淺談關於建築智能消防應急照明係統設計的研究

【摘要】：現代建築工程有著空間結構複雜、電氣設備台數眾(zhong) 多的特征，火災事故發生率大幅提高，對消防應急照明係統的使用功能提出了全新要求。傳(chuan) 統消防應急照明係統存在指示方向固定、分散控製的局限性，在建築火災發生期間，難以有效組織受災人群迅速疏散至安全區域，造成不必要的人員傷(shang) 亡。鑒於(yu) 此，文章以智能消防應急照明係統作為(wei) 切入點，簡要敘述係統組成結構和核心功能，然後詳細闡述了建築智能消防應急照明係統的設計方法，以供參考。

【關(guan) 鍵詞】：建築電氣；智能消防；應急照明係統

0 引言

在民用建築中，智能消防應急照明係統的功能是消防疏散，當建築出現火災時，智能消防應急照明係統將與(yu) 消防係統進行聯動控製，在限定時間內(nei) 鎖定火勢蔓延區域，然後根據建築結構與(yu) 消防救援通道分布位置，在燈具屏幕上顯示安全疏散線路，指引受災人群逃離建築、前往安全出口。此外，係統還將根據火勢實時蔓延情況，對逃生線路進行更改調整。智能消防應急照明係統對保證建築工程的使用安全、加強消防應急反應與(yu) 救援能力有重要作用。

1 建築智能消防應急照明係統的組成和功能

1.1 係統組成

智能消防應急照明係統主要由控製器、電源、分配電裝置、應急燈具四部分組成。

（1）控製器。控製器負責持續感知建築環境情況與(yu) 配套裝置運行工況，基於(yu) 運行準則來下達照明燈具啟閉等控製指令。如果感知到火災事故發生，控製器會(hui) 立即切換到應急照明與(yu) 安全疏散模式，通過控製燈具啟閉、切換電源來組織受災人員安全疏散。

（2）電源。電源負責持續向現場設備供電，由主電源和應急電源組成。正常情況下由主電源供電，火災發生期間切換至應急電源供電，應急供電時長保持在 1.5 ～ 2.0 h。

（3）分配電裝置。分配電裝置負責持續轉換應急電源的輸出電壓供電給現場應急燈具，以此來減少線損量、維持應急燈具穩定工況，分配電裝置也具備通信功能，可以實時掌握現場應急燈具的運行情況，再把信息上傳(chuan) 至應急照明控製器。

（4）應急燈具。應急燈具包括應急照明燈具、標誌燈具兩(liang) 種，應急照明燈具起到環境照明、調節環境照度的作用，標誌燈具則起到指引正確安全逃生方向的作用。

1.2 係統功能

在現代建築工程中，智能消防應急照明係統主要具備應急逃生、消防聯動兩(liang) 項核心功能。

（1）應急逃生功能。當建築出現火災事故後，室內(nei) 各處區域安裝的應急標誌燈具可以有序組織受災人員通過臨(lin) 近安全疏散通道來撤離至安全區域，避免受災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踩踏等二次事故。

（2）消防聯動功能。應急照明與(yu) 緊急廣播、自動滅火等多套子係統共同構成智能消防係統，子係統間保持聯動狀態，在建築火災事故出現後，係統會(hui) 向各套子係統下達聯動控製指令。例如，應急照明係統可以從(cong) 消防報警係統中獲取火場信息，如各處房間煙霧濃度、明火蔓延範圍、受災人員實時位置，針對性引導受災人員通過安全疏散通道撤離至安全區域，或引導受災人員進入防火分區等待消防人員救援。智能消防係統會(hui) 根據探測器信號來實時掌握火場情況，自動製定安全逃生路線，通過變更標誌燈具所顯示信息來指引逃生路線，幫助受災人員在疏散過程中躲避明火、有毒煙氣和密集人群。

2 建築智能消防應急照明係統的設計

2.1 係統架構設計

為(wei) 保障智能消防應急照明係統維持穩定工況、功能得到充分發揮，設計人員需要搭建一套層級數量少、功能明確、結構合理的係統架構。係統架構從(cong) 上到下分為(wei) 控製層、配電層、終端層三個(ge) 層級，如圖 1 所示。

圖 1 智能應急照明係統架構圖

其中，控製層由應急照明控製器組成，布置在消防控製室內(nei) ，負責對所采集現場監測信號進行分析處理，根據處理結果來下達電源切換、照明燈具集中調控、燈具個(ge) 別調控等控製指令，以保障應急照明係統穩定運行為(wei) 主要任務。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(nei) 房間、樓梯間、大廳等區域內(nei) 安裝的應急照明燈具組成，起到指明安全逃生方向、維持室內(nei) 人工照明狀態的作用。

2.2 主機設計

控製器是智能消防應急照明係統的主機，設計人員需要在控製器內(nei) 嵌入操作係統，持續采集現場信號來掌握各樓層區域內(nei) 的應急燈具工作狀態。正常情況下，控製器負責檢測燈具是否出現電源故障、燈源故障問題並發送報警信號；火災持續期間，控製器負責遠程改變疏散指示燈、地理指示燈等照明燈具的工作狀態，或把消防室值班人員下達的控製指令分解傳(chuan) 達給終端設備。設計人員應掌握功能開發、抗幹擾兩(liang) 方麵的設計要點。

在功能開發方麵，在控製器中需要設置記錄、報警、信息共享等多項使用功能。記錄功能是持續記錄燈具啟閉時間、分配電裝置故障時間等相關(guan) 信息，並在後續進行溯源分析；報警功能是在控製器自身故障或檢測到現場應急照明裝置出現異常情況後，自動向值班人員發送報警信號，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製器與(yu) 現場分控製器、應急照明控製器與(yu) 智能消防係統監控主機間的聯網狀態，實時接收火警信息、火場探測信號等信息，為(wei) 應急照明方案、消防疏散指示路線的製定提供信息支持。

在抗幹擾方麵，控製器和通信線布置區域內(nei) 分布多台電氣設備與(yu) 大量電氣線路，容易受到外部電磁幹擾，出現通信中斷、信號延遲卡頓等問題。設計人員應采取 CAN 總線通信技術，在控製器上預留 CAN 總線接口作為(wei) 對外接口，以此來強化控製器乃至智能應急照明係統的抗幹擾能力。

2.3 終端照明設計

在終端照明設計環節，應掌握燈具選型、光源選擇、光源驅動三方麵的設計要點。

（1）燈具選型。在建築室內(nei) 安裝標誌燈具、照明燈具，或安裝照明標誌複合型燈具。其中，標誌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，引導室內(nei) 人員前往安全疏散通道，或布置在樓層走道等公共區域，引導室內(nei) 人員迅速找到滅火器等消防設備，標誌燈具的標誌亮度要控製在 50 ～ 300 cd/m2 。照明燈具負責為(wei) 室內(nei) 人員疏散與(yu) 消防救援活動提供照明條件，正常情況下處於(yu) 熄滅狀態，確認火災發生後點亮。要求把應急照明燈具光通量控製在50 lm 及以上，根據室內(nei) 空間區域來確定安裝位置與(yu) 間隔距離，如在過道每隔 20 m 貼頂安裝 1 台照明燈具。複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(nei) 環境照度，又可以實時變更指示狀態來提示受災人員選擇正確疏散方向。

（2）光源選擇。為(wei) 取得理想的節能效果、降低應急照明係統的能耗水平，設計人員可選用 LED 燈具作為(wei) 照明光源，同規格 LED 燈具的耗電量不足白熾燈的 1/8，僅(jin) 為(wei) 熒光燈的 1/2，並具備反應速度快、重量輕、環境適應能力強、可頻繁操作的優(you) 勢。考慮到單顆 LED 燈具發光強度偏低，無法滿足照明需要，應選用 LED 陣列燈作為(wei) 光源。

（3）光源驅動。光源驅動包括恒壓驅動、恒流驅動兩(liang) 種方式。恒壓驅動是在電路中額外串聯限壓電阻，限定輸出電壓值，實際驅動效果並不理想，容易產(chan) 生光強變化；恒流驅動是專(zhuan) 門設計恒流電路，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，可以預防燈具閃爍等問題出現，應優(you) 先采取恒流輸出方式。

2.4 電路設計

智能消防應急照明係統通常采取 DC-DC 開關(guan) 電源技術，係統電路由收 / 發碼電路、隔離電路、開關(guan) 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，電路結構被拆分為(wei) 總線部分、光源部分兩(liang) 個(ge) 部分，各個(ge) 電源保持獨立運行狀態，如果單個(ge) 電源出現故障，不會(hui) 對其他電源的運行工況造成幹擾。設計人員應掌握光源電路、驅動電路、通信電路、檢測電路、光源控製電路等電路的設計方法。例如，對於(yu) 光源電路，在選用 LED 燈具作為(wei) 照明光源的情況下，需要串聯多顆 LED 燈具來組成光源陣列，具體(ti) 根據應急照明需要來確定串聯數量，正常情況下需要在電路中串聯 3 ～ 4 顆 LED 燈具。對於(yu) 光源控製電路，需要在電路中接入單片機引腳，引腳在高電平時導通光耦、截止三接管，在低電平狀態下截止光耦、導通三接管，從(cong) 而執行光源點亮和熄滅操作。

2.5 防護設計

在智能消防應急照明係統運行期間，受到設備自身老化、複雜外部環境、雷擊等因素影響，可能出現短路、斷路、浪湧等故障問題，嚴(yan) 重時會(hui) 造成應急照明係統癱瘓，進而在火災事故中產(chan) 生更加嚴(yan) 重的損失。因此，設計人員需要梳理各類故障問題的成因，在係統中采取相應防護措施，以此來增強應急照明係統抗幹擾能力，維持穩定工況。例如，雷擊浪湧問題是指低壓供電係統直接遭受雷電流打擊，瞬間加載過大脈衝(chong) 電流，破壞設備電路，或遭受間接雷擊，部分電流電壓傳(chuan) 入電路和應急照明設備的問題。對此，設計人員可應用放電間隙、氣體(ti) 放電管或瞬態抑製二極管等來抑製浪湧。

（1）放電間隙。在絕緣子和接地裝置上分別接入單個(ge) 電極，控製電極安全間隙距離，後續利用金屬電極來泄放浪湧能量、保護電路與(yu) 照明燈具。

（2）氣體(ti) 放電管。在電路首級或前幾級保護內(nei) 加裝氣體(ti) 放電管，憑借絕緣電阻值來泄放過大電流、抑製高電壓。此類裝置動作時間較長，容易出現續流問題。

（3）瞬態抑製二極管。瞬態抑製二極管與(yu) 普通二極管較相似，如果二極管兩(liang) 端遭受反向衝(chong) 擊，會(hui) 立即較快地把兩(liang) 端高阻抗轉換為(wei) 低阻抗，通過吸收浪湧功率起到鉗位抑製兩(liang) 級間電壓、保護後續電路的作用。

3安科瑞消防應急照明和疏散指示係統選型方案

3.1係統概述

消防應急照明和疏散指示係統主要由應急照明控製器、消防應急照明集中電源或應急照明配電箱、消防應急燈具等幾部分組成。該套係統為(wei) 安科瑞公司自主研發，符合國家現行的行業(ye) 規範，可以滿足與(yu) AcrelEMS企業(ye) 微電網管理雲(yun) 平台或火災自動報警係統等進行數據交換和共享。

該係統配合火災報警控製器使用時，在平時對係統內(nei) 的設備進行實時的監視和控製，便於(yu) 日常的管理和維護，保障係統的穩定運行。基於(yu) 此保證在火災發生時，能夠準確改變消防應急標誌燈具的指示方向，點亮消防應急照明燈，幫助建築內(nei) 的人群選擇逃生疏散路線，指引安全的逃生方向，保障群眾(zhong) 的人身安全，為(wei) 各類用戶擔心的安全問題解決(jue) 了後顧之憂。

3.2應用場所

適用於(yu) 住宅、酒店、辦公樓、商城綜合體(ti) 、醫院、隧道管廊、軌道交通、地庫、倉(cang) 庫、工廠等各行業(ye) 的消防應急照明和疏散指示係統。

3.3係統結構

3.4係統功能

3.4.1係統運行主界麵

包含工具欄、平麵展示、圖層列表、狀態欄，可以直觀的查看監控設備的運行狀態，並根據狀態欄的現實內(nei) 容直接切換至故障具體(ti) 位置。

3.4.2燈具配置界麵

可以查看所有燈具狀態與(yu) 數量。

3.4.3信息界麵

可查看曆史操作、故障、事件信息、可按日期進行查詢。

3.4.4權限管理界麵

主要由應急啟動、應急停止與(yu) 手動火警組成，應急啟動與(yu) 停止用來測試設備應急功能是否正常，手動火警測試再具體(ti) 著火點下係統的啟動情況。

3.5係統硬件配置

3.5.1應急照明控製器選型

3.5.3A型集中電源集中控製燈具選型

3.5.4B型（220V）集中電源集中控製型消防應急照明及疏散指示設備選型

4 結束語

綜上所述，為(wei) 保障建築使用安全，減少建築火災事故，設計人員認識到智能消防應急照明係統在消防方麵的重要價(jia) 值，掌握架構設計、主機設計、終端照明設計、電路設計和防護設計方麵的設計要點，結合工程情況來製訂一套切實可行的智能消防應急照明係統設計方案。

安科瑞侯文莉