建筑防火技術在高層建筑設計中的應用

1 高層建筑火災的特點

1）外墻面積大，易燃燒。 高層建筑是現代工程技術發展的產物，其特點是外墻面積大，保溫材料比較多，并且內外部都分布著比較多的易燃物，一旦發生火災，就會快速地蔓延到整個大樓，甚至是多處同時燃燒，形成立體性的火災勢頭，發生煙囪效應。 而樓層越高，風速也會越大，火勢蔓延的速度也會加快。 在高層建筑的風壓、風速持續影響下，火災燃燒時造成內部溫度的升高，煙囪效應更加嚴重，所以一旦發生火災后，后果極為嚴重。

2）火災撲救難度大。 隨著現代社會的發展，我國的建筑施工高度不斷地增加，很多建筑的總高度已經超過100 m，這種超高層的建筑如果發生火災事故， 消防車輛無法及時靠近和實施救援，不能發揮出消防救援的優勢，造成火勢失控。 通過目前高層建筑的火災發生情況分析， 很多火災事故都不能快速地撲救和處置，救援難度較大，火災危害性更大[1]。

3）人員疏散和救助困難。 火災發生后因為持續燃燒會產生大量的濃煙， 而建筑物內部的濃煙呈現出快速擴散的發展態勢，煙霧濃度大，能見度低，人在吸入濃煙后會給身體造成嚴重的傷害，外部救援不能及時到達，使逃生顯得更加困難。高層建筑的總體面積比較大，樓層數量也比較多，垂直和水平疏散距離都比較遠，且人員多，這些都會導致疏散工作量大，增加救援難度。

4）火災現場溫度高、毒氣危害大。 當前的高層建筑很多工程都是選擇使用高分子材料進行施工，在發生火災事故后，這些材料因為自身性能優越，使得內部空間密閉，燃燒物不能充分地燃燒，會產生一氧化碳等毒性較強的氣體，使人們造成中毒與窒息。 而新型的材料具備保溫隔熱效果，燃燒后產生的有毒氣體數量增多，人員逃生受到影響。

2 建筑防火設計

高層建筑在設計中選擇防火設計方案，有著較高的難度，同時也非常復雜。 首先，要明確建筑物的功能和用途進行防火設計；其次，要嚴格執行國家標準和行業規范，選擇最佳的消防設計方案，從而滿足消防設計的要求[2]。

2.1 明確設計范圍

對于建筑物的性質、用途及特點進行綜合分析，合理進行規劃與布局， 尤其是重點和難點部位要提出合理的防火設計方案，提高防火設計的水平。

2.2 確定消防安全目標

（1）總體目標：高層建筑防火設計總體目標是避免火災事故發生，保障人員生命和財產安全，盡可能地避免火災事故帶給人們的損失。 （2）功能目標：在建筑物發生火災后依然可以保持其功能的完整性，即人員安全不會受到侵害，可以及時將人員轉移到安全地帶，以免發生嚴重的傷亡事故。 （3）績效目標及相關指標：這是進行防火功能的細化，同時也是實現總體目標的基礎。 績效目標是綜合性評價消防設計方案的可行性與合理性，是否能夠達到預期的效果，經過綜合分析，避免發生遺漏的情況[3]。

3 建筑防火設計在高層建筑設計中的應用要點

3.1 合理地規劃總體布局

1）建筑物選址時，要選擇交通方便的地帶。 城市規劃的過程中，高層建筑周邊的交通必然是通暢的，和主干道的距離比較近，便于消防車輛進入以及人員疏散。

2）相鄰建筑的防火間距符合規定要求。 為了滿足登高消防車的通行需要，降低火勢蔓延的速度，在防火方案設計時必須確保相鄰建筑保持足夠的防火間距。 此外，還要加強現場管控，將危險性物質轉移到安全地帶。

3）限制裙房附體。 在我國建筑的國家標準中，規定建筑物沿著長邊或者周邊長度1/4 且不小于長邊長度的底邊長度有消防車活動場地，并且滿足人員疏散的要求。

4）對消防車道的具體要求。 高層建筑的周邊應該設置寬度在4 m 以內的環形消防車道，沿著建筑長邊方向布置車道。消防車道的設計要滿足通行的需要，并且要加強管理，避免存在消防車輛受阻的情況。

3.2 合適的防火間距和防火分區

1）合理進行消防分區。 在高層建筑設計的環節，要做好防火分區設計，從而達到防止火災的效果，降低發生火災事故的損失，給人們留有足夠的逃生空間。

2）布置最佳防火間距。 高層建筑要有足夠的防火間距，從而達到防火安全要求。 目前的高層民用建筑通常都會設置13 m 以上的防火間距，裙樓與主樓之間也要超過9 m 的防火間距，從而達到安全要求。

3.3 理性的安全疏散系統

3.3.1 水平方向疏散系統

對于水平方向疏散系統來說，其主要的區域就是走道，所以走道必須要有排煙滅火裝置、指示方向、照明設備等，使人們在疏散時可以順利地進行。 在設計的環節應考慮到如下內容：（1）疏散距離，滿足疏散的需要，給人們留有足夠的時間和空間；（2）樓梯布置，結合建筑的實際情況，不同的消防分區要合理地布置，至少應有2 個以上的安全出口，滿足消防疏散的需要；（3）走道形式，高層建筑走道通常以環形走道為重要的形式，如果現場條件較為特殊，可以采用袋形走道的新形式，首先要設定長度，再應用緩降器或者垂直出口方式逃生。

3.3.2 垂直方向疏散系統

該系統主要包含下列幾個組成部分。

1）樓梯疏散系統。 一類建筑與高度超過33 m 的建筑，要布置防煙樓梯；二類建筑應根據設計方案的實際要求，設置封閉或者敞開式的樓梯間。 此外，高層建筑以及裙房還應該布置獨立的樓梯間，避免兩側人員疏散存在相互干擾的情況，以保障人員的安全性。

2）消防電梯系統。 根據目前我國建筑的國家標準，對于高度超過33 m 的建筑項目，還有一類高層公共建筑，都必須設置半地下室或者地下室。 高度超過10 m 的建筑且總面積大于3 000 m2的地下或者半地下建筑，應安裝消防電梯。 與樓梯相比，電梯的速度更快，疏散的速度也會更快[4]。

3）避難層系統。 按照目前我國的防火設計標準與規范，其中規定在100 m 以上的高程建筑， 應布置專用的人員疏散避難層，每15 層都要設置一個避難層，加強對人員的保護。 通常來說，應該將避難層利用防煙樓梯之間進行分隔、交錯設置，而避難層并不是唯一通道， 其他的通道依然可以進行人員的上下疏散。

高層建筑疏散的時間較長，通常在1~2 h。 為了使得人員安全性得到保護，避免火勢的進一步蔓延，通常會在樓內布置多個避難區。 此外，消防人員可以通過避難層展開救援，樓梯內部的第一個避難層的樓面到救援現場的距離應該在50 m以內，通常間隔12~15 層設置一個避難區，兩個避難層間距在50 m 以內，面積按照5 人/m2設置，從而保證人員可以進入避難層，且具備照明、排煙等設施，達到安全性的要求。

目前， 我國使用的避難層根據圍護的結構形式分為以下類型。

1）敞開式避難層。 周邊沒有設置任何的圍護結構，就是敞開式的避難層，通常將其設置在頂層或者平屋頂上，結構比較簡單，成本比較低，但是防御能力較差，無法阻隔煙霧進入，也不能遮風擋雨，北方地區盡量不要使用。

2）半敞開式避難層。 周邊有高度在1.2 m 以上的防護墻，上部設置窗戶以及固定的金屬百葉窗，通風性能比較好，能夠自然排煙，還能預防煙氣入侵到內部，但是該避難層也不適用于北方地區，在寒冷的情況下難以達到應有的效果[5]。

3）封閉式避難層（間），周邊設置有耐火墻的結構，并且有獨立運行的排煙系統，外墻以及隔墻通常不會開啟窗戶。 如果需要開窗，則應用是甲級防火門窗。 該類型的避難層可以有效地阻隔煙霧侵入，并且內部溫度適宜，氣候條件干擾比較小。

3.4 完善的消防設備系統

1）高層建筑中的報警系統主要包含人工報警與自動報警兩種。 人工報警是通過人員撥打電話或者按下按鈕的方式，這種方式在火情緊急的情況下難以發揮作用。 自動報警主要是通過先進的傳感器設備進行報警，比如感煙探測器是在火災發生后煙霧探測后發出警報，而感煙傳感器是在火災發生后溫度變化而發出警報，發布比較及時。 當火災發生后，這些系統會給消防控制中心發出警告信息，可以達到防火的目的。 通常來說，將該裝置安裝在首層和消防車道附近，與外部聯系更加緊密。 根據目前的高程建筑設計需要，還會設置防火門與耐火墻。

2）高層建筑滅火系統。 高層建筑發生火災之后，以自救作為基礎方式，通常需要在內部設置多個滅火設備。 最初的設計方案中，以手動滅火、自動噴水等方式為主，分為開式與閉式兩種形式， 具體選擇的形式要根據建筑的性質以及氣候條件來確定[6]。

3.5 門窗設計和應用

建筑工程中的門窗是建筑物重要的組成部分， 同時也是重要的消防用具。 門窗不僅要滿足內部通風、 采光性強的需要，同時也要滿足火災逃生的需要。 當前我國的很多建筑都沒有布置消防救援專用窗口，為了能夠保障業主的生命安全，會在門窗中設置防護欄，這會阻礙消防救援的順利展開。 因此，在高層建筑的門窗設計中， 應該在每層一側的固定窗口設置專用救援窗口，同時還要有明顯的標識，禁止隨意變更，為火災發生后人員逃生提供機遇。

3.6 防火墻的設計和應用

雖然目前我國的建筑防火設計已經廣泛應用， 建筑標準和規范要求也比較高， 但還是要逐步對建筑防火標準和規范加以完善和改進，特別是對防火墻的設計要更加科學合理，它關系到人民群眾的生命與財產安全。 防火墻設計的核心是厚度、材料選擇，應用合適的防火墻材料可以達到建筑功能性的要求，還具備較高的防火性，防止在火災發生后出現倒塌的現象，給內部人員的逃生以及消防救援提供足夠的時間。 在防火墻的設計與施工中，應該避免進行開洞設計，特別是裝飾與裝修時，要避開防火墻，以免給其功能使用帶來不利影響[7]。

4 結語