高層建筑應急安全防范工程：消防與逃生系統的協同設計

摘要：高層建筑作為現代城市的標志性建筑，其數量和規模不斷增長，但也面臨著火災等突發事件帶來的安全隱患。消防與逃生系統作為高層建筑應急安全防范工程中的關鍵組成部分，其設計的科學性和合理性直接關系建筑的整體安全性能。然而，傳統消防與逃生系統設計往往缺乏系統性考慮和協同優化，導致在實際應急情況下難以發揮最佳效能。因此，亟需在充分理解火災發生發展規律和人員疏散行為特征的基礎上，研究消防與逃生系統的協同設計方法和優化策略，構建一套高效、可靠、智能化的高層建筑應急安全防范體系。從高層建筑消防與逃生系統的關聯機制入手，探索消防與逃生系統協同設計的關鍵技術、保障機制，以期為高層建筑應急安全防范工程提供參考。

關鍵詞：高層建筑；應急安全防范工程；消防與逃生系統；協同設計

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）12-0097-03

全球人口不斷增長和城市化進程的加速，土地資源日益緊張，高層建筑逐漸成為解決居住與辦公空間需求的有效途徑。然而，高層建筑的興起也帶來了前所未有的消防安全挑戰。一方面，高層建筑內部結構復雜，電氣線路密布，易燃材料使用廣泛，加之人員密集，一旦發生火災，火勢蔓延迅速，疏散難度極大。另一方面，傳統的消防手段在面對高層建筑時顯得捉襟見肘，消防車的水槍射程有限，云梯高度難以滿足高層救援需求，消防員體力消耗大，救援效率受限。因此，如何在高層建筑中構建一套科學、高效、協同的消防與逃生系統，成為保障公共安全、促進城市可持續發展的緊迫任務。

1 高層建筑消防與逃生系統的關聯機制

1.1" 火災動力學與人員疏散行為的耦合關系

高層建筑火災動力學與人員疏散行為之間存在著一種動態變化、相互影響的復雜耦合關系。一旦發生火災，其釋放的大量熱量會迅速導致建筑內部溫度急劇上升，同時伴隨著大量煙氣的產生和蔓延。煙氣中往往含有一氧化碳等有毒有害成分，對人體健康構成嚴重威脅。在這種極端環境下，建筑內人員的生命安全受到直接威脅，從而被迫采取緊急疏散行動。然而，大量人員的集中疏散又會對建筑內部的氣流場和溫度場產生顯著影響。一方面，疏散人員為了盡快逃離火場，往往會打開防火門、窗戶等，這無疑為火災的進一步蔓延創造了條件，加劇了火勢的發展[1]。另一方面，高密度人流的涌動也可能造成疏散通道的堵塞，延緩疏散進程，增加了人員傷亡的風險。這種火災動力學和人員疏散行為之間的相互影響和反饋機制，使得火災事故的發生發展過程呈現出極強的不確定性和復雜性。

1.2" 消防設施與逃生通道的空間耦合

高層建筑中消防設施與逃生通道的空間布局和設計，對整個應急安全防范體系的有效運行起著至關重要的作用。消防設施如自動噴淋、防火卷簾、排煙窗等，必須與逃生通道如樓梯、避難層、安全出口等形成合理的空間組合和緊密的功能耦合，才能在火災發生時發揮最佳的協同效應。例如，在逃生通道附近設置足夠數量的滅火器、消火栓等火災撲救設備，可以為人員疏散爭取寶貴的時間；在疏散路徑上合理配置防火卷簾、擋煙垂壁等設施，則有助于阻止火勢和濃煙的蔓延，為人員提供相對安全的疏散環境。合理的逃生路徑布局，需要綜合考慮建筑平面布置、安全出口設置、防煙分區劃分等因素，既要最大限度地簡化疏散路線、縮短疏散距離，又要結合消防設施的布置實現區域分隔、避免交叉干擾[2]。

1.3" 消防控制系統與逃生引導系統的信息耦合

消防控制系統與逃生引導系統之間的信息耦合，是高層建筑應急安全防范工程中比較復雜的問題。消防控制系統通過各類傳感器實時監測建筑內部的火災參數，如溫度、煙霧濃度等，并根據預設的控制策略向各子系統發出指令，觸發相應的消防設備啟動。而逃生引導系統則借助聲光報警、應急照明、疏散指示等手段，為建筑內人員的安全疏散提供及時、準確的引導信息。一方面，消防控制系統需要將火災檢測數據、設備運行狀態等信息實時傳輸給逃生引導系統，為后者提供決策依據。另一方面，逃生引導系統也要將人員疏散進程、通道狀況等反饋信息及時回傳給消防控制系統，以優化消防策略。只有建立起一個實時、可靠、全面的信息交互機制，才能確保消防控制和逃生引導的動態協同，提高應急處置的整體效能。

2 消防與逃生系統協同設計的關鍵技術

2.1" 基于BIM的消防與逃生系統一體化設計

BIM技術為高層建筑消防與逃生系統的一體化設計提供了一種創新而高效的途徑。通過在BIM平臺上構建建筑、消防、逃生等多專業的三維數字模型，設計人員可以在虛擬環境中對各系統進行參數化設計、性能模擬、碰撞檢查等，實現消防與逃生系統的協同優化。首先，根據建筑設計方案，在BIM平臺上搭建建筑、結構、機電等專業模型，并將消防設備、逃生通道、疏散指示等信息嵌入其中，形成一個完整的數字化建筑模型[3]。其次，利用BIM軟件提供的各類分析、模擬工具，如火災模擬、疏散模擬等，對消防與逃生系統的聯動性能進行評估，優化布局方案和控制策略。再次，通過可視化漫游、虛擬現實等技術手段，對設計方案進行身臨其境的感知和體驗，識別潛在的安全隱患并及時改進。最后，將優化后的方案輸出為施工圖紙和技術文件，指導工程實施和運維管理。

以某高層辦公建筑為例，設計團隊運用BIM技術對其消防噴淋系統進行了創新性的一體化設計：通過激光掃描采集建筑實體數據，構建三維建筑模型，將消防噴淋系統的各類構件，包括噴頭、管網、閥門等設備以參數化方式植入模型中，并結合建筑結構、機電管線等專業模型進行管線綜合優化?；谟嬎懔黧w力學原理，利用BIM平臺的Fire Dynamic Simulator模塊對不同區域、不同時段的火災工況進行動態模擬，分析噴淋系統的覆蓋范圍和響應時間，通過迭代計算優化噴頭布局和管網壓力，最終將優化后的噴淋系統設計方案導出為施工圖紙，實現從設計到施工的無縫對接。

2.2" 智能感知與預警系統的協同部署

高層建筑智能感知與預警系統的協同部署，是實現消防與逃生系統有效聯動的關鍵環節。通過在建筑各個功能區域合理配置多種類型的傳感器和預警裝置，并將其接入統一的監控平臺，可以實時獲取建筑內部的環境參數、設備狀態、人員分布等關鍵信息，進而實現火災的早期預警和快速響應。首先，傳感器的選型和布局要全面考慮建筑的空間結構、使用功能、火災危險性等因素，既要確保重點區域的感知覆蓋，又要避免盲區和冗余。其次，傳感器要與消防設施實現功能上的緊密耦合，如將感煙探測器與排煙系統、噴淋系統等聯動，實現火災信號的快速傳遞和設備的自動啟動。再次，預警裝置的設置要充分考慮人員疏散的行為特點和心理需求，采用聲、光、電等多種方式引導人員安全撤離，并與消防控制中心實現信息互聯，及時調整疏散策略。最后，整個系統的設計要體現冗余性和魯棒性，在關鍵節點設置備份和容錯機制，確保在極端情況下仍能正常運行。

以某大型商業綜合體為例，設計團隊在建筑各層布置了大量的多傳感器節點，包括感煙、感溫、感光、氣體濃度等類型，并根據區域的火災危險等級，合理設置了傳感器的密度和分布。當某個吸煙區發生火災時，感煙探測器迅速發出報警信號，同時觸發就近區域的排煙風機和防火卷簾啟動，有效阻斷了煙氣的蔓延。與此同時，火災報警信號將被傳遞到疏散指示系統，引導人員沿安全出口有序撤離。由于提前進行了全面的系統測試和聯動調試，整個火災應急處置過程高效、有序，最大限度地保障了人員的生命安全。

2.3" 消防設施與逃生設施的空間優化配置

在高層建筑應急安全防范工程的設計過程中，消防與逃生設施的空間配置需要遵循系統性與科學性準則。首先，設施配置方案要充分契合建筑空間的差異化需求，建立層次分明的防護體系。對于廚房、配電室等火災危險源集中的重點防護區域，應科學增配滅火器材、自動噴淋系統等消防設施的密度，構建多重防火屏障；針對人流密集的公共活動空間，如門廳、通道等區域，需精心布置疏散指示系統與應急照明裝置等逃生設施，著重保障其系統的完整性、連貫性和清晰可辨性，從而為突發事件下的人員安全疏散提供可靠保障。其次，在關鍵節點和薄弱環節，設計需要體現適度冗余的理念。例如在安全出口處設置備用逃生門，在重要通道設置雙回路供電的應急照明，以提高系統的可靠性和靈活性[4]。同時，還要注重消防和逃生設施在空間上的有機融合，避免相互干擾或遮擋。最后，基于各類火災模擬和疏散模擬技術，對設施配置方案進行動態優化和校核，識別潛在隱患，并及時調整完善。

以某高層酒店的中央廚房為例，設計團隊基于火災風險評估結果，構建了多層級的消防防護體系：首先，在廚房區域按照20m2/個的密度布置了ABC型干粉滅火器，同時在油煙管道、灶具等重點部位增設廚房專用自動滅火裝置。其次，在頂部安裝智能型感溫探測器和高效噴淋系統，采用快速響應噴頭確?；馂某跗诘目焖僖种?。最后，在廚房周邊設置防火分區，通過防火卷簾與防火門構建完整的防火分隔，并在疏散通道上布置感應式消防應急照明與溫感引導系統，形成一個集探測、滅火、疏散于一體的綜合防護網絡。

2.4" 應急控制中心的智能化協同調度

高層建筑應急控制中心的智能化協同調度是消防與逃生系統有效協同的核心樞紐，其本質在于通過先進的技術手段，對整個建筑的消防設施、逃生設施以及人員狀態進行實時監測、綜合分析和統一指揮，進而在火災等突發事件發生時快速做出科學決策，優化調度各應急子系統和救援力量，最大限度地減少生命和財產損失。首先，要建立一個全面、實時、可靠的數據采集與傳輸網絡，通過各類傳感器、監控設備、通信終端等，實現對建筑內部環境、設備狀態、人員分布等關鍵信息的動態感知和匯聚。其次，運用大數據分析、人工智能等技術，對海量的監測數據進行智能處理和挖掘，及時發現火情隱患，預測事態發展，并為應急決策提供優化建議。再次，構建集中統一的指揮調度平臺，通過可視化的人機交互界面，實現對消防設施、疏散引導、救援隊伍等的一體化調度，并與公安、消防、醫療等外部力量實現信息互聯和協同作戰。最后，整個系統還需要配備完善的應急預案庫和決策支持工具，根據不同火災情景自動匹配最優處置方案，并通過實戰演練不斷優化和完善。

3 消防與逃生系統協同運行的保障機制

為實現高層建筑消防與逃生系統的高效協同，構建全方位、多層級的運行保障機制至關重要。打造智能化監測預警平臺，通過部署多源傳感器網絡，實現火情、煙霧、溫度等關鍵指標的實時監測，基于深度學習算法構建風險識別模型，提升預警的精準性和前瞻性。與此同時，建立預案動態優化與聯動響應機制，通過大數據分析和情景推演，持續完善應急預案的可操作性和科學性，基于物聯網技術實現消防、疏散、通風等子系統的智能聯動，形成快速響應和協同處置能力。推進消防與逃生系統的一體化維護管理，構建統一的設備資產管理平臺，運用數字孿生技術實現系統運行狀態的可視化監控，建立預測性維護機制，確保關鍵設備的可靠性。同時要強化管理制度創新，完善責任體系和考核機制，培育專業化運維團隊，從而為消防與逃生系統的協同運行提供全方位保障。

4 結束語

綜上所述，高層建筑消防與逃生系統的協同設計是一項復雜而系統的工程，需要從建筑設計、消防工程、人員疏散等多個維度統籌考慮，綜合運用BIM、物聯網、大數據等先進技術手段，構建一套高效、可靠、智能的應急安全防范體系，這一體系應以火災風險分析為基礎，實現消防設施與逃生通道的合理布局、消防控制與疏散引導的信息互聯、感知監測與應急決策的動態優化，并輔之以完善的維保機制和管理制度。只有不斷優化消防和逃生的協同機制，提升人防、物防、技防的整體效能，才能最大限度地降低火災事故風險，保護人民群眾的生命財產安全。

參考文獻

[1]鄭超仁.關于高層建筑火災消防及安全逃生策略分析[J].居業，2024（10）：218-220.

[2]鄧尚超.高層建筑消防設備的隱患及防火監督策略研究[J].今日消防，2024，9（9）：106-108.

[3]袁亞剛.高層建筑疏散逃生與滅火救援對策[J].今日消防，2021，6（11）：91-93.

[4]周斌.高層建筑疏散逃生與滅火救援的策略探討[J].居業，2021（7）：177-178.