既有高層建筑加固工程消防安全技術研究

摘要：在城市化快速發展背景下，既有高層建筑因其設計和施工年代較早，往往存在消防安全隱患。這些建筑在材料、設計與現代消防標準之間常常表現出顯著差異，需通過加固工程提升其消防安全性能。加固工程包括結構強度的提升、防火隔離和疏散設施的優化等方面，旨在降低火災風險，確保居民和使用者的安全性。本文分析高層建筑消防安全現狀，探討了防火隔離與防煙系統的優化、自動噴水滅火系統的升級、消防電梯及逃生通道的改進以及耐火材料與結構加固技術的應用，旨在顯著提高既有高層建筑的消防安全水平。

關鍵詞：高層建筑；加固工程；消防安全技術

引言

在當代城市化的快速推進中，高層建筑作為城市天際線的重要組成部分，其安全性尤為關鍵。然而伴隨技術發展與規范變革，既有高層建筑在消防安全性方面往往顯得力不從心，迫切需要通過加固工程來提升其抗火性能與安全保障能力。加固工程的核心在于采用現代化技術手段和材料，對建筑物的結構、防火、疏散等關鍵性能進行全面提升，以滿足當前迫切的安全需求。

一、高層建筑的消防安全現狀

部分高層建筑的原設計可能與當前的消防安全規范脫節，導致在防火隔離、疏散通道、滅火系統等方面存在不足。目前，高層建筑的消防安全現狀呈現幾個明顯問題，包括老舊的消防設施難以滿足當前的安全需求、建筑材料和結構的耐火性不足以及應急疏散設計不合理等。首先，許多高層建筑的消防系統因年久失修，功能不全，如自動噴水滅火系統中的水泵和噴頭可能因長期未使用或維護不當而無法在緊急情況下正常工作。老化的火警報警系統故障率高，不能可靠地在火災初期提供警報，給居民的安全撤離帶來巨大風險。其次，一些高層建筑在材料選擇上未能符合防火標準，使用了大量易燃材料，如塑料基復合材料和未經處理的木材。這些材料一旦起火，火勢蔓延速度快，煙霧大，極大增加了火災的危險性和控制難度。此外，高層建筑的疏散設計往往未能充分考慮緊急情況下的人流密度和動線優化。許多舊樓的疏散通道狹窄、轉角多，不僅容易在疏散過程中造成擁堵，而且在火災中煙霧聚集也會使得視線受阻，增加逃生難度。疏散指示標識老化和不明顯以及應急照明系統不足，嚴重影響了在緊急情況下的疏散效率。最后，當前既有高層建筑消防安全加固措施往往缺乏系統性和科學性，加固工程可能僅僅集中在單一方面，如簡單增設噴淋頭或更新報警器，而沒有從整體上提升建筑的防火和耐火能力。有效的加固策略應當是全面的，不僅包括技術層面的更新，如使用先進的防火材料、安裝高效的自動滅火系統，還包括對建筑物進行結構強度評估和必要的結構加固以及優化建筑設計，改善疏散通道和安全出口的布局[1]。

二、高層建筑消防安全加固技術

（一）防火隔離與防煙系統優化

防火隔離技術涉及的關鍵參數包括防火墻的耐火極限和隔熱性能。根據ISO834標準，防火墻的設計須達到不低于120分鐘的耐火等級，其材料的熱導率應控制在05W/（m·K）以下。此外，防火墻的結構應確保在設定的耐火時間內能夠承受預期的結構負荷，其抗壓強度需達到50MPa以上，以保持結構在高溫環境下的完整性。在防火隔離區的設置上，建筑每層應設置至少兩個防火分區，每個分區的面積不應超過750平方米，防火隔斷應從樓層底板一直延伸到樓頂或建筑物外墻。

防煙系統優化側重于煙氣的有效控制和排放。煙氣控制系統應設計為自動激活，并與建筑的消防報警系統集成，確保在火災發生初期即可啟動。根據系統的具體技術參數，煙氣排放速度應不低于每小時十次的空氣更換率，以減少煙霧在建筑內部的聚集。煙道的設計應確保煙氣可以高效從發生火災的樓層向外排放，煙道的最小斷面面積應為015平方米，并且煙道的材料應具備至少90分鐘的耐火能力。

在防煙系統的實際應用過程中，煙感探測器的布置密度和位置是關鍵因素。根據有關標準，每個探測器應覆蓋的面積不應超過60平方米，探測器之間的最大距離不應超過91米。探測器應安裝在天花板上，與墻壁的距離應至少為01米。此外，系統應定期進行測試與維護，確保所有組件在需要時均能正常工作。

防火隔離與防煙系統的整體性能還依賴于智能化管理的集成。這包括將防火與防煙系統與建筑管理系統（BMS）進行集成，實現系統狀態的實時監控和自動調整，如防煙系統可以根據煙霧的分布自動調整煙氣排放的風扇速度和方向，從而優化煙霧的控制效果[2]。

（二）自動噴水滅火系統升級

系統設計必須考慮到建筑的具體布局和火災風險評估。例如，噴頭的布局應保證每個噴頭的有效覆蓋面積不超過12平方米，噴水密度需達到最少01升水/分鐘/平方米。為了適應不同區域的具體需求，噴頭的選型必須確保適合其安裝環境，如在高溫環境下應使用高溫型噴頭，其激活溫度從68°C至141°C不等。

在水源配置方面，系統需確保在任何情況下都能提供足夠的水量和水壓。根據建筑高度和系統設計，水泵配置必須能夠達到至少40巴的壓力，以確保水流可以有效到達建筑的最高層。水源系統還應包括足夠容量的蓄水池，其設計容量通常基于系統在30分鐘內全面運作的需求，確保即使在市政供水中斷的情況下也能獨立供水。

控制系統更新也是自動噴水滅火系統升級的關鍵。現代化的控制系統應采用可編程邏輯控制器（PLC），能夠實時接收來自火災探測器的信號，并根據預設的邏輯進行快速反應。這種控制系統可以根據火災大小和位置自動調整噴水范圍和強度，優化資源使用并最大限度減少火災損失。

升級工程還應包括對系統各部件的定期檢測和維護，確保在緊急情況下系統的可靠性。檢測活動包括對噴頭功能的月度檢查、對管道和連接的年度壓力測試以及對水泵的半年度運行測試。這些維護操作確保系統在關鍵時刻能夠無縫啟動并有效運作[3]。

（三）消防電梯及逃生通道改進

消防電梯的轎廂內部應有至少08米寬的自由空間，以便運載消防設備和人員。電梯井道和機房必須具備至少2小時的耐火極限，確保在火災情況下電梯結構不會失效。電梯控制系統應能自動切換到緊急操作模式，允許消防員控制電梯的運行，而電梯的電源供應應通過備用電源系統獨立于建筑主供電系統，確保主供電失效時電梯依然能夠運行。

對于逃生通道的改進，技術要求包括確保通道寬度和高度滿足快速疏散的需求。按照國際消防安全標準，任何逃生通道的最小寬度不應少于11米，以支持大流量的人員疏散。逃生通道的地面應使用防滑材料，并保持通道內無障礙物，以防在疏散過程中發生跌倒或堵塞。逃生通道應配備持續至少90分鐘的緊急照明系統以及清晰可見的疏散指示標志，確保即使在電源中斷或濃煙條件下也能指導人員安全疏散。

逃生通道的改進還需考慮防煙措施，以減少火災時煙霧的侵入。根據煙控標準，逃生通道應設有自動閉合的煙霧隔離門，每隔一定距離設置煙霧排放口，確保煙霧不會在逃生通道內積聚。煙霧排放系統的設計應確保煙霧能夠在火災初期迅速排出，從而維持逃生通道內的空氣質量[4]。

（四）耐火材料與結構加固技術的應用

耐火材料包括改性混凝土、耐火石膏板以及高性能防火涂料等，如改性混凝土使用硅酸鹽水泥作為粘結劑，其中添加的聚丙烯纖維能在高溫下融化，形成孔隙，從而降低混凝土的導熱性，提高其耐火性能。具體而言，改性混凝土的耐火極限可以達到240分鐘以上，其熱傳導系數應保持在01W/（m·K）以下。耐火石膏板是另一種常用的耐火材料，其基本組成是石膏與纖維增強材料的混合體。這種石膏板的厚度通常在125毫米到25毫米之間，其耐火極限為60分鐘到120分鐘，具體取決于板材的厚度和密度。耐火石膏板在火災中能有效阻隔火焰和熱傳導，是室內隔斷墻和天花板常用的防火材料。

在結構加固技術方面，常見的方法包括鋼結構的外包裹、碳纖維加固以及使用外預應力系統。鋼結構外包裹技術涉及在現有鋼結構表面添加一層防火保護層，如耐火涂料或耐火包覆。這種耐火涂料能在高溫下膨脹，形成隔熱的保護層，其厚度通常在10毫米到50毫米之間，可以顯著提高結構鋼的耐火極限至90分鐘以上。碳纖維加固技術是通過在混凝土結構表面貼覆碳纖維布來提高其承載力和抗彎性能。碳纖維具有高強度和低熱膨脹系數的特性，使得在火災情況下能保持結構穩定性。這種加固方法不僅提高了結構的抗震性能，還有助于防止在極端溫度下的結構損壞[5]。

三、案例研究

某商業辦公大樓興建于1980年，該大樓位于人口密集的市中心區域，共有25層，原設計并未完全符合當前的防火規范。為了提升其消防安全標準，該大樓經歷了一系列消防安全技術的升級和加固。首先，針對原有消防系統的不足，項目團隊引入了最新的自動噴水滅火系統。這一系統的設計確保了全樓的每個關鍵區域和逃生通道都裝備了高效能噴頭。這些噴頭設計為快速響應型，能在火災發生后的初期自動啟動，最大限度控制火勢蔓延。系統的水泵和水源配置經過特別設計，確保在火災期間可以持續供應足夠的壓力和水量，以支持系統的高效運作。在結構加固方面，考慮到建筑年代較早，結構安全性的提升是本次升級的另一重點。采用了碳纖維加固技術對建筑的承重柱和梁進行加固，這種材料不僅提高了結構的承載能力，而且由于其低熱膨脹系數，在高溫環境下依舊能保持結構的完整性。所有外窗都被更換為雙層耐火玻璃，以減少熱能傳遞和提高整體的隔熱效果。

通過在改造后的大樓中進行模擬火災演練和多輪安全評估，數據顯示，安全性得到顯著提高。改造前，大樓在模擬火災測試中，火勢可能在發生后的30分鐘內得到控制；改造后，同樣條件下的火勢控制在了10分鐘內。自動噴水滅火系統的反應時間從激活到噴水平均為15秒，遠快于改造前的45秒，改造前后評估對比如下表3。

從上述對比結果來看，加固和技術改造顯著提高了建筑的消防安全性能，不僅有效延緩了火勢的擴散速度，也大大減少了因火災可能導致的人員傷亡和財產損失。結構的加固也提升了建筑對火災等緊急情況的抗災能力，為所有樓層的人員提供了更強的安全保障。

表3改造前后對比參數改造前改造后火勢控制時間（分鐘）3010系統激活到噴水的時間（秒）4515結構承載力增加比例（%）—20

結語

消防安全技術不僅能夠推動建筑技術領域的創新和進步，還能提供科學、系統的解決方案，為城市安全管理提供堅實的技術支持。這項工作的深遠意義在于它關乎廣大城市居民的生命安全和財產安全，同時也關系到城市的可持續發展和社會穩定。參考文獻

[1]房娟.高層建筑消防設備的安全管理研究[J].中國設備工程，2024（06）：63-65.

[2]張添翼.基于AHP的高層建筑消防安全綜合治理成效評估[J].中國人民警察大學學報，2024，40（02）：58-61.

[3]邱帥哲.高層建筑消防安全問題及防火監督策略研究[J].水上安全，2024（01）：137-139.

[4]臧鵬.城市高層建筑消防安全要點研究[J].工程建設與設計，2023（24）：46-48.

[5]徐孟強.高層建筑消防安全監督管理的優化策略[J].今日消防，2023，8（11）：69-71.