高層民用建筑消防設計研究

作者簡介：

陳米寧（1982- ），女，漢族，江西九江人，大專，助理工程師，研究方向：建筑工程設計。

摘要：

隨著城市化進程的加快，高層民用建筑不斷增多，其火災風險日益凸顯。為保障高層建筑消防安全，本文系統分析了高層民用建筑的火災特點，闡述了防火設計原則，總結了我國現行高層民用建筑防火設計規范。在此基礎上，從防火分區、安全疏散、火災報警、消防給水、防排煙、消防電氣等方面，詳細探討了高層民用建筑消防設計要點。針對傳統設計方法的局限，提出了性能化設計、BIM技術應用、智能化集成等優化創新策略。結合實際工程案例，論證了設計方法和優化措施的可行性，為高層民用建筑消防設計實踐提供了參考。

關鍵詞：

高層民用建筑；火災特點；防火設計；消防設施；性能化設計

引言

高層民用建筑以其占地面積小、容積率高、功能復合等特點，在現代城市建設中得到廣泛應用。然而，高層建筑一旦發生火災，極易因煙氣蔓延、疏散逃生困難、高空滅火施救受阻等導致重大人員傷亡和財產損失。為有效防控高層火災風險，科學合理的消防設計至關重要。

一、高層民用建筑火災特點及防火設計原則

（一）高層民用建筑火災特點

高層民用建筑火災呈現出明顯的特殊性。首先，火勢蔓延快。由于高層建筑豎向空間發達，大量可燃物垂直布置，加之管道井、電纜井等易形成豎向通道，極易導致火勢迅速向上蔓延。其次，濃煙擴散范圍廣。高層建筑內部空間封閉，窗戶數量有限，濃煙難以及時排出，容易充滿整個樓層。一旦進入疏散通道、電梯井等豎向空間，煙氣會迅速擴散至上層。再次，人員疏散困難。高層建筑疏散距離長，相比平房，人員安全撤離需要更長時間。疏散通道中濃煙滾滾，電梯無法使用，會進一步延緩疏散速度。最后，撲救難度大[1]。

（二）高層民用建筑防火設計原則

鑒于高層建筑火災撲救的特殊性，其防火設計應遵循“預防為主、防消結合”的基本原則，落實空間防火、消防設施“三位一體”。空間防火是根本。要合理確定防火分區，控制防火分區面積和層數，阻斷火災在水平和垂直方向的蔓延。同時，要保證安全疏散通道的數量和寬度，設置避難層，最大限度方便人員安全撤離。結構防火是基礎，對高層建筑的主體結構、承重構件、防火分隔等實施耐火極限設計，確保結構在火災中不坍塌，為人員疏散和火災撲救贏得時間。嚴格防火材料管控，盡量不采用或少用可燃材料。消防設施是保障。要配置自動火災報警系統，及時感知火情，引導人員疏散。合理設置室內外消火栓、自動噴水滅火系統等，滿足滅火需求[2]。

（三）現行高層民用建筑防火設計規范

為規范高層建筑消防設計，保障其防火安全，我國先后出臺了《建筑設計防火規范》（GB 50016）、《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116）、《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084）等一系列強制性國家標準。其中，GB 50016是高層建筑防火設計的綱領性文件，對防火分區、安全疏散、消防車道、構造防火等方面提出了原則要求。近年來，各地區、各部門還結合實際，制定了許多地方性、行業性的消防技術標準，進一步細化了高層建筑的防火分隔、煙氣控制、電氣防火、燃氣管道防火、外保溫防火等設計要求。這些標準規范的實施，為高層建筑消防設計提供了基本遵循[3]。

二、高層民用建筑消防設計

（一）高層民用建筑防火分區與安全疏散設計

防火分區設置是高層建筑平面布局的首要任務。依據GB 50016，高層公共建筑、高層廠房、高層民用建筑的一個防火分區最大允許建筑面積分別為1500m2、2500m2、2000m2，最大允許跨越層數分別為3層、2層、2層。面積或層數超過上述規定時，就必須設置防火分區。防火分區之間要設置甲級防火門、防火卷簾等防火分隔設施，阻斷火勢和煙氣蔓延。對于建筑高度超過100m的高層住宅，每層應劃分為2個及以上防火分區。在設置防火分區時，要考慮建筑功能分區，將火災危險性大的區域如餐飲、儲藏間、弱電機房等單獨劃分，降低火災風險。

合理設置安全出口和疏散樓梯是保證人員安全撤離的關鍵。高層建筑一般應設置2個及以上安全出口，多個安全出口應分散布置。安全出口凈寬度不應小于1.4m，樓梯凈寬不應小于1.1m。疏散門應向疏散方向開啟，疏散走道凈寬不應小于1.2m。對于建筑高度超過100m的高層公共建筑，須在適當位置設置避難層或在每個防火分區內設置避難間。避難層使用面積不應小于該層建筑面積的20%，避難區域內應配置應急照明、簡易救生器材等設施。

（二）高層民用建筑火災自動報警系統設計

火災自動報警系統是高層建筑消防聯動控制的核心。依據GB 50116，高層建筑應設置具有聯動控制功能的火災自動報警系統，并應符合集中報警的原則。火災探測器的選擇與布置要因地制宜。公共空間宜采用感煙探測器，靈敏度高，適合撲救初起火災。儲藏間、廚房、鍋爐房等場所宜選用感溫探測器，探測效果更佳。高大空間可選用光束感煙探測器或吸氣式探測器，減少探測盲區。火災報警控制器宜設在值班室或消防控制室內，24h有人值班。為提高系統可靠性，高層建筑應設置兩臺及以上火災報警控制器，互為備用。

消防聯動控制設計應根據建筑的實際情況和使用要求，選擇恰當的觸發方式和控制邏輯。一般可采用兩種及兩種以上獨立的自動觸發裝置報警聯動控制的方式。當確認火災后，消防控制室應能手動控制防火門關閉、切斷火災區域供電、開啟消防電梯、啟動排煙系統等。消防聯動控制裝置的動作信號反饋至消防控制室，由值班人員監視聯動控制的執行情況，必要時可手動強制控制[4]。

（三）高層民用建筑消防給水與滅火設施設計

高層建筑消防用水應根據其高度、建筑類別、火災危險性等因素合理確定。一般高層建筑的室外消防用水量不應低于25L/s，室內消防用水量不應低于10L/s。消防水池有效容積不應小于50m3，并能在火災持續時間內連續供水。高層建筑應設置高位消防水箱，其有效容積應滿足系統在后備水泵啟動前所需的最大流量。消防泵應設置成兩路50%流量的穩高壓消防泵，工作壓力應滿足建筑高度的要求。消防給水管網應采用環狀布置，進行分區控制，減少事故影響范圍。

室內消火栓的布置應遵循保護全樓、布置均勻的原則。一般在首層、屋頂層設置室內消火栓，其余每層均應設置。消火栓的間距不宜大于30m，每個消火栓的保護半徑不應大于15m。自動噴水滅火系統應根據場所火災危險等級合理設置。高層建筑的公共通道、門廳、疏散樓梯間、電梯間、客房走道等區域應設置濕式自噴，儲藏室、風機房、配電室、弱電機房等可設置預作用自噴。噴頭選型時要兼顧滅火效果和經濟性，盡量選用快速響應噴頭。層高超過8m的區域，還應設置大空間智能消防炮滅火系統，補救噴淋盲區。

（四）高層民用建筑防煙排煙系統設計

防排煙設計是控制火災煙氣蔓延、保障人員安全疏散的關鍵措施。高層建筑的安全出口、疏散樓梯間、前室、合用前室、消防電梯間前室等區域應劃為防煙分區。防煙樓梯間應采用自然通風，利用可開啟外窗或開口直接取得新風；無法自然通風時應機械加壓送風，送風量不小于樓梯間體積30倍/h。排煙區域應包括走道等公共空間，宜采用機械排煙方式。排煙口的設置要均勻，與送風口錯開布置，單個防煙分區設置的排煙口數量不宜少于2個。廚房、地下車庫等場所產生的油煙、汽車尾氣應設專門系統排出，不得與防排煙系統混用。

排煙閥應選用280℃時能工作30min的280℃排煙閥，并應設手動和自動控制裝置。排煙風機應選用離心式風機，排煙量按60次/h換氣次數計算，全壓應滿足管路最不利點的風量和風壓要求。排煙管道應采用不燃或耐火極限不低于1.00h的材料。防火閥應設在防火分隔處，280℃時應能關閉并保持關閉狀態。機械加壓送風機的工作全壓應按樓梯間10mm厚度的正壓考慮。

（五）高層民用建筑消防電氣與應急照明設計

高層建筑消防用電負荷等級應按一級負荷設計，當火災發生時應自動切換至備用電源。備用電源應采用柴油發電機，其容量應滿足消防設備在火災延續時間內連續供電的要求。消防設備應就近設置專用的消防配電箱，并在其面板上設置滅火器標識。消防配電線路明敷時應穿金屬導管或封閉式金屬槽保護，暗敷時應穿難燃型塑料導管保護。消防控制室配電應在低壓總配電室單獨設置回路，控制線路應選用耐火銅芯電線。

高層建筑的疏散通道、樓梯間、前室、避難層（間）等區域均應設應急照明。不應在吊頂上安裝鎮流器和整流器，燈具應選用防火防爆型，安裝在頂棚或墻面上。應急照明應能持續工作90min，其地面最低水平照度不應低于0.5lx。在安全出口和疏散指示標志處，地面最低水平照度不應低于1.0lx。消防控制室、消防水泵房、發電機房、配變電室等消防重點部位也應設應急照明，其最低水平照度不應低于正常照明的備用照度。高層建筑的外墻和屋頂上應設置消防車登高操作場地和停車位。當采用直升機救援時，應在屋頂設置停機坪。登高面的硬化面積不應小于20m2，長邊不應小于5m。停機坪的直徑不應小于15m，四周應設置防護欄桿。

三、高層民用建筑消防設計優化與創新

（一）性能化消防設計方法研究

傳統的高層建筑消防設計多采用規范化方法，即嚴格按照國家和行業標準的強制性條文進行“照本宣科式”設計。這種做法雖然規范統一，卻難以靈活應對超高層、異形體等新型高層建筑的個性化需求。性能化消防設計強調從建筑火災風險出發，運用火災物理學、煙氣流動學、人員疏散學等理論，在滿足建筑使用功能的前提下，量身定制火災情景和防火安全目標，并運用先進的計算機仿真技術模擬分析每個設計方案的防火性能，綜合比選出最優方案，從而在確保消防安全的同時，實現建筑設計的靈活性和經濟性。例如，上海中心大廈采用性能化設計，根據建筑高度和豎向分區，采取分區疏散避難策略，分別設置避難樓層和緊急避難區，并結合計算流體力學（CFD）對疏散耗時、可視度等進行模擬，最終實現近632m高度的安全疏散，單次疏散人數可達3.5萬人。

（二）建筑信息模型（BIM）技術在消防設計中的應用

BIM以其可視化、參數化、關聯性等特點，為高層建筑的消防設計提供了先進的技術手段。基于BIM平臺，可以在建筑設計初期介入消防設計，直觀表達防火分區、安全疏散、消防設施布置等空間信息，實現建筑、結構、機電等專業的協同設計。在BIM模型中集成消防設備參數，可自動統計各類設備的工程量，出具材料清單和預算文件。利用BIM的碰撞檢查功能，可排查管線布置、設備安裝的空間沖突，提高圖紙深度。在設計評審階段，可將BIM模型與VR（Virtual Reality）技術結合，使建設、設計、消防等各方身臨其境地漫游場景，考察消防設計的規范性和可行性。在施工階段，深化的BIM模型可指導現場安裝，檢查工程偏差。在運維階段，BIM成為消防設施信息管理和檢修維護的重要載體。

（三）智能化消防設計研究

隨著物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術的發展，智能化已成為高層建筑消防設計的重要方向。在智能化消防系統中，大量智能感知終端實時采集火災監測數據并上傳至云平臺，云平臺利用大數據分析、機器學習等技術對數據進行挖掘分析，及時預警火災風險，優化火災處置方案。火災發生后，報警控制器根據火災參數自動調整聯動控制策略，啟動就近滅火設施，引導人員安全撤離。消防控制室和移動端可實時查看火災監測數據和設備運行狀態，便于值守人員的監測和決策。此外，高層建筑還可引入智能疏散指示系統，通過情景感知、智能決策，動態引導人員選擇最佳撤離路線。總之，智能化消防強調“以人為本”，充分利用先進科技預防和智控火災，最大限度降低火災風險，提高高層建筑的本質安全[5]。

（四）綠色節能型消防設計研究

在可持續發展理念指引下，高層建筑正向綠色節能方向發展。傳統的消防設計往往注重保障消防安全性能，對能耗、材料、空間等考慮不足。綠色節能型消防設計在滿足消防安全的前提下，力求降低能耗，節約資源，減少污染。在建筑材料選擇上，優先采用低能耗、低排放、可循環的新型防火保溫材料。加強自然通風和自然采光設計，減少機械排煙和應急照明能耗。合理利用屋頂雨水收集系統補充室內消防用水，節約水資源。優化消防豎井布局，縮小防火分區面積，減少防火分隔墻體的建設。在滿足使用功能的基礎上，精減煙感溫感探測器數量，節約造價成本。對于老舊高層建筑，應在消防設施改造時注重節能減排，并與建筑節能改造相結合，實現互利共贏。

結語

高層民用建筑內人員密集，可燃物較多，火勢蔓延速度快，一旦發生火災，極易造成重大人員傷亡和財產損失。從建筑布局入手，科學規劃防火分區，并以性能化設計理念為指導，合理配置火災自動報警、消防給水、防排煙等消防設施，是確保高層建筑消防安全的必由之路。

參考文獻

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[3]吳永琪.關于高層建筑消防電氣防火設計與施工的分析[J].今日消防，2019（09）：10-11.

[4]陳亮.建筑電氣防火設計中電線電纜的應用[J].消防界（電子版），2022（12）：107-108+111.

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