災報警系統(tǒng)的智能化和可靠性這2方面入手。

　　2.1.1提高火災報警系統(tǒng)智能化程度

　　這個問題分內外2個層次。

　　1）對火災報警系統(tǒng)內部而言，超高層建筑一般采用全智能火災報警系統(tǒng)。系統(tǒng)能對探測器回路送來的火災探測參數進行分析運算，自動去除環(huán)境影響，同時控制器還具有存儲火災參數變化規(guī)律曲線的功能，并與現場采集的火災探測參數比較，來確定是否報警。

　　2）對火災報警系統(tǒng)外部而言，智能化的含義主要指系統(tǒng)聯動。采用系統(tǒng)聯動方式，就成為爭取火災前期時間和主動權的有效手段。

　　1）當火災報警系統(tǒng)與保安監(jiān)控系統(tǒng)聯動，在火災之初，火場的攝像機可將現場畫面迅速傳至中央控制室，通過實景畫面，值班人員可以立即確認是火災還是探測器誤報，從而馬上采取廣播、排煙、正壓送風、啟動消防泵、噴淋、向消防局119臺報警、降客梯、切換消防電源等一系列應急措施。

　　2）火災報警系統(tǒng)還可與樓控、廣播音響和門禁系統(tǒng)等聯動。

　　2.1.2提高火災報警和聯動控制系統(tǒng)的可靠性

　　提高火災報警系統(tǒng)可靠性的措施有：

　　1）采用控制中心報警系統(tǒng)；

　　2）系統(tǒng)具有完善的自檢功能；

　　3）關鍵部件冗余可采用具有雙主機熱備份的系統(tǒng)等；

　　4）報警回路采用環(huán)形總線；

　　5）探測器與模塊分開回路設置，每15-20個探測器設1個短路隔離模塊。

　　提高聯動控制系統(tǒng)的可靠性的措施有：

　　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(tǒng)和排煙系統(tǒng)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，以增加被控設備的可靠動作。

　　2）合理設計各類管線的走向、敷設方式和敷設場所，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(yè)管道保持必要的安全間距，確保消防電氣線路處于安全環(huán)境中，以盡量延長處于火場中線路的工作時間。

　　2.2探測器設置

　　探測器設置方面的考慮：

　　1）在單一型探測器不能有效探測火災的場所，采用復合探測器。

　　2）高大空間可選用具有預警功能的線型光纜感溫探測器或空氣采樣煙霧探測器。

　　3）超高層中凡超過5m2的房間均應設探測器，即使衛(wèi)生間也不例外。

　　4）電氣豎井不論大小，因其火災發(fā)生可能性大和作用重要，而必須逐層設置探測器。

　　5）為了保證緊急情況下的通訊暢通，避難層應每隔20m設置一個消防專用電話分機或電話插孔。

　　6）在建筑平面上的邊角處，探測器的保護半徑可能達不到審核要求，此類在一般建筑中可通融的問題，在超高層中是應嚴格執(zhí)行規(guī)定的。

　　7）疏散樓梯設置感煙探測器。

　　8）為了適應房間形狀、面積和使用性質的變化，每條報警回路應留出30％左右的探測器數量裕量。

　　2.3電氣火災的預防和早期發(fā)現

　　超高層建筑電氣線路無所不在，據相關統(tǒng)計資料，電氣絕緣損壞、短路和電弧造成的火災占高層建筑火災總數80﹪以上。電氣火災的預防可采取以下措施：

　　2.3.1漏電火災報警報系統(tǒng)

　　電氣接地故障中電弧性對地短路是引發(fā)電氣火災的重要原因。電弧性對地短路具有很大的阻抗和電壓降，它限制了故障電流，使過電流保護器不能動作或不能及時動作來切斷電源，而幾百毫安的漏電弧產生的局部高溫可達2000℃以上，足以引燃周圍的可燃物而引起火災。而漏電火報警災報系統(tǒng)能準確監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài)，能有效預防常見的因漏電導致接地電弧所引起的建筑物電氣火災事故。

　　設計時應注意：在消防設備、應急照明、疏散指示標志和安防等因停電會造成重大經濟損失及不良社會影響的電氣裝置或場所，應安裝純報警漏電火災探測器，報警但不切斷電源。

　　2.3.2極早期預警主動氣體采樣系統(tǒng)

　　一場火災的發(fā)生，從醞釀到產生高熱大火，經歷了4個階段：悶燃、可見煙、閃燃和高熱大火階段。傳統(tǒng)的煙感火災探測器一般是在火災進行到第2階段，即可見煙階段時，才會發(fā)生報警，最有效的撲救應該在火災還處于悶燃狀態(tài)下進行。對于主動抽氣式煙霧探測系統(tǒng)而言，其探測靈敏度高（0.005～20%obs/m），探測范圍寬，幫助我們提前發(fā)現潛在的火災及時采取行動。變配電房設備有潛在的過負荷可能，存在火災隱患，主動抽氣式煙霧探測系統(tǒng)靈敏度高可提前預警，避免火災損失，也避免了大面積停電事故的發(fā)生。主動抽氣式煙霧探測系統(tǒng)還適合設置于網絡通信機房等其他重要機房、檔案室等處。

　　2.3.3采用纜式感溫電纜或光纜

　　在電氣纜溝、豎井內電氣橋架、沿著鋼結構敷設的電纜和主干線槽等，采用纜式感溫電纜或光纜。

　　3、廣播系統(tǒng)（早期預警語音疏散系統(tǒng)）

　　火災中人員應急疏散逃生的輔助設備或系統(tǒng)，目前主要依靠的是基于視覺的應急疏散系統(tǒng)即應急照明和應急疏散指示系統(tǒng)。在真實的火災中，由于視覺會受到煙氣的阻擋和限制，加上人員在火災中心理上具有高度的恐懼感和盲目性，使得基于視覺的應急疏散系統(tǒng)不能完全保證人員的疏散安全。此時可以發(fā)揮人員的聽覺感官。緊急廣播系統(tǒng)能夠及時通知火災建筑物內人員發(fā)生火災的位置，應當朝哪個方向疏散。但普通緊急廣播系統(tǒng)存在信息單一、不能同時對不同區(qū)域播放不同內容和智能化程度低等缺點。在超高層建筑中，報警電鈴或蜂鳴器因其制造人為恐慌與混亂，在有緊急廣播的條件下不建議采用。

　　因此針對超高層建筑的更具智能的早期預警語音疏散系統(tǒng)應運而生。該系統(tǒng)對于超高層建筑來說是至關重要的：

　　1）發(fā)生應急情況時，可以防止人群恐慌和混亂；

　　2）在消防員到來之前，協助實施自動語音疏散計劃；

　　3）自動處理預先設定應對各種應急事件的撤離疏散步驟；

　　4）與城市應急指揮中心系統(tǒng)聯網，相應調動其他安全防范措施，應對各種應急事件。下面結合一個典型案例進行闡述：

　　3.1早期預警語音疏散系統(tǒng)應用實例

　　某酒店所在大廈共80層，高390m，建筑面積達21×104m²，集辦公、餐飲、會展和購物等多功能于一體，設計獨特和設備先進，是高智能的現代化摩天大樓。該酒店設置了早期預警語音疏散廣播系統(tǒng)（EES）。如在酒店的40層發(fā)生緊急情況時，應用EES疏散的程序如下：

　　1）應急事件確認——由消防系統(tǒng)提供相對應區(qū)域的火警信號至緊急面板進行報警。無人值守時，系統(tǒng)會在預先設定的時間內（30秒）自動啟動語音疏散程序。

　　2）疏散撤離和預報警

　　a.第一時間疏散撤離（N±1層）：第一時間內播放疏散撤離語音信息的樓層或區(qū)域包括：發(fā)生火災的40層及火災近鄰區(qū)（相鄰層39層和41層），第一時間播發(fā)播放疏散撤離語音信息，同時其它區(qū)域播發(fā)預警信息和阻止進入信息，疏散樓梯播發(fā)引導疏散信息等；

　　b.第一時間預報警：第一時間內播放預報警語音信息的樓層或區(qū)域包括：42層至46層，33層至38層（47及32層為避難層）。在火災區(qū)進行疏散撤離廣播的同時，其它鄰近區(qū)域也要進行預報警廣播，讓這些區(qū)域的人員在預報警的情況下有所準備，不會因為所有人第一時間聽到撤離疏散廣播就一起往有限的逃生出口大門擁擠。

　　3）擴散區(qū)域的疏散撤離和預報警——對發(fā)生火災的區(qū)域及相鄰區(qū)域逐漸擴散至N±2區(qū)播放疏散撤離語音信息，如38層，42層等；同時，剩下的區(qū)域繼續(xù)進行預報警語音信息廣播。當預計N±1緊急層的人員已經基本撤離后，可以將緊急廣播擴展到N±2層。

　　4）疏散撤離程序的取消和消防員人工廣播——消防員趕到現場時，可以通過緊急面板的“取消”按鈕即時終止早期預警語音疏散程序（EES）的自動廣播狀態(tài)，進行有秩序有步驟的人工疏散廣播。

　　4、安全技術防范系統(tǒng)

　　4.1車庫入口安檢系統(tǒng)

　　超高層建筑對電力系統(tǒng)的依賴程度很高。地下室是各種機房設施的所在，從結構上來說，也是建筑物最薄弱的環(huán)節(jié)。一旦發(fā)生汽車炸彈恐怖襲擊事件，供電系統(tǒng)很可能會中斷，以電力作為動力能源的消防設施便會受到致命影響。而且廣播等弱電設施有可能受到破壞，超高層建筑的疏散困難加大。1993年紐約世貿中心爆炸事件中，近1萬人花了9h才將在樓內辦公的10萬人營救出來。超高層建筑一般為重要建筑，設置車庫入口安檢系統(tǒng)很有必要。車輛安檢系統(tǒng)應適應不同種類的車輛，具有較高的可靠性和檢測效率。車輛安檢系統(tǒng)應配備自動升降路障，自動升降路障具備防車輛暴力闖越的功能。

　　4.2人員安檢和訪客管理系統(tǒng)

　　1）進入首層電梯廳的人員需經過高速通道或道閘機，?？统挚ǖ浅穗娞?，IC卡數據庫提供圖像對比功能，接待臺的值班員可在電腦前，對刷卡通行人員進行面部特征比對。

　　2）加強訪客管理與登記，通過類似可視對講的呼叫系統(tǒng)，接待臺值班員可與被訪單位的前臺溝通，確認訪客身份。有較高安全要求時期，可于場院區(qū)或大堂設立臨時安檢門強制安檢。車庫出入口應有保安管理或設防，防止人員非法闖入。

　　4.3特殊場所的安防末端設備的設置

　　為預防非法之徒的蓄意破壞，在大樓的關鍵設施、敏感部位或人員密集場所加強防范是必要的。有以下方面考慮：

　　1）強電和弱電豎井加裝門禁。

　　2）各消防相關設備房加裝門禁。

　　3）直飲水間和開水間加裝門禁。

　　2）新風機房加裝門禁。

　　3）生活水機房加裝門禁。

　　4）給中庭送風的風機房和空調機房加裝門禁。

　　5）變配電室、發(fā)電機房和鍋爐房等重要機房加裝門禁。

　　6）大型報告廳、宴會廳、劇場和電影院的通風空調機房加裝門禁。

　　7）衛(wèi)生間是視頻監(jiān)控的盲點，安防的薄弱環(huán)節(jié)。建議在衛(wèi)生間門外走廊安裝攝像機，衛(wèi)生間內安裝報警按鈕和傳聲器。

　　8）停車場是安全事故的多發(fā)地區(qū)，應加強停車場的管理，不但對車道監(jiān)控，還應對車位進行監(jiān)控。

　　9）疏散樓梯設置攝像機和傳聲器，以便對突發(fā)事件時的疏散人流進行觀察，獲取現場情況。

　　4.4加強消防控制室的安全

　　因為有保安員24h值班，消防控制室有可能成為容易被安防、消防設計所忽視的場所。消防控制室是指揮中心所在，一旦被非法之徒控制，不但發(fā)揮不了應有作用還有可能起反作用，它的物理安全必須受重視。根據規(guī)范針對該機房的門禁、報警、監(jiān)控錄像、火災探測等設施都不能缺少。另外消防控制室的物理安全（物防）也很重要，建筑門、窗等都應該具備防盜防破壞的能力。

　　6、結束語

　　超高層城市綜合體的智能化系統(tǒng)的設計，不但要考慮到建筑物及業(yè)主的復雜的功能需求，使其具備可靠性、先進性及擴展性；還應當站在城市安全的高度，充分考慮超高層建筑有可能面臨的來自方方面面的威脅，提供有效的解決方案。本文提出一些自認為適用于高層建筑的具體的技術措施，拋磚引玉，希望與各位讀者共同交流。