室外連廊連接單一出口高層住宅火災隱患分析

作者簡介：

王偉（1965— ），男，漢族，山東濟南人，大專，一級注冊建筑師，研究方向：建筑設計及消防；于麗華（1971— ），女，漢族，山東威海人，本科，一級注冊建筑師，研究方向：建筑設計；葛建福（1978— ），男，漢族，山東濰坊人，本科，一級注冊建筑師，研究方向：建筑設計及消防。

摘要：住宅建筑中高度不大于54m的高層住宅應用較多，采用連廊連接安全疏散樓梯的戶型，因可改善中間戶型通風條件并節約公攤面積，而被房地產開發企業廣泛采用；每個住宅單元當采用室外連廊連接唯一安全出口時，存在消防安全隱患，將對人員疏散產生嚴重影響；此隱患比較隱蔽，并未引起各方關注。本文從火災發生后的煙氣擴散入手，通過分析煙氣來源及擴散特點，提出新建及既有此類住宅的改善方法，并對消除此隱患進行探索性研究，提升此類高層住宅的消防安全水平。

關鍵詞：高層住宅；有機材料的燃燒；煙囪效應；室外連廊

引言

隨著社會經濟的高速發展，城市建設日新月異，高層建筑因顯著的土地節約優勢被大中城市所廣泛采用，其數量也迅速增加，這些高層建筑是城市經濟繁榮的標志。高層建筑發生火災蔓延速度快、撲救和逃生難度大的問題，隨著高層建筑火災的不斷發生日益受到人們的關注。特別是在城鎮中占比最多的高層住宅，其預防火災、減少人員傷亡的重要性更不能被忽視。

一、有機保溫材料的燃燒性能及特點

在住宅建筑領域，常用的外墻保溫材料大體分為三類：無機保溫材料、有機保溫材料以及復合保溫材料；其中有機保溫材料因其較低的導熱系數（0024～0039W/（m·K））、較輕的表觀密度（18～25kg/m3）、適度的垂直于板面方向的抗拉強度（≥01MPa）^[1-2]以及價格相對低廉和便于現場施工的優勢，在住宅建筑外墻保溫工程中得到了廣泛的應用；

在住宅建筑領域，常用的有機保溫材料主要是聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板和擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）板，這兩種板材都是可發性聚苯乙烯顆粒經加熱發泡工藝加工生成的泡沫塑料板，聚苯乙烯泡沫塑料的主要化學成分是聚苯乙烯（C8H8）N^[3]，其屬于易燃材料，一旦點燃，該材料能夠持續燃燒，火焰上端呈金黃色，在燃燒過程中，材料會軟化起泡，不會產生液體滴落現象。同時，釋放出黑色濃煙、煙氣中含有二氧化碳、一氧化碳^[4]，對人身健康構成潛在危害。

建筑外墻保溫用的聚苯乙烯泡沫塑料板或擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板，在遭受持續高溫烘烤的情況下，一旦達到燃燒點，便會產生劇烈的燃燒反應，燃燒過程中會釋放大量熱能，同時會產生大量有毒、有害氣體和黑煙，黑煙的存在會嚴重阻礙視線穿透。

二、規范對高層住宅保溫層及安全疏散口的要求

（一）規范中不同建筑高度對外墻保溫材料的要求

根據《建筑防火通用規范》^[5]第661條“建筑的外保溫系統不應采用燃燒性能低于B2級的保溫材料或制品。當采用B1級或B2級燃燒性能的保溫材料或制品時，應采取防止火災通過保溫系統在建筑的立面或屋面蔓延的措施或構造。”規定建筑外保溫應采用不低于B2級燃燒性能的保溫材料；第662條“建筑的外圍護結構采用保溫材料與兩側不燃性結構構成無空腔復合保溫結構時，該復合保溫結構體的耐火極限不應低于所在外圍護結構的耐火性能要求。當保溫材料的燃燒性能為B1級或B2級時，保溫材料兩側不燃性結構的厚度均不應小于50mm。”進一步明確：當住宅外墻采用燃燒性能為B1級或B2級保溫材料時，將對建筑的高度有所限制，然而當外墻無空腔且可燃保溫層外的保護層厚度達到或超過≥50mm的要求時，可與燃燒性能為A級的保溫層等效，在火災發生時，這樣的設計能保證建筑物的安全，且消防適用高度不受限制。

當住宅建筑中，若外墻保溫材料采用燃燒性能等級為B1級或B2級保溫材料（通常采用聚苯（EPS）板或擠塑聚苯（XPS）板），通常會在保溫層外部設置一層厚度為5mm—10mm厚的抗裂砂漿及涂料面層做為窗戶層。然而，由這種保溫層與保護層組成的外墻，其防火性能并不是特別突出，當此外墻發生火災并被引燃時，由碳和氫等有機材料制成的保溫層很快被引燃并快速擴散，火災產生的煙氣不僅有熱量，同時釋放大量的有毒有害物質，人體一旦吸入這些煙氣，將會對人體器官造成嚴重損傷^[6]，甚至可能危及生命。因此，這種外墻保溫形式在建筑規范中的應用范圍及高度均受到嚴格限制。

（二）規范對住宅安全出口數量的要求

關于住宅建筑疏散口的數量要求，從《建筑防火通用規范》^[7]第731條“住宅建筑中符合下列條件之一的住宅單元，每層的安全出口不應少于2個；任一層建筑面積大于650m2的住宅單元；建筑高度大于54m的住宅單元；建筑高度不大于27m，但任一戶門至最近安全出口的疏散距離大于15m的住宅單元；建筑高度大于27m、不大于54m，但任一戶門至最近安全出口的疏散距離大于10m的住宅單元。”

（三）規范對住宅疏散樓梯的要求

《建筑設計防火通用規范》第732條“住宅建筑的室內疏散樓梯應符合下列規定：建筑高度不大于21m的住宅建筑，當戶門的耐火完整性低于100h時，與電梯井相鄰布置的疏散樓梯應為封閉樓梯間；建筑高度大于21m、不大于33m的住宅建筑，當戶門的耐火完整性低于100h時，疏散樓梯應為封閉樓梯間；建筑高度大于33m的住宅建筑，疏散樓梯應為防煙樓梯間，開向防煙樓梯間前室或合用前室的戶門應為耐火性能不低于乙級的防火門；建筑高度大于27m、不大于54m且每層僅設置1部疏散樓梯的住宅單元，戶門的耐火完整性不應低于100h，疏散樓梯應通至屋面；多個單元的住宅建筑中通至屋面的疏散樓梯應能通過屋面連通。”對住宅建筑室內疏散樓梯的形式做了明確規定，簡單理解本條規定就是對于建筑高度不大于33m的住宅，若戶門采用乙級防火門時，可采用敞開樓梯間；對于建筑高度大于33m的住宅，必須采用防煙樓梯間。

三、凹口處外墻煙氣蔓延及著火現象分析

從網絡收集到的住宅外墻失火視頻及圖片顯示，當火災發生在建筑物凹口及轉角處時，若處于無風及背風天氣下，由于“煙囪效應”^[8]的影響，凹口內的外墻著火區域濃煙向上蔓延的速度遠大于向左右蔓延的速度。濃煙在垂直方向蔓延時，很快會充滿整個轉角及凹口內部。通過網絡搜集的外墻凹口火災實例圖片詳見圖1—圖4（圖片均來自網絡）。

如圖1所示，外墻凹槽區域被濃煙填滿，而凹口外側的墻體仍舊完好無損，煙氣并沒有沿水平方向外溢，而是順著凹口的垂直方向向上升騰；圖2顯示，著火區位于住宅倒數第八層連廊內側的凹口外窗內，煙氣突破外窗的阻隔，便會很快向室外擴散，并將上部樓層用于安全疏散的外廊覆蓋，這對高層住戶的安全疏散構成了嚴重挑戰；圖3、4所示，當建筑外墻的轉角及凹口內發生火災時，凹口內的著火區域會沿垂直方向快速擴散，形成一個火災蔓延的通道，這對控制火災極為不利；四張圖片顯示的煙氣和火勢蔓延情況，很明顯地體現了煙囪效應的特征。

在連廊內側凹口區域，一般設有廚房等住宅火災危險性較高的房間，一旦室內發生火災，火勢很快就能突破外窗的阻隔，蔓延至室外，火災產生的大量熱量裹挾著濃煙就會從窗口噴出，濃煙很快會沿垂直方向向上升騰，將上部各層人員逃生用的通道和室外連廊迅速包裹（參見圖1、圖2），造成人員無法實現安全疏散與逃生，若室內火災蔓延并引燃外墻有機保溫材料后，由于煙囪效應，濃煙裹挾著大火將迅速充斥凹口內的空間（參見圖3、圖4），當住宅的凹口內設有室外連廊，并且該連廊是唯一的安全出口時，其后果難以想象。

四、住宅案例分析

針對建筑高度≤54m的外連廊式獨立單元住宅，其中常見的三種戶型，它們通過室外連廊相連，并且每個單元只設置一個安全出口平面布置。均符合《建筑防火通用規范》的相關要求。本研究旨在分析這些住宅中，室外連廊所圍合的凹口內房間發生火災時的情景分析。

第一種：將樓梯間置于住宅北側外圍的連廊內（簡稱“方案A”），如圖5所示的戶型局部所示，此方案的特點在于疏散樓梯設置于住宅北立面的中央位置，并采用對稱分布的室外連廊將兩側的電梯和住戶相連，通常情況下，兩側的戶型一般采用對稱布置，由于室外連廊與凹口內外墻之間保持了一定距離，凹口空間因此被疏散樓梯間分隔為兩個相對方正的半封閉天井，這樣的布局使得住宅北立面外觀顯得相對整潔干凈。

第二種：疏散樓梯間凸出于住宅室外連廊北側外輪廓（簡稱“方案B”），如圖6所示的戶型局部，此方案的特點在于疏散樓梯位于建筑中部，并以對稱的方式布置室外連廊，連接兩側的電梯和住戶，通常情況下兩側戶型一般呈對稱布置，室外連廊與凹口的內外墻距離較近，凹口區域構成一個較扁平的半封閉天井，住宅北立面外觀呈現出凹凸有致的立體感，豐富了視覺效果。

第三種：疏散樓梯間偏于一側并凸出在室外連廊北側外輪廓之外形成凸出結構（簡稱“方案C”），如圖7所示展示了特定的戶型局部設計；此方案的特點是疏散樓梯突出于外墻輪廓，并偏置于一側，室外連廊單側布置，用以連接另一側的電梯和住戶，兩側的戶型布局通常非對稱布置，室外連廊與凹口內外墻的距離較近，而凹口空間則構成了一個半封閉的天井，住宅北立面的外觀因此呈現出明顯的凹凸感，產生非對稱的立面效果。

以上三個不同的方案，雖各有特色，但是從防火疏散角度看，均屬于通過室外連廊連接單一安全出口的高層住宅設計，當住宅發生火災時，人員疏散均需要通過室外連廊進入疏散樓梯間。若火災發生在被連廊圍合的半封閉天井內的房間，窗口涌出的熱量會裹挾黑色濃煙，瞬間包裹此層以上的室外連廊，阻斷兩側住戶之間唯一的疏散通道，對高層住宅的自主安全疏散產生非常不利的影響。另外，火災產生的熱量在有限的空間內被間接包圍，通過煙筒效應在凹口內向上蔓延，導致熱量及濃煙不能快速地向四周擴散，增加了凹口內可燃的有機保溫材料被點燃的風險，雖然《建筑防火通用規范》第661條對外墻保溫材料的防火構造提出了要求，但凹口內外墻的熱量擴散環境，顯然不如凹口外部，一旦凹口內外墻上的可燃有機保溫材料被引燃，火災的損失將被擴大，人員疏散與救援工作將面臨重重困難。

五、解決方案

基于前述現象及原因分析，在高層住宅方案設計的初期階段，建議避免采用室外連廊連接唯一安全出口的樓梯間的布置方式，可采用塔式住宅的布局方案，以解決多戶共用一個疏散樓梯間的問題，從而徹底消除此類安全隱患。

對于已建成的此類型高層住宅，建議在凹口之外的公共區域窗口內側，特別是在凹口之外，增設滿足各類人員安全使用的逃生緩降器，此舉旨在解決疏散過程中唯一安全口被煙氣籠罩無法使用的問題，以防止事故造成更大的傷害。

結語

盡管從統計數據來看，高層住宅發生火災的概率相對較低，但是住宅內居住的人員涵蓋了從高齡老人至不諳世故的孩童和各個年齡段的人，因此疏散措施必須考慮到所有人群的特殊需求，家庭作為社會的最小細胞，其安危狀況直接關系到社會的安定。因此，安全問題始終應當置于首位，對潛在的安全隱患不可掉以輕心。

參考文獻

[1]《外墻外保溫工程技術規程》JGJ144-2019[S].中華人民共和國行業標準，2019.

[2]《絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》GB/T10801.1-2021[S].中華人民共和國國家標準，2022.

[3]童忠良.《化工產品手冊》第五版樹脂與塑料[M].化學工業出版社，2008.

[4]王向東，王勇，郭鑫齊，等.擠塑聚苯乙烯泡沫塑料[M].化學工業出版社，2011.

[5]《建筑防火通用規范》GB55037-2022[S].中華人民共和國國家標準，2023.

[6]《建筑防火通用規范》GB55037-2022[S].中華人民共和國國家標準，2015.

[7]《建筑防火通用規范》GB55037-2022[S].中華人民共和國國家標準，2023.

[8]《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018年版）[S].中華人民共和國國家標準，2015.