高層公共建筑防火設(shè)計的相關(guān)探討

■陳 磊 ■廈門合道工程設(shè)計集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000

近十幾年來，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了飛速的發(fā)展，在建筑方面，各式各樣的高層建筑紛紛建立起來，這些建筑極大地豐富了城市的景觀，改善了人們的工作生活環(huán)境。其中高層公共建筑由于其功能日趨復(fù)雜，智能化程度和生態(tài)環(huán)保設(shè)施的不斷完善也帶來了用電設(shè)備和裝置的大量增加，這些都在無形中留下了各種安全的隱患。因此對高層公共建筑的火災(zāi)特點和消防設(shè)計要求都需要進(jìn)行研究、探討，適當(dāng)完善相關(guān)消防規(guī)范，以滿足消防安全的要求。

1 高層公共建筑消防工作的特點與難點

1.1 人員密集，疏散時間長

高層建筑內(nèi)可容納成千上萬人，以辦公建筑4 m2/人的人員密度估算，一棟5 萬m2的寫字樓可容納上萬人。而人員在建筑內(nèi)水平方向上的安全疏散時間只有幾分鐘時間，而相同距離的垂直疏散時間往往是水平疏散時間的10 倍左右，試驗表明，在一座50 層的公共建筑內(nèi)通過樓梯將人員全部疏散至一層安全區(qū)域大約要用2 個小時，這種疏散速度顯然極易造成重大人員傷亡。

現(xiàn)代的高層公共建筑的樓層數(shù)量很多，垂直的距離非常長，火災(zāi)發(fā)生時人們的逃生本能和恐慌心理很容易造成混亂的情況，而疏散通道并不寬敞，人群全部涌到比較狹窄的地方更容易造成擁擠，甚至發(fā)生踩踏事故，不利于安全疏散。

1.2 火災(zāi)蔓延途徑多且快，火勢迅猛

高層公共建筑里面存在著多種井道，比如樓梯間、電梯間、管道井、電纜井、排風(fēng)道等等，這些都極易在火災(zāi)來臨之際變成助火的通道，即“煙囪效應(yīng)”。一旦室內(nèi)起火，高溫火災(zāi)煙氣進(jìn)入這些豎井后，火勢會在煙囪效應(yīng)的作用下變得非常迅猛，由建筑物的下層很快蔓延到上層乃至整個建筑。另幕墻和主體結(jié)構(gòu)之間的縫隙由于封堵未做或破壞也是煙氣蔓延的主要途徑。如此一來，更易造成人員傷亡。

1.3 擁有較多的功能與設(shè)備，裝修量大，起火隱患多

隨著社會的發(fā)展，高層公共建筑的功能日趨復(fù)雜，同時由于其功能的需要一般有著比較高的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，所以各種設(shè)備如電氣化、智能化、綠色生態(tài)環(huán)保方面投入量非常大，且用電量大，這就遺留了比較大的安全隱患，一旦這些設(shè)備發(fā)生漏電觸電，容易形成點火源。另外，在高層公共建筑中，建筑物的內(nèi)部裝修材料中可燃化工裝修材料所占的比例很高，火災(zāi)發(fā)生后的煙氣中含有很多有毒的氣體，加上高層公共建筑的自然通風(fēng)條件均較差，缺氧甚至中毒現(xiàn)象很快就會出現(xiàn)，這對人們來說是非常嚴(yán)重的危害。

1.4 持續(xù)時間長，破壞性大

高層公共建筑的體量一般都比較龐大，在火災(zāi)剛開始時起火點不易準(zhǔn)確定位，故火勢容易蔓延;另由于高層建筑高度高，風(fēng)速大(實測表明，若建筑物10 米高處的風(fēng)速為5 米/秒，則在90 米高處風(fēng)速可達(dá)15 米/秒)，微小的火源在高處較大風(fēng)速的助力下極易蔓延成災(zāi)，一旦蔓延，火災(zāi)持續(xù)的時間就很長。此外由于現(xiàn)代都市人口眾多，建筑物比較密集，高層公共建筑發(fā)生火災(zāi)比較容易波及到附近的其他建筑，造成更大的破壞性。

1.5 火災(zāi)撲救難度大

目前我國國內(nèi)百米的高層建筑已經(jīng)是比比皆是，但大部分城市的云梯式消防車最大作業(yè)高度在30～45 米之間，少數(shù)大城市也才達(dá)到50米左右。根據(jù)對消防隊員實測，登高超過10 層時，心跳和呼吸次數(shù)明顯加快，不適應(yīng)撲救的需要;另一方面，一般消防員攜帶滅火器材徒步跑上六七層樓，其體力已經(jīng)疲憊不堪，基本喪失戰(zhàn)斗力的程度。顯然高層建筑的火災(zāi)已經(jīng)不能完全靠外力來撲救。

由于以上這些特點，高層公共建筑的火災(zāi)防治已經(jīng)引起了人們的普遍重視。有些專家明確指出，應(yīng)把這種火災(zāi)作為最重要的特殊火災(zāi)問題對待(其次是地下建筑火災(zāi)、油品火災(zāi)等)，加強其防治技術(shù)和撲救對策的研究。

2 高層公共建筑在防火設(shè)計時需要注意的問題

2.1 選用耐火、環(huán)保的建筑材料

建筑材料分為結(jié)構(gòu)材料和裝修材料兩大類，現(xiàn)在鋼材和鋼筋混凝土已成為高層公共建筑的主要結(jié)構(gòu)材料，如嚴(yán)格按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計和施工，整體框架和有關(guān)構(gòu)造都能滿足耐火要求;對裝修材料的要求是不燃或難燃，兼具環(huán)保，即便發(fā)生燃燒也不會產(chǎn)生大量的煙氣和有毒氣體。

2.2 采用傳統(tǒng)的防火平面化設(shè)計

(1)采用合理的建筑總平面布置。建筑物的總平面防火設(shè)計主要是從火災(zāi)安全的角度，根據(jù)建筑物的使用功能、消防高度、火災(zāi)危險性分類、耐火等級合理確定建筑物間的最小防火間距。其次為了便于消防車的通行，城市街區(qū)內(nèi)相鄰道路中心線間的距離不宜大于160 米，這主要是根據(jù)室外消火栓的保護(hù)半徑為150 米左右確定。當(dāng)建筑物沿街道部分的長度大于150m 或總長度大于220m 時，應(yīng)設(shè)置穿過建筑物的消防車道，確有困難時，應(yīng)設(shè)置環(huán)形消防車道。此外還應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范的要求合理布置消防施救場地。

(2)設(shè)計合理的防火分區(qū)，特別重視豎向防火分區(qū)的劃分。所謂防火分區(qū)是指采用防火分隔措施劃分出的、能在一定時間內(nèi)防止火災(zāi)向同一建筑的其余部分蔓延的局部區(qū)域。采用這一措施，可以在建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)時，有效把火勢控制在一定范圍內(nèi)，減少火災(zāi)損失，同時可以為人員安全疏散、消防撲救提供有力條件。

一般來說，防火分區(qū)分為水平分區(qū)和垂直分區(qū)，水平分區(qū)大家容易關(guān)注得到做法也相對成熟，這里主要強調(diào)垂直分區(qū)。從眾多火災(zāi)案例來看，火災(zāi)的發(fā)展過程水平方向上相對較慢，大約0.5 米/秒，而垂直方向上可達(dá)3～5 米/秒，如果垂直方向上的防火防煙措施不夠有效，那后果將可能是著火層以上數(shù)層甚至整個建筑的火災(zāi)蔓延，形成“煙囪效應(yīng)”，在高層公共建筑中更為明顯。因此，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016 -2014)精神，建筑高度不超過100 米的高層公共建筑，宜選擇不超過2 層，重要公共建筑宜每層應(yīng)作為一個垂直分區(qū);建筑高度超過100 米的高層公共建筑，每層應(yīng)作為一個垂直分區(qū)。垂直防火分區(qū)是通過一定耐火極限樓板及窗檻墻來實現(xiàn)，以及與之相應(yīng)的耐火封閉措施，多用于貫穿部位，比如中庭、樓梯、電梯、自動扶梯、各種管道孔口及變形縫、幕墻和結(jié)構(gòu)主體縫隙等部位實現(xiàn)分隔區(qū)域;

(3)設(shè)計合理的安全疏散系統(tǒng)。首先根據(jù)防火分區(qū)內(nèi)房間的使用功能查閱相對應(yīng)的人員荷載，乘以相對應(yīng)的面積計算出該防火分區(qū)的使用人數(shù)及需要的疏散寬度，再根據(jù)疏散距離合理分布樓梯位置并滿足各自防火分區(qū)的疏散寬度而盡量不采用分區(qū)間借用，樓梯形式嚴(yán)格按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016 -2014)執(zhí)行。火災(zāi)發(fā)生后，消防電梯是消防人員最為重要的交通和施救工具，需要單獨設(shè)置，而且要保證不同的防火區(qū)內(nèi)均有設(shè)置。

因為高層公共建筑是人員密集區(qū)域，所以發(fā)生火災(zāi)后，很難在短時間內(nèi)疏散全部人員，而且在火場之后也會有各種意外發(fā)生，所以能夠臨時避難的防火避難層就成為防火設(shè)計的一個重點。對于高層公共建筑來說，避難層與避難層之間的距離不能超過50 米，面積應(yīng)該完全滿足避難的人數(shù)要求，最好是設(shè)在消防電梯的出口處，并備有消防專線電話、消防栓以及消防卷盤。

除常規(guī)疏散系統(tǒng)外，設(shè)置輔助的安全疏散設(shè)施也是十分必要的，它一般為簡易實用的攀沿、滑翔等裝置，在高層公共建筑中主要為疏散陽臺(凹廊)、救生帶、避難橋、高層建筑自動緩降裝置等。另外也可突破現(xiàn)行規(guī)范考慮利用電梯疏散(僅限于本文討論)，國外已有利用電梯進(jìn)行火災(zāi)疏散從而提高逃生效率的，如911 南樓、96年廣島高層公寓有一半以上的人員是利用電梯逃離火災(zāi)現(xiàn)場的，近年來我國也有相關(guān)的案例，故不少學(xué)者已開始研究這一問題，并提出了一些方案。

(4)采用全面的火災(zāi)主動防治對策。在現(xiàn)代建筑的火災(zāi)中，主要依靠外來力量進(jìn)行撲救已很不現(xiàn)實，這樣往往會延誤滅火時機，造成重大損失。因此發(fā)展強有力的火災(zāi)探測、滅火與煙氣控制系統(tǒng)將成為高層公共建筑的基本火災(zāi)防治手段。

在高層公共建筑中主要采用感溫、感煙、火焰及復(fù)合式幾種探測器準(zhǔn)確探測到火情并迅速報警，并啟動自動噴水滅火系統(tǒng)達(dá)到滅火目的。由于水滅火機理兼具隔離法、冷卻法、窒息法等多種作用，因此成為高層公共建筑主要采用的滅火系統(tǒng)。

眾所周知，火災(zāi)發(fā)生后，造成人員傷亡的最大原因并不是火焰，而是火焰帶來的大量有毒煙氣。所以，在進(jìn)行高層公共建筑的防火設(shè)計時，必須設(shè)計合理高效的煙氣控制系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時有效控制煙氣的流動與蔓延，為人員疏散減少干擾。首先使用隔墻或擋煙垂壁劃分出防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)不大于500 平方米且不跨越防火分區(qū)，并在適當(dāng)部位設(shè)置一個或多個排煙口，通過設(shè)置合理有效的排煙系統(tǒng)和補風(fēng)系統(tǒng)有效排除燃燒產(chǎn)生的煙氣。

(5)特殊情況采用性能化防火設(shè)計。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會上出現(xiàn)了多種超高又兼具特殊功能的公共建筑，原有的處方式設(shè)計規(guī)范無法合理解決該類場所的防火設(shè)計問題，由此可采用近年來國際上建筑界和火宅科研界新提出的以火災(zāi)性能為基礎(chǔ)的“性能化建筑防火設(shè)計”。

建筑物的性能化防火方法主要涉及性能化防火分析、性能化防火設(shè)計兩個方面。性能化防火分析是根據(jù)高層公共建筑的結(jié)構(gòu)特點，通過定量計算，用某些物理參數(shù)描述出火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展過程，并分析這種火災(zāi)對建筑物內(nèi)的人員、財產(chǎn)和建筑結(jié)構(gòu)本身的影響程度，從而為采取合理的消防對策提供基本依據(jù)。性能化防火設(shè)計是在性能化防火分析的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的建筑物各種火災(zāi)防治系統(tǒng)的設(shè)計行動，它將綜合建筑物業(yè)主的安全要求、建筑物的現(xiàn)場條件、有關(guān)安全規(guī)范等，做出建筑物防火系統(tǒng)的具體設(shè)計方案。并且要對各種可采取的設(shè)計方案進(jìn)行比較評估，從中選出最終的實施方案，完成相應(yīng)的設(shè)計文件等。

性能化設(shè)計方法可使高層公共建筑的防火安全目標(biāo)、火災(zāi)損失目標(biāo)和設(shè)計目標(biāo)實現(xiàn)良好統(tǒng)一。相對傳統(tǒng)的處方式設(shè)計方法，它是一種新型的補充。

3 結(jié)語

為人們的工作與生活提供了極大便利的高層公共建筑，已是城市建設(shè)的一大趨勢，但是高層公共建筑發(fā)生火災(zāi)也會為人們帶來極大的危害，所以其防火設(shè)計一定要進(jìn)一步地加強和完善，進(jìn)而保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全以及高層公共建筑的使用安全。

［1］霍然，胡源，李元洲.建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論(第2 版)［M］.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.11.

［2］楊玲，張靖巖，肖澤南.建筑消防安全與性能化設(shè)計［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］葛良玉.淺議高層建筑消防驗收中的相關(guān)問題［J］.科技咨詢導(dǎo)報，2007(23).

［4］唐妙.高層建筑的火災(zāi)特點及防火設(shè)計的幾個問題［J］.廣東消防.

［5］楊琦.高層建筑結(jié)構(gòu)特點及其體系［J］.沿海企業(yè)與科技，2007(1).