高层公共建筑防火设计的相关探讨

2015-08-15厦门合道工程设计集团有限公司福建厦门361000

江西建材 2015年14期

■陈磊 ■厦门合道工程设计集团有限公司，福建厦门 361000

近十几年来，我国的经济建设得到了飞速的发展，在建筑方面，各式各样的高层建筑纷纷建立起来，这些建筑极大地丰富了城市的景观，改善了人们的工作生活环境。其中高层公共建筑由于其功能日趋复杂，智能化程度和生态环保设施的不断完善也带来了用电设备和装置的大量增加，这些都在无形中留下了各种安全的隐患。因此对高层公共建筑的火灾特点和消防设计要求都需要进行研究、探讨，适当完善相关消防规范，以满足消防安全的要求。

1 高层公共建筑消防工作的特点与难点

1.1 人员密集，疏散时间长

高层建筑内可容纳成千上万人，以办公建筑4 m2/人的人员密度估算，一栋5 万m2的写字楼可容纳上万人。而人员在建筑内水平方向上的安全疏散时间只有几分钟时间，而相同距离的垂直疏散时间往往是水平疏散时间的10 倍左右，试验表明，在一座50 层的公共建筑内通过楼梯将人员全部疏散至一层安全区域大约要用2 个小时，这种疏散速度显然极易造成重大人员伤亡。

现代的高层公共建筑的楼层数量很多，垂直的距离非常长，火灾发生时人们的逃生本能和恐慌心理很容易造成混乱的情况，而疏散通道并不宽敞，人群全部涌到比较狭窄的地方更容易造成拥挤，甚至发生踩踏事故，不利于安全疏散。

1.2 火灾蔓延途径多且快，火势迅猛

高层公共建筑里面存在着多种井道，比如楼梯间、电梯间、管道井、电缆井、排风道等等，这些都极易在火灾来临之际变成助火的通道，即“烟囱效应”。一旦室内起火，高温火灾烟气进入这些竖井后，火势会在烟囱效应的作用下变得非常迅猛，由建筑物的下层很快蔓延到上层乃至整个建筑。另幕墙和主体结构之间的缝隙由于封堵未做或破坏也是烟气蔓延的主要途径。如此一来，更易造成人员伤亡。

1.3 拥有较多的功能与设备，装修量大，起火隐患多

随着社会的发展，高层公共建筑的功能日趋复杂，同时由于其功能的需要一般有着比较高的设计标准，所以各种设备如电气化、智能化、绿色生态环保方面投入量非常大，且用电量大，这就遗留了比较大的安全隐患，一旦这些设备发生漏电触电，容易形成点火源。另外，在高层公共建筑中，建筑物的内部装修材料中可燃化工装修材料所占的比例很高，火灾发生后的烟气中含有很多有毒的气体，加上高层公共建筑的自然通风条件均较差，缺氧甚至中毒现象很快就会出现，这对人们来说是非常严重的危害。

1.4 持续时间长，破坏性大

高层公共建筑的体量一般都比较庞大，在火灾刚开始时起火点不易准确定位，故火势容易蔓延;另由于高层建筑高度高，风速大(实测表明，若建筑物10 米高处的风速为5 米/秒，则在90 米高处风速可达15 米/秒)，微小的火源在高处较大风速的助力下极易蔓延成灾，一旦蔓延，火灾持续的时间就很长。此外由于现代都市人口众多，建筑物比较密集，高层公共建筑发生火灾比较容易波及到附近的其他建筑，造成更大的破坏性。

1.5 火灾扑救难度大

目前我国国内百米的高层建筑已经是比比皆是，但大部分城市的云梯式消防车最大作业高度在30～45 米之间，少数大城市也才达到50米左右。根据对消防队员实测，登高超过10 层时，心跳和呼吸次数明显加快，不适应扑救的需要;另一方面，一般消防员携带灭火器材徒步跑上六七层楼，其体力已经疲惫不堪，基本丧失战斗力的程度。显然高层建筑的火灾已经不能完全靠外力来扑救。

由于以上这些特点，高层公共建筑的火灾防治已经引起了人们的普遍重视。有些专家明确指出，应把这种火灾作为最重要的特殊火灾问题对待(其次是地下建筑火灾、油品火灾等)，加强其防治技术和扑救对策的研究。

2 高层公共建筑在防火设计时需要注意的问题

2.1 选用耐火、环保的建筑材料

建筑材料分为结构材料和装修材料两大类，现在钢材和钢筋混凝土已成为高层公共建筑的主要结构材料，如严格按现行规范设计和施工，整体框架和有关构造都能满足耐火要求;对装修材料的要求是不燃或难燃，兼具环保，即便发生燃烧也不会产生大量的烟气和有毒气体。

2.2 采用传统的防火平面化设计

(1)采用合理的建筑总平面布置。建筑物的总平面防火设计主要是从火灾安全的角度，根据建筑物的使用功能、消防高度、火灾危险性分类、耐火等级合理确定建筑物间的最小防火间距。其次为了便于消防车的通行，城市街区内相邻道路中心线间的距离不宜大于160 米，这主要是根据室外消火栓的保护半径为150 米左右确定。当建筑物沿街道部分的长度大于150m 或总长度大于220m 时，应设置穿过建筑物的消防车道，确有困难时，应设置环形消防车道。此外还应该严格按照规范的要求合理布置消防施救场地。

(2)设计合理的防火分区，特别重视竖向防火分区的划分。所谓防火分区是指采用防火分隔措施划分出的、能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部区域。采用这一措施，可以在建筑物一旦发生火灾时，有效把火势控制在一定范围内，减少火灾损失，同时可以为人员安全疏散、消防扑救提供有力条件。

一般来说，防火分区分为水平分区和垂直分区，水平分区大家容易关注得到做法也相对成熟，这里主要强调垂直分区。从众多火灾案例来看，火灾的发展过程水平方向上相对较慢，大约0.5 米/秒，而垂直方向上可达3～5 米/秒，如果垂直方向上的防火防烟措施不够有效，那后果将可能是着火层以上数层甚至整个建筑的火灾蔓延，形成“烟囱效应”，在高层公共建筑中更为明显。因此，根据《建筑设计防火规范》(GB50016 -2014)精神，建筑高度不超过100 米的高层公共建筑，宜选择不超过2 层，重要公共建筑宜每层应作为一个垂直分区;建筑高度超过100 米的高层公共建筑，每层应作为一个垂直分区。垂直防火分区是通过一定耐火极限楼板及窗槛墙来实现，以及与之相应的耐火封闭措施，多用于贯穿部位，比如中庭、楼梯、电梯、自动扶梯、各种管道孔口及变形缝、幕墙和结构主体缝隙等部位实现分隔区域;

(3)设计合理的安全疏散系统。首先根据防火分区内房间的使用功能查阅相对应的人员荷载，乘以相对应的面积计算出该防火分区的使用人数及需要的疏散宽度，再根据疏散距离合理分布楼梯位置并满足各自防火分区的疏散宽度而尽量不采用分区间借用，楼梯形式严格按照《建筑设计防火规范》(GB50016 -2014)执行。火灾发生后，消防电梯是消防人员最为重要的交通和施救工具，需要单独设置，而且要保证不同的防火区内均有设置。

因为高层公共建筑是人员密集区域，所以发生火灾后，很难在短时间内疏散全部人员，而且在火场之后也会有各种意外发生，所以能够临时避难的防火避难层就成为防火设计的一个重点。对于高层公共建筑来说，避难层与避难层之间的距离不能超过50 米，面积应该完全满足避难的人数要求，最好是设在消防电梯的出口处，并备有消防专线电话、消防栓以及消防卷盘。

除常规疏散系统外，设置辅助的安全疏散设施也是十分必要的，它一般为简易实用的攀沿、滑翔等装置，在高层公共建筑中主要为疏散阳台(凹廊)、救生带、避难桥、高层建筑自动缓降装置等。另外也可突破现行规范考虑利用电梯疏散(仅限于本文讨论)，国外已有利用电梯进行火灾疏散从而提高逃生效率的，如911 南楼、96年广岛高层公寓有一半以上的人员是利用电梯逃离火灾现场的，近年来我国也有相关的案例，故不少学者已开始研究这一问题，并提出了一些方案。

(4)采用全面的火灾主动防治对策。在现代建筑的火灾中，主要依靠外来力量进行扑救已很不现实，这样往往会延误灭火时机，造成重大损失。因此发展强有力的火灾探测、灭火与烟气控制系统将成为高层公共建筑的基本火灾防治手段。

在高层公共建筑中主要采用感温、感烟、火焰及复合式几种探测器准确探测到火情并迅速报警，并启动自动喷水灭火系统达到灭火目的。由于水灭火机理兼具隔离法、冷却法、窒息法等多种作用，因此成为高层公共建筑主要采用的灭火系统。

众所周知，火灾发生后，造成人员伤亡的最大原因并不是火焰，而是火焰带来的大量有毒烟气。所以，在进行高层公共建筑的防火设计时，必须设计合理高效的烟气控制系统，在火灾发生时有效控制烟气的流动与蔓延，为人员疏散减少干扰。首先使用隔墙或挡烟垂壁划分出防烟分区，每个防烟分区不大于500 平方米且不跨越防火分区，并在适当部位设置一个或多个排烟口，通过设置合理有效的排烟系统和补风系统有效排除燃烧产生的烟气。

(5)特殊情况采用性能化防火设计。随着经济的发展，社会上出现了多种超高又兼具特殊功能的公共建筑，原有的处方式设计规范无法合理解决该类场所的防火设计问题，由此可采用近年来国际上建筑界和火宅科研界新提出的以火灾性能为基础的“性能化建筑防火设计”。

建筑物的性能化防火方法主要涉及性能化防火分析、性能化防火设计两个方面。性能化防火分析是根据高层公共建筑的结构特点，通过定量计算，用某些物理参数描述出火灾的发生和发展过程，并分析这种火灾对建筑物内的人员、财产和建筑结构本身的影响程度，从而为采取合理的消防对策提供基本依据。性能化防火设计是在性能化防火分析的基础上所进行的建筑物各种火灾防治系统的设计行动，它将综合建筑物业主的安全要求、建筑物的现场条件、有关安全规范等，做出建筑物防火系统的具体设计方案。并且要对各种可采取的设计方案进行比较评估，从中选出最终的实施方案，完成相应的设计文件等。

性能化设计方法可使高层公共建筑的防火安全目标、火灾损失目标和设计目标实现良好统一。相对传统的处方式设计方法，它是一种新型的补充。