高層建筑消防安全疏散設計中存在的問題及對策

惠 丹

無錫市建設工程設計審查中心 江蘇 無錫 214000

1 高層建筑消防安全疏散設計的必要性

受結構及功能特征的影響，高層建筑火災普遍具有以下幾個顯著特征：(1) 火災荷載大。火災荷載指的是單位面積內可燃物的多少。由于高層建筑居住人數多，因此，建筑內易燃、可燃物相較于多層建筑更多，從而導致其火災荷載更大；(2) 火勢蔓延快。高層建筑火勢蔓延速度快的原因有兩點：首先是“煙囪效應”的作用。高層建筑內普遍含有較多的豎井結構，當發生火災時，這些豎井便會產生“煙囪效應”，一方面加強火場內部熱對流，加快火勢蔓延；另一方面將更多的新鮮空氣引入火場，促進燃燒，進一步加快火勢蔓延；其次是“圍爐效應”的作用。現代高層建筑封閉性和保溫性較好，當發生火災時，熱量和煙氣難以快速從室內排出，從而導致火源附近壓力及溫度急速上升，發生轟燃現象，隨著壓力繼續增大，門窗破碎，大量新鮮空氣涌入，則會發生進一步的爆燃、復燃現象，加速火勢蔓延；(3) 撲救難度大。受建筑高度普遍超過消防救援設備最大使用高度，居住人數多，建筑結構復雜，逃生距離長等因素的影響，高層建筑火災具有撲救難度大的普遍性特征；(4) 煙氣排放難。目前很多高層建筑會采用玻璃幕墻裝飾建筑外立面，使得高層建筑自然排煙能力下降，若消防安全疏散設計不科學，人員疏散時間過長，則容易受到有毒煙霧的危害，顯著降低逃生幾率[1]。

根據上述特征不難看出，相較于多層建筑，高層建筑的消防救援難度更大，火災對樓內居民生命財產安全的危害性更大，因此，在進行高層建筑設計時，需要專業設計人員，利用專業知識及科學技術手段，對火災發生時消防救援及人員逃離的方式和路線進行科學預測，在此基礎上，按照國家相關法律法規及規范標準，進行科學化、規范化的建筑消防安全疏散設計，以此確保被困人員能夠以最快、最安全方式逃出火場，最大限度降低火災事故的危害。

2 高層建筑人員疏散行為特征及難點分析

作為日常生活中發生幾率較高的一種突發性事件，火災具有顯著的高危害性和不確定性特征，而火災發生過程中，疏散人員的地理位置、生理反應、心理特征、逃生條件都會對其逃生行為的決策產生直接的影響。具科學研究表明，火災發生時大部分疏散人員都會按照“感知→決策→行動→感知”的循環反應機制做出相應的疏散行為。而高層建筑內人員密集，人們在進行火災逃生時，必然會發生“恐慌行為”和“群聚現象”，這會對疏散人員逃生行為的決策產生干擾，影響其疏散逃生的效率。

通過對大量高層建筑消防安全事故案例的分析，可以看出，高層建筑人員應急疏散具有以下三個突出的實施難點：首先是疏散人數較多。高層建筑屬于人員密集區域，因此發生火災時，需要疏散的人員較多；其次是垂直疏散距離較長。高層建筑發生火災時，嚴謹乘坐電梯，疏散人員只能通過樓梯進行逃生，對于高樓層住戶而言，垂直疏散距離過長；最后應急疏散設計缺乏合理性。具體表現有：應急疏散路線設計不合理、疏散標識配備不完善等，難以滿足應急疏散要求，增大人員疏散難度[2]。

3 影響高層建筑人員疏散的主要因素

3.1 疏散通道通暢性

作為高層建筑消防救援及人員疏散的“生命通道”，消防疏散通道的通暢性至關重要。然而，從而日常生活實際情況來看，受疏散設計不當、消防安全管理不善等因素的影響，很多高層建筑都存在消防疏散通道不通暢的問題，例如：疏散通道、消防樓梯寬度設計不達標；樓梯間、消防通道、安全出口等區域堆放雜物等。一旦發生火災，將嚴重降低疏散通道的通過率，影響人員疏散效率，增大火災危害性。

3.2 疏散時間充足性

高層建筑人員數量多、垂直疏散距離長，再加上火勢蔓延速度快，因此，火災發生后很難在短時間內使建筑內人員全部撤離。而人員疏散時間越長，則受到燃燒產物危害的時間越長，生命安全受到的威脅也越大。因此，想要最大限度保障火場人員的生命安全，就必須要盡可能地縮短疏散耗時。從消防疏散設計的角度來看，疏散路線規劃的科學性、疏散標識的準確性、疏散通道所用材料的耐火性都會對人員疏散時間產生直接影響，因此在進行設計時應對上述設計內容予以重點考慮。

3.3 疏散環境安全性

火災發生時，疏散人員的心理狀態將直接影響其疏散反應的靈敏度以及逃生決策的正確性，而疏散人員所處位置的環境狀態則能夠對其心理狀態產生決定性影響。因此，在進行消防安全疏散設計時，應加強對疏散通道周邊環境安全性的思考，通過科學選用建筑裝飾材料、完善應急設施配備、優化建筑結構等設計手段，最大限度提升疏散通道周邊環境的安全性，一方面增強對疏散人員生命安全的保護能力；另一方面弱化疏散人員的恐懼心理，從而幫助疏散人員冷靜、有序地疏散逃生。

3.4 疏散設施完備性

由于高層建筑火災救援難度大，所以“提高火災預防和自救能力”是高層建筑消防設計的核心思想。鑒于此，高層建筑對消防疏散設施的完備性、先進性以及功能性具有極高的要求。在進行消防安全疏散設計時，設計人員必須要嚴格按照相關法律法規及規范標準的要求，做好疏散設施設計工作，確保疏散設施的完備性，以此增強高層建筑的火災預防和自救能力，為人員疏散提供更有力的保障[3]。

4 高層建筑消防安全疏散設計問題分析

4.1 設計缺乏規范性

受多種因素的影響，我國很多高層建筑都存在消防安全疏散設計缺乏規范性的問題，常見表現有：(1) 疏散出口設計不規范。部分開發商為增大建筑使用面積、降低建設成本，在進行疏散出口設計時，存在擅自減少安全出口數量、壓縮樓梯間和疏散通道面積、減小安全出口寬度等不規范的設計行為，從而顯著制約了安全出口的疏散能力，影響高層建筑消防安全疏散能力；(2) 樓梯間設計不規范。目前有很多開發商為最大限度提升高層建筑的空間利用率，在進行樓梯間設計時，通過忽略防排煙功能、自然通風能力、縮減樓梯尺寸規格等措施來壓縮樓梯間面積，從而導致樓梯間設計不合規，影響人員疏散效果；(3) 消防電梯設計不規范。部分開發商在進行建筑結構設計時，擅自將消防電梯設計為普通電梯，將管道豎井設計在消防前室附近卻將通道排煙口設計在前室口附近，不規范的設計方式，會引發人員疏散方向與燃燒煙氣排除方向相對的問題，嚴重影響人員疏散的安全性。

4.2 設計缺乏科學性

該問題的主要表現為：很多開發商或設計單位未能充分認識到高層建筑消防安全疏散設計的重要性，在設計過程中，既沒有結合高層建筑結構形式、設計特征、居民數量等具體數據信息進行針對性設計；也沒有利用先進的信息技術手段，對疏散設計方案進行智能分析和仿真模擬，而是簡單地套用相似工程的消防安全疏散設計方案，從而導致方案設計缺乏科學性和實用性，無法保證人員疏散的實效性。

4.3 設計缺乏人性化

該問題的主要表現為：設計人員在進行消防安全疏散設計時，僅注重設計方案是否符合相關規范標準的要求，是否與建筑結構相協調，卻未能立足實際，從疏散人員是的實際需求出發對設計方案進行合理優化，導致設計方案缺乏人性化，無法最大限度發揮方案設計的作用和價值，影響建筑應急疏散能力[4]。

5 高層建筑消防安全疏散設計問題的應對策略

5.1 明確設計標準提高設計規范性

明確設計標準提高方案設計的規范性，是保障高層建筑消防安全疏散能力的重要措施。

在進行疏散樓梯和疏散通道設計時，應明確以下設計標準和設計要點：(1) 應采用雙向疏散設計，疏散樓梯和疏散通道的位置，既可以設計在標準層防火分區兩端或接近兩端的區域范圍內，也可以設計在電梯間附近，以此確保疏散人員能夠快速找到并逃出著火區域；(2) 疏散樓梯和疏散通道應采用豎向布置形式并確保上下通暢；(3) 疏散通道的設計寬度應符合相關規范標準的要求并需要在地面或兩側墻壁設置應急疏散指示燈和疏散路線誘導燈；(4)走道形式應設計簡潔，盡可能避免使用袋形走道設計，以此保證人員疏散的速度。

在進行安全出口設計時，應明確以下設計標準和設計要點：(1) 根據相關規范標準的要求，各防火分區的安全出口設計數量必須要≥2個；(2) 安全出口的寬度設計應符合相關設計規范及工程項目具體設計要求，在安全出口附近應預留出一定的寬度空間，因此減少疏散人群擁擠、踩踏等問題的發生；(3) 疏散樓梯間、防煙樓梯間前室門之間的間距應≥5m；(4) 對于走道盡端的房間建筑面積＜50㎡且疏散門凈寬≥0.9m，建筑面積≤200㎡且疏散門凈寬≥1.5m、房間內任意一點距疏散門直線距離≤15m的空間區域，可以設計1個安全疏散出口。

在進行消防電梯設計時，應明確以下設計標準和設計要點：(1) 消防電梯必須配備天線及專用電話，能夠確保火災發生過程中，消防電梯內部人員可以與外部人員、消防監控室正常溝通；(2) 在進行消防電梯尺寸設計時，應全面考慮當前主要消防救援器械設備的尺寸大小，確保消防救援設備能夠順利進入電梯。

5.2 應用信息技術提高設計科學性

隨著信息技術的飛速發展，利用前沿性信息技術手段進行高層建筑消防安全疏散設計，是提升消防安全疏散設計科學性的重要方式，也是行業發展的必然趨勢。目前，設計人員可利用BIM技術，全面提升消防安全疏散設計的科學性。

BIM技術在消防安全疏散設計中的應用主要可包括以下兩種形式：(1) 利用BIM+Pyrosim技術構建高層火災虛擬情景。具體步驟為：先按照高層建筑設計圖紙，利用BIM技術進行高層建筑三維模型構建，并將模型導入Pyrosim軟件中，利用該軟件進行火災情景模型構建；然后通過“燃燒物類型選取”、“火源位置設置”、“基礎參數指標選取”等操作環節，構建出具體的高層建筑火災仿真情景。最后，開始高層火災仿真模擬，通過模擬獲取“溫度分布”、“煙氣蔓延速度”、“能見度情況”等火災數據信息，以此為消防安全疏散設計提供充足的數據信息支持，提高設計的科學性；(2) 利用BIM+Pathfinder技術進行高層建筑火災人群疏散仿真模擬。具體步驟為：借助構建好的高層火災仿真模擬情景，通過“人員疏散危險狀態臨界值”、“人員行為模式”、“基礎指標參數選取”、“疏散仿真模型構建”等操作，對特定火災狀態下，高層建筑人群疏散的時間、行為特征進行全面分析，以此為消防安全疏散設計中疏散路線設計、疏散時間預測提供充足的參考依據，增強設計方案的科學性。

5.3 優化誘導系統提高設計人性化

誘導系統設計在高層消防安全疏散設計中具有重要的作用，其設計質量和效果對疏散人員的逃生行為具有直接性的影響。以往人們在進行誘導系統設計時，主要將設計重點集中在“如何突出誘導系統在火災環境中對疏散人群的視角誘導性”上，并提出了設置應急照明設備、改變疏散通道及安全出口附近墻面顏色、設置誘導標識、在地面或墻面上設計誘導指示燈或導流燈等。雖然，上述設計措施能夠顯著提升誘導系統的功能性，增強設計方案的疏散能力，但不夠全面、不夠人性化。

設身處地的考慮，火災發生時，多伴隨停電現象，受到火災及停電雙重危險的影響，大多數住戶會呈現出極度恐慌的心理狀態，導致思維出現混亂，尤其是身處陌生環境時，往往難以冷靜、快速地觀察視覺誘導標志并有序地跟隨標志指引進行疏散。同時，高層火災發生時，會在短時間內產生大量具有刺激性的濃煙，不僅影響環境的可視距離，還會刺激人們的眼睛，使其難以睜開，從而進一步弱化視覺誘導系統的作用。基于此，從人性化設計的角度出發，在進行誘導系統設計時，還應考慮聽覺誘導系統的設計，通過設置專門的語音輸出裝置，通過聲音引導人們疏散，從而有效提升環境可視性較差情況下人員疏散能力[5]。

6 結語

綜上所述，高層建筑火災具有火災負荷大、蔓延速度快、撲救難度大、煙氣排放難等特征，對建筑內居民的生命安全具有極大的威脅。因此，做好高層建筑消防安全疏散設計工作尤為重要。基于對高層建筑人員疏散特點、難點、影響因素以及當前消防安全疏散設計問題的全面分析，設計單位應通過明確設計標準提高設計規范性、應用信息技術提高設計科學性、優化誘導系統提高設計人性化等策略予以有效應對，從而全面提升高層建筑消防安全疏散設計水平，更好地保障高層居民的生命安全。