高層建筑防火技術(shù)研究

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，土地資源日益稀少，建筑行業(yè)逐漸將重心轉(zhuǎn)移到高層建筑上，高層建筑數(shù)量大幅度增加，這雖然可以減少占地面積，但與單層、多層建筑相比火災(zāi)危險(xiǎn)性更大。近年來(lái)，與高層建筑數(shù)量急劇增加相對(duì)應(yīng)的是，高層建筑火災(zāi)事故也是逐年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)， 造成大規(guī)模人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失的火災(zāi)案例也屢見(jiàn)不鮮[1]。如2017 年倫敦公寓樓火災(zāi)、2022 年新疆烏魯木齊高層住宅樓火災(zāi)均傷亡慘重。 高層建筑防火的關(guān)鍵是源頭把控。 本文結(jié)合實(shí)際情況，從消防供水、室內(nèi)消火栓、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、安全疏散和防火防煙分隔等方面就高層建筑防火技術(shù)進(jìn)行探討[2]。

2 高層建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

2.1 蔓延速度快

在防火條件相同的情況下，與單層和多層建筑相比，高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性更高，且危險(xiǎn)性與建筑高度成正比關(guān)系。 高層建筑豎井、變形縫、管道較多，電梯井、通風(fēng)井、管道井等豎井使樓層上下相通，排風(fēng)管、水管、電線管等水平方向的管道通向各個(gè)房間，使整個(gè)樓層互相貫穿，在火災(zāi)發(fā)生后，便會(huì)如同煙囪一般，加快高層建筑火災(zāi)蔓延的速度[3]。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：火災(zāi)初期，煙氣在水平方向蔓延速度為0.3 m/s，如若未能及時(shí)控制， 煙氣迅速朝著更大范圍蔓延， 在燃燒最激烈的時(shí)段，煙氣以0.5~3.0 m/s 的速度朝著各個(gè)區(qū)域擴(kuò)散，垂直擴(kuò)散速度達(dá)到3.0~4.0 m/s。 同時(shí)，受風(fēng)速與氣壓影響，內(nèi)部空氣流動(dòng)速度加快，在無(wú)形中使火災(zāi)蔓延速度進(jìn)一步增加。

2.2 撲救難度大

與普通建筑相比，高層建筑樓層較多，樓高較高，超過(guò)消防車(chē)的供水高度，再加上可能受到高空線纜、樹(shù)木等障礙物的影響，消防車(chē)架設(shè)也會(huì)受阻，因此發(fā)生火災(zāi)時(shí)，高層建筑尤其是超高層建筑主要依靠?jī)?nèi)部的人員和消防設(shè)施開(kāi)展科學(xué)有效的自救。 在建筑物內(nèi)沒(méi)有安裝消防電梯或消防電梯不能正常運(yùn)行的情況下，如若在火災(zāi)初期未能控制好火勢(shì)，待消防救援隊(duì)趕到現(xiàn)場(chǎng)后，需要耗費(fèi)大量體力攜帶滅火裝備攀登上樓，在高熱、濃煙環(huán)境下，消防人員的視野受限，行動(dòng)困難，且大部分高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能眾多，消防人員容易迷失方向，不能快速到達(dá)著火層，消防器材也不能及時(shí)補(bǔ)充，增加了撲救難度。

2.3 人員疏散難度大

高層建筑住戶較多且樓層較高， 人員撤離與疏散難度較高，主要原因如下：一是建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在火災(zāi)發(fā)生后，人們常常驚慌失措，受煙霧影響使原本復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)更是仿佛“迷宮”一般，高層住戶到達(dá)避難層或者地面的用時(shí)較長(zhǎng)；二是電梯停運(yùn)，人員在疏散中只能步行到安全地帶，大量人員爭(zhēng)先恐后地逃生，加上煙氣干擾，在無(wú)專(zhuān)業(yè)人員疏導(dǎo)情況下，很容易出現(xiàn)踩踏事故；三是受火勢(shì)影響，高層建筑應(yīng)急廣播、照明等系統(tǒng)嚴(yán)重受損，無(wú)法正常投入使用，無(wú)形中增加了疏散難度。照明電源斷開(kāi)后，人們身處黑暗環(huán)境，視野受到煙霧遮擋，很容易緊張慌亂，且現(xiàn)代裝修常使用一些可燃材料，在火災(zāi)中釋放大量毒氣，令人窒息，若樓內(nèi)消防安全疏散系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，人員很難在火災(zāi)中快速有序地逃生，導(dǎo)致人員傷亡量增加。

3 高層建筑防火技術(shù)優(yōu)化措施

3.1 消防供水

1）消防水箱。 其作為重要滅火設(shè)施，其位置選擇十分關(guān)鍵，通常設(shè)置在建筑屋頂，借助自身重力供水，最低有效水位要滿足建筑水滅火系統(tǒng)最不利處的靜水壓力， Ⅰ類(lèi)高層公共建筑不小于0.1 MPa，如若建筑樓高大于100 m，則靜水壓力至少是0.15 MPa；Ⅱ類(lèi)高層公共建筑不小于0.07 MPa。針對(duì)臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)， 如若水箱高度無(wú)法為最差位置提供消防用水，需要增加穩(wěn)壓泵，若仍無(wú)法滿足水壓要求，還可設(shè)置隔膜式氣壓罐。

2）消防水泵。 根據(jù)消防給水系統(tǒng)壓力、流量等要求，合理選擇水泵型號(hào)與性能，每個(gè)水泵額定流量在10~320 L/s，消防水泵在運(yùn)行時(shí)可能在曲線上任何一個(gè)點(diǎn)，因此，需要電機(jī)功率應(yīng)能滿足流量揚(yáng)程性能曲線上任何一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行要求。

3）消防水池。 高層建筑應(yīng)根據(jù)建筑消防用水規(guī)定設(shè)置消防水池，用水量為消火栓、自動(dòng)滅火、水幕等同時(shí)啟用之和；如若室內(nèi)防護(hù)對(duì)象較多，可單獨(dú)計(jì)算消防需水量，以需水量最多的對(duì)象為主進(jìn)行選擇。

3.2 室內(nèi)消火栓

該設(shè)施的位置選擇應(yīng)做到科學(xué)合理、使用便捷，可安裝在樓梯間、休息室、走廊等顯眼處，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)可隨時(shí)使用，投入救援。 室內(nèi)消防栓的布置間距宜按直線距離計(jì)算，直線距離即點(diǎn)與點(diǎn)之間的直線距離，不考慮設(shè)備、家具、車(chē)輛、辦公桌椅等移動(dòng)障礙物的影響，但需考慮墻體遮擋的影響，當(dāng)出現(xiàn)墻體遮擋時(shí)，應(yīng)按折線距離計(jì)算。 在計(jì)算室內(nèi)消火栓間距時(shí)應(yīng)考慮消防水帶的長(zhǎng)度，由于消防水帶在設(shè)計(jì)水壓下轉(zhuǎn)彎半徑可觀，如直徑65 mm 的水帶轉(zhuǎn)彎半徑為1 m， 火災(zāi)時(shí)從消火栓到起火地點(diǎn)，建筑物可能有很多轉(zhuǎn)彎，造成水帶無(wú)法直接敷設(shè)，只能波浪式敷設(shè)， 轉(zhuǎn)彎的數(shù)量越多， 水帶的實(shí)際到達(dá)距離就越短，因此，消防水帶的長(zhǎng)度要按行走距離計(jì)算，進(jìn)行折減。

3.3 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的觸發(fā)組件在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能快速動(dòng)作，對(duì)火災(zāi)實(shí)現(xiàn)及時(shí)地自動(dòng)感應(yīng)而噴水滅火。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)滅初期火災(zāi)成功率高達(dá)95%以上， 因而提高自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應(yīng)用效率是高層建筑防火技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)以現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)[5]，與高層建筑特征相結(jié)合，使防火目標(biāo)、消防設(shè)施指標(biāo)設(shè)定等提前得以明確。 在噴頭的布置上，要重點(diǎn)考慮噴頭之間的間距、噴頭與障礙物以及噴頭與保護(hù)對(duì)象的距離， 確保噴頭灑水均勻分布，不受到阻擋，避免噴頭灑水滅火效果受到影響。 對(duì)于梁體下方的灑水噴頭， 在安裝時(shí)應(yīng)合理把控頂板與濺水盤(pán)間的距離， 二者應(yīng)控制在300 mm 以?xún)?nèi)， 且垂直距離設(shè)置在25~100 mm 范圍內(nèi)。 一些容易受損位置， 要對(duì)噴頭設(shè)置保護(hù)罩；部分噴頭為滿足設(shè)計(jì)要求，被隱蔽處理，在火災(zāi)發(fā)生后容易引發(fā)安全事故，如裝飾蓋板掉落、滑竿運(yùn)行異常，導(dǎo)致濺水盤(pán)難以降低到吊頂下方，抑制噴頭功效發(fā)揮，因而建議盡可能不選用隱蔽式灑水噴頭。

3.4 安全疏散

3.4.1 設(shè)置要點(diǎn)

高層建筑因結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 在火災(zāi)發(fā)生后人員撤離到安全地帶的用時(shí)較長(zhǎng)，需要在樓梯間、避難層等顯眼位置提前設(shè)置指示標(biāo)志，并結(jié)合高層建筑物特點(diǎn)、人員火災(zāi)撤離時(shí)的恐慌心理等，合理設(shè)定安全疏散參數(shù)，提前設(shè)置避難設(shè)施，盡可能使住戶快速、有序地撤離到安全地帶，避免和減少擁擠、踩踏等安全事故發(fā)生。 高層建筑應(yīng)加強(qiáng)消防通道檢查，要求疏散門(mén)的位置、數(shù)量、寬度與住戶人數(shù)相匹配，滿足火災(zāi)時(shí)人員快速、安全撤離要求。 在避難層設(shè)置疏散走廊，便于火災(zāi)狀態(tài)下住戶進(jìn)入走廊后安全進(jìn)入樓梯間， 到達(dá)地面； 消防走廊設(shè)置應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少轉(zhuǎn)彎，在走道內(nèi)不應(yīng)設(shè)置臺(tái)階、門(mén)檻，以免凸起物在疏散過(guò)程中成為阻礙，減緩逃生速度。

3.4.2 疏散樓梯間

當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，普通電梯的動(dòng)力將被切斷，且普通電梯不防煙、不防火，高樓層的住戶只有走樓梯才可進(jìn)入避難層或者到達(dá)地面，樓梯成為關(guān)鍵的火災(zāi)逃生設(shè)施，最好設(shè)置在電梯旁邊。 在火災(zāi)爆發(fā)后，住戶常常按照以往下樓的慣性逃生，而人們平常在高層建筑上下出入最常使用的是電梯， 疏散樓梯靠近電梯設(shè)置更易被人們發(fā)現(xiàn)， 在火災(zāi)發(fā)生后會(huì)順利找到這一路線逃生，有利于人員快速疏散。 樓梯間的布設(shè)應(yīng)緊鄰建筑外墻，帶有開(kāi)敞前室，不但日常采光充足，在火災(zāi)時(shí)還便于煙氣釋放與救援；樓梯間禁止堆放雜物，以免堵塞火災(zāi)安全通道，延長(zhǎng)逃生時(shí)間，增加傷亡率；一些封閉式樓梯間禁止安裝卷簾，除進(jìn)入避難層錯(cuò)位的疏散樓梯外，其他樓梯在各層的位置固定不變。

3.4.3 輔助疏散設(shè)施

為了保障高層建筑內(nèi)人員在遭遇火災(zāi)時(shí)更安全的疏散，可以因地制宜配置一些逃生疏散輔助設(shè)施，如緩降器、避難滑梯、縮放式滑道等。 緩降器是高層建筑的下滑自救器具，其操作簡(jiǎn)單，下滑平穩(wěn)，消防救援人員還可帶著一人滑至地面，可廣泛應(yīng)用[6]。 避難滑梯是高層病房樓理想的安全疏散設(shè)施，在火災(zāi)情況下，該樓層中的患者可在醫(yī)護(hù)人員協(xié)助下，經(jīng)過(guò)消防走廊進(jìn)入避難層，順著滑梯進(jìn)入安全地帶；這就要求重視滑道設(shè)計(jì)與選材，優(yōu)先采用金屬圈骨架形式，增強(qiáng)承重力，材料首選尼龍，發(fā)揮防火、耐磨的優(yōu)勢(shì)，日常折疊存放在頂樓，火災(zāi)時(shí)可開(kāi)啟釋放到地面，末端固定在錨固點(diǎn)上，患者有序滑降到地面。 條件允許情況下，也可直接用消防云梯從窗口救援，直接將被困人員帶到地面。

3.5 防火防煙分隔

3.5.1 防火分區(qū)分隔

在建筑物內(nèi)沒(méi)有安裝消防電梯或消防電梯不能正常運(yùn)行的情況下，如若在火災(zāi)初期未能控制好火勢(shì)，便會(huì)增加后續(xù)救援難度。 要求根據(jù)高層建筑實(shí)際情況，如高度、使用性質(zhì)等，合理分配防火分區(qū)，水平方向和垂直方向的劃分均應(yīng)考慮。 水平方向的防火分區(qū)，不同的危險(xiǎn)區(qū)域之間、重要的功能用房與其他區(qū)域要進(jìn)行防火分隔處理， 每個(gè)樓層應(yīng)根據(jù)實(shí)際和面積要求劃分防火分區(qū)。 垂直防火分區(qū)即“豎向分區(qū)”，可將火災(zāi)閉鎖到某一樓層，禁止擴(kuò)散到其他區(qū)域，以免增加經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡， 需要注意的是高層建筑的各種豎井是連通上下樓層的通道之一，也是火災(zāi)垂直蔓延的重要途徑。 為使井道外部火災(zāi)得到控制，避免朝著內(nèi)部擴(kuò)散，內(nèi)部也不擴(kuò)散到井道之外，因而井道要采取嚴(yán)格的防火分隔措施，針對(duì)以管道、排煙道為代表的豎井需要單獨(dú)安裝，井壁優(yōu)選阻燃性材料，墻體耐火極限應(yīng)超過(guò)1 h，墻壁門(mén)選用丙級(jí)防火門(mén)；對(duì)于需要穿越墻體的管道，需要用防火材料將孔洞封堵嚴(yán)密，避免成為防火漏點(diǎn)，使煙氣順著孔洞擴(kuò)散。

3.5.2 建筑幕墻防火分隔

隨著幕墻新型材料和施工技術(shù)的發(fā)展， 越來(lái)越多的高層建筑選用玻璃幕墻，但在火災(zāi)爆發(fā)后，溫度達(dá)到玻璃熔點(diǎn)使幕墻會(huì)出現(xiàn)裂縫，甚至爆炸，加速火災(zāi)在各個(gè)區(qū)域的擴(kuò)散，且玻璃縫隙、隔墻縫隙等都會(huì)成為煙氣蔓延的重要渠道，可謂是無(wú)孔不入。 這就需要針對(duì)玻璃幕墻建筑，做好防火分隔工作，多采用防火封堵手段，具體措施如下：在幕墻與各層樓板銜接位置，常常存在水平縫隙，可選用防火封堵材料，完善防火隔斷系統(tǒng)，預(yù)防煙氣、火焰從縫隙中蔓延；各層樓板還可增設(shè)實(shí)體墻，高度應(yīng)超過(guò)1.2 m，也可設(shè)置防火挑檐，寬度超過(guò)1 m；部分建筑室內(nèi)安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)， 消滅初期火災(zāi)成功率高達(dá)95%以上， 因而提高自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應(yīng)用效率，增設(shè)實(shí)體墻的高度可降低到0.8 m，其與樓板等主體結(jié)構(gòu)間的縫隙宜采用防火密封膠嵌縫處理。

4 結(jié)語(yǔ)