火灾自动报警系统设计常见问题

摘要 : 通过在工程实践中的一些问题 ， 依据国家规范 ， 提出了设计中应该注意的事项 ； 对于因对设计规范理解不深或对产品特点不甚了解而产生的设计不足 ， 提出了改进的方法。 

关键词 : 防护区 ； 联动 ； 供电半径 ； 接触电阻 ； 电平信号 ； 脉冲信号 

火灾自动报警系统是建筑工程消防设施的重要组成部分 ， 其主要作用是对火灾进行早期报警 ， 同时具有对消防设备进行控制、引导人员疏散、传递灭火活动信息等功能。现就火灾自动报警系统设计中常见的几个问题探讨如下。 

1 　气体灭火设计 

GB 50116 2 1998 《火灾自动报警系统设计规范》第 6.3.4 条规定 ： “消防控制设备对管网气体灭火系统应有下列控制、显示功能 : 

(1) 显示系统的手动、自动工作状态 ； 

(2) 在报警、喷射各阶段 ， 控制室应有相应的声、光警报信号 ， 并能手动切除声响信号 ； 

(3) 在延时阶段 ， 应自动关闭防火门、窗 ， 停止通风空调系统 ， 关闭有关部位防火阀 ； 

(4) 显示气体灭火系统防护区的报警、喷放及防火门 ( 帘 ) 、通风空调等设备的状态。” 

从该条中我们可以看出 ， 对于气体灭火系统的控制 ， 主要是对设防区相关辅助设施的控制 ， 而对于气体灭火系统 ( 或装置 ) 的启动控制 ， 没有明确规定。气体灭火有两个基本特点 : 其一 ， 设置场所特别重要 ； 其二 ， 灭火成本很高 ， 且部分灭火剂在灭火过程中对人体尚有一定的毒性。因此 ， 对于气体灭火的启动 ， 不主张远距离手动或自动控制 ， 而提倡现场手动操作。在 GB50163 2 1992 《卤代烷 1301 灭火系统设计规范》和 GBJ110 2 1987 《卤代烷 1211 灭火系统设计规范》中 ， 第 6.0.2 条提出了“自动控制应在接到两个系统的火灾信号后才能启动”的规定 ， 在此规定的是“才能启动” ， 而非必需启动。也就是说 ， 报警控制器接到两个系统的火灾信号 ， 只是启动气体灭火系统的必要条件 ， 而非充分条件。在具体的工程实践中 ， 消防主管部门对于气体灭火工程的设计审核意见书中 ， 也有“气体灭火系统各防护区灭火控制系统的动作信息 ， 应传至系统消防控制中心”的审核意见。因此 ， 对于气体灭火系统或装置的控制 ， 应引起设计人员的重视。 

在工程设计中 ， 常常出现两种错误。其一、采用多线制远距离启动气体灭火系统。在河南省某重点工程中 ， 设计院从安装于设防区内的气体灭火控制盘中 ， 用导线把启动和停止按钮引至控制室。这种做法既缺乏规范依据 ， 又表明设计人员对所选用的产品性能不了解。气体灭火控制盘的启动按钮 ， 是最高级的启动操作 ， 其操作结果是无延时立即喷洒。更重要的是 ， 这种做法存在重大安全隐患 ， 一旦控制线路出现短路故障 ， 便会导致气体喷洒 ， 后果极其严重。导致产生这种错误设计思想的根本原因 ， 就是对上述规范理解不深。从规范立意来看 ， 对于气体灭火系统的控制 ， 安全是第一位的 ， 提倡现场确认火灾 ， 根据现场火情判断 ， 现场操作控制。其二、灭火控制盘设于防护区内。这种做法比较常见 ， 在 GB 50163 2 1992 《卤代烷 1301 灭火系统设计规范》和 GBJ 110 2 1987 《卤代烷 1211 灭火系统设计规范》中第 6.0.2 条同时规定 : “手动控制装置应设在防护区外便于操作的地方”。灭火控制盘是最重要的手动控制装置 ， 把它设于防护区内 ， 违反了上述规范的规定。为了避免上述第一种错误的发生 ， 设计人员应该在设计说明中对气体联动关系予以明确 ， 这样 ， 施工单位在编程调试时就不会编入自动程序或设置远距离操作手动键。 

2 　导线选型及线路敷设问题 

2. 1 　导线选型 

2. 1. 1 　 导线型号 

对火灾自动报警系统的信号传输线路及联动控制线路的导线 ， 在许多设计中选用耐火导线或电缆 ， 我们认为这种选型既缺乏规范依据 ， 又增加了工程造价。 GB 50116 2 1998 《火灾自动报警系统设计规范》中 ， 对火灾自动报警系统的导线做出规定 ， 归纳如下 : 

①导线应为铜芯电线或电缆 ； 

②系统传输线路和 50 V 以下供电控制线路的绝缘电压不低于 AC250 V ； 采用 220 V/ 380 V 供电的控制线路的绝缘电压不低于 AC500 V ； 

③系统传输线路的“ + ”极应选用红色导线 ， “ - ”极应选用蓝色导线 ； 同一工程中相同用途导线的颜色应一致。该规范是火灾自动报警系统设计的基本规范 ， 即最低要求规范 ， 许多行业规范对此有一些更详细、更严格的规定。 J GJ / T 16 2 1992 《民用建筑电气设计规范》在导线选择及线路敷设一节中规定 ， 超高层建筑内的电力、照明、自控线路应采用阻燃型电线和电缆 ； 重要消防设备的供电回路 ， 宜采用耐火型电缆。对于一类高层建筑 ， 对应上述项目的导线选型的用词 ， 分别改为“宜”和“有条件时可采用耐火电缆”。而对于二类高层和低层建筑内的消防用电设备 ， 宜采用阻燃型电线和电缆。 

从上述规范的规定中我们清楚地看出 ， 对于超高层建筑内的重要消防设备 ( 消防水泵、消防电梯、防排烟风机等设备 ) 的供电回路 ， 才做出了宜采用耐火型电缆的规定。因此 ， 对于包括超高层建筑在内的火灾自动报警系统的导线 ， 只要选用阻燃型导线或电缆即可满足规范规定。在规范规定范围内 ， 设计人员为了自身设计的安全性或者对规范把握不准而人为提高标准的做法 ， 是以牺牲经济指标为代价的一种行为 ， 而设计文件的经济指标 ， 也是设计工程中应当遵循的一项准则。因此 ， 这种人为提高配线标准的做法不应提倡。 

2. 1. 2 　 导线规格 

火灾自动报警系统的信号传输导线 ， 主要是信息传递的通道 ， 能量传输的作用稍次 ， 单就载流量而论 ， 选用 1 . 5 mm 2 的铜芯导线足矣 ， 因为国产报警系统回路的最大工作电流不超过 1 A ( 进口系统报警回路的工作电流更小 ) ， 而回路设备的工作电压范围又很宽 ， 通常在 16 ～ 30 V 之间 ， 在多数系统规定的回路导线最大长度范围内 ( 通常为 1 200 ～ 1 500 m) 1 .5 mm2 及以下的铜线均能满足要求 ， 而且多数产品制造商在其设计手册中也都有回路设备接线端子的最大连接导线的截面积≤ 1 . 5 mm 2 的规定。但是导线截面的下限 ， 必须按 GB 50116 2 1998 的规定 ， 满足敷设时机械强度的要求。对于联动控制的外控电源线 ， 应根据负载情况进行必要的计算。联动控制系统的电源电压多数为 DC24 V ， 由于其工作电压低 ， 因此回路电压降是供电的主要矛盾。通常情况下 ， 联动电源的负载主要是直流继电器、电磁阀 ( 如雨淋阀的驱动电磁阀、防排烟风阀的脱扣电磁阀、预作用系统的排气电磁阀等 ) 、警报装置及区域显示器等器件。其中 ， 电磁阀的工作电流较大 ， 通常 1 ～ 1 1 5 A 左右 ， 而其端电压的要求多数为≥ 85 %Ue ， 即最大电压降为 15% ， 此时回路的最大阻值为 : 

R = 24 × 0. 15/ 1. 5 = 2. 4 Ω ， 

直流供电半径 r = RS/ (2 ρ ) 

式中 : r ———直流供电半径 ， m； 

R ———回路导线的总电阻 ， Ω ； 

S ———导线的截面积 ， mm2 ； 

ρ ———导线电阻率 ， mm2 ·Ω / m 。 

如果电源线采用 1 . 5mm 2 的铜芯导线 ， 在不计导线连接接触电阻的条件下 ， 最大供电半径为 :rmax = 2.4 × 1.5 P (2 × 0. 01724) ≈ 104 m 

实际上 ， 由于施工质量的原因 ， 实际工程中的导线接触电阻是不可以忽略不计的。因此 ， 在建筑面积 1 . 5 万 m2 及以上的工程中 ， 联动电源采用单回路 1 . 5 mm 2 的铜芯导线供电时 ， 系统最远点的阀类设备的动作是不可靠的 ， 这就是为什么在消防检测或验收过程中 ， 经常出现防排烟阀动作不正常的重要原因。 

根据上述分析 ， 建议在设计较大工程的联动电源时 ， 可采取下列措施 : 

①竖井内的干线选用 2.5mm 2 及以上截面的铜芯导线 ； 

②层用电源线选用 1. 5 mm2 截面的铜芯导线 ， 但应环形布线或采用 2 1 5 mm 2 截面的铜芯导线 ( 要符合产品设计手册对连接导线截面的要求 ) ； 

③特殊情况下 ， 可以双向供电 ， 在系统的最远处 ， 增加一套直流供电装置。 

2. 2 　导线的布线方式 

目前 ， 火灾自动报警系统的布线方式大体可分为两种方式 ， 一种为水平布线方式 ， 另一种为垂直布线方式。 

水平布线方式 : 所有回路干线、联动电源干线等均在弱电井内垂直敷设 ， 而在平层内所有线路均不穿越本层 ， 且所有导线均汇接于本层的接线箱内。此种布线方式完全符合 GB 50116 2 1998 《火灾自动报警系统设计规范》和 GB 5066 2 1995 《火灾自动报警系统施工及验收规范》中的规定 ， 同时也符合 J GJ / T 16 2 1992 《民用建筑电气设计规范》中的规定。这种布线方式具有布线清晰明了、运行维修方使的特点 ， 应该广泛被采用。 

垂直布线方式 : 除了在弱电竖井有垂直敷设的导线外 ， 在平层中也有穿越本层的导线 ， 通常情况下 ， 这种布线方式的设计者 ， 把各层竖向安装位置相同的联动模块的回路线和电源线垂直敷设 ， 其理由是 : 

①提高系统的安全性从 GB 50116 2 1998 《火灾自动报警系统设计规范》中第 10.2.1 条和第 10.2.2 条可以看出 ， 联动控制的导线敷设比信号传输线路的敷设要求高 ， 因此应该把模块回路单独布线。 

②节省导线 ， 可降低工程造价。 

实际上 ， 上述两种理由都是不充分的 ， 存在概念不清的问题。 

首先 ， GB 50116 2 1998 《火灾自动报警系统设计规范》是各种火灾自动报警系统的统一规范 ， 它不仅适用于控制中心报警系统、集中报警系统 ， 也适用于区域报警系统。就火灾自动报警系统的产品特点而言 ， 有报警、联动分离系统 ， 又有报警、联动一体化系统 ， 因此对于区域报警系统和报警、联动分离系统中的报警系统 ， 其导线的敷设方式可以按 GB 50116 2 1998 《火灾自动报警系统设计规范》中的第 10.2.2 条的规定 ， 采用比联动控制系统导线敷设标准较低的标准敷设导线。但对于报警、联动一体化系统而言 ， 回路总线中不仅传输报警信息 ， 而且传输控制命令信息 ； 就控制器的硬件而言 ， 我们无法把报警功能和联动功能分开 ， 那种通过把联动模块与报警器件分回路、分卡布线 ， 试图提高系统可靠性的做法 ， 也是一种误解。按照网站上公布的火灾处理程序规定 ， 值班人员在确认火灾后 ， 应将火灾报警控制器置于自动状态 ， 使系统联动。而联动控制的条件就是报警信息 ， 请问 ， 报警系统工作不可靠 ， 联动控制的依据是什么 ? 由此可见 ， 对于报警联动一体化系统 ， 所有的导线均应按照联动控制的标准敷设。 

其次 ， 为了系统的故障范围 ， 每层或每个防火分区至少应设置一个短路隔离器。如果模块采用垂直布线 ， 隔离模块如何设置 ? 如果每一个竖向布线回路均设置一个短路隔离器 ， 其结果是一旦隔离器动作 ， 将会使该工程的某项联动功能全部失灵 ， 后果更为严重。而在水平布线时 ， 即使本层的短路隔离器动作 ， 在火灾确认后 ， 需要联动的相关部位设备 ， 如切断非消防电源、接通应急广播、打开相邻楼层的正压送风阀等仍然可以联动。 

垂直布线确实可以节省一部分联动电源线 ， 但是增加了一趟垂直敷设的保护管 ， 综合计算 ， 经济效果不明显 ， 况且该种布线方式给维护带来了较大的不便。 

由此可见 ， 垂直布线对于提高系统的安全性无任何益处 ， 同时经济效果也不明显 ， 因此这种布线方式不宜提倡。 

3 　稳压泵的控制 

消防系统中的稳压装置 ， 是维持自动喷水灭火系统及消火栓供水系统最不利点处最低工作压力的装置。通常情况下 ， 电气工程设计中已设计了低压自动起泵、高压自动停泵的功能 ， 其控制与火灾自动报警系统无关。与喷淋泵和消火栓泵不同的是 ， 稳压泵在非火灾状态下也会时常自动起泵和停止 ， 因此 ， 其运行状态没有监视的必要性。但是其发生故障的直接结果 ， 火灾自动报警系统则必须予以监视。水灭火管网常见的故障形式有以下两种 : 

一种是系统管网超高压。出现这种情况的直接原因就是稳压泵的压力控制电路出现问题。例如高位压力开关或电接点压力表失灵 ， 控制回路的中间继电器接点或主回路接触器主触头粘接等故障。此时 ， 稳压泵会不停地运行 ， 如不及时发现 ， 将会导致设备损坏或管网超高压漏水。 

另一种是系统管网超低压。出现这种情况的原因主要有 : 稳压泵不工作或稳压泵虽然工作 ， 但管网漏水比较严重 ， 致使稳压泵连续运行仍不能使管网压力达到设定值 ( 漏水量还不足以使报警阀组动作 ) 。管网超低压运行不符合规范要求 ， 更应该予以关注。 

由于稳压装置存在上述两种故障形式 ， 因此设计时应增加对喷淋系统和消火栓系统稳压装置的极限高压和极限低压的监视。具体实施时 ， 可以在稳压装置上增加两块电接点压力表 ， 一块压力表用于检测管网极限高压 ， 其整定值不应小于稳压泵的起泵压力值 ； 一块用于检测管网极限低压 ， 其整定值应小于稳压泵的起泵压力值。但对于喷淋系统 ， 极限低压整定值不能低于 0 . 05MPa ； 对于消火栓系统 ， 极限低压整定值不能低于 0 . 07 MPa 。极限电接点压力表的动作通过报警系统的输入模块 ， 传输到消防控制室 ， 发出报警信号 ， 以便值班人员及时发现系统故障。 

4 　联动控制命令的形式 

通常情况下 ， 联动控制模块的输出形式有两种 ， 一种是持续电平输出 ， 即输出命令信息由火灾自动报警系统保持 ； 另一种是脉冲输出 ， 即火灾自动报警系统发出的命令 ， 仅仅是一个具有一定宽度的脉冲信号。在工程设计中 ， 对于这两种输出形式必须进行正确选择。 

在联动控制的对象中 ， 有些是以 DC24V 做为控制手段的或者自身并没有专用的控制设备。例如总线制应急广播系统的控制 ， 就是由广播切换模块执行的。因此在规范所规定的必须连续工作的时间内 ， 广播切换模块必须一直保持输出状态。还有一些受控对象有专用的控制设备且控制电压为 AC220 V 或 AC380 V 。例如消防水泵、防排烟风机、应急照明装置及非消防电源切换装置等。对于这类受控对象 ， 不能采用依靠火灾自动报警系统联动模块电平输出形式来保持控制状态 ， 只能采用脉冲输出 ， 而控制命令的保持由受控对象自身控制设备来完成。这是因为 ， 对于应急照明的控制和非消防电源切换的控制 ， 通常情况下脉冲信号已经可以实现控制功能 ， 长时间的电平输出扩大了系统的带电范围 ， 增加了故障的可能性。对于消防水泵和防排烟风机而言 ， 在火灾状态下 ， 规范规定它们都应有足够的连续工作时间。例如 ， 喷淋系统连续工作不应小于 1h ； 消火栓系统不应小于 2h ； 防排烟风机在排烟管道总出口处的气流温度未达到 280 ℃ 前 ， 应一直处于工作状态。但是 ， 规范对火灾自动报警系统在火灾状态下的连续工作时间没有提出如此高的要求。 J GJ / T 16 2 1992 《民用建筑电气设计规范》第 24 1 9 1 6 条规定 ， 消防用电设备在火灾发生期间的最少连续供电时间为 : 火灾自动报警装置≥ 10min ； 人工报警器≥ 10min ； 各种确认、通报手段≥ 10 min ； 火灾广播≥ 20 min 。在这段时间内 ， 系统应把所有的控制命令发出 ， 做好人员疏散工作 ， 联系所有应该坚守岗位的工作人员。由于火灾自动报警系统总有一部分在火灾区域内 ， 因此 ， 20min 后系统是否还能正常工作是一个无法确定的事 ， 这种状态与火灾的事实是相符的。 

至此我们可以看出 ， 用火灾自动报警系统的联动模块的输出信号 ， 来保持消防水泵、防排烟风机的控制状态是很危险的 ， 在设计中绝不可再采用。 

以上所述 ， 仅是个人在实际工程中遇到的一些问题 ， 依照我们对国家规范的理解 ， 提出的浅薄建议 ， 定有不当之处 ， 恳请赐教。 

参考文献 : 

[1 ] 　 GB 50116 2 1998 ， 火灾自动报警系统设计规范 . 

[2 ] 　 GB 50163 2 1992 ， 卤代烷 1301 灭火系统设计规范 . 

[3 ]