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公共建筑弱电井火灾危险分析与预防措施-王建


【摘要】弱电井是公共建筑智能神经中枢,若发生火灾事故,除烧毁着火层内的设爸和线路外,直接导致计算机网络、有线电视、手机信号、监控系统等瘫痪,还将造成停电事故、电梯故障等次生灾害。综合考虑火灾预防需要,弱电井的设备和线路的布置要做好规划,合理安排,建立信息台账;建议重要公共建筑,采用竖井级线缆,这些线缆具有阻燃性并可以防止火焰的蔓延;对弱电井进行防火封堵时,要考虑电缆的维护、更换、敷设,可釆用塑性堵料和速固型无机防火堵料与阻火包进行防火分隔封堵,封堵一定要密实;考虑弱电井的火灾燃烧特点,火灾自动报警系统宜选用揽式线型定温探测器;通信网络基站监控中心要将网元对象从楼栋细化到楼层;弱电井安装超细干粉灭火系统扑灭初期火灾。

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【关键词】公共建筑;弱电井;火灾危险源;阻燃;隔离;预防措施


多层、高层公共建筑弱电井是用来敷设弱电线路(缆)的一个的通道、平台,在公共建筑中有着举足轻重的位置。2014年2月15日18时50分,位于湖南省益阳市的益阳世纪大厦二层的弱电井发生火灾,造成大厦二至三十二层弱电井线路设备全部被烧毁,层电梯前室过火。近几年,全国各地陆续发生类似公共建筑弱电井火灾,造成了较大的经济损失和社会影响。如何有效预防公共建筑弱电井火灾的发生和减少灾害损失曰显重要。


1.弱电井火灾事故危险分析


根据系统安全工程的观点,危险性定义为事故频率与事故后果严重程度的乘积,即危险性评价一方面取决于事故的易发性,另一方面取决于一旦发生事故,其后果的严重程度。


R=f(F,C)


式中R---事故危险性:F---发生事故的易发性:C---发生事故的严重度。


现实危险性还同各种人为管理因素及防灾措施结合效果有紧密关系。弱电井主要是布置弱电设备的平台,弱电工作电压一般为12V或24V。弱电故障产生旳能量小,一般难以引发火灾,为什么弱电井火灾较多?下面从安全生产角度来分析弱电井可能存在的火灾事故危险性。


1.1弱电井火灾事故易发性分析


事故易发性主要由工艺过程事故易发性、危险物质易发性以及相互关系决定,工艺过程事故易发性与危险物质易发性越大,关系越密切,事故易发性越高。


1.1.1弱电井内工艺火灾事故易发性


弱电井内除网络通信设备等无源设备(弱电设备)以及网络线、电话线、监控线、消防配电线、广播电视线外,还有电源线、空气开关、电表、电源插座强电设备以及有源设备(接市电220V)。有源设备都是负荷设备,24H不停机工作,功率20-100W不等。据了解,与弱电井工艺过程火灾事故有关的影响因素有3项:危险温度、电火花或电弧、明火。危险温度、电火花与电弧、明火等高温热源可以使固体可燃物分解出的混合物部分受到强烈地加热而着火。


危险温度:导线与导线、导线与设备接线端子连接不牢、接头处夹有杂物、导致接触不良产生危险温度;不同金属连接处,由于它们的理化性质不同,连接将逐渐恶化,产生危险温度;悬挂式的电源插头与插座由于重力作用连接松动,导致接触不良而产生危险温度;接地电流和集中在某一点的漏电电流,可引起局部发热,产生危险温度。


电火花与电弧:电缆施工工艺达不到要求潮气进入电缆内部绝缘下降;电缆井施工作业碰断挖断电缆等导致线路短路。发生短路时,电流增大为正常值的数倍乃至数十倍,产生的热量与电流的平方成正比,使得温度急剧上升,产生危险温度或电火花,大量电火花汇集起来构成电弧,电弧温度高达8000°C。电火花和电弧不仅能引起可燃物燃烧,还能使金属熔化、飞溅,构成二次引燃源。


明火:遗留的烟头内部温度可达700-800°C可使弱电井堆放的杂物阴燃并着火:生产过程焊接和切割产生的明火或喷溅火花,均可引燃线路、设备等固体可燃物。


由于各具体弱电井设备与线路安装布置、安全管理不同,工艺过程事故易发性不同。


1.1.2弱电井内物质火灾易发性


弱电井内的线路,设备主要材质为金属铜、铝,还有绝缘或保护材料塑料、橡胶等固体可燃物(见附表),这些固体物质本身不属于易燃易爆危险物品,但在高温下发生分解燃烧。


弱电井内线路与设备主要材质及属性表


分解燃烧并延燃:固体可燃物主要是高聚物,这些高聚物在火灾的高温下发生熔化,形成熔滴,加热到热分解温度后进行分解燃烧,燃着的熔滴可以把火焰从一个区域扩展到另一个区域,从而促使火灾蔓延。


火灾荷载密度大:弱电井面积小,而各种线路、设备多,且绝缘材料中橡胶、聚乙烯等燃烧热值高,如聚乙烯燃烧热值高44MJ/kg,和汽油相当,远高于木材20MJ/kg。


1.1.3工艺——物质危险性相关关系


因弱电井面积狭小,设备、线路密度大,火灾危险源与可燃物接触概率高,二者关系密切。


1.2火灾事故后果严重度分析


事故后果是指事故中人员伤亡以及房屋、设备、物资等的财产损失,不考虑停工损失。人员伤亡分为人员死亡数、重伤数、轻伤数。在一些定星或半定星事故严重度评价中,还用了折算公式将人员伤亡和财产损失统一计算。


S=C+20(N1+0.5N2+105/6000N3)


式中S---事故严重度,万元;C---事故财产损失的评估值,万元;N1、N2、N3---事故中人员死亡、重伤、轻伤人数的评估值。


弱电井是一个上下串联的相对封闭空间,其四周井壁、上下顶板都有一定的耐火极限,如果不是并壁的检查门采用非防火门或检查门在起火前被打开,火灾一般不会蔓延到弱电井外的室内其他部位,多在弱电井上下蔓延,许多弱电井火灾案例也证实了这一点。弱电井是一栋公共建筑智能神经中枢,若发生火灾事故,除烧毁着火层内的设备和线路外,直接导致计算机网络、有线电视、手机信号、监控系统等瘫痪,还将造成停电事故、电梯故障等次生灾害,甚至造成消防警报与应急广播停播、消防应急照明工作时间缩短,严重影响人员安全疏散,增加人员伤亡后果严重程度。


1.2.1弱电井内部燃烧伤害。热的传播对火灾发展起决定作用。弱电井内着火后,开始释放热和烟气,随着着火面积的增大,释放更多的热和烟气。由于浮力作用,在弱电井顶板上形成逐渐增多的热烟气层。在着火后的一段时间内,由于弱电井相对封闭涌入的新鲜空气不多,一般不会产生大量明火火焰。由于顶板热烟气层和线缆桥架热传导的共同作用,火势将突破弱电井竖向桥架楼板的孔洞处封堵薄弱部位,热气流进入上一层弱电井。随着温度越来越高,孔洞处缝隙增大,大量热气流通过对流进入上一层并逐渐向更上一层发展,形成串烧。当弱电井热气流突破顶层后,热气流因烟囱效应和空气流动通过线缆桥架处空洞加速向上蔓延,所有过火弱电井形成大量明火火焰。目前国内外还没有建立逐层相对封闭管道井火灾伤害模型,无法定量分析评价燃烧速率与火灾荷载,管井几何特征等旳关系。中国学者孙建军、李烈等人借鉴美国Mercier和Jaluria竖井内的火灾模拟实验研究成果,采用火灾过程的场模拟理论,以大涡模拟为基础分析验证了管道井火灾烟气流动过程中的动力学特征。模拟实验假定管道井上下畅通,点火源位于管井外。实验结论为管道井几何特征对于烟气的运动有很大的作用,随着管道井纵横比的增加烟气流动加大,但增长率区域减小。此外,管道井烟气平均温度与火源功率近似成正比,且烟气竖直方向流速与其平均温度成正比。这对我们研究烟气在各种高层建筑管道竖井内运动规律,如何防止烟气从着火区向非着火区蔓延扩散,分析弱电井直接财产损失后果具有非常重要的意义。


1.2.2火灾蔓延至室内其他部位伤害。


有的弱电井检查门没有锁闭,在扑救火灾过程中被打开,又没有及时关闭,导致火势水平蔓延至弱电井外,造成室内其他部位发生火灾,增加了火灾的危害后果。对于室内火灾危害后果要综合考虑烟气伤害、火焰灼伤、高温烘烤、房屋倒塌而导致的对人体的伤害以及财产损失。在火灾模拟理论的基础上,目前,国外科研机构已研究开发出计算机火灾模型和消防安全评估软件,建立了室内火灾伤害模型。如FDS是美国工业标准技术研究所NIST发行的火灾动力学模型,它将一个房间或建筑物分成很多小容积可控长方形,常称计算单元,模型基于质量、能量守恒定律,计算每个单元的烟尘气体、速度、温度、压力和混合气体种类,利用家具、天花板等材料的物理属性来模拟火灾中烟尘扩散的环境,定量或半定量分析评价室内火灾伤害。


2.预防弱电井火灾的措施


防止弱电井火灾事故发生的安全技术措施有:消除危险源;阻燃;隔离;设置薄弱环节;火灾探测;灭火等。


2.1消除危险源。


按照现代安全工程的观点,彻底消除所有危险源是不可能的。因此,人们往往首先选择危险性较大,在现有技术条件下可以消除的危险源,作为优先考虑的对象。对于弱电井,主要是消除强电线路、设备因短路、接触不良、过载、漏电等过热而产生的危险温度和电火花或电弧。目前,建筑物室内布线、电气设备安装有《低压配电设计规范》GB50054-2011、《综合布线系统工程设计规范》GB50300-2007等国家技术标准作依据,广电、通信的弱电安装也有相关行业标准。但是,没有弱电井专门的安全技术标准及管理规定。综合考虑火灾预防需要,弱电井的设备和线路的布置要做好规划,合理安排,建立信息台账。弱电安装施工现场要严格执行规范要求,加强现场监护,有源设备应当由专业电工施工或现场指导,严禁安装移动式或临时用电设备。


2.2阻燃。


对弱电井绝缘材料进行阻燃处理,动降低火灾发生的概率和发展的速率,是预防弱电井火灾的有效手段。高分子材料阻燃技术主要是通过阻燃剂使聚合物不易着火,如果着火也使其燃烧速度变慢。建议公共建筑选择无齒低烟阻燃性、耐火性、矿物绝缘型电线、电缆,并采用电缆防火涂料对电缆进行防火处理。同时,线缆桥架使用防火桥架。对于重要公共建筑,建议采用美国、加拿大等北美国家标准的竖井级线缆(列示和认证标记为CMROFNR),这些线缆具有阻燃性并可以防止火焰的蔓延。


2.3隔离。


采取隔离技术,既可以防止事故的发生,也可以防止事故的扩大,减少事故的损失。弱电井采用符合防火性能要求实体墙井壁、楼板、检查门、对与弱电井相连通的空洞采用防火封堵就是利用隔离技术,将弱电井内外进行防火分隔。目前,弱电井火灾主要是通过竖向线路桥架穿越楼板处向上蔓延。问题根源是弱电井竖向桥架在各层楼板的孔洞处虽然进行了防火封堵,但由于未考虑贯穿物的类型及性质、贯穿空洞的大小、位置及防火封堵材料的特性,使防火封堵达不到预期效果。《建筑设计防火规范》(以下简称建规)《高层民用建筑设计防火规范》等消防技术标准对管道井空洞、缝隙防火封堵作出了明确规定。对弱电井进行防火封堵时,要根据《防火封堵材料》并考虑电缆的维护、更换、敷设,可采用塑性堵料和速固型无机防火堵料与阻火包进行防火分隔封堵,封堵一定要密实。


2.4设置薄弱环节。


利用设计好的薄弱环节,使事故能量按照人们的意图释放,防止能量作用于被保护物体。熔断器、自动空气开关(自空气断路器)就是利用设计好的薄弱环节,常见的电气保护装置。弱电井内的设备要根据负荷大小统一安装熔断器、自动空气开关,防止短路或严重过载而产生危险温度或电火花。


2.5火灾探测。


电气火灾监控系统、火灾自动报警系统是防止事故发生与减少事故损失的重要安全技术措施,是发现火灾和异常的重要手段。此外,通信告警系统和安防监控系统也有利于避免火灾事故的发生或减少火灾损失。


电气火灾监控系统是利用被保护电气线路中剩余电流、温度等参数超标时能发出报警信号并能指示报警部位的系统,有的电气火灾监控中心还可以以短信形式直接通知电工到具体故障部位,以便及时排除故障。新《建规》规定在一类高层民用建筑等场所的非消防用电负荷宜选用电气火灾监控系统,考虑弱电井的火灾危险性,已安装电气火灾监控系统的可在弱电井内的配电线路上布置电气火灾监控探测器。


火灾自动报警系统能探测火灾初期的烟雾、热量、火焰,并发出警报,使人们早期发现火灾,采取措施。《火灾自动报警系统设计规范》明确规定管道井要单独划分探测区域,可以理解为每个弱电井内至少要安装一个火灾报警探测器。考虑弱电井的火灾燃烧特点,宜选用揽式线型定温探测器,并设置在可延燃绝缘层和外保护层电缆附近。


通信网络设备监控系统可以快速捕获各种器件和网络通道的异常信号,在没有形成足以引发火灾的能量时动作,早于火灾自动报警系统向外传递信息。建议通信网络基站监控中心要将网元对象从楼栋细化到楼层,并与楼宇火灾报警控制中心、城市火灾报警控制中心实现信息共享。


安防监控系统探头宜布置在弱电井附近,以便对起火部位周围动态有完整的图像显示和记录,有利于火灾事故调查和事故成因分析。


2.6灭火。


有效扑灭初期火灾,是减少火灾危害,防止火势蔓延的最后一道防线。目前,弱电井一般没有设置自动灭火系统,国家消防技术标准也没有相关规定要求。弱电井作为一个特殊火灾场所,及时有效扑救初起火灾十分必要,而一般灭火剂并不适用。超细干粉灭火剂灭火粒子由于比表面大,活性高,在空气中悬浮数分钟,形成相对稳定的气溶胶,灭火效能很高且不导电。我国对超细干粉灭火剂的灭火机理和应用有了深入研究,山东等地制定了地方标准,建议弱电井安装超细干粉灭火系统,可以参照山东省地方标准《超细干粉灭火系统设计施工及验收规范》执行。


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