高層建筑中消防滅火技術優化研究

1 引言

進入新時代，高層建筑數量不斷增加，規模不斷擴大，考慮到普通建筑所采取消防滅火技術無法直接用于高層建筑，因此，業內人士紛紛將目光聚焦于消防滅火工作，希望能盡快確定符合高層建筑特點與需求的全新技術方案。 以往圍繞消防滅火技術展開的討論多以普通建筑為研究對象， 研究成果的適用范圍相對有限，本文以揚州某高層建筑為例，從消防滅火角度出發，針對現有技術提出相應的優化策略，以期為日后高層建筑施工的高效開展助力。

2 項目概況

項目為揚州某高層建筑，該建筑由地下2 層，地上20 層組成，每層凈高為4 m，該建筑總高度為80 m。 地下建筑面積約20 000 m2，包括設備用房、車庫，地上面積約58 000 m2，其中，1~3 層為商場，建筑面積約12 000 m2，4~6 層為休閑、餐飲場所，7~20 層有住戶居住，該建筑總面積約78 000 m2。 建筑內部裝有火災報警器、噴水系統和疏散指示標等設施，為消防設施提供消防用水的泵房在地下2 層，消防控制室位于地下1 層。

3 高層建筑火災原因

2011—2020 年，國內較大以上火災情況如圖1 所示，結合圖1 能夠看出，我國火災總體走勢向好。 此外，應急管理部還會定期發布火災詳細數據，2020 年接報火災總數為25.2 萬，傷亡1 953 人，其中，受傷人數為775 人，死亡人數1 183 人，火災造成的財產損失約40 億，與2019 年同期相比，各項指數均有所下降，降幅分別是1.4%、12.8%、13.6%、0.5%。 其中，較大火災共65 起，較2019 年減少了10 起。

圖1 2011—2020 年國內較大以上火災情況（圖源：應急管理部）

由圖2 可知，雖然夜間是火災低谷，但由于夜間人們多處于睡眠狀態，無法及時發現火情并報警，導致夜間火災的傷亡率居高不下。 以0~6 時為例， 該時段發生火災的占比約13.7%，傷亡人數的占比高達43.6%。

圖2 火災時間分布（圖源：應急管理部）

高層建筑內部發生火災的原因較為復雜， 可以被歸納為以下幾類。

1）人為原因，如焊接人員未按要求開展焊接工作，或隨意丟棄尚未熄滅的煙頭[1]。

2）煤炭等常見可燃固體溫度提高至燃點，隨后發生劇烈燃燒。

3）可燃液體蒸發或泄漏，導致空氣所含可燃液體濃度超過允許范圍，遇明火發生火災。

4）燃氣及電氣事故，本文討論的建筑內部具有較多電氣設施，對應電線的敷設密度相對較大，隨著時間推移，設施絕緣體將出現不同程度的損壞，提高短路概率，進而引起火災。電氣事故則是指電氣設施所配備接地裝置出現故障，導致發生火災。

4 高層建筑火災特點

4.1 火勢蔓延速度較快

高層建筑結構普遍相對復雜，建筑內部設有管道、通風道，以上結構具有與煙囪相似的功能，有一定概率加快火勢的蔓延速度，加重火災影響。除此之外，建筑施工期間，施工方普遍傾向于使用新型材料，火災發生后，多數新型材料因外界溫度快速升高而熔化，產生大量高溫流體，進一步加快火災蔓延速度[2]。

4.2 疏散業主難度大

火災發生后，通常需要第一時間疏散業主，最大程度上保證業主安全。 高層建筑疏散業主的難度明顯大于普通建筑，原因是高層建筑內部結構復雜且人流量大， 極易因現場情況混亂導致業主受到二次傷害。

5 高層建筑消防滅火技術

5.1 充分利用建筑既有消防設施

5.1.1 消火栓

消火栓是高層建筑極為重要的消防設施， 專業人員到達現場后，便需打開消火栓并取出水槍、水龍帶，在著火點附近10 m 左右噴水，以確保火災盡快撲滅。本項目需要配置室外及室內消火栓，其中，室外消火栓流量以40 L/s 為宜，其數量取決于保護半徑、額定流量，一般情況下，單個消火栓的保護半徑均在150 m 以內。 確定數量后，便可沿建筑外圍進行布設，保證撲救面對應消火栓數量在2 個或2 個以上， 消火栓和建筑外墻之間的距離應達5 m 或以上。 室內消火栓需要加入8支水槍，任一豎管的流量均應達到15 L/s，由高壓給水系統負責供水，除特殊情況外，均應將給水管道敷設為環狀，同時保證消火栓位置醒目、便于取用。 另外，本項目所配置室內消火栓還要滿足以下要求：

1）任一平面、任一部位均有2 支水槍對應[3]；

2）栓口動壓在0.35 MPa 或以上；

3）相鄰消火栓之間的距離不超30 m，栓口和地面之間的高度差應控制在1.1 m 左右，出水方向垂直墻面；

4）根據栓口出水壓力判斷是否需要安裝減壓裝置，若壓力超過0.70 MPa，則應安裝相應裝置，以免出水壓力過大，導致消火栓無法正常使用；

5）消火栓所接入消防水帶的公稱直徑以65 mm 為最佳，水帶內襯長度應達25 m 或以上。

5.1.2 自動報警系統

本項目設置的報警系統既要具有自動報警功能， 還要與建筑內部既有消防設備相連。 若建筑內部僅有一個保護對象，可以設置集中報警系統，同時對消防控制室進行設置，如果建筑內部有多個保護對象，則需要改用控制中心系統，由該系統負責報警，在發出信號的同時開啟應急照明等系統，為人群疏散、專業人員滅火提供便利。

5.1.3 消防電梯

現行規定明確指出，高層建筑內部應設有消防電梯，有關人員應保證各防火分區均有多臺消防電梯對應。 本項目對消防電梯所提出要求如下：

1）電梯需要逐層停靠，額定載重量在800 kg 或以上；

2）轎廂內部設有消防電話，入口設有專用按鈕；

3）電梯控制面板及相關纜線均要進行防水處理；

4）電梯內部鋪設材料均具有不燃性；

5）排水井實測容量需達2 m2，對應排水泵的實測排水量在10 L/s 或10 L/s 以上。

5.1.4 疏散照明燈

高層建筑需要在以下區域安裝疏散照明裝置：

1）防煙樓梯及消防電梯內部，水平照度應達5 lx 以上；

2）面積超過200 m2的場所，水平照度應達3 lx 以上；

3）地下空間，水平照度同樣應達3 lx 以上；

4）疏散通道，水平照度應達1 lx 以上[4]。 消防水泵房等性質特殊的區域需要增設備用的照明設備， 確保即使建筑內部發生火災，上述區域仍然能維持正常運行。

5.1.5 疏散指示標

實地調查發現， 本文所討論建筑已完成安裝疏散指示標的工作，為保證疏散指示標能充分發揮作用，有關人員按以下標準對既有指示標進行調整。

1）指示標位于疏散門上方，二者中線完全重合。

2）疏散通道、轉角均要設施指示標，指示標應高于地面，高度差不超過1 m。

3）相鄰指示標之間的距離應控制在20 m 以內，轉角距離不超過1m，袋形走道距離不超過10 m。

5.2 全面推廣自動噴水系統

自動噴水系統和常規噴水系統的區別， 主要是該系統無須人員24 h 看守，可以按照預設指令全天候監測，在發現著火點的第一時間將其消滅，杜絕二次引燃或其他情況出現。 該系統在消滅火勢較小的火災方面具有突出表現，因此，現已在諸多領域得到運用，將其用于高層建筑是大勢所趨。

現行設計規范要求，高層建筑應裝有自動噴水系統（除車庫外）， 若車庫車位達10 輛或以上， 同樣需安裝自動噴水系統。 本項目車庫、1~3 層對應火災危險等級均能達到中危Ⅱ級，其他區域的危險等級是中危Ⅰ級，因此，有關人員應保證安裝噴水系統的覆蓋面積可達160 m2或以上， 噴水強度則應達8 L/（min·m2）或以上。 在確定消防用水量時，既要考慮設計規范要求，還要考慮建筑內部各區域噴頭布局。 本項目選用噴頭的流量系數為80，對應公稱動作溫度在環境溫度以上，溫度差以30 ℃為最佳，濕式報警閥接入噴頭的數量應控制在800 只以內。 考慮到本項目面積約78 000 m2，而中危Ⅱ級噴頭所能覆蓋的范圍往往在11.5 m2左右，因此，通過計算可知，建筑所安裝噴頭數量為6 782 只，對應濕式報警閥數量為9 只。

5.3 科學設計防火分區

要想使消防滅火效率達到理想水平， 還應對設計防火分區的工作引起重視，通過科學設置防火分區，將建筑出現隱患的概率降至最低。 在設計防火分區時，應重點關注以下方面。

1）結合建筑結構、各層的主要功能，確定設計方案并選定施工材料。

2）對建筑底層空間進行設計時，需要考慮建筑對底層空間的定位和需求，在恰當位置安裝自動噴水系統，輔以必要的耐火設備，使耐火隔離效果達到預期。

3）重視高層空間設計，通過自動噴水系統與耐火墻相結合的方式，阻斷煙霧擴散路徑，為阻燃煙火提供保障。

5.4 保證疏散通道合理

本項目為商住兩用建筑，具有人流量大的特點，因此，應對疏散通道引起重視，通過增設防煙樓梯的方式，確保人群能被快速疏散、 轉移至安全空間。 有關人員綜合考慮多方因素后，最終放棄常規方案，改為環形走道，通過將走道與陽臺等空間相連接的方式，為火災發生后疏散、轉移人群的工作提供便利。 除此之外，考慮到高層建筑普遍存在較多樓層，要想使疏散效率達到理想水平，還應酌情增設避難區，避難區具有兩大功能，一是緩解恐慌心理，二是避免由于人群過于擁擠而出現踩踏等安全事故。

除特殊情況外， 高層建筑均應每隔10 層設置1 個避免區，根據實際情況調整避難區面積（可由下至上遞減），保證避難區容納人員數量符合現行規定。 此外，在設計避難區時還要考慮以下兩方面內容：其一，在避難區安裝相應的防火及防煙設施，使避難區更安全，將火災產生的影響降至最低；其二，科學連接各層疏散樓梯，提高消防滅火工作的有效性，為疏散效率提供有力保障。

6 結語