高層建筑防排煙設計中常見問題分析及對策

朱愛蘭

摘要：隨著我國城市化建設步伐的加快，各地高層建筑與日俱增。由于高層建筑規(guī)模大、功能復雜，一旦發(fā)生火災，逃生及救火難度極大。目前，我國關于高層建筑防排煙系統(tǒng)設計的很多規(guī)范，在設計細節(jié)上還有很多標示不清或缺失的情況，導致高層建筑設計以及建設過程中存有很多問題。文章闡述了目前我國高層建筑防排煙系統(tǒng)設計的結構形式，分析了設計中的常見問題，并根據多年的高層建筑防排煙系統(tǒng)設計經驗，提出了防排煙系統(tǒng)設計的主要對策，以供同行借鑒和參考！

Abstract： With the accelerating pace of urbanization in our country， the high-rise buildings in various places are increasing day by day. Due to the large scale and complex functions of high-rise buildings， in the event of a fire， escape and fire fighting are extremely difficult. At present， many norms on the design of smoke exhaust and control systems for high-rise buildings in our country are still unclear or missing in the design details， resulting in many problems in the design and construction of high-rise buildings. The paper expounds the structure form of the design of smoke exhaust and control system for high-rise building， analyzes the common problems in the design， and puts forward the main countermeasure based on many years of experience.

關鍵詞：高層建筑；防排煙設計；自然排煙；機械加壓；開窗面積

Key words： high-rise building；smoke exhaust and control design；natural smoke exhaust；mechanical pressurization；window opening area

中圖分類號：TU972.4+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0178-03

0 引言

自改革開放以來，我國經濟建設舉世矚目，各地高樓林立且在日益增加。高層建筑增加了建筑面積，提高了居住和辦公的舒適性，但正是因為高層建筑裝修標準高、功能復雜、人員數量較多，發(fā)生火災時，難以及時疏散，在一定程度上也增加了安全隱患。最近幾年，由高層建筑火災而引發(fā)的事故，呈明顯的上升趨勢，給國家、人民造成重大的生命和財產安全損失。而在這些高層建筑的火災事故中，只有30～50%的人員傷亡是由火燒直接造成，其余都是由于火災中的煙氣，導致人員窒息或中毒死亡。高層建筑在發(fā)生火災時，由于自身的“煙囪效應”，產生的大量煙氣迅速上升，對人員疏散、滅火行動有較大影響。

如何才能在高層建筑火災發(fā)生時，能夠及時排除建筑物內的煙氣，避免煙氣進入安全疏散通道，確保建筑物內人員安全疏散和消防人員開展滅火救援工作，降低由于煙氣導致的人員傷亡，是房建工程師們一直重點關注和尋求解決的設計目標。

本文首先介紹了我國目前常見的幾種建筑防排煙技術，分析了高層建筑防排煙設計中的幾種常見問題，提出了有針對性的防排煙設計優(yōu)化的對策，以供同行借鑒和參考。

1 高層建筑排煙技術

我國高層建筑目前常見的排煙方式主要有三種，自然排煙、機械排煙和機械防煙。根據《建筑設計防火規(guī)范》中的相關規(guī)定，高層建筑物內的排煙方式，可采用開啟外窗等自然排煙、機械排煙和機械加壓式送風。排煙是通過措施，將煙氣從煙區(qū)內快速排放到大氣中，而防煙則主要是利用某些措施，降低著火區(qū)域內的煙氣量，防止煙氣從有煙區(qū)擴散至無煙區(qū)。在高層建筑結構中，這兩部分稱為排煙系統(tǒng)和防煙系統(tǒng)，分別起到盡快排煙和防止煙氣進一步擴散的作用。

①自然排煙。自然排煙主要是利用室內外空氣的對流作用形成的風壓，將可燃物燃燒后的煙氣排至大氣。目前在高層建筑結構設計中，主要有豎井和外窗的無組織排煙形式；

②機械排煙。機械排煙是借助電動設備等外力，將建筑物內的煙氣和熱量排至大氣；

③機械防煙。機械防煙是利用電動設備向疏散路線或避難所等空間輸送風壓，防止煙氣進入無煙區(qū)。

2 高層建筑防排煙設計中的常見問題分析

①無法自然排煙。高層建筑具有一定的可開啟外窗面積，是確保可以自然排煙的基礎，但很多情況是，我們在設計高層建筑的排煙窗時，由于位置設置不當、結構形式不合理或面積不規(guī)范等影響，開窗的角度低于國家標準規(guī)定的>70°；

②排煙閥安裝位置不當。操作人員的操作技能或缺乏責任意識，錯誤安裝送風閥和排煙閥。

③防排煙機電設備不滿足標準要求。如配電設施或正壓送風系統(tǒng)的電負荷不滿足標準要求、系統(tǒng)未設置安全閥、金屬管未涂防火涂料等。

④風口和風閥的選擇不當、管道漏風。由于風口的設置不當，造成風口的有效面積偏小，再加之系統(tǒng)中的阻力過大，造成進風量不足；有些施工單位盲目增加風口的面積，導致風速過低；進風管道內的內壁沒有及時抹光、腳手架臨時鋼管洞等沒有及時修復等，這幾種現象，都無法通過風閥做出調節(jié)，使進風系統(tǒng)無法滿足有關規(guī)定的要求。endprint

⑤正壓送風系統(tǒng)壓差調節(jié)裝置的結構設計不合理。根據有關規(guī)定，防煙樓梯間與前室共用時，應在支風管位置安裝自動調節(jié)裝置，并設置單獨的送風系統(tǒng)。但是，目前的很多正壓送風系統(tǒng)由于技術能力的限值，無法設置相應的壓差自動調節(jié)裝置，其余壓值也無法高于前室或樓梯間。

3 高層建筑防排煙系統(tǒng)設計的主要對策

3.1 防排煙系統(tǒng)的主體設計思想

當高層建筑物發(fā)生火災時，產生的煙霧會引起逃生中的人們迷失方向或窒息死亡，其對人體的傷害要遠遠大于明火對人身的傷害。根據流體力學風的流動原理可知，煙霧的流動是由于風的流動、各通風系統(tǒng)間的壓力差或不同著火區(qū)域的溫差導致的氣體密度差而產生的，這三個因素都會引起煙囪效應，形成火災煙霧。現代高層建筑物內常存有很多易燃物品，如果出現火災，這些可燃物品將產生大量的氟化氫、二氧化碳和一氧化碳等有害煙霧，所以，在設計高層建筑物的防排煙系統(tǒng)時，不僅要考慮煙霧的擴散，還要考慮如何才能及時清除產生的有毒有害氣體。

理想的防排煙系統(tǒng)設計，應當在有限的空間內發(fā)生火災時，確保能夠迅速采取有效的措施，如：對非火災區(qū)域采用機械加壓送風并阻止火勢蔓延，及時排出由火災引起的熱量和煙霧等。

3.2 防排煙系統(tǒng)設計的常見問題控制對策

3.2.1 防煙系統(tǒng)的設計方法

高層建筑的防煙系統(tǒng)設計通常采用的是機械式加壓送風，在此類工程防煙系統(tǒng)設計過程中，應從下述幾點以強化設計的有效性：①提高送風量的計算精確性。機械式加壓送風的送風量是決定建筑物防煙系統(tǒng)整體安全性的決定性因素，而在對送風量進行計算時，常由于工作條件等多因素的制約，送風量的計算過程被簡化，造成計算得出的送風量不夠精確。針對于這種情況，在設計高層建筑物的送風量時，應先根據建筑物的整體結構設計，建立并健全一個完成的建筑模型煙塵控制區(qū)，從整體角度來確定送風量，提高防煙系統(tǒng)送風量計算的可靠性和整體安全性。②合理控制送風量及其范圍。防煙區(qū)域內的空氣泄露洞口越多、直徑越大，防煙系統(tǒng)向空間內加壓的送風量就越多，難以保證正壓值。而且，防煙區(qū)的防火門對送風量也會產生影響。針對于這種情況，在設計建筑物的送風量時，要根據防煙區(qū)域的加壓空間和計算的送風量大小，設計匹配的風量與范圍，確保高層建筑防煙區(qū)域設計的合理性。③優(yōu)化系統(tǒng)設計。如果建筑物發(fā)生火災，開啟著火層的送風口，對防排煙功能的作用和意義不大，所以，防煙系統(tǒng)的設計應重點考慮單點發(fā)生的火災。同時，要考慮如何能夠簡單且便捷的開啟著火層前室的送風口，增加系統(tǒng)設計的可靠性和經濟性。

3.2.2 排煙系統(tǒng)的設計方法

①建筑物的自然排煙，主要是根據煙氣自身的浮力而做出的結構設計。當發(fā)生火災時，若排煙窗處于迎風面，就會發(fā)生煙氣倒灌的情況。為了避免這種情況的發(fā)生，排煙窗可設計成弦窗或平移窗等方法，將煙氣排放到外部，降低煙氣倒灌的概率，且不影響正常的建筑物采光。但這種設計方法的施工成本較高，所以，如果條件允許，優(yōu)先選用機械排風方式。

由于高層建筑物的熱壓作用，建筑物內外空間的空氣存在壓力差，因此，室內防火、防煙分區(qū)可適當考慮自然排煙設計，防止冬季發(fā)生煙氣倒灌的現象。

②當建筑物發(fā)生火災時，建筑物內的溫度較高，產生的煙氣含有大量的可燃性氣體，當這些可燃氣體與空氣接觸后，易形成火焰并助燃。所以，為了確保人員疏散安全，建筑物的自然排風窗口的設計高度應大于蓄煙高度，并且排煙窗的位置應設置在1/2房間高度的上方。

總之，高層建筑物無論采用自然排煙或者機械排煙的設計方法，其最終目的為了疏散人群，降低煙霧對人們造成傷害。但是，當著火區(qū)域的煙氣溫度高于280℃時，就應該關閉排煙系統(tǒng)，以防加劇火災的的強度。

3.2.3 防排煙系統(tǒng)的具體設計

高層建筑防排煙系統(tǒng)設計，應考慮建筑物的建筑結構形式和應用特點，以安全為防排煙系統(tǒng)設計的基本出發(fā)點，再考慮如何降低施工成本、節(jié)省空間。《建筑設計防火規(guī)范》和《高層民用建筑設計防火規(guī)范》中，明確了高層建筑物防排煙系統(tǒng)設計的方案，并規(guī)定了一些細節(jié)設計的要求，具體內容如下：

①建筑物采用自然排煙的結構，其開窗面積要滿足如下規(guī)定：1）消防電梯間前室和防煙樓梯間前室，可開啟的外窗面積不得小于2m2，合用前室不得小于3m2；2）靠近外墻的防煙樓梯間，每五層可開啟的外窗面積不得小于2m2；3）當內走道的長度小于60m時，其可開啟外窗的面積應大于走道面積的2%；4）需排煙的房間，可開啟的外窗面積需大于該房間面積的2%。

②建筑物內設有機械式排煙的，排煙風機的風量要滿足如下規(guī)定：1）凈空高度大于6m的不劃防煙分區(qū)或有一個防煙分區(qū)排煙的房間，排煙風機的風量要按照大于60m3/（h·m2）；2）大于等于兩個防煙分區(qū)的排煙，排煙風機的風量不應小于120m3/（h·m2）；3）當高層建筑物裙房的上部采用的是可開啟外窗自然排煙時，其消防電梯的前室或合用前室、防煙樓梯及前室應設置局部機械排煙設施，排煙風機的風量要按照大于60m3/（h·m2）。排煙風機的排氣口要設置在靠近頂棚的墻壁或頂棚上。

③設置在頂棚上的排煙口，與周圍易燃或可燃物品的距離應大于1m，排煙口要有自動或手動關閉的功能。排煙區(qū)內的排煙口，距離最遠點的水平距離應≤30m。

④機械排煙系統(tǒng)可采用離心式或排煙軸流式風機，并要保證在280℃的環(huán)境溫度下，能夠持續(xù)運行30min。排煙系統(tǒng)的入口處排煙支管，要設置可自動停機的排煙防火閥，排氣管的材料要采用不可燃材質。

⑤在吊頂內安裝的排煙管要采用不可燃材料，且與可燃物間的距離不應小于150mm。地下室設置機械式排煙時，還要設置送風系統(tǒng)，送風量應大于排煙量的50%。

4 結束語

總而言之，高層建筑火災隱患多、救火難度大，在進行高層建筑的結構設計時，防排煙系統(tǒng)設計是極其重要的環(huán)節(jié)，其設計質量的好壞，對建筑物的使用安全和減少財產損失有著重要的影響。所以，設計人員要認真學習并掌握防排煙系統(tǒng)的設計理論，滿足國家相關規(guī)范的要求，確保防排煙系統(tǒng)設計的科學性與合理性。

參考文獻：

[1]GB50016-2006，建筑設計防火規(guī)范[S].

[2]GB50045-95（2005年版），高層民用建筑設計防火規(guī)范[S].

[3]段南.高層建筑設計中的排煙設計[J].企業(yè)導報，2010（10）：292-295.

[4]周燕來，朱國英.淺析我國高層建筑防排煙工程設計[J].知識經濟，2011（12）：83-86.endprint