高層建筑豎向防火分隔系統的失效機理及防控措施

摘要：高層建筑火災具有蔓延速度快、疏散難度大的特點，而豎向防火分隔系統是抑制火勢向上擴散、保障人員安全的關鍵技術措施。然而，在實際應用中，該系統常因設計、施工或維護等環節存在問題而失效，導致火災損害程度加劇?，F介紹豎向防火分隔系統的定義、功能及主要形式，分析失效的內在機理，并在此基礎上提出針對性的防控措施，以期為高層建筑防火安全管理與技術提升提供參考。

關鍵詞：高層建筑；豎向防火分隔系統；施工質量；智能監測

高層建筑的豎向防火分隔系統屬于阻止火災向上蔓延的主要屏障，它的完好程度關乎火災控制成效以及人員疏散的安全性。在實際應用時，豎向防火分隔系統往往會因設計失誤、施工質量不佳或者管理維護不當等原因而失效，從而加重火災事故中的人員傷亡與財產損失。因此，應針對高層建筑豎向防火分隔系統的失效機理進行深入剖析，并據此提出防控措施，以提升高層建筑的防火安全性。

1 高層建筑豎向防火分隔系統概述

1.1" 豎向防火分隔系統的定義及功能

豎向防火分隔系統是指，在高層建筑內部設立的，可以阻止或者延緩火災沿著垂直方向蔓延的構造和設施組合。其主要功能是切斷火災的豎向傳播途徑，把火災限制在一定范圍內，為人員逃生和消防救援爭取時間[1]。豎向防火分隔系統是高層建筑被動防火體系中的關鍵部分，它能有效控制煙氣和火焰的擴散，減少因煙氣中毒造成的人員傷亡，削弱火災對建筑結構整體穩定性的危害。同時，豎向防火分隔系統還擔負著抑制煙囪效應、削弱豎井內的氣流速度、削弱氧氣供給等重要職責，這些都會影響到火勢發展的速度。此外，隨著高層建筑高度的增加，外部救援的難度呈指數級增長，豎向防火分隔系統的防火性能直接決定了建筑自身防范和自救的最高水平，是保證高層建筑防火安全的重要技術屏障。

1.2" 主要形式

按防火原理及構造特點，豎向防火分隔系統分為物理阻斷型、熱阻型、復合型等3種類型[2]。物理阻斷型包括防火樓板、豎井防火隔墻、管道井防火封堵、防火卷簾、防火門等，主要采用物理阻斷方式。熱阻型包括防火玻璃幕墻、防火噴涂、防火包覆等，主要采用降低熱傳導的方式。復合型是結合以上兩種原理，如設置噴淋降溫+防火封堵。

按照空間分布情況，豎向防火分隔系統可以分為樓層間分隔、豎向管井分隔、外立面幕墻分隔以及特殊功能區域分隔等4種類型，它們各自具備獨特的技術要求和防火性能指標[3]。

從材料構成方面來說，豎向防火分隔系統大多采用耐火極限達到3～4h的鋼筋混凝土構件、防火石膏板、陶瓷纖維、膨脹型防火材料以及納米級防火涂料等材料，從而構建起多層、系統的防火屏障。

2 豎向防火分隔系統的失效機理

2.1" 設計缺陷導致的失效

高層建筑豎向防火分隔系統的設計缺陷，體現在防火分區劃分不合理以及防火封堵系統選型出錯等方面。第一，設計階段并未全面顧及建筑的功能分區情況，造成豎向管道井與相鄰區域的防火等級不相符合。尤其是在綜合性高層建筑中，因為功能繁雜，當豎向管道穿過各個不同的防火分區時，其防火分隔設計常常會暴露出薄弱之處。第二，設計階段對穿越防火分隔構件的管線數量、直徑、材質等沒有進行系統性評估，導致防火封堵系統設計存在嚴重缺陷。例如，未考慮管道在火災條件下熱膨脹產生的封堵破壞，或者通風管道防火閥安裝位置不當導致煙氣短路等。設計文件中防火分隔構件與其他系統接口處理不夠詳細，在施工過程中接口部位留下隱患，如豎井與樓板交接處防火封堵構造節點設計不明確，形成火災垂直蔓延通道。

2.2" 施工質量問題導致的失效

施工質量問題是導致高層建筑豎向防火分隔系統出現故障的重要原因，其表現形式包含材料被替換、工藝出現偏差以及缺少監管等方面。第一，施工單位在實際操作時，會發生私自替換設計指定防火材料的現象，如把防火板換成普通石膏板，或者選用防火效果不符合標準的防火封堵材料，從而使得防火分隔構件的真實耐火能力大幅降低。第二，施工工藝沒有得到切實執行，尤其是在管線穿過防火分隔構件之處的封堵工作當中，未能依照規定恰當固定管線或者留出膨脹空間，造成建筑使用期間由于管線振動或溫度改變而引發封堵層脫落或破裂。豎向管道井內防火分隔構件安裝精度不足，防火隔板與管道間的縫隙未做封堵，防火閥安裝位置偏離設計要求，導致分隔構件無法有效阻止火災發生時火焰及高溫煙氣的蔓延。第三，施工現場各專業施工缺乏統一協調，已完成的防火分隔構件在后續施工過程中遭到破壞，且未及時修復。例如，電氣線路敷設施工破壞了已有的防火封堵，且未按要求重新進行封堵。

2.3" 外部因素導致的失效

高層建筑使用過程中，諸多外部因素作用會致使豎向防火分隔系統逐步失效。第一，建筑物理環境長期作用。例如，防火封堵材料因溫濕度循環變化而老化開裂，建筑沉降變形導致防火分隔構件與主體結構間出現縫隙；管道系統運行振動使防火封堵材料逐漸松動脫落。第二，后期裝修及設備改造對原有防火分隔系統的破壞，例如，管線升級改造時穿越防火分隔構件未進行封堵，內部裝修期間對豎向管道井防火門實施不當更改，致使原有防火性能降低。建筑使用功能變更，使得火災荷載特性發生改變，但防火分隔系統卻未做相應調整。原設計用于普通辦公的樓層改為服務器機房或檔案室等具有高火災荷載特性的功能區域，原來那些防火分隔構件的耐火性能已經無法滿足新功能的需求。第三，建筑日常維護管理不善，例如，沒有定期檢查防火封堵系統是否完好，沒有及時修補被損壞的防火分隔構件，或者擅自拆除一些防火分隔設施以便于日常使用。這些情況都會造成原有防火分隔系統功能降低甚至完全失效。

3 高層建筑豎向防火分隔系統失效防控措施

3.1" 保證設計的科學性，采取系統集成思路

針對高層建筑豎向防火分隔系統設計缺陷，要從防火設計模擬、構造細節完善、材料體系選用這3個方面入手，創建系統集成的防火分隔設計體系，提升防護水平和可靠程度[4]。第一，使用性能化設計理念，加強防火模擬分析。在設計之初就采用性能化設計的方法，利用CFD（計算流體動力學）技術模擬火災工況下煙氣和火焰的豎向蔓延路徑，找出火災高風險通道，提前優化防火分隔布置。同時，利用BIM技術建立全生命周期防火信息模型，開展結構、機電、幕墻等系統之間的防火碰撞檢查，保證防火構造與其他建筑系統協調配合，消除接口沖突和隱患。第二，加強重點部位防火構造設計，細化結構節點。管井、電梯井、外立面與主體結構相交部位等重要部位，采用“三道防線”防火構造策略，在樓板與外墻交接處設置剛性防火封堵、柔性防火封堵和膨脹型防火材料，保證結構變形時封堵系統仍然完整可靠。豎向管道井采用分段式防火構造設計，每層設置防火隔板，管道穿過部位設置3mm厚膨脹型防火圈，管井每隔3～4層設置一次完全封閉的防火隔板，形成有效的阻斷層次。外立面防火構造設計時，設置雙層防火隔離帶，內層采用高密度巖棉帶作為基本阻燃材料，外層采用納米氣凝膠復合材料提高隔熱性能，兩層之間設置反射隔熱層以防止輻射熱傳導。第三，建立科學的材料選型機制，提升系統的綜合性能。材料選擇要按照“溫度-時間-強度”三維評估體系，結合實際火災環境溫度曲線和構件受力特性，科學搭配防火材料。關鍵防火區域優先采用多材料梯度防火體系，例如，陶瓷纖維、納米氣凝膠、膨脹型涂料復合而成的系統，具備耐高溫、低導熱、熱膨脹補償等功能；在防火卷簾和防火墻銜接之處設置500mm寬雙向搭接構造，并加設導向槽，保證高溫變形之后仍然密封可靠。對于易產生熱膨脹應力的節點，要開展熱應力分析，采用應力釋放設計，如在剛性防火墻里嵌入柔性防火縫帶，允許±20mm位移，從而提升構造的適應性和系統穩定性。

3.2" 優化施工工藝，加強質量控制

針對施工質量問題造成的高層建筑豎向防火分隔系統失靈，要從工藝標準化、構造精準化以及質量管理體系建設這3方面著手，全方位優化施工階段的防火可靠性。第一，編制防火分隔專項施工方案和標準化操作流程，明確防火封堵、幕墻防火帶、防火卷簾等重點工序的材料配比、施工環境、施工步驟和驗收標準。利用施工圖深化設計，把各個防火節點標準化，編制節點構造圖集。為提升隱蔽工程質量，應積極引入紅外成像無損檢測技術，找出防火封堵內部空鼓、裂縫等施工瑕疵[5]。第二，推廣裝配式施工，做到構造精準。防火隔墻采用預制裝配式墻板，現場通過預埋鋼板、高強防火螺栓連接，提高安裝精度和結構穩定性。鋼結構防火包覆改為工廠預制后現場拼裝，利用三維掃描技術獲得準確尺寸，定制包覆構件，接縫處采用搭接密封帶和耐高溫密封膠雙重保護。防火玻璃安裝要求恒溫恒濕，接縫寬度（6±1）mm，使用耐溫不低于300℃的有機硅膠，保證密封和耐火效果。第三，創建防火分區全程質量追溯體系。在重要材料上加貼二維碼身份識別標簽，記載其批次、性能、進場日期及施工人員等信息，做到全生命周期溯源管控。施工現場執行多專業交叉作業專項交底制度，所有穿過防火分區的管線安裝完畢后，必須實施專項驗收并做補封復查。加大對防火門安裝質量的把控力度，利用精準量具校準門框與墻體之間的縫隙大小，保證尺寸均勻且密封性良好，全方位守護防火結構的完備性與有效性。

3.3" 加強使用階段管理，延緩外部因素誘發的失效進程

針對高層建筑使用過程中外部因素導致的豎向防火分隔系統失效問題，從管理制度、技術措施、應急機制等3個方面出發，提升防火分隔系統的耐久性與適應性。第一，建立防火封堵系統巡檢與維護制度。物業或消防責任單位要制定防火分隔系統維保計劃，每季度巡查一次，重點檢查防火封堵部位有無老化、脫落、裂縫等現象，特別是管井、電梯井、樓板穿越處等重要部位，配備熱成像、紅外掃描等檢測設備，對防火封堵系統進行無損檢查，做到防患于未然。第二，規范后期裝修及改造工程的防火審核工作，所有穿越防火分隔構件的管線增設、拆改工程均需提供防火影響評估報告，由專業設計單位確認防火性能不被破壞后方可施工。改造中造成破壞的部分需現場修復并組織專項驗收，防火門不得擅自拆除，不得更換非認證產品。當建筑使用功能發生改變時，應同時調整防火等級和材料配置，以保證防火系統與新的火災荷載相匹配。第三，搭建防火分隔智能監管平臺，增強動態反應能力，在建筑重要節點設置溫濕度傳感器、結構位移檢測器以及視頻識別裝置，創建實時監測網絡。平臺利用物聯網技術與消防體系聯動，能自動識別防火構件受損或功能下降的狀態，發出警報信號，便于物業和消防人員及時介入。物業管理制度中應明確防火設施不得私自拆除的規定，并設立處罰條例，以增強使用者的守法意識。通過制度保障與技術手段的融合，顯著降低外部因素對防火分隔系統的不利影響。

4 結束語

綜上所述，高層建筑豎向防火分隔系統作為遏制火災垂直蔓延的重要屏障，其有效性對于人員安全疏散與建筑的整體防火性能具有重要意義。針對其失效機理，可從保證設計的科學性、優化施工工藝以及加強使用階段管理等多個維度入手，構建全方位、多層次的防控體系，進而有效提升高層建筑的防火安全等級。

參考文獻

[1]陳長紅.高層住宅建筑消防安全防控分析[J].山西建筑，2024，

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[3]朱磊.高層建筑消防設備配線防火設計思路研究[J].中國設備工程，2024（24）：243-245.

[4]張蘊昕.高層建筑消防設備電氣防火設計研究[J].中國設備工程，2024（24）：246-248.

[5]孫廣沖.高層建筑防火疏散設計探討[J].工程建設與設計，

2024（21）：44-46.