李 鵬

(1.中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200001；2.同濟大學 電子與信息工程學院，上海 201804)

引言

應(yīng)急照明關(guān)系到人的生命安全，是建筑物的重要保障設(shè)施，歷來受到社會各界的關(guān)注。自《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》(GB 51309—2018)[1]和《民用建筑電氣設(shè)計標準》(GB 51348—2019)[2]的先后執(zhí)行，我國建筑物的應(yīng)急照明設(shè)計已經(jīng)越來越實現(xiàn)智能化和安全電壓方案。然而，當我國基建走出去，照明工程師面對國際項目僅能通過電路設(shè)計來實現(xiàn)應(yīng)急照明的切換方案時，則面臨了完全不一樣的設(shè)計理念，將必然存在一個設(shè)計思路轉(zhuǎn)變的過程。

我國當前應(yīng)急照明設(shè)計以智能化為主導，使應(yīng)急照明設(shè)計變得簡單而應(yīng)急照明工程變得容易。文獻[3]分析了GB 51309—2018[1]和配套的國家圖集《19D702-7：應(yīng)急照明設(shè)計與安裝》[4]實施以來出現(xiàn)的諸多誤解，并提供了解決方案。文獻[5]討論了新標準實施之前的應(yīng)急照明供電電壓問題，類似的討論為新標準采用安全電壓供電提供了助力。文獻[6]分析了新標準實施后，設(shè)計師容易理解錯誤的一些細節(jié)。文獻[7]探討了新標準實行后，住宅應(yīng)急照明設(shè)計的具體思路。文獻[8]介紹了新標準根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范(2018年版)》(GB 50016—2014)[9]實際應(yīng)用的案例，闡述了具體照明設(shè)計，包括照度、供電、控制等設(shè)計理念。文獻[10]提出了一種集中型應(yīng)急照明電源，該電源采用蓄電池管理單元，用于實施新標準后的應(yīng)急照明系統(tǒng)，有效提高了消防應(yīng)急設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。文獻[11]討論了新標準實施后，配電距離對應(yīng)急照明線路的限制。文獻[12]提出了一種直流供電照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)與新標準實施后應(yīng)急照明系統(tǒng)的思路一致，是有益的借鑒。文獻[13]提出了高層建筑應(yīng)急照明智能控制設(shè)計方法，該方法集中照明電氣設(shè)計、數(shù)學模型仿真、智能控制算法提出了一攬子智能控制方案，解決了高層建筑應(yīng)急照明系統(tǒng)能耗較高的問題。文獻[14]從宏觀層面介紹了照明工程評價原則，其中應(yīng)急照明作為照明工程的組成部分著重考慮適用性。文獻[15]介紹了新標準實施后體育場館的應(yīng)急照明設(shè)計，提出許多具體的設(shè)計方案。文獻[16]介紹了采用新標準設(shè)計的某大型體育場館照明設(shè)計，其中涉及了應(yīng)急照明內(nèi)容，可供照明工程師參考。文獻[17]從酒店業(yè)當前遇到的困境談起，提出了應(yīng)急照明系統(tǒng)是酒店經(jīng)營者和顧客共同關(guān)心的幾個重要問題之一，值得酒店項目照明設(shè)計師引起重視。文獻[18]介紹了某大型交通站廳的照明設(shè)計，該類建筑室內(nèi)空間較大，對應(yīng)急照明設(shè)計要求較高。文獻[19]結(jié)合英標應(yīng)急照明規(guī)范[20]介紹了國外應(yīng)急照明設(shè)計的基本理念，同時對國內(nèi)外設(shè)計差異展開了討論。文獻[21]和文獻[22]發(fā)表于應(yīng)急照明新標準執(zhí)行之前，介紹了我國照明工程師通過執(zhí)行《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》(JGJ 16—2008)[23]和《建筑照明設(shè)計標準》(GB 50034—2013)[24]等規(guī)范開展應(yīng)急照明設(shè)計時采取的技術(shù)手段，該技術(shù)手段與現(xiàn)有國際項目要求較為接近，具有參考價值。

從國內(nèi)外現(xiàn)有文獻可以看出，集中型應(yīng)急照明設(shè)計得到了各方關(guān)注，在項目中已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用。但國際項目，尤其是要求較高的高端項目應(yīng)急照明設(shè)計尚無文獻提及。根據(jù)筆者經(jīng)驗，國際項目應(yīng)急照明設(shè)計通常不采用智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能照明燈具的控制，而是采用復(fù)雜的電路設(shè)計來實現(xiàn)，考驗著照明工程師的電路功底，若沒有一定的經(jīng)驗，恐怕難以勝任該類項目的設(shè)計工作。

1 設(shè)計思路

開展國際項目應(yīng)急照明設(shè)計，應(yīng)首先熟悉相關(guān)規(guī)范，了解設(shè)計內(nèi)容，并分析各類規(guī)定下的設(shè)計方法。

1.1 國際規(guī)范討論

目前，國際項目參考較多的應(yīng)急照明設(shè)計規(guī)范為《應(yīng)急照明》(ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007)[25]，該規(guī)范由國際照明委員會(International Commission on Illumination，簡稱CIE)編制。另外，各國為了與國際規(guī)范保持一致，通常會根據(jù)本國語言和行文習慣重新表達該規(guī)范；比如《照明應(yīng)用—應(yīng)急照明》(BS/EN 1838：2013)便是該規(guī)范的歐標版本，其內(nèi)容實際上與前者基本一致[20]。事實上，我國也已經(jīng)將該規(guī)范開展了本地化工作，筆者便有幸參與了這項工作。

事實上，除了ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007規(guī)范的本地化外，各國也有適應(yīng)本國國情的應(yīng)急照明規(guī)范，比如我國的GB 51309—2018，而英標采用的是《應(yīng)急照明—場所應(yīng)急照明操作守則》(BS 5266-1：2016)[26]。除了國家規(guī)范，很多大型國際建筑設(shè)計事務(wù)所還會通過技術(shù)規(guī)格書的形式規(guī)定應(yīng)急照明的系統(tǒng)組成，尤其是在規(guī)范系統(tǒng)不甚嚴格的第三世界國家中。這些技術(shù)規(guī)格書通過引用英標或歐標，搭建起類似的應(yīng)急照明系統(tǒng)。

1.2 應(yīng)急照明設(shè)計解析

可以認為，ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007是各國應(yīng)急照明設(shè)計的總綱，研究該規(guī)范可以獲得應(yīng)急照明設(shè)計的主要輪廓。根據(jù)ISO 30061：2007(E)/CIE S 020/E：2007規(guī)定，應(yīng)急照明具體可分為5種情況[25]，具體如圖1所示。

圖1 應(yīng)急照明術(shù)語分類Fig.1 Classification of emergency lighting terms

如圖1所示，應(yīng)急照明分為疏散照明和備用照明，其中疏散照明又分為疏散路徑照明、開闊區(qū)域照明和高危險工作區(qū)域照明。疏散路徑照明的目的是辨認疏散通道內(nèi)的障礙物；開闊區(qū)域照明是為了停電時避免開闊區(qū)域人們的恐慌而設(shè)置的應(yīng)急照明；高危險工作區(qū)域照明是為了使處于高危險工作條件下人們合適地終止工作而提供的應(yīng)急照明；備用照明則是為了確保正常活動持續(xù)進行。

疏散照明包含的3種情況，都需要應(yīng)急照明設(shè)計師完成疏散標志燈和疏散路徑上提供照度的應(yīng)急燈具設(shè)計；而備用照明設(shè)計，則通常屬于特定房間的應(yīng)急照明設(shè)計。了解了各類照明的設(shè)計需求，便容易討論具體設(shè)計方案了。

2 控制方案

國際項目中，應(yīng)急照明通常兼做普通照明，其控制就必須與普通照明聯(lián)動。同時，國際項目應(yīng)急照明控制通常不采用集中控制方式，這就導致必須采用復(fù)雜的電路變換來實現(xiàn)控制功能。因此，執(zhí)行國際項目應(yīng)急照明設(shè)計任務(wù)時，有必要分析不同情況的控制任務(wù)，提供相應(yīng)的電路原理圖。

2.1 應(yīng)急照明任務(wù)分析

從應(yīng)急照明控制的角度來看，疏散標志燈的控制比較簡單，不論國內(nèi)規(guī)范還是國際規(guī)范，僅需保證其常亮即可。需要區(qū)分的情況在于提供照度的應(yīng)急燈具[27]，這些燈具使用場合多樣，不同的使用場合控制方式不同，必須提供相應(yīng)的電氣線路、結(jié)合產(chǎn)品功能，才能實現(xiàn)各類場合下的控制要求。

從控制要求的角度來看，應(yīng)急照明燈具有中央控制和就地控制之分。其中，中央控制常用于公共區(qū)域，而就地控制常用于獨立房間。中央控制即智能控制，是建筑物智能化的標志之一，也是現(xiàn)代建筑常見的控制方式[28]。應(yīng)急照明在非火災(zāi)狀態(tài)下用作普通照明時，為了保證照明效果的統(tǒng)一，應(yīng)急照明也必須與普通照明聯(lián)動，同時開關(guān)、同時調(diào)光。中央控制還可分為開關(guān)控制和調(diào)光控制兩類。通過分析控制功能可以提供符合要求的電路原理圖，便于為實際案例提供依據(jù)。

2.2 開關(guān)控制

開關(guān)控制可以通過定時功能實現(xiàn)，也可以通過就地安裝移動傳感器實現(xiàn)。應(yīng)急照明開關(guān)控制的具體控制方案有兩種，一種是燈具末端聯(lián)絡(luò)方案，一種是配電箱端聯(lián)絡(luò)方案。

(1)末端聯(lián)絡(luò)。如圖2所示，帶智能控制模塊的普通照明箱為普通燈具配電，可自動開關(guān)燈具；應(yīng)急照明燈具采用專用的驅(qū)動器，與普通燈具驅(qū)動不同，該驅(qū)動器除了供給應(yīng)急燈具電源，還通過應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線連接到普通燈具上，可獲得普通燈具的帶電信號，開關(guān)應(yīng)急燈具。與中國規(guī)范一樣，國際規(guī)范也要求斷電時應(yīng)急燈具自動點亮[29]；應(yīng)急照明箱通過箱間通信線獲得普通照明箱是否通電的信息，一旦普通照明箱斷電，應(yīng)急驅(qū)動可自動點亮應(yīng)急燈具。

(2)箱端聯(lián)絡(luò)。如圖3所示，普通照明箱為普通燈具供電時，應(yīng)急照明箱通過控制信號線連接到普通照明箱的配電回路出線端，獲得普通燈具的帶電信號，隨同普通燈具開關(guān)應(yīng)急燈具。同時，應(yīng)急照明箱通過箱間通信線獲得普通照明箱是否通電的信息，消防狀態(tài)時通過應(yīng)急驅(qū)動自動點亮應(yīng)急燈具。

2.3 調(diào)光控制

與開關(guān)控制一樣，調(diào)光控制也可以通過定時功能和安裝移動傳感器實現(xiàn)。

如圖4所示，帶智能控制模塊的普通照明箱分別通過配電線路和控制線路用于調(diào)光燈具的配電和控制，其中控制線路需采用調(diào)光控制器實現(xiàn)；應(yīng)急調(diào)光燈具采用的應(yīng)急驅(qū)動器除了供給應(yīng)急調(diào)光燈具電源，還通過應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線連接到普通調(diào)光燈具上，獲得普通調(diào)光燈具的調(diào)光信號，實現(xiàn)應(yīng)急調(diào)光燈具的調(diào)光控制。應(yīng)急照明箱通過箱間通信線獲得普通照明箱是否通電的信息，當消防狀態(tài)時普通照明箱斷電，應(yīng)急調(diào)光驅(qū)動自動點亮應(yīng)急調(diào)光燈具。

2.4 就地控制

在我國規(guī)范中，對達到一定面積指標的房間必須設(shè)置應(yīng)急照明做了具體規(guī)定[9]，但國際規(guī)范并無相應(yīng)規(guī)定。因此很多國際項目中，面積很小的房間也要求設(shè)置應(yīng)急照明。當面對各類房間的照明設(shè)計時，如何使應(yīng)急照明在滿足普通照明要求的情況下，達到消防時應(yīng)急點亮的效果，有單控開關(guān)控制法和雙控開關(guān)控制法兩種電路設(shè)計方法。

(1)單控開關(guān)控制。采用單控開關(guān)控制房間的燈具是最便捷的方式。如圖5所示，普通照明箱為房間內(nèi)的普通燈具供電時，就地開關(guān)采用了單控開關(guān)；應(yīng)急照明燈具的驅(qū)動器通過應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線連接到普通燈具上，獲得普通燈具的帶電信號，隨同普通燈具開關(guān)應(yīng)急燈具。同時，應(yīng)急照明箱通過箱間通信線獲得是否通電的信息，消防狀態(tài)時自動點亮應(yīng)急燈具。

(2)雙控開關(guān)控制。如圖6所示，普通照明箱為房間內(nèi)的普通燈具供電時，就地開關(guān)采用了雙控開關(guān)；應(yīng)急照明燈具的驅(qū)動器通過應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線連接到雙控開關(guān)一端，普通燈具配電線連接到雙控開關(guān)另一端；當雙控開關(guān)打在普通燈具端時，普通燈具點亮，而應(yīng)急燈具通過應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線探知后根據(jù)控制邏輯自動點亮，反之則都不點亮。同時，應(yīng)急照明箱通過箱間通信線獲得是否通電的信息，消防狀態(tài)時自動點亮應(yīng)急燈具。

圖6 應(yīng)急照明雙控開關(guān)控制電路原理圖Fig.6 Emergency lighting double control switch control circuit schematic

3 實施案例

電路原理圖表達了照明燈具的配電方案，但具體到實際案例中，圖紙的表達方式則不甚相同。一方面，電路原理圖無法直觀表達各類線路在多個空間內(nèi)的布置關(guān)系；另一方面，能達到相同目的的幾類電路原理圖，具體案例中還要經(jīng)過經(jīng)濟性比選。

3.1 項目介紹

本文以埃及新首都CBD項目中區(qū)酒店為例，介紹其應(yīng)急照明設(shè)計方法，并舉例具體設(shè)計內(nèi)容，以此管中窺豹，討論典型國際項目應(yīng)急照明設(shè)計思路。埃及新首都CBD項目采用了以技術(shù)規(guī)格書來規(guī)定應(yīng)急照明的形式，而其引用的規(guī)范為《中央安全供電系統(tǒng)》(BS/EN 50171：2021)[30]和《緊急疏散照明系統(tǒng)》(BS/EN 50172：2004)[31]等歐標，以及相應(yīng)的產(chǎn)品規(guī)范。

中區(qū)酒店建筑面積約140 000 m2，建筑高度約50 m，地上9層，地下2層，建筑功能包括客房、大堂、健身、餐飲、娛樂、停車、后勤等。中區(qū)酒店為五星級酒店，其照明設(shè)計具備常見的開關(guān)控制、調(diào)光控制、就地控制等。中區(qū)酒店夜景效果圖如圖7所示。

圖7 中區(qū)酒店夜景效果圖Fig.7 The night view of the central hotel

3.2 照明平面設(shè)計

根據(jù)前章所述電路原理圖，完成酒店照明平面設(shè)計，其中開關(guān)控制和就地控制分別采用2種電路連接，如圖8和圖9所示。

圖8 照明平面設(shè)計1Fig.8 The first of lighting graphic design

圖9 照明平面設(shè)計2Fig.9 The second of lighting graphic design

走廊1照明燈具采用調(diào)光控制，電路接線方式僅1種，因此圖8和圖9中走廊1的設(shè)計相同。走廊2和走廊3照明燈具采用開關(guān)控制，其中圖8采用了末端聯(lián)絡(luò)方式，圖9采用了箱端聯(lián)絡(luò)方式。3個辦公室采用就地控制方式，其中圖8采用了單控開關(guān)控制方式，圖9采用了雙控開關(guān)控制方式。

3.3 經(jīng)濟成本驗算

實際案例的設(shè)計中，除了完成功能性，還要對比設(shè)計的經(jīng)濟性。應(yīng)急照明所涉及的控制方式中，開關(guān)控制和就地控制都有不同設(shè)計方案，需根據(jù)實際情況對比經(jīng)濟性。假設(shè)各關(guān)鍵對比項見表1。

表1 經(jīng)濟性關(guān)鍵對比項表Table 1 Table of key economic comparison items

除如表1所示的各關(guān)鍵對比項外，末端聯(lián)絡(luò)和箱端聯(lián)絡(luò)其余各項均相同，則有：

F1=A1x1+B1y

(1)

F2=A2x2+B2y

(2)

F3=C1v1+D1w

(3)

F4=C2v2+D2w

(4)

對比開關(guān)控制采用末端聯(lián)絡(luò)還是箱端聯(lián)絡(luò)，有：

Fk=F1-F2=(A1x1+B1y)-(A2x2+B2y)=

(A1x1-A2x2)+(B1-B2)y

(5)

即對比Fk為正還是為負。通常情況下，應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線可就近連接普通燈具，故x1數(shù)量不會很大；而驅(qū)動是否帶應(yīng)急聯(lián)絡(luò)，費用差別并不很大，即(B1-B2)數(shù)據(jù)不會很大；因此Fk為正還是為負取決于A2和x2。在圖8和圖9的例子中，應(yīng)急照明箱和普通照明箱安裝在相同的豎井中，因此x2很??；但五星級酒店項目中，樓層平面布置復(fù)雜，一個應(yīng)急照明箱會對應(yīng)數(shù)個普通照明箱，各箱分布在距離很遠的豎井中，致使x2很大，這種情況宜采用末端聯(lián)絡(luò)方式。比如，中區(qū)酒店項目便采用了末端聯(lián)絡(luò)方式，即在圖8和圖9的例子中，選用了圖8中走廊設(shè)計方案。

對比就地控制采用單控開關(guān)控制還是雙控開關(guān)控制，有：

Fj=F3-F4=(C1v1+D1w)-(C2v2+D2w)=

(C1v1-C2v2)+(D1-D2)w

(6)

即對比Fj為正還是為負。由于兩種就地控制采用相同的應(yīng)急聯(lián)絡(luò)線和管材，故C1=C2；通常情況下，房間內(nèi)應(yīng)急燈具會就近連至普通燈具，也會就近連至控制開關(guān)，故可認為v1≈v2。因此式(6)可寫為：

Fj=(D1-D2)w

(7)

即Fj取決于雙控開關(guān)和單控開關(guān)的單價。一個工程中，還應(yīng)注意采購品類的數(shù)量，雙控開關(guān)使用場合有限，應(yīng)避免單獨采購以防占用庫存；同時雙控開關(guān)接線難度高于單控開關(guān)，提高了人工成本。綜合而言，就地控制建議采用單控開關(guān)控制方式，即圖8中辦公室的設(shè)計方案。

4 結(jié)論

本文提出了國際項目應(yīng)急照明設(shè)計中通常采用的電路原理圖，通過在實際案例中的應(yīng)用，對比了不同設(shè)計方案的經(jīng)濟性，并提出了相應(yīng)建議。本文首先討論了國際項目的規(guī)范引用，指出了重點討論方向；隨后分析了3類重點控制場景，提出了對應(yīng)的5個技術(shù)方案，并繪制了具體電路原理圖；最后通過實際案例，討論了5個技術(shù)方案的平面設(shè)計方法，還提供了2類場景的經(jīng)濟性對比建議。得到以下結(jié)論：

(1)2018年我國新版應(yīng)急照明規(guī)范頒布后，應(yīng)急照明設(shè)計越來越智能化，設(shè)計方案簡潔。但國際項目應(yīng)急照明設(shè)計多數(shù)采用220 V供電，且兼做普通照明，設(shè)計方案復(fù)雜。

(2)國際項目應(yīng)急照明設(shè)計的難點在于3類控制場景的電路設(shè)計，即開關(guān)控制、調(diào)光控制和就地控制。本文提供了2個開關(guān)控制方案、1個調(diào)光控制方案和2個就地控制方案，分別繪制了電路原理圖和平面設(shè)計圖，以此展示了具體設(shè)計方法。

(3)不同控制方案在不同項目中的經(jīng)濟性有區(qū)別。開關(guān)控制場景中，如果應(yīng)急照明箱和普通照明箱距離很遠，則末端聯(lián)絡(luò)方案優(yōu)于箱端聯(lián)絡(luò)方案；反之，則箱端聯(lián)絡(luò)方案更好。就地控制場景中，大多數(shù)情況下單控開關(guān)控制方案優(yōu)于雙控開關(guān)控制方案。

應(yīng)急照明設(shè)計體現(xiàn)了照明工程師很高的綜合素養(yǎng)，包括對國際規(guī)范的把控、照明產(chǎn)品的熟悉、實際項目經(jīng)驗的運用、設(shè)計效果的預(yù)測等。國際項目應(yīng)急照明設(shè)計從箱端到末端具有很高的整體性，如果不是設(shè)計之初便對整個系統(tǒng)清晰把握，后續(xù)的設(shè)計將會錯誤百出。我們未來將致力于更多國際規(guī)范的整理和分析，為我國基建走出去做出應(yīng)有的貢獻。