高層建筑防火排煙設計探討

■ 茅茅 蘇州市消防救援支隊

高層建筑快速發展，讓城市密集人群問題得到緩解，高層建筑的便捷與多功能性給城市人群帶來諸多便利，但伴隨高層建筑的發展，多功能導致高層建筑內部復雜，給消防防火排煙設計工作帶來困難，讓消防安全工作變得非常嚴峻。通過對比近幾年建筑火災情況不難發現，高層建筑火災事故占比較高，由于高層建筑內部結構問題造成的防火排煙不到位問題也十分凸顯。隨著國內消防監督部門對高層建筑防火排煙關注的逐漸加深，相關部門或設計單位也對高層建筑防火排煙設計標準進行了優化，以期采取各類手段措施，提升高層建筑的防火排煙能力，進而推動城市建筑的持續發展。

一、高層建筑火災事故的主要特點

通過分析高層建筑火災事故案例不難發現，高層建筑功能的多樣性，雖能滿足不同人群需求，但其內部結構的復雜性，給高層建筑排煙系統造成了諸多問題或困難，一旦高層建筑內部出現火災，通風設施處理不當，火災產生的濃煙會逐漸在高層建筑內部進行蔓延。與部分低層建筑相比，高層建筑出現火災事故時，由于通風設施處理不當，極容易造成重大火災事故。諸多案例表明，高層火災事故因燒傷造成的事故比例遠低于因濃煙造成的窒息人員傷亡。通過研究高層建筑火災事故案例，歸納出以下特點：

（一）高層建筑內部出現火災事故蔓延較為迅速

高層建筑多為框架結構，外部墻板也為石棉瓦材料，遇火后火勢蔓延速度較快，短短幾分鐘就會造成大面積人員傷亡。從高層建筑內外部結構來看，逃生通道、管道等相互連通，火災火情極易沿這些通道進行快速蔓延，煙塵煙氣傳播速度也十分迅速。并且高層內工作人員也多通過通道進行逃生，煙塵占據逃生通道以及高層建筑各房間，增大了高層建筑內部人員逃生難度。

（二）高層建筑內部人員疏散困難

高層建筑內部具有多功能性，各空間獨立、房屋設計復雜，人口密集程度高，給消防監督工作帶來困難，出現火災火情時人員逃生面臨諸多問題。首先是高層建筑出現火災如果煙塵排放設計不到位，煙霧會快速充斥每個房間，不僅給人員逃生造成困難，消防救援工作也面臨眾多危險。其次，高層建筑材料多為易燃材質，發生高溫燃燒過程中，也會釋放大量有害煙塵氣體，如果這些有害氣體被工作人員或消防隊員吸入，會對人員疏散造成困難。最后，因高層建筑房間存在密封性，對不熟悉高層建筑內部結構的人員來說，也會影響其快速逃生。

二、當前國內高層建筑防火排煙設計中存在的問題

（一）高層建筑內部消防設施不規范

高層建筑內部各功能區復雜，人員密集程度較高，空間職能管理上存在疏漏，使得消防配套設施也存在與消防監督工作不匹配、不完善等問題。建筑的管理者消防安全意識不足，將經濟效益放在首位，使得高層建筑單位出現火災火情的概率大大增加。其次，物業管理方對于自身建筑的消防設施維護保養做得不到位，也會造成消防火情的增加，日常消防設施維護不到位，出現漏洞無法及時進行彌補挽救，使得火災出現時相關消防設施無法起到相應作用，最終造成人員傷亡。

（二）高層建筑單位使用建筑材料存在問題

在高層建筑設計時，設計施工單位忽視了施工材料質量問題，尤其是建筑電爐、外墻材料等選擇上容易采取便宜、質量不可靠的材質，高層建筑單位內部結構復雜，存在電線亂接導致的電路局部過熱等問題，給整體電路帶來超載壓力，部分電路在進行較長時間作業時，容易出現過載老化等問題，為火災發生埋下隱患。

（三）高層內部結構設計存在問題

當前高層甚至超高層建筑逐漸增多，多為商城、公寓、寫字樓等，內部結構的復雜性，導致對其進行設計時，多考慮空間最大程度利用，忽視了消防區域、防火排煙設計。消防通道、排煙設施的忽視造成建筑物內部出現火災火情時，濃煙迅速充斥高層建筑內部，給人員逃生以及消防救援帶來困難。此外，因高層內部結構問題，出現火災時建筑結構外墻耐火性能較差，火災引起的高溫高壓會使鋼結構承載力下降，總負荷降低，重者會造成高層建筑變形甚至是坍塌。對此，高層內部結構設計務必符合建筑規范，消防設施設計以及施工必須嚴格按照相關守則制度進行。

（四）高層建筑內部排煙設計不規范

國內高層建筑起步較晚，相關圖紙以及消防規范也多借鑒國外經驗，國內相關設計人員在未考慮高層建筑內外界因素的情況下，就對其進行消防排煙設計，極易造成排煙設計與建筑實際應用不匹配。或設計排煙系統時，為追求空間利用率，忽視業內標準，排煙設計缺乏合理性。相關火災案例表明，高層建筑出現火災時，存在內部排煙窗無法開啟或者是開啟緩慢等問題，造成短時間內火災大面積蔓延，煙氣由于無法正常排出會快速充斥到建筑內部，給人員逃生以及消防救援工作帶來困難。此外，設計過程中，高層建筑相關結構應與消防設施進行聯動，如排煙窗口裝置應與消防設施或報警系統相關聯，出現火情及時發出警報，并通知相關部門，但諸多高層建筑忽視了此項工作，無法為救援工作贏得寶貴時間。最后，通風口、排風口出于成本考慮，設計不規范，風量、風速不均等問題凸顯，舊時百葉窗落后且在設計上存在很大問題，高層建筑內狹長通道平滑度設計不足，給高層建筑送風排煙造成困難，高層建筑出現火勢快速蔓延與排煙設計不規范存在關聯。

三、提升高層建筑防火排煙設計的相關措施

第一，排煙是高層散熱的關鍵一步，如何結合建筑結構達到自然或者機械排煙兩個模式的最優解是目前探索的目標。從行業內的發展情況來看，機械排煙和自然排煙都具有比較高的排煙效果，但是這兩種模式存在著很大的差異性，機械排煙依靠自身機械能轉化為動能，而自然排煙則依靠良好的通風結構與自然天氣，在具體的選用過程中需要根據建筑物內部結構的特點以及所處的外部環境進行綜合性選擇。其次，在通風系統的設計與設備選擇方面也應當按照建筑物的實際特點進行綜合性選擇。對某一區域排煙，防止煙氣大量蔓延至鄰近區域的要求本身合理，但對此不應過于絕對、僵化地理解和執行。火災情況下，任何設計方案都無法絕對保證相鄰的非事故區域沒有“一丁點”煙氣。按“一處火災”的基本設計原則，不論相鄰區域是否位于事故區的疏散路徑上，即使有少量煙氣蔓延，只要不影響相鄰區域的逃生條件（視距、溫度、CO 濃度），應該是可以接受的。若相鄰區域不在服務于事故區的疏散路徑上，且本身又是無人區，可接受的蔓延程度則可以放寬。

第二，在高層建筑物內部合理地規劃排煙裝置。如果根據建筑物的特點選擇了機械排煙方式，建筑物的構建就需要考慮貫通性，如何合理的確保煙氣進入和排出的位置、體量、流速是考慮的關鍵，并且通過嚴密計算使得內部排煙裝置能夠基本覆蓋排煙量的需求。在性能化防火設計體系下，需首先確定建筑的幾何參數及使用情況，確定設計火災場景（包括可燃物種類、數量、火源功率、位置、煙羽流特征等），設定設計目標，保證人員在火災發展到威脅人身安全之前到達安全區域，即人員疏散時間小于危險來臨的時間，在可用的逃生時間內維持人員疏散路徑上的逃生條件。逃生條件涉及多方面因素，其中與防排煙系統設計目標相關的則是，在設定的設計時長內，通過防排煙系統的運行使逃生路徑上的煙層維持在一定的高度之上，以及控制煙層平均溫度。同時，在建筑物內部要對排煙口的面積以及位置進行科學設計與規劃，并且做好建筑材料的選擇。在高層建筑物內部設計過程中，設計人員需要對其內部的煙氣流動特點進行充分把握，可以采用有效的分區排煙裝置進行設計，從而使高層建筑物內部的濃煙能夠在較短的時間排出，減少對內部人群的影響。

第三，在建筑物的驗收階段，相關的監理部門以及政府監管機構需要做到嚴格的消防設計驗收檢查工作，確保高層建筑物的消防設計工作能夠達到行業內的要求規范。驗收階段是把握建筑物防火排煙設計質量的最后一道防線，相關的部門與人員應當切實負起責任，從而使驗收工作能夠具有較高的質量，將風險事件杜絕在門外。在驗收的過程中，相關部門應當嚴格按照行業內的規范細則對高層建筑物內部消防工作的每一個細節進行考核和驗收，尤其是對地方的各級住建部門來說，住房與城鄉建設部門要加大對審核驗收的考核力度，加強監管水平，全面提升基礎設施審查工作，為轄區內高層建筑物的建設守好消防安全底線，從源頭上遏制高層建筑物火災現象的發生。