民用建筑設(shè)計(jì)中建筑防火技術(shù)應(yīng)用探究

摘要：民用建筑的防火設(shè)計(jì)會直接影響建筑火災(zāi)預(yù)防、控制與消防救援。合理、科學(xué)的防火設(shè)計(jì)既能增強(qiáng)建筑整體的防火性能，保障民用建筑的應(yīng)用質(zhì)量，提高消防救援水平，又能使人們在安全的民用建筑空間中活動。因此，民用建筑設(shè)計(jì)要高度重視防火技術(shù)的應(yīng)用。本文從民用建筑火災(zāi)的基本特點(diǎn)出發(fā)，深入分析民用建筑設(shè)計(jì)中常見的防火設(shè)計(jì)問題，進(jìn)而依據(jù)民用建筑防火設(shè)計(jì)的主要原則，提出民用建筑設(shè)計(jì)中防火技術(shù)的應(yīng)用，期望為加強(qiáng)民用建筑的防火性能提供支持。

關(guān)鍵詞：民用建筑；建筑設(shè)計(jì)；防火技術(shù)；應(yīng)用

引言

國家消防救援局公布的《2023年1月-10月全國火災(zāi)形勢報(bào)告》顯示，2023年1月至10月，共接報(bào)火災(zāi)74.5萬起，死亡1381人。其中，民用住宅建筑是火災(zāi)傷亡的最主要場所，火災(zāi)量高達(dá)24.4萬起，死亡人數(shù)達(dá)到979人，在火災(zāi)總量、火災(zāi)死亡人數(shù)總數(shù)中分別占有32.8%、70.9%的比重?？梢?，民用建筑火災(zāi)形勢嚴(yán)峻。這就要求建筑設(shè)計(jì)企業(yè)在開展建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐時，要著重加強(qiáng)防火技術(shù)的應(yīng)用。

一、民用建筑火災(zāi)的基本特點(diǎn)

近年來，不少學(xué)者對民用建筑，特別是高層民用建筑的火災(zāi)特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析，取得了豐碩的成果?；趯W(xué)者們的研究成果及筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，本研究對民用建筑火災(zāi)的基本特點(diǎn)做了如下歸納。

（一）火災(zāi)蔓延路徑多

民用建筑出現(xiàn)火災(zāi)時，火災(zāi)會通過多種路徑進(jìn)行大范圍蔓延。受建筑內(nèi)部的“氣壓和風(fēng)速”[1]影響，氣流快速流動，火勢愈演愈烈；通過建筑內(nèi)部配置的各種垂直管井，包括但不限于排氣管、電梯井、電纜槽、管井等，垂直進(jìn)入上方樓層。除此之外，建筑內(nèi)部的電路電線布局也是火災(zāi)的橫縱向蔓延路徑。在多種蔓延路徑的加持下，民用建筑火災(zāi)會快速擴(kuò)大。

（二）火災(zāi)蔓延速度快

火災(zāi)出現(xiàn)后，會在熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射等的作用下快速蔓延，并釋放出一氧化碳等有毒物質(zhì)。若火災(zāi)蔓延路徑中存在諸多助燃物，如低燃點(diǎn)的建筑材料、堆積的紙質(zhì)雜物等，火勢蔓延速度將進(jìn)一步加快，火勢也會隨之增大。相較于此，在火災(zāi)出現(xiàn)后，人員大量涌入安全樓道，導(dǎo)致樓道擁擠，疏散速度大幅降低，極易受到火災(zāi)傷害。

（三）管道煙囪效應(yīng)強(qiáng)

火災(zāi)發(fā)生后，民用建筑中的垂直坡度空間，包括電梯、樓梯、管井、排氣管道、溜槽等會出現(xiàn)空氣強(qiáng)對流，促使火災(zāi)煙霧順著這些垂直坡度空間不斷向上、向下進(jìn)行熱交換，最后通過垂直豎管排入上層或下層建筑或直接排出建筑物。管道煙囪效應(yīng)出現(xiàn)后，建筑火災(zāi)會呈現(xiàn)出“破壞力大、撲救難度高、火災(zāi)蔓延途徑多”[2]的特點(diǎn)，除火源建筑的上下樓層會被帶動著起火外，鄰近民用建筑中的易燃物質(zhì)也會被帶動著燃燒，從而使整體火勢出現(xiàn)疊加效應(yīng)，愈發(fā)猛烈，受災(zāi)范圍也因此越來越大。

二、民用建筑設(shè)計(jì)中常見的防火技術(shù)問題

（一）忽視規(guī)范要求

目前，不少民用建筑設(shè)計(jì)師在做防火設(shè)計(jì)時，都傾向于依靠過往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而不注重嚴(yán)格遵循《民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《汽車庫設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定，也不對民用建筑的防火需求進(jìn)行定量分析并提前預(yù)測，導(dǎo)致民用建筑的防火設(shè)計(jì)難以高效預(yù)防火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。例如，在設(shè)計(jì)防火分區(qū)時，不少建筑設(shè)計(jì)師會依照過往經(jīng)驗(yàn)，給空間較大的民用建筑設(shè)計(jì)防火墻，而完全不考慮整體空間構(gòu)造，導(dǎo)致防火分區(qū)間距過大，火災(zāi)出現(xiàn)后，防火墻的防火效果不佳。同時，建筑設(shè)計(jì)師會依照經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)重量較大的防火卷簾，未考慮到建筑結(jié)構(gòu)可能不適宜防火卷簾安裝，導(dǎo)致部分建筑空間無法得到利用，防火分隔效果不理想。

（二）應(yīng)用耐火性能差的鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑中的成熟應(yīng)用，使越來越多的民用建筑，特別是高層民用建筑設(shè)計(jì)師愈發(fā)傾向于植入鋼結(jié)構(gòu)。這就給民用建筑的防火技術(shù)設(shè)計(jì)帶來了更多挑戰(zhàn)。眾所周知，雖然鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的整體性與穩(wěn)定性，但其耐火性能極差。在溫度急劇升高的條件下，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉能力、承重能力都會大幅降低。若溫度提高到450℃及以上，鋼結(jié)構(gòu)的承載作用會快速喪失，鋼結(jié)構(gòu)會彎曲變形。因此，在對建筑主體進(jìn)行設(shè)計(jì)時，建筑師應(yīng)盡可能減少鋼結(jié)構(gòu)的使用，著力加強(qiáng)建筑的防火功能。

（三）管井配置偏多

根據(jù)《建筑防火通用規(guī)范》，電氣豎井、管道井、排煙或通風(fēng)道、垃圾井等豎井應(yīng)分別獨(dú)立設(shè)置，而且井壁的耐火極限均不應(yīng)低于1.00h。若民用建筑空間不大，要盡量減少管井設(shè)計(jì)。就現(xiàn)有民用建筑設(shè)計(jì)來看，建筑師在為民用建筑，特別是高層民用建筑做防火設(shè)計(jì)時，都傾向于部署電纜井、供水井、排煙通道等豎向管井，不注重對這些管井做封堵設(shè)計(jì)，導(dǎo)致出現(xiàn)火災(zāi)時，煙霧會順著電纜井等各種豎向管井向上迅速蔓延，形成嚴(yán)重的煙囪效應(yīng)，連帶周邊建筑也被引燃，受災(zāi)面進(jìn)一步擴(kuò)大。

（四）電氣防火設(shè)計(jì)不完善

電氣防火設(shè)計(jì)不完善是民用建筑設(shè)計(jì)中常見的防火設(shè)計(jì)問題。電路電線排布無法滿足電氣設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的負(fù)荷，導(dǎo)致電氣設(shè)備無法啟動；在大功率燈泡附近設(shè)計(jì)植入燃點(diǎn)較低的可燃物，在可燃基底上排布熒光燈鎮(zhèn)流器，容易導(dǎo)致可燃物被燈光溫度輻射而燃燒，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。除此之外，在易燃易爆的室內(nèi)空間設(shè)計(jì)非防爆類的開關(guān)、燈具和電動機(jī)等，一旦建筑裝修施工不規(guī)范，電氣火災(zāi)就會極易出現(xiàn)；不按照電氣線路規(guī)范設(shè)計(jì)電路敷設(shè)方式與配電裝置，不對電氣線路做穿管保護(hù)，不對大功率器具做特殊保護(hù)等，都容易引起火災(zāi)。因此，不管是在建筑施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還是在建筑裝修設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，都要注重完善電氣防火設(shè)計(jì)。

（五）其他防火設(shè)計(jì)問題

除了上述四種防火設(shè)計(jì)問題，還有三類常見的建筑防火設(shè)計(jì)問題。一是防火隔離、安全疏散通道、避難層等未做合理設(shè)計(jì)。我國《民用建筑防火規(guī)范》詳細(xì)闡述了高層建筑物的排放煙系統(tǒng)配置要求，主張建筑設(shè)計(jì)師根據(jù)建筑本身的特點(diǎn)、建筑功能設(shè)置合理設(shè)計(jì)排放煙系統(tǒng)。在實(shí)踐中，建筑設(shè)計(jì)人員更考慮投資成本，而不按照既定規(guī)范合理、嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)上述防火點(diǎn)。二是火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)缺失。為節(jié)省建筑建造成本，建筑設(shè)計(jì)師經(jīng)常忽視完善自動噴水體系的設(shè)計(jì)，如忽視煙霧感知系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。三是忽視消防電梯、水泵、消火栓等防火配套的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致后期火災(zāi)預(yù)防存在諸多安全隱患。

三、民用建筑防火技術(shù)的應(yīng)用原則

民用建筑設(shè)計(jì)中的防火技術(shù)旨在將火災(zāi)發(fā)生的可能性降到最低，從而使火災(zāi)發(fā)生后可能造成的損害減到最小[3]。這就要求建筑設(shè)計(jì)師在開展民用建筑設(shè)計(jì)時，要嚴(yán)格遵守有效性原則、針對性原則、協(xié)同性原則。

（一）有效性原則

雖然民用建筑防火技術(shù)日新月異，有力推動了民用建筑防火水平、消防救援效率的提高，但不同民用建筑的特點(diǎn)不同，其防火技術(shù)需求不同。只有防火技術(shù)符合建筑火災(zāi)撲滅原理，能幫助消防人員快速控制火災(zāi)蔓延，才是真正有效的防火技術(shù)。

（二）針對性原則

在做防火設(shè)計(jì)時，建筑設(shè)計(jì)師要全面梳理建筑火災(zāi)演變過程，并依據(jù)針對性原則，對各個可能出現(xiàn)火災(zāi)的環(huán)節(jié)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的防火技術(shù)，確保民用建筑及人員的安全。

（三）協(xié)同性原則

民用建筑師要深刻意識到建筑火災(zāi)的復(fù)雜性以及滅火救援的專業(yè)性，根據(jù)協(xié)同性原則，按照火災(zāi)救援的專業(yè)需求，合理構(gòu)思民用建筑防火設(shè)計(jì)及防火技術(shù)，從而完成民用建筑防火設(shè)計(jì)與專業(yè)救援的有機(jī)結(jié)合，確保民用建筑在發(fā)生火災(zāi)時，消防部門能進(jìn)行快速、專業(yè)的救援。

四、民用建筑設(shè)計(jì)中防火技術(shù)的應(yīng)用

基于民用建筑火災(zāi)的基本特點(diǎn)與防火設(shè)計(jì)問題，本研究擬依據(jù)“預(yù)防為主，防消結(jié)合”方針以及防火設(shè)計(jì)三大原則，提出下列有助于降低民用建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的防火技術(shù)應(yīng)用策略。

（一）按規(guī)范合理布局防火結(jié)構(gòu)及等級

《民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《汽車庫設(shè)計(jì)防火規(guī)范》是經(jīng)過諸多建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐驗(yàn)證的科學(xué)規(guī)定。因此，在做民用建筑防火設(shè)計(jì)時，建筑設(shè)計(jì)師要注重落實(shí)規(guī)范要求，特別是在建筑防火結(jié)構(gòu)、建筑耐火等級方面。首先，按相鄰建筑外墻的最近距離，計(jì)算相鄰建筑間的防火距離。倘若建筑外墻設(shè)置了外部凸起的構(gòu)件，則按照凸起部分的最外緣部分計(jì)算[4]，從而確保建筑火災(zāi)出現(xiàn)管道煙囪效應(yīng)時，周邊建筑不會輕易被波及并燃燒。其次，依據(jù)“防消結(jié)合”理念，在民用建筑周邊設(shè)計(jì)環(huán)形消防車道，確保建筑火災(zāi)出現(xiàn)后，滅火作業(yè)場地能夠承受足夠大的消防車壓力。最后，在做民用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要適當(dāng)增大鋼筋保護(hù)層厚度[5]，增強(qiáng)建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級，從而使建筑鋼結(jié)構(gòu)被高溫?zé)峄鹬丝竞蟛粫霈F(xiàn)嚴(yán)重的變形，鋼筋與混凝土間的黏結(jié)力也不會大幅下降，盡可能避免火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

（二）合理劃分防火分區(qū)

合理劃分防火分區(qū)，既能在建筑火災(zāi)發(fā)生時，為受災(zāi)人員提供一定的避災(zāi)空間，又能為救援隊(duì)伍爭取更多的黃金救援時間，盡可能減少人員傷亡。因此，民用建筑設(shè)計(jì)師在做防火設(shè)計(jì)時，要著重合理設(shè)置防火分區(qū)。首先，系統(tǒng)考察民用建筑的人流量、物流量、空間結(jié)構(gòu)功能及內(nèi)外部情況等，針對性確立防火分區(qū)。其次，根據(jù)建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范細(xì)化防火分區(qū)，充分保障建筑物的防火安全，確保其不影響建筑物的正常使用。一般而言，防火分區(qū)劃分得越小，越有利于保障建筑物的防火安全。最后，防火分區(qū)按照其作用的差異可分為水平橫向防火分區(qū)、垂直豎向防火分區(qū)[6]。其中，橫向防火分區(qū)即橫向?qū)⒏鳂菍觿澐殖龇阑饏^(qū)域，以便火災(zāi)出現(xiàn)時，人們可快速使用滅火系統(tǒng)、防火水簾幕系統(tǒng)進(jìn)行防火。目前，常見的橫向防火分區(qū)為防火墻、防火門、防火卷簾。縱向防火分區(qū)旨在預(yù)防建筑火災(zāi)在樓層與樓層間豎向蔓延。目前，使用率較高的豎向防火分區(qū)主要為避難層、樓板以及防火挑檐等。值得一提的是，在設(shè)置地上防火分區(qū)時，要考慮不同民用建筑物間的距離。

（三）植入多種火災(zāi)探測技術(shù)

高可適用的火災(zāi)探測技術(shù)在民用建筑中的應(yīng)用，能有效解決人工報(bào)警不及時、不準(zhǔn)確的問題，充分提高建筑防火與消防救援水平。因此，民用建筑設(shè)計(jì)師在做防火設(shè)計(jì)時，要注重植入多種火災(zāi)探測技術(shù)，如植入集探測器、集中報(bào)警器、區(qū)域報(bào)警器于一體的自動警報(bào)系統(tǒng)。其中，探測器重在探測民用建筑內(nèi)部溫度及煙霧情況。若建筑內(nèi)部溫度超過警戒線，煙霧超標(biāo)達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)，集中報(bào)警器、區(qū)域報(bào)警器會同時發(fā)出警報(bào)，從而提醒建筑內(nèi)部人員快速撤離。應(yīng)用計(jì)算機(jī)防火模擬實(shí)驗(yàn)，監(jiān)控民用建筑各個區(qū)域的火災(zāi)情況，并結(jié)合建筑物的使用性質(zhì)、耐火性能以及運(yùn)行狀態(tài)，對建筑物的燃燒程度、煙氣高度、火焰溫度以及各項(xiàng)火災(zāi)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)量化[7]，準(zhǔn)確呈現(xiàn)火災(zāi)演變過程，充分反映火災(zāi)發(fā)展形勢，從而為消防人員提供參考，使他們根據(jù)建筑耐火性能、疏散性能、消防系統(tǒng)安全系數(shù)等快速選擇合適的滅火方式。

（四）完善其他建筑防火設(shè)計(jì)

民用建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多。除上述防火技術(shù)外，還要注重對其他建筑防火設(shè)計(jì)的完善。第一，電氣設(shè)計(jì)。依托PLC技術(shù)對建筑電氣設(shè)施進(jìn)行自動化控制，電氣設(shè)施統(tǒng)一采用低煙低毒的阻燃型線纜。在條件允許的情況下，給每條線纜裝配傳感器，實(shí)時監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)，及時規(guī)避線纜引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。第二，合理設(shè)計(jì)管道井結(jié)構(gòu)。民用建筑高度不足100米時，間隔2層-3層設(shè)一管道井，建筑高度超過100米時，間隔1層設(shè)一管道井。同時，要加強(qiáng)防火門設(shè)計(jì)，強(qiáng)化建筑防火性能。第三，完善疏散通道設(shè)計(jì)。要確保疏散通道暢通，沒有任何突出性構(gòu)件，包括門檻、墻體凸出材料等，防止逃生者受傷；要合理設(shè)置住戶門到安全出口的距離。若建筑高度超過54米，必須選擇剪刀樓梯且安全出口數(shù)量大于2個[8]，而且每個安全出口處都要配備足夠的滅火器、消防栓等滅火器材，確保建筑內(nèi)部人員在火災(zāi)中自我救助。

結(jié)語

綜上所述，民用建筑火災(zāi)具有蔓延路徑多、蔓延速度快、煙囪效應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，民用建筑設(shè)計(jì)師有必要依據(jù)有效性原則、針對性原則、協(xié)同性原則等，從民用建筑防火設(shè)計(jì)問題出發(fā)，提出有助于提高民用建筑防火性能的防火技術(shù)策略，充分提高民用建筑的防火水平。

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作者簡介：吳晨晨（1989- ），女，漢族，江蘇泰興人，本科，講師，研究方向：建筑。