現代城市高層建筑防火設計研究

王家祿（中國市政工程中南設計研究院總院有限公司，廣東 汕頭 515000）

1 引言

現代城市發(fā)展中，高層建筑的數量持續(xù)增長，但由于建筑高度較大，消防工作的難度也隨之提升，因此，需要在建筑設計過程中做好防火設計工作，以提升建筑的防火性能，為救援工作爭取時間[1]。但從目前來看，在現代城市高層建筑防火設計中，存在一些缺陷和問題，影響了防火設計效果，需要相關設計人員做好深入研究，提升防火設計的有效性。

2 高層建筑火災的特點

2.1 火災具有立體性

相比常規(guī)建筑，高層建筑更容易出現立體火災，主要原因包括以下2點：

1）在建筑裝飾裝修過程中，采用了大量可燃性材料，尤其是一些綜合性高層建筑，如商場展區(qū)、賓館客房等，因其功能需求，需要進行大面積裝修，會使用較多的泡沫板、布匹、木材等可燃材料，這些材料的存在給火災的發(fā)展和蔓延提供了有利條件[2]；

2）建筑內部管道縱橫交錯，如通風管道、排水管道、電纜管道等，在火災發(fā)生時，煙氣會沿著管道蔓延，而建筑中的樓梯間、電梯井以及玻璃幕墻縫隙等，都會在一定程度上助長煙火蔓延。

2.2 人員疏散難

高層建筑發(fā)生火災時，火勢蔓延速度極快，人群疏散難度較大，究其原因包括2點：

1）能夠用于疏散的通道數量十分有限，高層建筑發(fā)生火災時，普通電梯無法使用，消防電梯又需要優(yōu)先供消防人員使用，且消防云梯的作業(yè)半徑和作業(yè)高度有限，因此，高層建筑內的多數人員只能通過樓梯間進行疏散，很容易發(fā)生擁擠、踩踏事故。

2）疏散時間非常有限，高層建筑中火勢蔓延的速度可以達到3~5 m/s，以1棟高100 m的建筑為例，在不到1 min的時間內就會全面爆發(fā)火情。同時，高層建筑中人員眾多，垂直疏散距離長，人們要在共同疏散的情況下到達安全區(qū)域，往往需要很長的時間，疏散難度很大。

2.3 撲救難度大

高層建筑結構復雜，火災撲救難度大，具體來講表現在以下方面：

1）消防登高困難。高層建筑內部結構相對復雜，在主體結構周邊會設置相應的裙樓，影響了消防云梯的使用，而在消防云梯無法發(fā)揮作用的情況下，消防員只能借助消防電梯和樓梯登高救火，可能與正在疏散的人群發(fā)生碰撞，影響救援速度。

2）火場供水困難。高層建筑火災規(guī)模大，在撲救時需水量大，一旦室內消防系統在火災的影響下出現故障，需要完全依靠消防車供水，對消防車的要求較高，而且登高鋪設水帶的方式影響因素眾多，會進一步增大火災撲救難度[3]。

3 現代城市高層建筑防火設計現狀

3.1 片面追求美觀

當前，一些建筑設計單位在對高層建筑進行設計的過程中，一味地關注建筑的美觀性，對防火設計工作的重視程度不夠，在材料選擇方面，沒有考慮其防火性能，導致高層建筑本身對于火災的抵抗能力較差。

3.2 消防空間不足

隨著城市化進程的加快，城市土地資源不斷減少，城市空間價值也在飛速提升，在這種情況下，部分建設單位在進行高層建筑規(guī)劃過程中，過于重視建筑的經濟價值，盲目壓縮建筑消防空間，忽視了建筑的安全性設計，一旦發(fā)生火災，會造成難以預計的后果。

3.3 材料控制不當

在工程規(guī)劃階段，需要高度重視高層建筑防火設計，對材料的防火性能也要提出明確要求。但從目前來看，一些建筑工程的施工單位對防火材料的性能缺乏足夠的重視，選擇了價格低廉的防火材料，導致材料性能不達標，給高層建筑埋下了嚴重的安全隱患。

3.4 內部結構復雜

高層建筑內部結構復雜，用戶難以準確辨識消防設施和消防通道，而且部分開發(fā)商在對高層建筑內部區(qū)域進行劃分的過程中，過于機械化，缺乏靈活性，影響了防火設計的順利實施，甚至部分高層建筑在交付使用后，消防通道被故意占用，一旦發(fā)生火災，人員的疏散將更加困難[4]。

4 現代城市高層建筑防火設計優(yōu)化策略

4.1 提高建筑結構的耐火能力

在我國，依照建筑工程的常用結構類型，可以將其耐火能力劃分為4個等級，而高層建筑的耐火等級應為一級或二級。建筑結構的耐火能力主要受構件的耐火極限和燃燒性能影響，在防火設計中，需要明確設計要點，對高層建筑防火安全的基本措施進行完善，做好設計缺陷的改進，在提高建筑結構功能性的同時，保證高層建筑防火設計的合理性和有效性。在設計過程中，應充分考慮高層建筑防火設計的相關理念。

以鋼結構為例，可以從以下方面提升其耐火能力：

1）在結構表面涂刷防火涂料，最大限度地提升鋼材的耐火性能，確保在火災發(fā)生時，延緩樓層結構發(fā)生變形，為人員疏散和火災撲救爭取更多的時間；

2）在鋼結構表面使用發(fā)泡防火漆，這種材料在常溫狀態(tài)下與普通油漆一樣，但其不易燃燒，能夠避免可燃物被迅速點燃，在一定程度上發(fā)揮遏制火勢的作用。

4.2 做好相關系統設計

在高層建筑防火設計中，應做好防火系統的設計，如防排煙系統、報警系統、自動滅火系統等。在防排煙系統設計中，應充分考慮高層建筑的結構和功能特點以及現實需求，設計出能夠符合實際情況的自動化防排煙系統，制定完善的防火安全措施，對存在缺陷的部位進行改進，確保在火災發(fā)生時能夠對煙氣進行及時疏散；在火災報警系統中，應結合高層建筑的實際情況，在適當位置設置相應的傳感器設備，如煙感傳感器、溫度傳感器等，以及時發(fā)現火災隱患，發(fā)出相應警報信息，提醒人們及時采取措施；在自動滅火系統中，應充分考慮高層建筑的功能特點，選擇合理的滅火方式，如噴水滅火、二氧化碳滅火等，以實現對初期火災的撲救，同時，對建筑內部的主要功能構件進行保護，保證火災防護效果。另外，在高層建筑中，應采用消防水泵與轉輸水箱串聯供水的方式，減輕管網壓力，提升火災撲救效率[5]。

4.3 合理劃分防火分區(qū)

在對高層建筑進行防火設計的過程中，應做好防火分區(qū)的合理劃分，借助防火設備對建筑進行分隔，使用防火材料對空間進行包圍，這樣在火災發(fā)生時，能夠有效避免火勢蔓延。在建筑防火分區(qū)設計環(huán)節(jié)，可以采用防火墻的方式進行分隔，具體分區(qū)方法應依照高層建筑的類型和特征進行確定，因此，不同建筑在防火分區(qū)設計中存在較大的差異性。防火分區(qū)設計能夠有效避免火災事故的發(fā)生，也可以在火災發(fā)生后對火勢進行有效控制，最大限度地保障建筑整體安全性，減少火災帶來的損失。

4.4 設置防火避難場所

設計人員應重視高層建筑中防火避難場所的設置，具體應注意以下3點：

1）在避難層設計環(huán)節(jié)，必須確保首個避難層樓層地面與救援場地地面高度差小于50 m，每層避難層的間隔也應控制在50 m以內，以滿足火災救援需求。通往避難層的疏散樓梯應該在避難層分隔、同層錯位，或者上下層分開。

2）在對自然排煙系統進行設計時，可以使用FDS軟件進行模擬，確保煙氣和熱輻射不會進入相鄰建筑中，同時，也必須對正壓送風系統進行處理，以降低相鄰建筑窗口溫度，對火災蔓延情況進行控制。

3）如果避難層兼做設備層，需要對設備管道進行集中處理，設置管道區(qū)域內耐火等級為一級，確保分隔設計順利實施。

4.5 重視防火細部構造

一般情況下，建筑外圍結構是火勢蔓延的關鍵，通過提升屋面或者墻體耐火性能的方式，能夠避免高溫引發(fā)的建筑結構破壞。而在設計過程中，需要切實做好對防火構造的細部設計。例如，變形縫是防火分區(qū)中最為薄弱的部分，其填充材料和構造基層都必須選擇不燃材料，幕墻結構和每個樓層的樓板則需要使用防火材料做好封堵工作。在每層電梯井、管道井的樓板位置，需要設置超過樓板材料耐火極限的防火材料和不燃材料封堵，并采用防火材料對孔隙進行封堵。還應將防火墻設置在建筑主體承重結構上，若防火門設有變形縫，需要設置在樓層較多的一側，確保防火門開啟時不會跨越變形縫。同時，防火卷簾的耐火極限應超出墻體耐火極限，借助防火材料封堵樓板、墻體和梁柱之間的縫隙。通過有效的防火細部構造設計，可以為高層建筑的防火工作提供安全保障，為火災的撲救和人群的疏散創(chuàng)造出良好條件。

5 結語

綜上所述，伴隨著經濟與社會的快速發(fā)展，我國城市化進程不斷加快，高層建筑成為現代城市建筑發(fā)展的主流方向，對于城市的規(guī)劃有著良好支持作用，但同時也增加了火災安全隱患，需要引起建筑設計人員和有關部門的重視，在推動防火措施有效落實的同時，還必須提升高層建筑防火設計水平，降低火災發(fā)生概率。設計人員必須認識到自身工作的重要性，不斷提高個人的專業(yè)能力，嚴格依照相關規(guī)范要求進行高層建筑防火設計，推動設計方法的持續(xù)優(yōu)化，為高層建筑居民提供安全生活環(huán)境。