淺談關(guān)于建筑智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計的研究

【摘要】：現(xiàn)代建筑工程有著空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電氣設(shè)備臺數(shù)眾多的特征，火災(zāi)事故發(fā)生率大幅提高，對消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的使用功能提出了全新要求。傳統(tǒng)消防應(yīng)急照明系統(tǒng)存在指示方向固定、分散控制的局限性，在建筑火災(zāi)發(fā)生期間，難以有效組織受災(zāi)人群迅速疏散至安全區(qū)域，造成不必要的人員傷亡。鑒于此，文章以智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)作為切入點，簡要敘述系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和核心功能，然后詳細闡述了建筑智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計方法，以供參考。

【關(guān)鍵詞】：建筑電氣；智能消防；應(yīng)急照明系統(tǒng)

0 引言

在民用建筑中，智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的功能是消防疏散，當(dāng)建筑出現(xiàn)火災(zāi)時，智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)將與消防系統(tǒng)進行聯(lián)動控制，在限定時間內(nèi)鎖定火勢蔓延區(qū)域，然后根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)與消防救援通道分布位置，在燈具屏幕上顯示安全疏散線路，指引受災(zāi)人群逃離建筑、前往安全出口。此外，系統(tǒng)還將根據(jù)火勢實時蔓延情況，對逃生線路進行更改調(diào)整。智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)對保證建筑工程的使用安全、加強消防應(yīng)急反應(yīng)與救援能力有重要作用。

1 建筑智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的組成和功能

1.1 系統(tǒng)組成

智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)主要由控制器、電源、分配電裝置、應(yīng)急燈具四部分組成。

（1）控制器。控制器負責(zé)持續(xù)感知建筑環(huán)境情況與配套裝置運行工況，基于運行準則來下達照明燈具啟閉等控制指令。如果感知到火災(zāi)事故發(fā)生，控制器會立即切換到應(yīng)急照明與安全疏散模式，通過控制燈具啟閉、切換電源來組織受災(zāi)人員安全疏散。

（2）電源。電源負責(zé)持續(xù)向現(xiàn)場設(shè)備供電，由主電源和應(yīng)急電源組成。正常情況下由主電源供電，火災(zāi)發(fā)生期間切換至應(yīng)急電源供電，應(yīng)急供電時長保持在 1.5 ～ 2.0 h。

（3）分配電裝置。分配電裝置負責(zé)持續(xù)轉(zhuǎn)換應(yīng)急電源的輸出電壓供電給現(xiàn)場應(yīng)急燈具，以此來減少線損量、維持應(yīng)急燈具穩(wěn)定工況，分配電裝置也具備通信功能，可以實時掌握現(xiàn)場應(yīng)急燈具的運行情況，再把信息上傳至應(yīng)急照明控制器。

（4）應(yīng)急燈具。應(yīng)急燈具包括應(yīng)急照明燈具、標(biāo)志燈具兩種，應(yīng)急照明燈具起到環(huán)境照明、調(diào)節(jié)環(huán)境照度的作用，標(biāo)志燈具則起到指引正確安全逃生方向的作用。

1.2 系統(tǒng)功能

在現(xiàn)代建筑工程中，智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)主要具備應(yīng)急逃生、消防聯(lián)動兩項核心功能。

（1）應(yīng)急逃生功能。當(dāng)建筑出現(xiàn)火災(zāi)事故后，室內(nèi)各處區(qū)域安裝的應(yīng)急標(biāo)志燈具可以有序組織受災(zāi)人員通過臨近安全疏散通道來撤離至安全區(qū)域，避免受災(zāi)人員在恐慌情緒下盲目選擇逃生路線，或因人群擁擠而出現(xiàn)踩踏等二次事故。

（2）消防聯(lián)動功能。應(yīng)急照明與緊急廣播、自動滅火等多套子系統(tǒng)共同構(gòu)成智能消防系統(tǒng)，子系統(tǒng)間保持聯(lián)動狀態(tài)，在建筑火災(zāi)事故出現(xiàn)后，系統(tǒng)會向各套子系統(tǒng)下達聯(lián)動控制指令。例如，應(yīng)急照明系統(tǒng)可以從消防報警系統(tǒng)中獲取火場信息，如各處房間煙霧濃度、明火蔓延范圍、受災(zāi)人員實時位置，針對性引導(dǎo)受災(zāi)人員通過安全疏散通道撤離至安全區(qū)域，或引導(dǎo)受災(zāi)人員進入防火分區(qū)等待消防人員救援。智能消防系統(tǒng)會根據(jù)探測器信號來實時掌握火場情況，自動制定安全逃生路線，通過變更標(biāo)志燈具所顯示信息來指引逃生路線，幫助受災(zāi)人員在疏散過程中躲避明火、有毒煙氣和密集人群。

2 建筑智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

為保障智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)維持穩(wěn)定工況、功能得到充分發(fā)揮，設(shè)計人員需要搭建一套層級數(shù)量少、功能明確、結(jié)構(gòu)合理的系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)架構(gòu)從上到下分為控制層、配電層、終端層三個層級，如圖 1 所示。

圖 1 智能應(yīng)急照明系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中，控制層由應(yīng)急照明控制器組成，布置在消防控制室內(nèi)，負責(zé)對所采集現(xiàn)場監(jiān)測信號進行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果來下達電源切換、照明燈具集中調(diào)控、燈具個別調(diào)控等控制指令，以保障應(yīng)急照明系統(tǒng)穩(wěn)定運行為主要任務(wù)。配電層由主電源、備用電源和分配電裝置組成。終端層由室內(nèi)房間、樓梯間、大廳等區(qū)域內(nèi)安裝的應(yīng)急照明燈具組成，起到指明安全逃生方向、維持室內(nèi)人工照明狀態(tài)的作用。

2.2 主機設(shè)計

控制器是智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的主機，設(shè)計人員需要在控制器內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)，持續(xù)采集現(xiàn)場信號來掌握各樓層區(qū)域內(nèi)的應(yīng)急燈具工作狀態(tài)。正常情況下，控制器負責(zé)檢測燈具是否出現(xiàn)電源故障、燈源故障問題并發(fā)送報警信號；火災(zāi)持續(xù)期間，控制器負責(zé)遠程改變疏散指示燈、地理指示燈等照明燈具的工作狀態(tài)，或把消防室值班人員下達的控制指令分解傳達給終端設(shè)備。設(shè)計人員應(yīng)掌握功能開發(fā)、抗干擾兩方面的設(shè)計要點。

在功能開發(fā)方面，在控制器中需要設(shè)置記錄、報警、信息共享等多項使用功能。記錄功能是持續(xù)記錄燈具啟閉時間、分配電裝置故障時間等相關(guān)信息，并在后續(xù)進行溯源分析；報警功能是在控制器自身故障或檢測到現(xiàn)場應(yīng)急照明裝置出現(xiàn)異常情況后，自動向值班人員發(fā)送報警信號，包括語音報警或閃爍指示燈的報警方式；信息共享功能是保持總控制器與現(xiàn)場分控制器、應(yīng)急照明控制器與智能消防系統(tǒng)監(jiān)控主機間的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，實時接收火警信息、火場探測信號等信息，為應(yīng)急照明方案、消防疏散指示路線的制定提供信息支持。

在抗干擾方面，控制器和通信線布置區(qū)域內(nèi)分布多臺電氣設(shè)備與大量電氣線路，容易受到外部電磁干擾，出現(xiàn)通信中斷、信號延遲卡頓等問題。設(shè)計人員應(yīng)采取 CAN 總線通信技術(shù)，在控制器上預(yù)留 CAN 總線接口作為對外接口，以此來強化控制器乃至智能應(yīng)急照明系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.3 終端照明設(shè)計

在終端照明設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)掌握燈具選型、光源選擇、光源驅(qū)動三方面的設(shè)計要點。

（1）燈具選型。在建筑室內(nèi)安裝標(biāo)志燈具、照明燈具，或安裝照明標(biāo)志復(fù)合型燈具。其中，標(biāo)志燈具起到指引空間方向的作用，布置在各樓層安全出口部位，引導(dǎo)室內(nèi)人員前往安全疏散通道，或布置在樓層走道等公共區(qū)域，引導(dǎo)室內(nèi)人員迅速找到滅火器等消防設(shè)備，標(biāo)志燈具的標(biāo)志亮度要控制在 50 ～ 300 cd/m2 。照明燈具負責(zé)為室內(nèi)人員疏散與消防救援活動提供照明條件，正常情況下處于熄滅狀態(tài)，確認火災(zāi)發(fā)生后點亮。要求把應(yīng)急照明燈具光通量控制在50 lm 及以上，根據(jù)室內(nèi)空間區(qū)域來確定安裝位置與間隔距離，如在過道每隔 20 m 貼頂安裝 1 臺照明燈具。復(fù)合型燈具同時具備照明和指引功能，既可以點亮燈具來維持室內(nèi)環(huán)境照度，又可以實時變更指示狀態(tài)來提示受災(zāi)人員選擇正確疏散方向。

（2）光源選擇。為取得理想的節(jié)能效果、降低應(yīng)急照明系統(tǒng)的能耗水平，設(shè)計人員可選用 LED 燈具作為照明光源，同規(guī)格 LED 燈具的耗電量不足白熾燈的 1/8，僅為熒光燈的 1/2，并具備反應(yīng)速度快、重量輕、環(huán)境適應(yīng)能力強、可頻繁操作的優(yōu)勢?？紤]到單顆 LED 燈具發(fā)光強度偏低，無法滿足照明需要，應(yīng)選用 LED 陣列燈作為光源。

（3）光源驅(qū)動。光源驅(qū)動包括恒壓驅(qū)動、恒流驅(qū)動兩種方式。恒壓驅(qū)動是在電路中額外串聯(lián)限壓電阻，限定輸出電壓值，實際驅(qū)動效果并不理想，容易產(chǎn)生光強變化；恒流驅(qū)動是專門設(shè)計恒流電路，安裝恒流芯片或運算放大器，通過顯示輸出電流值來滿足 LED 燈具恒流工作特性，可以預(yù)防燈具閃爍等問題出現(xiàn)，應(yīng)優(yōu)先采取恒流輸出方式。

2.4 電路設(shè)計

智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)通常采取 DC-DC 開關(guān)電源技術(shù)，系統(tǒng)電路由收 / 發(fā)碼電路、隔離電路、開關(guān)電源、MCU 主控單元、故障檢測電路和光源檢測電路等部分組成。同時，借助光耦隔離裝置，電路結(jié)構(gòu)被拆分為總線部分、光源部分兩個部分，各個電源保持獨立運行狀態(tài)，如果單個電源出現(xiàn)故障，不會對其他電源的運行工況造成干擾。設(shè)計人員應(yīng)掌握光源電路、驅(qū)動電路、通信電路、檢測電路、光源控制電路等電路的設(shè)計方法。例如，對于光源電路，在選用 LED 燈具作為照明光源的情況下，需要串聯(lián)多顆 LED 燈具來組成光源陣列，具體根據(jù)應(yīng)急照明需要來確定串聯(lián)數(shù)量，正常情況下需要在電路中串聯(lián) 3 ～ 4 顆 LED 燈具。對于光源控制電路，需要在電路中接入單片機引腳，引腳在高電平時導(dǎo)通光耦、截止三接管，在低電平狀態(tài)下截止光耦、導(dǎo)通三接管，從而執(zhí)行光源點亮和熄滅操作。

2.5 防護設(shè)計

在智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)運行期間，受到設(shè)備自身老化、復(fù)雜外部環(huán)境、雷擊等因素影響，可能出現(xiàn)短路、斷路、浪涌等故障問題，嚴重時會造成應(yīng)急照明系統(tǒng)癱瘓，進而在火災(zāi)事故中產(chǎn)生更加嚴重的損失。因此，設(shè)計人員需要梳理各類故障問題的成因，在系統(tǒng)中采取相應(yīng)防護措施，以此來增強應(yīng)急照明系統(tǒng)抗干擾能力，維持穩(wěn)定工況。例如，雷擊浪涌問題是指低壓供電系統(tǒng)直接遭受雷電流打擊，瞬間加載過大脈沖電流，破壞設(shè)備電路，或遭受間接雷擊，部分電流電壓傳入電路和應(yīng)急照明設(shè)備的問題。對此，設(shè)計人員可應(yīng)用放電間隙、氣體放電管或瞬態(tài)抑制二極管等來抑制浪涌。

（1）放電間隙。在絕緣子和接地裝置上分別接入單個電極，控制電極安全間隙距離，后續(xù)利用金屬電極來泄放浪涌能量、保護電路與照明燈具。

（2）氣體放電管。在電路首級或前幾級保護內(nèi)加裝氣體放電管，憑借絕緣電阻值來泄放過大電流、抑制高電壓。此類裝置動作時間較長，容易出現(xiàn)續(xù)流問題。

（3）瞬態(tài)抑制二極管。瞬態(tài)抑制二極管與普通二極管較相似，如果二極管兩端遭受反向沖擊，會立即較快地把兩端高阻抗轉(zhuǎn)換為低阻抗，通過吸收浪涌功率起到鉗位抑制兩級間電壓、保護后續(xù)電路的作用。

3安科瑞消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)選型方案

3.1系統(tǒng)概述

消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)主要由應(yīng)急照明控制器、消防應(yīng)急照明集中電源或應(yīng)急照明配電箱、消防應(yīng)急燈具等幾部分組成。該套系統(tǒng)為安科瑞公司自主研發(fā)，符合國家現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范，可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換和共享。

該系統(tǒng)配合火災(zāi)報警控制器使用時，在平時對系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進行實時的監(jiān)視和控制，便于日常的管理和維護，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?；诖吮ＷC在火災(zāi)發(fā)生時，能夠準確改變消防應(yīng)急標(biāo)志燈具的指示方向，點亮消防應(yīng)急照明燈，幫助建筑內(nèi)的人群選擇逃生疏散路線，指引安全的逃生方向，保障群眾的人身安全，為各類用戶擔(dān)心的安全問題解決了后顧之憂。

3.2應(yīng)用場所

適用于住宅、酒店、辦公樓、商城綜合體、醫(yī)院、隧道管廊、軌道交通、地庫、倉庫、工廠等各行業(yè)的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1系統(tǒng)運行主界面

包含工具欄、平面展示、圖層列表、狀態(tài)欄，可以直觀的查看監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)欄的現(xiàn)實內(nèi)容直接切換至故障具體位置。

3.4.2燈具配置界面

可以查看所有燈具狀態(tài)與數(shù)量。

3.4.3信息界面

可查看歷史操作、故障、事件信息、可按日期進行查詢。

3.4.4權(quán)限管理界面

主要由應(yīng)急啟動、應(yīng)急停止與手動火警組成，應(yīng)急啟動與停止用來測試設(shè)備應(yīng)急功能是否正常，手動火警測試再具體著火點下系統(tǒng)的啟動情況。

3.5系統(tǒng)硬件配置

3.5.1應(yīng)急照明控制器選型

3.5.3A型集中電源集中控制燈具選型

3.5.4B型（220V）集中電源集中控制型消防應(yīng)急照明及疏散指示設(shè)備選型

4 結(jié)束語

綜上所述，為保障建筑使用安全，減少建筑火災(zāi)事故，設(shè)計人員認識到智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)在消防方面的重要價值，掌握架構(gòu)設(shè)計、主機設(shè)計、終端照明設(shè)計、電路設(shè)計和防護設(shè)計方面的設(shè)計要點，結(jié)合工程情況來制訂一套切實可行的智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計方案。

安科瑞侯文莉