高層公共建筑防火設計的相關探討

■陳 磊 ■廈門合道工程設計集團有限公司，福建 廈門 361000

近十幾年來，我國的經濟建設得到了飛速的發展，在建筑方面，各式各樣的高層建筑紛紛建立起來，這些建筑極大地豐富了城市的景觀，改善了人們的工作生活環境。其中高層公共建筑由于其功能日趨復雜，智能化程度和生態環保設施的不斷完善也帶來了用電設備和裝置的大量增加，這些都在無形中留下了各種安全的隱患。因此對高層公共建筑的火災特點和消防設計要求都需要進行研究、探討，適當完善相關消防規范，以滿足消防安全的要求。

1 高層公共建筑消防工作的特點與難點

1.1 人員密集，疏散時間長

高層建筑內可容納成千上萬人，以辦公建筑4 m2/人的人員密度估算，一棟5 萬m2的寫字樓可容納上萬人。而人員在建筑內水平方向上的安全疏散時間只有幾分鐘時間，而相同距離的垂直疏散時間往往是水平疏散時間的10 倍左右，試驗表明，在一座50 層的公共建筑內通過樓梯將人員全部疏散至一層安全區域大約要用2 個小時，這種疏散速度顯然極易造成重大人員傷亡。

現代的高層公共建筑的樓層數量很多，垂直的距離非常長，火災發生時人們的逃生本能和恐慌心理很容易造成混亂的情況，而疏散通道并不寬敞，人群全部涌到比較狹窄的地方更容易造成擁擠，甚至發生踩踏事故，不利于安全疏散。

1.2 火災蔓延途徑多且快，火勢迅猛

高層公共建筑里面存在著多種井道，比如樓梯間、電梯間、管道井、電纜井、排風道等等，這些都極易在火災來臨之際變成助火的通道，即“煙囪效應”。一旦室內起火，高溫火災煙氣進入這些豎井后，火勢會在煙囪效應的作用下變得非常迅猛，由建筑物的下層很快蔓延到上層乃至整個建筑。另幕墻和主體結構之間的縫隙由于封堵未做或破壞也是煙氣蔓延的主要途徑。如此一來，更易造成人員傷亡。

1.3 擁有較多的功能與設備，裝修量大，起火隱患多

隨著社會的發展，高層公共建筑的功能日趨復雜，同時由于其功能的需要一般有著比較高的設計標準，所以各種設備如電氣化、智能化、綠色生態環保方面投入量非常大，且用電量大，這就遺留了比較大的安全隱患，一旦這些設備發生漏電觸電，容易形成點火源。另外，在高層公共建筑中，建筑物的內部裝修材料中可燃化工裝修材料所占的比例很高，火災發生后的煙氣中含有很多有毒的氣體，加上高層公共建筑的自然通風條件均較差，缺氧甚至中毒現象很快就會出現，這對人們來說是非常嚴重的危害。

1.4 持續時間長，破壞性大

高層公共建筑的體量一般都比較龐大，在火災剛開始時起火點不易準確定位，故火勢容易蔓延;另由于高層建筑高度高，風速大(實測表明，若建筑物10 米高處的風速為5 米/秒，則在90 米高處風速可達15 米/秒)，微小的火源在高處較大風速的助力下極易蔓延成災，一旦蔓延，火災持續的時間就很長。此外由于現代都市人口眾多，建筑物比較密集，高層公共建筑發生火災比較容易波及到附近的其他建筑，造成更大的破壞性。

1.5 火災撲救難度大

目前我國國內百米的高層建筑已經是比比皆是，但大部分城市的云梯式消防車最大作業高度在30～45 米之間，少數大城市也才達到50米左右。根據對消防隊員實測，登高超過10 層時，心跳和呼吸次數明顯加快，不適應撲救的需要;另一方面，一般消防員攜帶滅火器材徒步跑上六七層樓，其體力已經疲憊不堪，基本喪失戰斗力的程度。顯然高層建筑的火災已經不能完全靠外力來撲救。

由于以上這些特點，高層公共建筑的火災防治已經引起了人們的普遍重視。有些專家明確指出，應把這種火災作為最重要的特殊火災問題對待(其次是地下建筑火災、油品火災等)，加強其防治技術和撲救對策的研究。

2 高層公共建筑在防火設計時需要注意的問題

2.1 選用耐火、環保的建筑材料

建筑材料分為結構材料和裝修材料兩大類，現在鋼材和鋼筋混凝土已成為高層公共建筑的主要結構材料，如嚴格按現行規范設計和施工，整體框架和有關構造都能滿足耐火要求;對裝修材料的要求是不燃或難燃，兼具環保，即便發生燃燒也不會產生大量的煙氣和有毒氣體。

2.2 采用傳統的防火平面化設計

(1)采用合理的建筑總平面布置。建筑物的總平面防火設計主要是從火災安全的角度，根據建筑物的使用功能、消防高度、火災危險性分類、耐火等級合理確定建筑物間的最小防火間距。其次為了便于消防車的通行，城市街區內相鄰道路中心線間的距離不宜大于160 米，這主要是根據室外消火栓的保護半徑為150 米左右確定。當建筑物沿街道部分的長度大于150m 或總長度大于220m 時，應設置穿過建筑物的消防車道，確有困難時，應設置環形消防車道。此外還應該嚴格按照規范的要求合理布置消防施救場地。

(2)設計合理的防火分區，特別重視豎向防火分區的劃分。所謂防火分區是指采用防火分隔措施劃分出的、能在一定時間內防止火災向同一建筑的其余部分蔓延的局部區域。采用這一措施，可以在建筑物一旦發生火災時，有效把火勢控制在一定范圍內，減少火災損失，同時可以為人員安全疏散、消防撲救提供有力條件。

一般來說，防火分區分為水平分區和垂直分區，水平分區大家容易關注得到做法也相對成熟，這里主要強調垂直分區。從眾多火災案例來看，火災的發展過程水平方向上相對較慢，大約0.5 米/秒，而垂直方向上可達3～5 米/秒，如果垂直方向上的防火防煙措施不夠有效，那后果將可能是著火層以上數層甚至整個建筑的火災蔓延，形成“煙囪效應”，在高層公共建筑中更為明顯。因此，根據《建筑設計防火規范》(GB50016 -2014)精神，建筑高度不超過100 米的高層公共建筑，宜選擇不超過2 層，重要公共建筑宜每層應作為一個垂直分區;建筑高度超過100 米的高層公共建筑，每層應作為一個垂直分區。垂直防火分區是通過一定耐火極限樓板及窗檻墻來實現，以及與之相應的耐火封閉措施，多用于貫穿部位，比如中庭、樓梯、電梯、自動扶梯、各種管道孔口及變形縫、幕墻和結構主體縫隙等部位實現分隔區域;

(3)設計合理的安全疏散系統。首先根據防火分區內房間的使用功能查閱相對應的人員荷載，乘以相對應的面積計算出該防火分區的使用人數及需要的疏散寬度，再根據疏散距離合理分布樓梯位置并滿足各自防火分區的疏散寬度而盡量不采用分區間借用，樓梯形式嚴格按照《建筑設計防火規范》(GB50016 -2014)執行。火災發生后，消防電梯是消防人員最為重要的交通和施救工具，需要單獨設置，而且要保證不同的防火區內均有設置。

因為高層公共建筑是人員密集區域，所以發生火災后，很難在短時間內疏散全部人員，而且在火場之后也會有各種意外發生，所以能夠臨時避難的防火避難層就成為防火設計的一個重點。對于高層公共建筑來說，避難層與避難層之間的距離不能超過50 米，面積應該完全滿足避難的人數要求，最好是設在消防電梯的出口處，并備有消防專線電話、消防栓以及消防卷盤。

除常規疏散系統外，設置輔助的安全疏散設施也是十分必要的，它一般為簡易實用的攀沿、滑翔等裝置，在高層公共建筑中主要為疏散陽臺(凹廊)、救生帶、避難橋、高層建筑自動緩降裝置等。另外也可突破現行規范考慮利用電梯疏散(僅限于本文討論)，國外已有利用電梯進行火災疏散從而提高逃生效率的，如911 南樓、96年廣島高層公寓有一半以上的人員是利用電梯逃離火災現場的，近年來我國也有相關的案例，故不少學者已開始研究這一問題，并提出了一些方案。

(4)采用全面的火災主動防治對策。在現代建筑的火災中，主要依靠外來力量進行撲救已很不現實，這樣往往會延誤滅火時機，造成重大損失。因此發展強有力的火災探測、滅火與煙氣控制系統將成為高層公共建筑的基本火災防治手段。

在高層公共建筑中主要采用感溫、感煙、火焰及復合式幾種探測器準確探測到火情并迅速報警，并啟動自動噴水滅火系統達到滅火目的。由于水滅火機理兼具隔離法、冷卻法、窒息法等多種作用，因此成為高層公共建筑主要采用的滅火系統。

眾所周知，火災發生后，造成人員傷亡的最大原因并不是火焰，而是火焰帶來的大量有毒煙氣。所以，在進行高層公共建筑的防火設計時，必須設計合理高效的煙氣控制系統，在火災發生時有效控制煙氣的流動與蔓延，為人員疏散減少干擾。首先使用隔墻或擋煙垂壁劃分出防煙分區，每個防煙分區不大于500 平方米且不跨越防火分區，并在適當部位設置一個或多個排煙口，通過設置合理有效的排煙系統和補風系統有效排除燃燒產生的煙氣。

(5)特殊情況采用性能化防火設計。隨著經濟的發展，社會上出現了多種超高又兼具特殊功能的公共建筑，原有的處方式設計規范無法合理解決該類場所的防火設計問題，由此可采用近年來國際上建筑界和火宅科研界新提出的以火災性能為基礎的“性能化建筑防火設計”。

建筑物的性能化防火方法主要涉及性能化防火分析、性能化防火設計兩個方面。性能化防火分析是根據高層公共建筑的結構特點，通過定量計算，用某些物理參數描述出火災的發生和發展過程，并分析這種火災對建筑物內的人員、財產和建筑結構本身的影響程度，從而為采取合理的消防對策提供基本依據。性能化防火設計是在性能化防火分析的基礎上所進行的建筑物各種火災防治系統的設計行動，它將綜合建筑物業主的安全要求、建筑物的現場條件、有關安全規范等，做出建筑物防火系統的具體設計方案。并且要對各種可采取的設計方案進行比較評估，從中選出最終的實施方案，完成相應的設計文件等。

性能化設計方法可使高層公共建筑的防火安全目標、火災損失目標和設計目標實現良好統一。相對傳統的處方式設計方法，它是一種新型的補充。

3 結語

為人們的工作與生活提供了極大便利的高層公共建筑，已是城市建設的一大趨勢，但是高層公共建筑發生火災也會為人們帶來極大的危害，所以其防火設計一定要進一步地加強和完善，進而保障人民群眾的生命財產安全以及高層公共建筑的使用安全。

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