建筑防火設計在高層建筑設計中的應用分析

摘要：隨著城市化的快速發展，高層建筑日益成為城市天際線的重要組成部分，而且建筑防火設計作為確保高層建筑安全的關鍵環節，在設計階段就被賦予了極高的優先級?；诖耍疚膶Ω邔咏ㄖ阑鹪O計的概述進行簡要分析，探討高層建筑防火設計的關鍵要素，詳細闡述高層建筑防火設計策略與措施。

關鍵詞：建筑防火設計；高層建筑設計；應用

引言

在現代社會，高層建筑以其高效利用土地資源、優化城市空間布局的特點，成為城市發展的重要標志。然而，高層建筑由于其特殊的結構和功能，面臨著獨特的火災風險和挑戰。一旦發生火災，可能會迅速蔓延，造成巨大的人員傷亡和財產損失。因此，建筑防火設計在高層建筑設計中扮演著至關重要的角色。

一、高層建筑防火設計概述

（一）建筑防火設計的基本原則

高層建筑防火設計是一個綜合性的議題，涉及從建筑設計的初期階段到建筑完成和使用的整個生命周期，而建筑防火設計的基本原則是確保人員安全和建筑完整性。這要求設計師在規劃和實施過程中，采取一系列預防措施來減少火災發生風險以及在火災發生時，確保有效疏散。這些原則包括但不限于使用防火材料、設計安全的疏散路徑、安裝火災探測和滅火系統以及確保建筑結構的耐火性能。

（二）高層建筑的特殊防火要求

在高層建筑中，由于其獨特的垂直布局和密集的人員分布，防火設計面臨更多挑戰，并且高層建筑的特殊防火要求著重于增強建筑對火災的抵抗力和疏散效率。這涉及對建筑內部空間的合理規劃，確保有足夠的疏散樓梯和通道以及在緊急情況下能夠迅速疏散人員。此外，高層建筑還需要考慮風向對火災蔓延的影響以及如何通過建筑外立面的設計減少火勢蔓延。防火電梯、避難層和特殊的消防設施也是高層建筑設計中不可或缺的部分。同時，高層建筑的防火設計還需要考慮火災時的供水問題，確保消防用水的充足性和可達性。通過對這些特殊要求的細致考慮和周到設計，高層建筑能夠在火災情況下最大程度保護人們的生命財產安全。

二、高層建筑防火設計的關鍵要素

（一）結構設計中的防火考慮

在高層建筑防火設計中，結構設計是確保建筑安全的關鍵要素之一，并且在結構設計階段，建筑師和工程師必須綜合考慮建筑的耐火等級、材料選擇、構件的防火保護以及整體結構的穩定性。耐火等級決定了建筑構件在標準火災條件下能夠保持其結構完整性的時間。因此，選擇合適的材料和設計適當的結構系統，對于確保建筑在火災情況下能夠抵御熱量和火焰的侵襲至關重要。結構設計中的防火考慮還應包括對潛在火災場景的評估以及如何通過結構設計來減緩火勢蔓延。例如，使用防火涂料或防火板可以為鋼構件提供額外的保護，防止其在火災中過熱而失去承載能力，同時結構設計還應考慮火災時可能出現的熱膨脹和收縮，確保結構有足夠的柔性來適應這些變化，避免因溫度變化引起的結構損壞。此外，結構設計還應包括對建筑內部空間布局的考量，確保關鍵區域如樓梯、電梯井和主要通道在火災情況下能夠保持暢通無阻。設計時還需考慮結構的冗余性，即使部分結構受到損害，其余部分仍能保持穩定，為人員疏散和消防救援提供足夠的時間和空間。通過這些細致周到的結構防火設計，可以顯著提高高層建筑在火災情況下的整體安全性[1]。

（二）材料選擇與防火性能

在高層建筑防火設計中，材料選擇是至關重要的一環。它直接關系到建筑的防火性能和整體安全性，選用恰當的建筑材料不僅能夠減緩火勢蔓延，還能為人員疏散和消防救援贏得寶貴時間。防火材料的選擇應基于其耐火極限、燃燒性能以及散發的煙霧和毒性等級。首先，非燃燒材料或具有高耐火等級的材料應優先考慮用于建筑的主要結構，如柱、梁和樓板。這些材料能夠在火災中保持較長時間不喪失結構完整性，從而為建筑提供必要的支撐。其次，內部裝修和隔斷材料也應選用低煙、低毒的產品，以減少火災對人員造成的潛在危害。另外，材料的表面處理和涂層也是增強防火性能的重要手段，如鋼材雖然具有優異的機械性能，但其耐火性能較差，因此通常需要涂覆防火涂料以提高其耐火時間。同時，材料的安裝和構造方式也會影響其防火性能，必須確保施工質量，避免因施工不當而降低材料的實際防火效果。綜合考慮材料的物理性能、經濟成本和施工便利性，設計者應進行細致的評估和選擇，以確保材料在滿足防火要求的同時，也能兼顧建筑的美觀、耐用和經濟性。通過綜合考量，材料選擇與防火性能的優化可以顯著提高高層建筑的防火安全水平[2]。

（三）安全疏散設計

在火災發生時，迅速有效的疏散是減少傷亡的關鍵。因此，設計時必須確保有足夠的疏散通道和安全出口以及明確、清晰的疏散指示。疏散設計需要考慮建筑的總人數、建筑布局和功能分區，以確定必要的疏散樓梯數量、寬度和位置，而且樓梯應直接通向室外安全區域，避免穿越危險區域，同時應有足夠照明和清晰標識，確保在煙霧和視線受阻的情況下也能順利疏散。除了傳統的疏散樓梯，高層建筑還可以考慮設置避難層或避難間，作為臨時避難場所，供人員在無法立即疏散時暫時躲避。避難層應具備獨立的通風和消防設施，保證其在火災中的安全性。此外，疏散設計還應包括對特殊人群的考慮，如殘疾人、老人和兒童，確保疏散通道和設施能夠滿足他們的需求。智能疏散系統的運用，如動態疏散指示和監控系統，也能提高疏散效率和安全性。在高層建筑中，電梯通常不用于火災時的疏散。然而，在特定情況下，如消防電梯，可以由專業人員操作使用，以快速運送消防隊員和救援設備，同時還應考慮緊急情況下的垂直疏散工具，如逃生滑梯等[3]。

（四）消防設施與設備配置

在高層建筑防火設計中，消防設施與設備配置是保障建筑安全的關鍵環節。這些設施和設備的有效配置，能夠在火災發生時迅速響應，為人員疏散和火災撲救提供必要支持?；馂淖詣訄缶到y能夠及時檢測到火災的發生并發出警報，為人員疏散爭取時間。自動噴水滅火系統能夠在火災初期自動啟動，有效控制火勢蔓延。消防栓系統為人工滅火提供水源，是消防隊員進行火災撲救的重要工具。煙霧控制系統通過正壓送風和排煙設備，減少煙霧對疏散通道的干擾，提高疏散效率和安全性。應急照明和指示系統確保在電源中斷情況下，疏散通道和安全出口依然清晰可見，引導人員迅速撤離。此外，消防電梯的設置也是高層建筑消防設施配置中的重要組成部分，能夠為消防隊員提供快速通道，同時用于疏散行動不便的人員。消防控制室作為整個消防系統的神經中樞，需要合理布局，確保能夠及時接收火災信息并進行有效指揮[4]。

三、高層建筑防火設計策略與措施

（一）防火分區與防火間距

在高層建筑防火設計中，防火分區與防火間距是降低火災風險和控制火勢蔓延的重要策略。通過合理劃分防火分區，可以在火災發生時有效限制火情擴散，為人員疏散和火災撲救贏得寶貴時間。防火分區的設置應基于建筑的使用功能、平面布局和結構特點，每個分區都應具備獨立的安全出口和疏散通道，確保在緊急情況下人員可以快速安全撤離。防火間距是指在建筑之間或建筑與相鄰建筑物、設施之間保持一定的空間距離，用以防止火災從一個建筑蔓延到另一個建筑。間距的大小取決于多種因素，包括建筑高度、用途、建筑材料的燃燒性能以及消防設施的配置等，適當的防火間距有助于減少火災對周圍環境的影響，并為消防救援提供操作空間。在高層建筑設計中，防火分區與防火間距的合理規劃是確保整體消防安全的關鍵，設計時還需考慮防火門、防火墻和防火卷簾等被動防火措施的設置，在防火分區之間形成有效隔離，增強建筑的防火性能。同時，高層建筑的防火設計還應與城市消防規劃相結合，考慮建筑在城市環境中的位置和周邊建筑的特點，確保防火間距的有效性。通過精心設計防火分區和防火間距，高層建筑能夠在火災情況下最大程度減少損害，保護人員安全，同時也為城市的消防安全作出貢獻。這些策略和措施的實施需要綜合考慮建筑特性、消防安全規范和實際操作的可行性，以實現高層建筑防火設計的最優效果[5]。

（二）被動防火措施

在高層建筑防火設計中，被動防火措施是一系列在火災發生時無須外部干預即能發揮作用的策略，是保障建筑安全的基礎。這些措施包括但不限于防火墻、防火門、防火卷簾、防火封堵和耐火樓板等，構成了建筑的防火屏障，有效阻止火勢和熱量傳播。防火墻是高層建筑中用于分隔大空間的重要構件，能夠防止火勢從一個區域蔓延至另一個區域。防火門安裝在疏散通道和防火墻上，能在關閉時阻擋火焰和煙霧，保持疏散通道的清晰性和安全性。防火卷簾能夠在火災時自動下降，封閉開口部位，減緩火勢蔓延。耐火樓板是另一項關鍵的被動防火措施，能夠承受高溫，保證在火災情況下樓層之間不會穿透，從而為上層提供保護。防火封堵用于密封電纜穿過的孔洞和縫隙，防止火勢沿建筑結構垂直或水平蔓延。被動防火措施的設計和布局需要綜合考慮建筑的功能需求和空間布局，確保在火災發生時能夠有效限制火勢和煙霧擴散。這些措施的選材和施工質量直接關系防火效果，因此必須嚴格遵守相關建筑規范和標準。通過這些被動防火措施的合理設計和實施，高層建筑能夠在火災情況下為人員疏散和消防救援提供寶貴的時間窗口，最大限度減少火災帶來的損害，保障人員和財產安全[6]。

（三）主動防火措施

在高層建筑防火設計中，主動防火措施是一系列需要系統和設備主動介入以預防和控制火災的策略。這些措施通常包括火災自動報警系統、自動噴水滅火系統、氣體滅火系統、煙霧控制系統和應急照明及疏散指示系統等。火災自動報警系統能夠在火災初期迅速檢測到火情并發出警報，提醒建筑內人員及時采取行動，其中自動噴水滅火系統作為一種廣泛應用的滅火手段，能夠在火災發生時自動啟動，通過噴水來降低溫度和隔絕氧氣，有效控制和撲滅火焰。氣體滅火系統適用于那些不能使用水滅火的特殊場所，如數據中心或博物館，可以迅速釋放滅火氣體，撲滅火災而不留痕跡。煙霧控制系統通過正壓送風和排煙設備，控制煙霧的擴散，保持疏散通道和安全出口清晰可見，為人員疏散提供有利條件。應急照明和疏散指示系統確保在電源中斷或視線受阻的情況下，人員能夠安全、快速找到疏散路線。主動防火措施的有效實施，需要依賴于先進的技術和設備以及定期維護和檢測，確保在火災發生時能夠可靠發揮作用。此外，這些措施還需要與建筑內部的安全管理和應急預案相結合，通過人員培訓和演練，提高建筑使用者的火災應對能力。綜合運用主動防火措施，能夠顯著提高高層建筑在火災情況下的應對能力，減少火災帶來的損失，保護人員生命和財產安全。這些措施的合理規劃和實施，是高層建筑防火設計不可或缺的一部分。

（四）人員疏散與救援策略

在高層建筑防火設計中，人員疏散與救援策略是至關重要的組成部分。它們確保在火災緊急情況下能夠迅速有效引導人員疏散至安全區域，同時為消防救援人員提供必要的通道和信息。疏散設計要求在建筑中規劃足夠數量的疏散樓梯、走道和出口，以避免在緊急情況下出現擁堵。這些通道應直接通向安全區域，如開放空地或街道，并配備明顯的指示標志和應急照明，以便在煙霧彌漫或停電情況下，人員可順利找到逃生路徑。為了提高疏散效率，設計中還應考慮特殊人群的需求，如殘疾人、老人和兒童，為他們提供便利的疏散設施，如無障礙通道和額外的疏散時間。智能疏散系統可以動態調整疏散路線，避免擁擠和潛在危險區域，同時通過監控攝像頭和傳感器提供實時信息，幫助管理人員做出快速決策。在救援策略方面，高層建筑應配備專用的消防電梯和救援通道，以便消防人員快速到達火災現場，同時建筑外立面的設計應考慮消防登高車的操作需求，確保消防人員能夠安全、高效進行滅火和救援作業。此外，定期的疏散演練和教育培訓對于提高人員的安全意識和疏散技能至關重要。通過模擬火災情景，人員可以熟悉疏散路線和程序，增強在真實火災情況下的自救互救能力[7]。

結語

綜上所述，高層建筑防火設計是一個多方面、多層次的復雜系統，要求綜合考慮建筑的結構、材料、設施、疏散和救援等多個方面。通過對建筑防火設計的基本原則、關鍵要素、策略與措施的深入分析，可以構建一個既安全又高效的高層建筑防火體系。

參考文獻

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[5]王雪松.建筑防火技術在高層建筑設計中的應用探究[J].今日消防，2023，8（10）：101-103.

[6]商璐.BIM技術在民用高層建筑消防管理設計中的應用分析[J].工程建設與設計，2023（14）：88-90.

[7]楊洋.建筑防火技術在高層建筑設計中的應用[J].工程建設與設計，2023（15）：86-88.

作者簡介：胡洪寅驥（1990- ），男，漢族，江西南昌人，本科，工程師，研究方向：建筑學。