高層住宅建筑“核心筒”消防設計探討

作者簡介：

曲化瑞（1979- ），女，漢族，河南南陽人，本科，工程師，研究方向：建設工程消防審查驗收。

摘要：

當前我國高層住宅消防安全中的“核心筒”是設計審核的關鍵。影響消防安全的主要因素包括疏散通道和時間、疏散路徑和距離、消防設施和救援場地等設計建設。高層住宅“核心筒”設計要關注電梯前室、連廊、戶門、通道等關鍵環節和消防技術問題。

關鍵詞：高層建筑；消防安全；核心筒設計

引言

隨著我國房地產行業的蓬勃發展，城鄉居民住房條件得到了極大改善。尤其是近二十年來，我國高層建筑的高度更高、體量更大，同時其火災事故也時有發生。因此，高層建筑消防設計要有超前意識，注重新技術規范和理念，并提高設計審核管理水平。本文結合當前高層住宅建筑“核心筒”設計提出相關意見，希望給相關從業者提供一定的參考。

一、高層建筑“核心筒”的重要性

為有效減少火災中的人員傷亡，應做好高層建筑的安全疏散設計，“核心筒”的設計尤為重要。業界認為，“中央核心筒區域豎井較多，容易形成煙囪效應，造成煙火迅速蔓延至其他樓層。因此，中央核心筒區域是阻止煙火蔓延、控制火災擴大的關鍵所在。”“中央核心筒區域作為安全區的安全策略在于保證中央核心筒不會發生火災，同時能夠有效防止周圍區域的火災和煙氣向中央核心筒區域蔓延，影響人員的疏散安全性。”[1]當前，部分高層建筑剪刀梯“核心筒”設計存在“借助自然通風的排煙模式受到限制”“可開啟外窗設置不合理、不規范”“公共面積不足，須增設獨立短廊”等問題，需要采用“共用前室與消防電梯前室相套”等優化辦法。[2]一般處于高層建筑中央部位的“核心筒”框架由電梯井道、樓梯、通風井以及設備間等構成，其具有束筒空腹與實腹鋼筋混凝土剪力墻等結構形式。“核心筒”作為高層建筑的心臟和主動脈，不僅連接建筑內外，還構成高層建筑的結構支撐和安全保護部分。其中，電梯、樓道等作為人員、物資流通的核心通道，科學、安全、合理的設計極為重要。

二、影響高層住宅消防安全的主要因素

高層住宅樓棟“核心筒”有助于改善建筑受力結構，增大利用空間，建筑成本經濟性高，同時具有抗震安全性，并有效提高采光面積和樓內交通的便利性。關于高層建筑“核心筒”設計要點，業界認為“核心筒”設計的重中之重是安全疏散系統設計，要合理劃分防火分區，發生火災時可將火勢控制在一定范圍。[3]基于此，對“核心筒”的設計必須考慮多方面相關因素。

（一）疏散出口和時間

高層建筑疏散通道寬窄、位置、路線、標識和應急照明等都會影響疏散時間，需要全面考慮。我國高層建筑“核心筒”的配套設置主要有安全疏散口、電梯、公共樓道等。關于火災逃生出口數量及出口門設計，業界認為出口之間要留有適當的消防安全通道、消防車出入口，出口處應設置明顯的滅火及逃生標志標識，說明疏散通道、消防救援通道的位置，標明出口名稱、疏散方向。多向逃生出口應保證人員能夠順利撤離至安全區域，由具有自動滅火功能的消防救援系統實施消防救援。[4]安全疏散的目的是確保人員人身安全受到火災威脅之前，疏散到安全區域。高層住宅由于人員復雜、樓梯封閉、煙囪效應等原因，發生火災時實際的疏散時間會超過理想的疏散時間。《建筑設計防火規范》（GB50016）對劇場、電影院、禮堂等建筑場所的疏散路徑和時間都有明確規定，要求人員從一、二級耐火等級建筑空間疏散時間不得大于2min。根據基層工作經驗，高層建筑耐火等級一般設計為一、二級，發生火災后蔓延速度較慢，高層住宅疏散時間建議按1.5min-2min考慮。如果疏散通道設計不合理或者被占用、堵塞等，都會帶來極大安全逃生隱患。

（二）疏散路徑和距離

疏散路徑的安排要按照人員疏散時風險逐級遞減的原則進行。首先從“危險區域”到“次危險區域”，再到“相對安全區域”和“室外安全區域”。在疏散過程中，不得因暫時感覺安全再次返回較高等級的危險區域，尤其對于疏散走道要經過房間才能進入另一個安全出口，應予禁止。就疏散安全距離而言，無論是房間內最遠點到疏散門，還是從房間疏散門到樓梯間等外部出口，都存在危險區域和次危險區域。高層建筑的電梯前室要設置消防疏散通道、安全逃生出口、避難層以及向外通風的窗戶等。“核心筒”與電梯的設計布局和功能是高層住宅建筑設計的重中之重。

（三）消防設施和救援

高層建筑救援是世界性的消防難題，給消防人員和設備帶來巨大考驗。消防部門配備的舉高車作為有效的外攻手段，必須有50米-100米以上的舉高。然而，全國目前舉升高度超過100米的登高消防車僅有30余輛，均集中在北京、上海等大型城市，而且這類登高消防車均為進口產品，價格昂貴，對城市道路、建筑物周邊環境和操控人員的熟練程度依賴性很大。因此，高層建筑的安全疏散主要還是依靠建筑本身的設計來解決。高層住宅“核心筒”作為建筑的心臟和脊柱，其建筑設計不僅關乎人員、物資運輸的高效性、舒適性，還要關注空間集約性和結構合理性以及建造成本和消防安全等基本需要。要充分保障建筑消防施工質量，加強設計審核、施工監督和質量監測。高層建筑必須配備合理、充足的消防設備，杜絕設備老化過期、損壞被盜、規格不符等問題。消防栓、消防帶、消防斧以及供水設備等應經常檢查維護，避免出現各種隱患。

三、高層住宅“核心筒”設計的關鍵問題

雖然“核心筒”形狀根據樓棟整體結構特點可以設計成矩形、圓形、三角形和梭形等，但其使用功能和設計標準是一致的。我國住宅建筑多采用矩形平面式“核心筒”，具有空間利用充分、結構穩定、使用便捷等特點。在“核心筒”施工中，因工程整體較為復雜，施工難點較多，一旦某一環節出現問題，極易發生安全事故，威脅施工人員生命財產安全。作為一項復雜性、系統性工程，“核心筒”施工過程復雜，建設周期長，設計施工方法、工藝多，施工安全風險因素種類繁多，[5]如環境、管理與技術等方面都存在設計風險。

（一）垂直電梯與前室設計

一般“核心筒”的兩側是樓梯間和電梯組群，高層建筑的電梯設計要充分考慮運載能力、速度和效率等。根據實際情況，電梯的樓層平面布局一般有一側、兩側、十字等多種組合形式，而“核心筒”也和電梯構成相應的位置組合關系，同時還要考慮電梯前室的布局設計。當前，在設計建筑物時，設計者通常忽略了合用前室的設計功能，導致在實際使用過程中，為了擴大建筑物面積，只能將消防梯和客梯合并使用，從而使合用前室的功能發生了變化。在合用前室安裝疏散門、窗、洞口等，防火門無法自行關閉。如果發生火災事故，防火門無法對煙霧進行隔離。[6]

高層建筑電梯前室承擔著較大的消防安全職能，火災時需要能有效阻斷火災蔓延。兩個防煙樓梯的前室和消防電梯前室分開設置，通過兩扇防火門相連，規避“三合一”前室的短邊設計（如圖1）。“三合一”前室要保證一個戰斗班的消防員和裝備進入，要求前室的短邊不得小于2.4米。新版《建筑設計防火規范》對消防電梯前室要求和“三合一”前室一致，該設計方案設置了三個前室，分別設置滿足條件的防煙設施，可以有效防止煙氣進入樓梯間。在該方案中，消防電梯前室作為疏散通道，住宅戶門直接開向消防電梯前室，對消防隊員滅火會有一定影響。因此，設計時應盡量避免，謹慎實施。

兩個防煙樓梯的前室和消防電梯前室分設，通過兩個短走道相連，規避開向前室的戶門（如圖2）。每個短走道有兩個安全出口，但其中一個安全出口的疏散路徑為危險區域→次危險區域→相對安全區域→次危險區域，從消防電梯前室通過短走道進入防煙樓梯前室，兩個安全出口距離一般不足5米，進入前室的門相對住宅來說方向錯誤，不可行。

（二）平行交通的連廊設計

住宅的連廊通常存在走道連廊和前室連廊兩種情況，風險等級不同，要求的防火間距也不一樣。連廊作為疏散走道，屬于次危險區域，規范對于疏散走道的門窗洞口無嚴格要求。連廊僅作為疏散走道，屬于次危險區域，規范對于疏散走道并無明確要求，但應考慮一定的安全間距，間距大于2米應滿足要求。連廊作為前室通往樓梯間的一部分，風險等級和前室相當，視為相對安全區域。若連廊設計為全開敞式，類似于陽臺和凹廊，防煙效果好，一般認為可行，但須考慮和建筑物外墻的安全間距；若連廊設計為兩個前室的連接，雖然連廊為開敞式，但疏散路徑變為危險區域→相對安全區域→次危險區域（如圖3），應不可行。

（三）開向前室的戶門設計

一般高層建筑將剪刀梯樓梯間及電梯井筒兩個通道結合在一起，縮短人員進出“核心筒”的距離，節約建造成本。高層建筑的樓梯間是火災時人員在建筑內豎向疏散的唯一通道，應重視開向前室的戶門設計。對于建筑高度小于54米的建筑，大部分的消防救援力量可以到達，住宅通過走道疏散，僅設置一個安全出口即可滿足要求；對于大于54米的住宅建筑來說，設在走道的戶門在疏散方向的選擇上只有一個方向，不滿足設置兩個安全出口的要求，應不可行。直接開向樓梯間的戶門必須具有符合要求的乙級防火門，尤其是高層建筑要盡量避免戶門直接開向樓梯間的前室。目前來看，也有通過設置疏散走道（如圖4）以避免和減少向前室的戶門數量。

（四）疏散通道凈寬設計

關于如何計算合理的疏散寬度，業界認為“關鍵是確定使用人數和疏散距離，通常每人需要約0.6平方米的疏散面積。場地面積需準確估算，否則影響疏散寬度確定。” [7]疏散寬度是按人流寬度來計算的，單股人流的寬度為0.55米，住宅建筑按不少于兩股人流計算，疏散寬度應不小于1.1米。疏散走道寬度是扣除裝修面層、門框、突出柱等相關因素后的凈寬度。《建筑設計防火規范》沒有關于門開啟影響疏散走道凈寬度的規定。一些設計者認為住宅建筑人流較小，住宅的戶門開啟后雖然會影響疏散走道的凈寬度，但實際并不影響疏散，《民用建筑設計統一標準》GB50352明確規定開向疏散走道及樓梯間的門扇開足后，不應影響走道及樓梯平臺的疏散寬度。住宅的戶門打開后對人流的通行會造成一定影響，緊急情況下，影響會更大。對于公寓式住宅來說，疏散人員更多，更應確保戶門開啟后疏散走道的凈寬度滿足要求或者戶門設置為向內開啟。

結語

總之，當前高層建筑不僅是一個城市綜合實力的體現，也是建筑科技和工程管理能力提升的結果。新型的建筑材料、樓宇結構體系、設計施工方案和消防審查驗收等方面的快速發展，也給相關行業管理提出了更高要求。目前業界比較重視高層、超高層建筑設計的審查工作，認為“在舊規、新規以及新通知的共同實行期間，消防審查部門應切實做好超高層建筑的專項消防設計審查工作。聚焦建筑布局防火設計是否具有安全性、實用性和有效性”。[8]近幾年來，針對“核心筒”方案的設計爭議較大，說明了廣大設計人員對“核心筒”方案設計的重視。方案設計關乎安全通行，設計人員應綜合考慮疏散路徑并結合當地消防救援力量，避免因設計不合理而引起人員傷亡。注重高層建筑消防安全設計，嚴格執行消防標準和管控措施，加強監管和審查，從源頭消除消防安全隱患。

參考文獻

[1]杜文鋒.具有核心筒結構的超高層建筑消防安全策略[J].消防科學與技術，2013，32（08）：857-859.

[2]莫朝暉.單元式住宅剪刀梯核心筒設計優化探究[J].房地產世界，2023（22）：39-41.

[3]張家明.超高層建筑核心筒優化設計探討[J].中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術，2023（04）：63-66.

[4]閆孟強.超高層建筑核心筒消防安全疏散設計[J].前衛，2022（35）：118-120.

[5]廖程，楊接，何淼.超高層建筑核心筒施工工藝的應用[J].建筑機械化，2020，41（09）：54-57.

[6]李星萌.高層建筑消防設計問題及管理對策解析[J].消防界，2023，9（09）：57-59.

[7]劉志紅，李藝，馮俊琪.高層民用建筑消防設計研究[J].消防界（電子版），2023，9（16）：37-39.

[8]羅松.基于超高層建筑的總圖消防設計研究[J].建設科技，2024（01）：49-51.