高層建筑消防安全與防火監督管理研究

李亞楠，任崇橋，聶兆東，任杰

（北京航天萬源科技有限公司，北京 100076）

1 引言

當前城市高層建筑結構復雜、跨度大且面積相對較為集中，導致高層建筑火災隱患較大。高層建筑樓層較高，常規的消防設備無法滿足消防滅火需求，故需做好消防安全與防火監督工作，從而最大限度地保障人民生命財產安全。國外對高層建筑消防安全與防火監督管理的研究涉及以下方面：火災發生、火災蔓延及火災撲滅；我國研究領域主要集中在消防安全技術及人員疏散規劃方面，在國外研究成果基礎上加以創新，從而提升高層建筑消防安全與防火監督管理工作的質量。

2 高層建筑消防綜述

為節約城市土地資源，城市建筑的發展趨勢正向“高空”發展，高層建筑數量大幅增長，但也引發了高層建筑消防安全及防火監督管理問題，成為當前城市化建設中的難題之一[1]。

以我國北方高層建筑火災情況為例，表1為其火災情況統計表。

表1 北方高層建筑火災情況統計表

統計得知，居住型高層建筑發生火災最多，其次分別為商場、賓館及娛樂場所。由表1可知，我國北方高層建筑每年均發生火災事故，且事故皆造成人員傷亡，對經濟發展產生不利影響。高層建筑火災特點如下：

1）高層建筑的消防隱患較多。高層建筑功能復雜且使用人數較多，建筑中的人員流動性大，導致其存在諸多消防隱患，如個人電氣設備漏電、廚房明火及未抽完的煙頭等。同時，高層建筑的煙囪效果相對明顯，倘若火災發生，其火勢蔓延速度較快。

2）當高層建筑出現火情時，撲救難度較高。在火焰燃燒過程中會生成大量煙塵及熱輻射，增加火災撲救難度。由于高層建筑樓層較高，常用消防設備的供水高度無法滿足滅火高度要求。

3）當火災發生時，高層建筑中的人員疏散工作難度較高。高層建筑內人員較多，組織疏散難度較大。尤其是賓館等公共性質的高層建筑，在不熟悉的環境中，人員疏散難度更大。濃煙中的人2~3 min會窒息暈倒，且易出現濃煙中毒，危及生命。

4）經濟損失較嚴重。高層建筑主要為鋼混建材，雖不會燃燒，但當火災使其溫度達到一定臨界點時，高層建筑的鋼混建材會出現裂縫，使其整體建筑強度下降，導致高層建筑受損且無法正常使用，進而影響當地的經濟發展。

3 高層建筑消防安全與防火監督管理對策

3.1 高層建筑消防安全技術

3.1.1 高層建筑內部消防栓系統設計

技術人員在設計高層建筑內部消防栓系統時，需明晰以下設計程序：甄選合適的消火栓及水帶型號，并計算水槍的充實水柱長度及設計流量；切實保證高層建筑內部的消防用水量，計算消火栓的保護半徑；明確建筑消防給水管網的管徑，并對消火栓給水系統所需壓力進行計算。

消防栓的水槍充實水柱長度的計算公式為：

式中，SK為消防栓水槍充實水柱的實際長度，m；H1為高層建筑的實際層高，m；H2為高層建筑消防栓的實際安全高度，通常情況下為1.1 m；α為水槍的上傾斜角度，通常將其設計為45°，也可根據實際情況對其進行調整，但最大傾斜角度不高于60°。高層建筑消火栓布置間距計算公式為：

式中，S為高層建筑消防栓之間的距離，m；R為高層建筑消防栓的保護距離（半徑），m；C為消防栓水帶展開之后的折減系數，通常情況下設置為0.8~0.9；Ld為水帶的實際長度，m；h為水槍傾斜角的橫向投影間距，m；b為消防栓的最大保護范圍，m，一般情況下，消防栓的最大保護范圍為走廊寬度及房間長度的總和。

消防栓的水壓計算公式如下：

式中，Hxh為高層建筑消防栓的實際水壓，MPa；Hq為水槍噴頭出水壓，MPa；hd為水帶中水頭損失，MPa；Hk為消防栓端口水頭損失，一般為2×10-4MPa；Qxh為水槍流量，m3/s；B為水槍水流系數；A2為水帶所產生的阻力，N；Ld為水帶長度，m。

3.1.2 高層建筑消防自動噴水系統設計

技術人員在對高層建筑消防自動噴水系統進行設計過程中，需明確以下設計原則：明確自動噴水系統所處的場所火災危險等級及其系統類型；計算其設計參數及管網水力；繪制管網平面設計圖，對其噴頭進行合理布置[2]。

自動噴水系統的噴頭流量計算公式如下：

式中，q為自動噴水系統中噴頭的流量，m3/min；P為自動噴水系統中噴頭的工作壓力，MPa；K為噴頭的實際流量系數。

若是對噴頭的理論流量進行計算，則可借助以下公式：

式中，QL為自動噴水系統中的理論流量，m3/s；qp為實際噴水強度，N/m2；F為噴頭的實際作用面積，m2。

式中，QS為自動噴水系統的設計流量，m3/s；qi為各個噴頭節點流量，m3/s；n為作用面積內的噴頭數量。

噴頭作為高層建筑消防自動噴水系統中的主要構件，其在消防安全及防火監督管理中發揮探測及控制作用。根據系統精密計算得出其噴水強度，以此明確噴頭類型。根據噴頭的工作壓力范圍明確其最大保護面積，從而計算噴頭的布置距離，需在自動噴水系統中存有備用噴頭，且備用噴頭數量不得少于噴頭總數量的1%。

在自動噴頭系統中，其報警模組也是重要的組成構件。通常情況下，由報警閥、延遲器及壓力開關等構件組成。其中報警模組一般可分為濕式、干式以及雨淋3種類型。

3.1.3 高層建筑消防安全管理監管平臺

在計算機技術及物聯網技術的推動下，高層建筑消防安全管理平臺得以全面構建。當高層建筑出現火災危險時，該監管平臺可調動高層建筑消防系統，并上報火災情況，其信息傳輸形式可分為兩種：（1）雙層集成網絡模式，其網絡結構如圖1所示。此網絡模式主要由管理計算機控制，計算機與中央站相互連接，同時下設分站，借助管理總線以及控制總線，實現對現場的監督。網絡模式中，自動化層主要用于發現異常。而管理層的功能，則在于對異常情況進行處理。兩者相互聯合，可形成一整套高層建筑消防安全監督管理流程，使管理工作順利進行。（2）3層集成網絡模式，相較于雙層網絡模式，其使用了通信協議，自動化層使用TCP管理協議，并使其與管理層相連接，其結構圖如圖2所示，網絡模式中，分站之下同樣設置了下屬站，而在管理層以及自動化層的基礎上，又設置了現場層，使管理更加便利且高效。

圖1 雙層集成網絡模式

圖2 3層集成網絡模式

在構建高層建筑消防安全監管平臺過程中，其邏輯結構是由邏輯層、業務層及數據層構成。邏輯層主要負責平臺的前端處理界面；業務層主要負責監管業務的規則處理；數據層主要負責對當前高層建筑消防安全監管平臺的數據信息進行存儲。

3.2 高層建筑消防安全與監督管理辦法

1）切實做好日常消防檢查，完善高層建筑消防安全與監督管理體系，完善高層建筑消防基礎設施，構建消防安全管理機制。高層建筑物業部門需定期檢查建筑內部單位的消防工作，聯合當地消防部門，開展定期的消防安全整治活動。同時做好消防安全宣傳，以此加強高層建筑使用人員的消防安全意識，使其在日常生活與工作中認清高層建筑消防安全與監督管理工作的重要性。日常消防檢查頻率需要有效控制，每日，工作人員均需要大面積巡查，確保及時發現明顯的消防異常。每月，應當開展一次詳細的高層建筑消防安全檢查行動，保證能夠發現細微的風險，并對其進行控制，以免風險擴大化。每年，應當徹底檢查消防安全設備性能有無異常，針對需要維修或更換的設備，需要立即處理，避免影響高層建筑消防效果。上述措施的實施，均有利于提高消防監督管理水平。

2）為切實保證高層建筑的消防安全，管理人員需充分開展建筑設計與施工工作，評估高層建筑的防火等級，制訂有效的防火設計規劃。要科學合理地規劃高層建筑消防布局，在高層建筑內部設置防煙防火區。同時制定科學合理的人員疏散及逃生路線，最大限度地縮短逃生距離。在施工過程中可優先使用不可燃建材，不可隨意更改建筑消防施工設計圖紙[3]。

4 結語

隨著城市化建設的加快，城市土地資源日趨緊張，使城市建筑向“高空”發展。高層建筑的發展代表城市現代化建設水平，但其自身存在火災隱患也是當前城市建設中面臨的重要挑戰。因此，需有關管理人員積極主動地做好高層建筑消防安全與監督管理工作，通過高層建筑消防安全技術構建自動化及現代化的高層建筑消防防火體系，并不斷完善與補充，以此推動我國高層建筑消防安全及監管工作的開展。