1、高层建筑的缆线选择及电气防火封堵朱甫泉（新疆维吾尔自治区建筑设计研究院 乌鲁木齐市830002）【摘 要】高层建筑的各类竖向管井及孔洞应严格做好防火封堵，和分隔电缆桥架、金属线槽及金属管涂刷耐火涂料等措施是有效扼制烟火和电缆燃烧蔓延的有效措施。【关键词】膨胀模块 无机材料 物理膨胀 防火封堵 绿色环保引 言建筑物中各类竖向的通道，如楼梯、管道井、电缆井及排气道等，如果在设计中未考虑应有的防火分隔和封堵，或在施工中未按施工规程敷衍马虎，那么在发生火灾时，由于烟囱效应往往成为火灾蔓延的主要途径。如首尔（汉城）“大然阁”旅馆的火灾就是未做好防火封堵以及火灾隔离的一个典型案例，大然阁旅馆于 1970
2、年 6 月建成，标准层平面为“L“形，每层面积近 1500m2，西面是公司办公用房，地下层是汽车库，1 层是设备层，2 层是大厅，320 层是办公室；东面是旅馆，1 层是设备层，2 层是大厅和咖啡厅，3 层是餐馆，4 层是宴会厅，5 层是设备层，620 层是客房（共有客房 223 间），21 层是公共娱乐用房。每层的公司办公用房和旅馆部分相互连通，各设有一座楼梯，共 8 台电梯。 1971 年 12 月 24 日上午 10 时许，旅馆部分二层咖啡厅因瓶装液化石油气泄漏引发火灾，火焰很快将咖啡厅和旅馆大厅烧毁，并沿 24 层的敞开式楼梯延烧到餐馆和宴会厅，浓烟充满了楼梯间，封住了上部人员的疏散通
3、道，管道井也向上迅速地传播着火焰。二层旅馆大厅与公司办公大厅连接处，虽然设置了玻璃门，但对蔓延的火势起不到任何作用，其结果是大火瞬间就吞没了办公用房。东、西之间虽有一道混凝土承重墙，但相通的门洞未设防火门，成了火灾水平蔓延的通道。整幢大楼犹如一座火笼，建筑物全部烧毁，楼内近300 名旅客及工作人员仅 62 人得以生还。教训是惨痛的，究其原因主要有楼梯及其它竖向管道井，没有采取防火分隔措施，孔洞未封堵，导致烟火由这些通道迅猛蔓延；敞开的楼梯不仅不能成为人员逃生的通路，反而对火焰的蔓延起到助长作用。可见如果做好了水平及垂直方向的各个防火封堵，设置好防火分区，那么火灾的蔓延和影响就能得到大幅的遏制。
4、2008 年元月 2 日在新疆乌鲁木齐市发生的德汇商贸大厦特大火灾是另一个近期发生的惨痛教训，火灾发生的源头位于地下一层，但是很快的就蔓延到顶层（十二层），其迅猛程度可想而知，用旁观人话来形容“大火象跳高一样，一层一层的一下就烧到顶了”。这次大火过火面积 6.5 万平方米，涉及经营商户一千多户，经济损失超过 5 亿元，幸而大火发生在夜晚，除了在扑救当中牺牲的 3 名消防官兵和 2 名值班人员，没有更多的人员伤亡。事后对现场检查发现，竖井等建筑物的竖向通道因为疏于防火封堵而成为火焰上行的直接通路。国内外诸多高层建筑的火灾在防火设计上的经验教训是应引起我们高度重视的。除了划分符合规范的防火分区，按
5、要求设置好消防通道、楼梯、各种规格防火门外，还应做好各种水平和竖向管道井、孔洞的封堵，这样能将火灾限制在一定范围之内，减少经济损失和人员伤亡。下面针对由建筑内电气故障引发的火灾先进行较为深入的分析，然后对防范电气火灾能起到很大作用的电气封堵做一个全面的论述。一、电气线路起火原因分析近些年来我国发生火灾数目逐年递减，但由电气故障引发的数目却是剧增不减，已占到火灾总数的 30%以上，居首位。并且因电气故障引发的火灾多数都会引起大面积延燃，所以会造成重大的经济损失和人员伤亡，尤其值得注意。电气火灾的比例之大，表明我国用电安全水平仍很低下。造成电气火灾的原因很多，如人为违反电气设备操作规程，采用未经检
6、验或不符合制造规定的电气产品，未选用合格灯具或不合理使用电加热器引燃周围可燃物等，其中因线路原因引发的火灾比例占 40%之多，因此是防范的重中之重。打个比方，如果把建筑内的各个用电终端都看成是立体分布独立的点，那么电气线路就是将这些点连接起来的线，就点与线布置所涉及的空间来说，线路肯定大于终端，所以在电气线路上出现的故障更具隐蔽性，其维护检修也较用电终端复杂和困难的多，由于电气线路具有延展特征，并且分布在建筑的各个角落，如果起火，又没有加以措施限制，其结果就是将火灾的范围扩大。高层建筑中低压配电系统的干线一般集中敷设在电气竖井、电缆桥架和电缆沟内，分支干线、分支线敷设在线槽和导管中。导管内穿线
7、缆后，两端按施工规范做封堵，即便绝缘线缆在管内发生接地故障，产生的电弧或火花也会因氧气不足而不易燃烧。对电气竖井、电缆沟而言情况就绝然不同，缆线一旦着火，不会因缺氧而熄灭，如果产生了金属性短路，电缆会向电源侧蔓延扩大，火势不易在短时内得到控制，火灾也不易在局部范围内被扑灭。普通缆线燃烧将产生大量有毒烟雾，特别是聚氯乙烯电缆在燃烧过程中会产生氯化氢气体，通过楼板、墙体及管道间的缝隙、孔洞迅速弥漫到整个建筑物内，严重阻碍人员的撤离和消防人员的有效扑救。还有一种线缆着火的原因值得我们关注，水或其他导电液体覆盖在缆线表面，会形成导电液膜，如果线缆有破损，带电部件与接地间存在电位差，就会有电流流动并产生
8、打火，产生的热效应使液体气化，遗留一定的盐分在绝缘材料表面，周而复始，盐量不断增大促使线缆破损处的导电性能愈来愈好。如果线路不具有防火漏电保护，那么泄漏的电流虽然在增大，但不足以能够让保护断路器动作。时间一长，缆线上的打火现象会越来越严重，最终线缆绝缘层表面在不断打火碳化过程中形成导电轨迹出现闪络把缆线烧断，是引起电气火灾又一隐患。这样的电气火灾因为过程缓慢经常被忽视，如果维修管理人员在日常工作中，勤于检查防微杜渐，其实是完全可以避免的，但往往就是长期的玩忽职守遭成了一次又一次的重大火灾。二、缆线的防火措施1、合理选择电缆电线用作线缆绝缘层及护套的材质是具有可燃性的，如塑料（PVC）、橡胶、油
9、浸纸等，聚氯乙烯塑料的熔点仅为120，在设计中应合理选择断路器和线缆，如果线缆截面选择不当，导线温度足以引燃线缆。缆线敷设在 PVC 管中较铁管散热性能降低 15%，易使绝缘材料老化，在设计中应加以考虑。根据 IEC 标准的规定：电气产品的工作温度超过其额定温度 6时，寿命将减少一半。大部分的缆线火灾事故是由于违规造成的，如缆线使用年限过长、经常处于过负荷或过电压状态下的设备运行、安装施工不当造成缆线绝缘层受到机械损伤、由于缆线弯曲半径过小使绝缘层长期受到拉力和剂压、缆线敷设与热源的间隔不符合规定、室外缆线未选择抗紫外线照射和化学腐蚀的型规等，这些都会导致缆线绝缘材料加速老化龟裂、绝缘性能下降
10、，严重时绝缘就会被击穿造成金属性短路或接地故障，从而产生接地电弧和高温，引燃周围可燃物。2、装设剩余电流保护断路器或电气火灾监控系统低压配电设计规范GB50054-95 第 4.4.21 条“为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的漏电电流动作保护器，其额定电流不应超过 0.5A”，第 4.4.22 条“多级装设的漏电流动作保护器，应在时限上有选择性配合”。高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005 年版）9.5漏电火灾报警系统第 9.5.1 高层建筑内危险性大，人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统，即时发现和消除缆线线路上的接地故障引发的火灾隐患。3、选择科技含量高的新产品缆线的
11、导体部分不会燃烧，需解决的是绝缘层和护套的阻（难）燃性、耐火性和不燃性。建设部规定缆线绝缘层的氧指数为 27，32 及以上的氧指数的线缆就可以认为是阻（难）燃型的，阻燃型缆线是指在火源燃烧时阻燃电缆可燃烧，一但火源离开，15 秒之内燃烧的缆线应自熄，并且不会延燃。电缆生产中最常见的绝缘材料有聚乙烯和聚氯乙烯，由于聚乙烯材料具有很好的电气性能和较好的交联性能，因而发展了多种工业交联生产工艺，包括蒸汽交联、干法交联、硅烷交联和电子辐照交联四种交联方式，其中蒸汽交联、干法交联、硅烷交联称为化学交联，而电子辐照交联称为物理交联。辐照交联是在化学交联迅速发展时期崛起的一门高新技术，是原子能技术和平利用的
12、一个分支。电子辐照交联电缆技术始于 20 世纪 50 年代中期，美国电子化学公司利用高能电子射线照射聚乙烯，使聚乙烯分子由线型结构转变为三维网状体型结构，揭开了电子辐照交联电线电缆的序幕。与化学交联方法比较，辐照交联有以下的优点：（1） 交联反映过程不产生低分子化合物，无杂质残留；（2） 交联度容易控制交联键分布比较均匀；（3） 交联是在常温下完成，无焦烧、水树、熔流等质量问题；（4） 生产速度高，更换规格方便；（5） 能耗低，一般为化学交联的 30-70；（6） 加工较薄绝缘层具有明显优势，效率高； （7） 材料选用面广，可开发产品多；（8） 辐照交联工艺具有非接触式常温加工的特点，因此基本
13、上没有对生产规格的限制。辐照交联与其他交联加工方法相比较，生产出的电缆电线具有耐热、耐烙铁性、耐磨损、耐切通性、耐应力开裂、耐溶剂、抗张强度高、绝缘性能更佳等优点，而且不会因为存在未反应的催化物而导致高聚物的降解。40 多年来，随着大功率电子加速器的诞生和辐照工艺的不断完善，电缆电线辐照交联得到了很大发展，并在一些发达国家相继形成了规模化产业。据资料介绍，80 年代中期全世界已经有 10 多个国家的几十家工厂生产辐照交联电缆电线产品，缆线辐照生产线在全世界已经形成规模。电缆电线的辐照交联现在已成为一种先进、成熟、可靠的技术，我国1983 年 12 月就把电缆电线辐照交联列为国家重点发展技术，随
14、后一些缆线企业开始把研发辐照电缆电线列为本企业的技术发展规划，目前已有多条辐照缆线生产线在不同企业投入运行。辐照交联电缆电线不会造成环境污染、能耗低、节省原材料，因而价格更便宜，越来越多地被用户接受，是目前应用最广泛的电力材料之一，其技术性能的优劣、质量水平的高低，直接影响到工程投运后输配电系统的运行状况。中国科学院和八方电工集团共同研制开发的辐照交联低烟无卤阻燃（耐火）电缆电线是绿色环保洁净型的低压电力电缆、电线，该产品在短路、接地故障或外部明火燃烧时，释放的烟雾少、毒性低、具备很好的电气性能，同时具有机械性能好抗弯折、不易龟裂老化、载流量大等突出优点。铜芯铜护套氧化镁绝缘不燃电缆（MI），
15、其显著的产品特点是用金属铜管作护套，氧化镁作绝缘。电缆全部由无机物（铜及氧化镁粉）组成，因此本身不会燃烧也不会助燃，而且铜的熔点是 1083C，氧化镁的熔点是 2800C，确保了这种电缆可以在火灾极度的高温下仍可保持供电，是一种真正意义上的防火电缆。此种电缆实际正常使用温度可达 250 C，考虑终端密封材料和安全的需要 IEC60702-2002 把矿物绝缘电缆的连续工作温度定为 105 C。由于采用无缝铜管作为铜护套，因此产品还具备真正的防水及防爆特性，在实际应用中，铜护套还可以作为接地导线使用，特别适用于一些重要建筑物的消防供电及其他需要保证供电质量的场所。三、封堵和分隔是防止火灾蔓延的有
16、效措施传统电缆防火技术措施主要采取“封”、“堵”、“涂”、“隔”、“包”：（1）“封”就是采用防火(耐火)槽盒对电缆进行封闭保护，槽盒由盒底、盒盖、卡条、密封条等组成，槽盒的防火阻燃机理是：当电缆敷设于槽盒内时，由于盒体材料的难燃性或不燃性，盒外火焰不至于直接波及盒内电缆；由于盒体结构的封闭性，即使盒内电缆因某种原因着火，也会因氧气得不到补充而熄灭。（2）“堵”就是采用防火堵料与阻火包等防火材料对贯穿墙、楼板孔洞进行封堵；在电缆隧道、电缆沟的适当位置设置阻火墙或阻火段。（3）“隔”就是采用耐火隔板对电缆进行层间阻火分隔，用耐火隔板隔小防火分隔区间或用槽盒、涂料、包带设阻火段进行分隔处理。（4）
17、“涂”就是采用电缆防火涂料对电缆进行防火阻燃处理。将防火涂料涂刷于电缆上，当涂料层遇火时会发生膨胀，生成一层均匀细致的蜂窝状隔热层，具有良好的隔热阻燃效果，对防止初期电缆火灾和减缓火势蔓延扩大具有良好的效果。（5）“包”就是采用防火包带对电缆作防火阻燃处理。防火包带缠绕于电缆的外护套上后，形成一个密封套，当电缆起火或外部起火时，包带可形成隔热阻燃的碳化层，减缓火焰的传播速度，阻止其燃烧。实践证明，这些防止电缆火灾的技术措施中最经济有效的办法是“封”、“堵”、“隔”。那些大量用“涂”、“包”的办法是不恰当的，因为对电缆大量“涂”、“包”，一是不经济，费工费时成本高，二是对于紧排在一起的多根电缆很
18、难保证涂刷的质量，而且用于“涂”、“包”的材料时间长了易失效。高层建筑电气线路担负着电能传输和整个大楼的能源供给，根据配变电系统的配电方式、用电负荷等级和环境特征等，正确选用配电线路的类型和电气保护装置，对降低和防止电气线路的火灾是非常有效的举措。为有效防止配电线路发生火灾，就应严格按照规范要求设置短路、过载和接地故障保护；为有效防止配电线路在火灾中不会作为蔓延的途径，还应对以下部位作防火封堵。1、电气竖井，一旦发生电气线路火灾，则该处极易成为通风道，自下而上蔓延到上层，因此要妥善处理每层竖井的现浇地面，将所有电气线路的孔、洞、缝隙，用与建筑物结构件具有相同耐火等级的材料堵塞严实，电缆穿楼板套
19、管的上、下端口和缝隙也必须作密封处理。2、电缆桥架、托盘、金属管在穿越防火分区楼板隔墙时，应采用相当于建筑构件耐火极限的不燃材料填塞密实。3、缆线预埋套管的管口，以及与建筑物间的缝隙也应封堵。4、设计中不宜推荐高发烟率和较大毒性的聚氯乙烯材质缆线，不得已采用时应将缆线敷设在完全封闭套管和线槽内，外壳还应刷防火涂料。5、电缆沟进入建筑物的地方应设防火墙，电缆隧道进入建筑物及配变电所处应设带锁甲级防火门的防火墙，缝隙处应用与建筑物构件相同耐火等级的材料封堵密实。6、并行的桥架、母线、管线及电缆沟间的电气线路，应具备防火隔离以防止烟火相互窜通，杜绝火势通过电气线路的蔓延。7、空调系统的风管等截面积都
20、很大，如果设计或施工不当，会成为火灾蔓延的主要途径，因此风管外应覆盖不燃保温材料，管道应设置防火阀，竖向孔隙也应用防火材料堵塞密实。8、明敷的金属管、金属线槽（包括吊顶内敷设的）不具备防火性能，应按施工规程刷防火涂料。四、不同防火封堵间的比较民用建筑电气设计规范JGJ16-2008 第 8 章配电线路布线系统提出了一些对电气封堵的要求，但其内容还不完善,现将常用的建筑电气封堵技术和材料做一叙述，供电气设计师参考选用。1、水泥灌注法电缆竖井现浇地面的预留孔洞和缝隙采用同标号水泥浇注封堵，由于不是一次浇注，前后浇注的水泥硬化后必然会出现缝隙，发生火灾后，由于火焰的灼烧，温度剧烈变化会使后浇注的水泥
21、爆裂致使封堵失效。2、岩棉或硅酸铝纤维封堵法这种封堵方法具有价格低、封堵简单、所增加的建筑荷载小等优点，而且其耐火性能也很好，缺点是无法对电缆束的孔隙及纤维间的孔隙进行封堵，一旦发生火灾，封堵的阻火作用明显，但孔隙可以透过毒性气体使人窒息。3、无机防火堵料灌注法无机防火堵料封堵法与水泥灌注封堵法大致相同，但该堵料不怕火烧，能有效地起到防火作用，缺点是如缆线变动不易拆卸更换。4、有机防火堵料封堵法有机防火堵料对于火和烟均有较好的封堵效果，也便于拆换，但有机防火堵料一般较柔软，在封堵面积较小的空间时较为适用，另外有机防火堵料遇热会出现抽丝滴流现象，而在寒冷季节时粘度下降易脱落而失去或降低封堵的效果
22、。5、阻火包封堵法阻火包耐火性能优越，便于封堵和拆卸，阻火包遇火时包内封堵物迅速膨胀而封堵烟道，能有效地阻挡火焰和浓烟。唯一不足的是火灾初期阴燃阶段封堵不住有毒气体的流窜，使得阻火包的应用受到很大的限制。6、XPM 防火膨胀模块封堵法XPM 防火膨胀模块综合了无机防火堵料封堵严密可靠和有机防火堵料便于拆换的优点，封堵机械强度高，耐火时间长，不传导热，膨胀倍数高，耐火耐油性能好，寿命和有效期长，并且产品本身具有耐火和优良的阻烟功能，属于免维护产品。五、XPM 防火膨胀模块产生能及特点1、耐火时间长，经国家防火建筑材料质量监督检验中心检验，实际耐火时间长达 280 分钟（国家标准为 180 分钟）
23、。2、有效期长，采用无机膨胀原料和少量高效胶联材料模压固化，实测抗压强度 5.6MP（国家标准 0.8MP），并且拆换方便，利于今后的缆线变动。3、施工方便，采用少量胶联材料，加上特有的凹凸自锁形状，使得封堵墙面机械强度高，不易坍塌，特别适合电缆沟，隧道等大中型孔洞的封堵。由于可塑性好，还可根据孔洞和电缆外径实际尺寸进行现场切割、开孔，比其它任何材料的封堵更严实可靠。4、重量轻，实测干密度只有 0.7t/m2（国家标准要求不大于 2.5t/m2），可大大减轻封堵材料对电缆桥架和建筑物的荷载。5、采用无毒阻火膨胀材料制成，耐潮湿、耐腐蚀，能在极端恶劣的环境下工作，寿命可达十五年以上，性价比高，遇
24、火膨胀所释放的气体无毒、无腐蚀性，在无火灾情况下材料对周围环境也无任何污染，属于绿色环保产品，可广泛应用于电缆电线、电气设备、装置及管道的封堵，受到消防部门、电力部门的重视，也得到了建设单位、设计单位和施工单位的好评，值得推荐。新型 XPM 防火膨胀模块与阻火包性能对比表性 能 XPM 防火膨胀模块 防火包遇火释放毒性气体 无 有有效年限 15 年 3 年耐潮湿性 耐腐蚀性 绿色环保 防烟 码放坍塌 不坍塌 易坍塌机械强度 高 低耐火时间 3 小时 3 小时膨胀倍数 10 倍 5 倍耐火、耐油性 好 一般性价比 高 一般结束语总而言之，“安全第一，预防为主”，在大力减少电缆火灾事故的同时必须健
25、全安全管理制度，狠抓防火措施的落实和火灾隐患的整改，做到未雨绸缪、防患于未然，最大限度地减少电缆着火和延燃的可能性，这样电缆火灾事故才会得到有效控制。高层建筑的防火设计，必须遵循“预防为主，防消结合”的工作方针，针对高层建筑发生火灾的特点，自防自救，采用可靠的防火产品和防火措施。高层建筑物内的竖井、管道、孔洞的封堵以及防火分隔措施等是防止火灾的蔓延扩大的有效手段，可以把火灾限制在一定的范围内，争取更多时间用于消防人员有效的灭火，这对高层建筑火灾的防范是至关重要的。参考文献1、民用建筑电气火灾的防范 朱甫泉 现代建筑电气设计技术文集 1999 年2、高层建筑和地下工程防火设计简答 姜永琨 编著3
26、、上海市民用建筑电缆电线防火设计规程DGJ108-93-2002（J10166-2002）4、辐照交联低烟无卤阻燃电缆电线标注说明，八方电工集团上海八方电缆有限公司编制5、XPM 防火膨胀模块产品介绍陕西祥瑞消防技术有限公司编作者介绍：朱甫泉 享受国务院特殊津贴专家，中国消防协会电气防火专业委员会副主任委员，新疆建筑设计研究院总工程师，新疆建筑电气协会理事长，新疆建筑工程施工图审察办公室总工程师，近年来编著和撰写的有建筑电气统一技术措施、建筑电气施工图校审细则、建筑电气统一制图、加强防火知识，提高电气设计水平、营业性舞厅环境设计、小康住宅电气技术标准研讨、民用建筑电气火灾的防范等 20 余篇论文。
