丁樹歧副研究員 王 晨助理研究員 賈水庫研究員

(1.北京物資學(xué)院，北京 101149；2.北京科技大學(xué)，北京 100083)

0 引言

《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 51348-2019)中，第13章中13.2.2明確規(guī)定[1]：“建筑面積大于3 000m2的旅館建筑、商場和超市，應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備”。

高校大學(xué)生宿舍一般都建于2019年以前，且建筑面積絕大多數(shù)都大于3 000m2，由于2015年及以前“建筑設(shè)計防火規(guī)范”中并沒有要求設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，因此高校建設(shè)學(xué)生宿舍時都沒有考慮安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備。但高校學(xué)生宿舍人員密集、電器種類多、可燃物多、火災(zāi)載荷大，電氣線路容量不斷增加，而宿舍配電設(shè)備老化，學(xué)生違規(guī)用電、超負(fù)荷用電等時有發(fā)生，這些現(xiàn)象極易引起火災(zāi)事故，且可能造成大量學(xué)生傷亡和重大財產(chǎn)損失。

例如，2003年11月24日，俄羅斯人民友誼大學(xué)的學(xué)生宿舍發(fā)生重大火災(zāi)事故，過火面積超過1 000m2，共造成大學(xué)生死亡41人、受傷171人，包括中國留學(xué)生死亡11人、受傷38人，失火原因是學(xué)生大功率電器造成宿舍電線短路故障引起；2008年11月14日，我國上海商學(xué)院學(xué)生宿舍602房間發(fā)生較大火災(zāi)，共造成4名女學(xué)生高墜死亡，火災(zāi)原因是學(xué)生在宿舍使用“熱得快”大功率電器，線路短路引燃周圍可燃物； 2017年5月15日，我國天津中醫(yī)藥大學(xué)的學(xué)生宿舍發(fā)生較大火災(zāi)事故，造成整個學(xué)生宿舍化為灰燼，火災(zāi)原因是宿舍電線線路老化，學(xué)生在正常使用中宿舍樓頂線路短路引發(fā)火災(zāi)。因此，高校學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備安裝十分必要和重要，可以有效降低高校學(xué)生宿舍的火災(zāi)風(fēng)險。

1 高校學(xué)生宿舍用電分析及火災(zāi)風(fēng)險

1.1 高校學(xué)生宿舍用電特點(diǎn)

(1)配電系統(tǒng)。高校大學(xué)生宿舍配電系統(tǒng)一般分為集中配電方式和分布式配電方式2種。集中配電方式是指由宿舍管理員可對學(xué)生每間宿舍直接進(jìn)行供電控制，學(xué)生違規(guī)用電時可直接進(jìn)行斷電操作；分布式配電方式是指在學(xué)生宿舍樓每層均設(shè)置配電柜，且每個宿舍房間外墻(或宿舍內(nèi))安裝內(nèi)有總斷路器和分?jǐn)嗦菲鞯娜霊粝?，可以分別對不同供電回路進(jìn)行控制。

(2)用電情況。高校學(xué)生宿舍用電以照明、墻插、空調(diào)和衛(wèi)生間用電為主，但其用電時間有所不同。

照明用電。一般為一只25～40W的白熾燈或LED燈具，現(xiàn)在國內(nèi)大多普及使用LED燈，一天用電15h以上。

墻插座用電。一般一間宿舍住宿人數(shù)為4-6人，內(nèi)部墻上最少安裝4-6個插座，一般會多于6個插座，且多為10A三孔3C插座，每天使用時間超過16h，有的甚至24h使用。

空調(diào)用電。一般每間宿舍均配有1匹或1.5匹的熱分體空調(diào)，其使用的插座多為16A獨(dú)立三孔墻上插座。使用時間多集中在夏季和入冬前，夏季使用時間每天不超過16h，冬季有時達(dá)24h。

衛(wèi)生間用電。一般包括照明和加熱取暖用的“浴霸”，“浴霸”功率較大，一般為300～500W或1 500W，個別高校還安裝有電加熱淋浴器，功率可達(dá)3 000W。

(3)用電負(fù)載電器種類。宿舍內(nèi)用電電器主要有充電類、計算機(jī)類、電熱類、照明類和小電機(jī)類，其產(chǎn)生火災(zāi)風(fēng)險的幾率與線路及產(chǎn)品質(zhì)量有較大關(guān)系。

充電類。多為手機(jī)充電器、充電寶等，工作電流不大，即使6個充電器同時工作也不會超過2A，有的宿舍24h都有充電器、充電寶等處于充電狀態(tài)。

計算機(jī)類。臺式、筆記本、ipad等。一臺計算機(jī)功率在350W左右，電流在1.6A左右，個別宿舍此類用電設(shè)備24h處于開機(jī)狀態(tài)。

電熱類。熱得快、電熱水壺、電褥子、電暖氣、電吹風(fēng)等，一般“熱得快”功率2 200～3 000W，工作電流可達(dá)10A；電吹風(fēng)常見于女生宿舍，一般功率為600～1 300W。

照明類。LED臺燈、可調(diào)式臺燈等電器功率雖小，但產(chǎn)品的質(zhì)量不合格率較高。

小電動機(jī)類。主要是20～50W小功率風(fēng)扇，夏季學(xué)生宿舍普遍存在，雖工作電流在0.25A以內(nèi)，但經(jīng)常使用，此類產(chǎn)品質(zhì)量不合格率突出。

1.2 高校學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)風(fēng)險

全國絕大多數(shù)高校學(xué)生宿舍內(nèi)都安裝了限電器或限電電表，當(dāng)學(xué)生使用電器工作電流達(dá)到或超過某安全規(guī)定數(shù)值時，電路就會自動切斷電源，以此來實(shí)現(xiàn)對高校學(xué)生宿舍用電安全的管理。學(xué)生宿舍每年的年電檢，無法實(shí)現(xiàn)全檢，也只是進(jìn)行抽檢，不能有效保障全年學(xué)生宿舍的安全。學(xué)生宿舍可燃物多，導(dǎo)致火災(zāi)載荷大；人員密集，使電氣線路容量不斷增加，而配備設(shè)備老化不能滿足容量要求；學(xué)生違規(guī)用電、超負(fù)荷用電時有發(fā)生等，極易引起火災(zāi)事故，易造成學(xué)生宿舍大量人員傷亡和重大財產(chǎn)損失。再之，許多高校學(xué)生宿舍為高層建筑，消防設(shè)施不完善，火災(zāi)發(fā)生后，學(xué)生疏散也存在較大困難。高校學(xué)生宿舍已成為高校安全重點(diǎn)中的重點(diǎn)。通過調(diào)查、梳理和分析，高校學(xué)生宿舍各種電氣安全風(fēng)險主要來源以下5個方面：

(1)線路短路。當(dāng)宿舍內(nèi)用電線路發(fā)生破損或用電負(fù)載發(fā)生故障時會導(dǎo)致線路短路，瞬間產(chǎn)生巨大電流，造成線路快速升溫碳化，形成火災(zāi)隱患，可能會發(fā)展成為電氣火災(zāi)。

(2)線路過載。當(dāng)宿舍內(nèi)使用大功率電器或多個電器同時使用超過線路額定電流值時，造成線路快速升溫碳化，形成火災(zāi)隱患。過載一般由用電器引起，當(dāng)用電器有故障或使用不當(dāng)時，會產(chǎn)生過載現(xiàn)象，例如：當(dāng)充電器給電池充電時，如果電池內(nèi)部存在故障，會引起充電電流增大，超出額定電流，如果電流續(xù)增大，會出現(xiàn)短路故障，最終發(fā)展成電氣火災(zāi)。

(3)故障電弧。當(dāng)用電線路內(nèi)插排和用電設(shè)備內(nèi)部由于導(dǎo)線絕緣老化、接觸不良、線束內(nèi)部斷裂等原因發(fā)生的短時打火現(xiàn)象被稱為故障電弧，尤其是使用劣質(zhì)插座時經(jīng)常產(chǎn)生故障電弧。故障電弧產(chǎn)生時伴有局部千度左右的高溫，極易點(diǎn)燃周圍的可燃物，形成電氣火災(zāi)。

(4)電器故障。電器類故障一般為局部短路或斷路，斷路使設(shè)備不能工作；但是局部短路則可能使短路部分電路過熱，容易引燃周圍的易燃物品，形成電氣火災(zāi)。

(5)非常規(guī)用電。學(xué)生在宿舍或多或少都存在違規(guī)使用電器具現(xiàn)象。全國絕大多數(shù)高校學(xué)生宿舍中采用了限電措施，當(dāng)宿舍用電量超過一定的數(shù)值后自動斷電。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，個別企業(yè)生產(chǎn)出“反限電器”設(shè)備，使得學(xué)生宿舍內(nèi)能夠使用大功率電器，不會被限電器發(fā)現(xiàn)。這樣導(dǎo)致，學(xué)生宿舍可以使用大功率電器，從而造成用電器過熱、線路過熱、超載、短路等，引燃周圍可燃物，形成電氣火災(zāi)。

2 高校學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

中國建筑科學(xué)研究院防火所聯(lián)合北京海博等專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊以預(yù)防電氣火災(zāi)為己任，研究探索“剩余電流隨動技術(shù)”“熱解粒子探測技術(shù)”。這項(xiàng)技術(shù)通過傳感技術(shù)，有效地解決了建筑中配電設(shè)備和電器過熱、線路過熱、線路超載、線路短路時提前預(yù)警等問題，獲得公安部消防局科技一等獎，并在國內(nèi)率先展開相關(guān)科學(xué)研究，發(fā)明溫感、熱解粒子等傳感器設(shè)備，并將這些產(chǎn)品規(guī)范納入國家標(biāo)準(zhǔn)，為國內(nèi)電氣防火事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。北京海博公司聯(lián)合北京高校保衛(wèi)學(xué)會學(xué)術(shù)部設(shè)立課題，將“剩余電流隨動技術(shù)”“熱解粒子探測技術(shù)”等科研成果運(yùn)用到學(xué)生宿舍中，開發(fā)創(chuàng)新出學(xué)生宿舍電氣防火保護(hù)器，以此產(chǎn)品為主構(gòu)建形成學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)可以對高校各種類型的電氣火災(zāi)進(jìn)行預(yù)判、預(yù)警，可以在未發(fā)生實(shí)際電氣火災(zāi)前預(yù)判出電氣火災(zāi)的風(fēng)險，提前報警給系統(tǒng)管理人員，對提高大學(xué)生宿舍的安全有重大的作用。

2.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

(1)系統(tǒng)構(gòu)成。由電氣火災(zāi)保護(hù)器和監(jiān)控主機(jī)等組成的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1。

圖1 電氣火災(zāi)保護(hù)器和監(jiān)控主機(jī)等組成的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控分機(jī)可以輸出1-6條總線，每條總線可以驅(qū)動60個電氣火災(zāi)保護(hù)器，一棟宿舍樓少于360個房間，可以直接使用這個系統(tǒng)；多于360個房間，對分機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展后即可使用這個系統(tǒng)。上位機(jī)安裝在消防中控室，上位機(jī)與各個監(jiān)控分機(jī)的通信可以利用校園局域網(wǎng)、光纖或無線方式。上位機(jī)可以連接32臺監(jiān)控分機(jī)，如果需要連接更多的監(jiān)控分機(jī)，可以對上位機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展，組成更大的系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)性能。監(jiān)控分機(jī)安裝在學(xué)生宿舍管理員處(值班室)，管理員可以隨時監(jiān)控樓內(nèi)各個宿舍用電情況，在監(jiān)控分機(jī)上可以觀察到樓內(nèi)宿舍的用電情況，包括正常用電、違規(guī)用電、斷電、溫度報警、故障電弧報警、過電壓、欠電壓等多種情況，并在分機(jī)的屏幕上可直接顯示每一個房間的用電情況。

(3)技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

溫度報警設(shè)定范圍：40～150℃，通常設(shè)定為80℃報警(電線溫度達(dá)到320℃時才會燃燒起火)。

電弧持續(xù)時間：20ms～10s可調(diào)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。

過電壓：240V。

欠電壓：187V。

過電流：1～10A可調(diào)，通常設(shè)定在6A以上。

短路：1～32A可調(diào)，通常設(shè)定不超過10A。

2.2 系統(tǒng)的信息推送功能

當(dāng)系統(tǒng)在分機(jī)上報警或報故障后，將立即進(jìn)行處理，根據(jù)故障或報警的分類，將會推送信息給相關(guān)人員，以便不同故障或報警得到及時處理，使供電系統(tǒng)快速恢復(fù)正常工作。

(1)推送給電路維修人員。當(dāng)發(fā)生過電壓、欠電壓、短路、過載、溫度過高、故障電弧等，會及時發(fā)送給電路維修人員，使電路維修人員準(zhǔn)確掌握發(fā)生問題的樓號和房間號，及時進(jìn)行故障維修。

(2)推送給宿管人員。當(dāng)發(fā)生違規(guī)用電報警時，會及時推送信息給宿管人員，由宿管人員進(jìn)行查證，并采取適當(dāng)措施，消除隱患，排除違規(guī)用電，使供電正常。

(3)推送給安全保衛(wèi)部門。宿管人員處理的違規(guī)用電情況、電路維修人員處理電路故障的信息及處理結(jié)果將及時推送給安全保衛(wèi)部門。

2.3 系統(tǒng)報警的處置

(1)電氣故障的處理。當(dāng)電氣故障信息推送到電路維修人員時，由維修人員及時進(jìn)行維修，使供電恢復(fù)正常，保證宿舍的正常用電。同時把維修好的信息上傳給宿管人員和上級主管。

(2)違規(guī)用電的處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有違規(guī)用電時，宿管人員應(yīng)及時進(jìn)行查證，按照宿舍管理有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理，記錄違規(guī)用電房間號和個人，將處理情況報學(xué)生管理部門及上級主管。

(3)電氣火災(zāi)隱患處理后反饋信息和記錄。為便于檢查和糾正用電中發(fā)生的問題，需要對電路故障、報警和違規(guī)用電等情況進(jìn)行記錄，同時定期進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律性問題及時改正，以便今后更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生宿舍的安全用電管理。

3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在高校的應(yīng)用

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在北京科技大學(xué)、北京交通大學(xué)、國際關(guān)系學(xué)院、北京體育大學(xué)、北京建筑大學(xué)等學(xué)校開展安裝試運(yùn)行半年多時間，設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，很少出現(xiàn)誤報和漏報現(xiàn)象，同時對于學(xué)生違規(guī)使用大功率電器問題得到了有效抑制，現(xiàn)階段已取得良好效果，獲得高校高度認(rèn)可，有效提升了高校對學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)“可防可控”的信心。

4 結(jié)論

電氣防火保護(hù)器是一種值得大力推廣的消防用保護(hù)設(shè)備。使用電氣防火保護(hù)器的學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，同時還可以接入高?！爸腔巯老到y(tǒng)”中，并將學(xué)生宿舍電氣火災(zāi)預(yù)防的大量信息引入高校智慧消防系統(tǒng)，可以更大地提高大學(xué)校園的消防智能化水平，為大學(xué)生宿舍安全提供更強(qiáng)大的保證。