超高层建筑防火设计问题研究

赵慧雯

摘 要：通过分析超高层建筑自身带来的消防安全局限性，从火势蔓延的角度出发，探讨了超高层火灾具有的特点和危害性。在此基础上，从疏散关键部位和防火材料等角度，研究了超高层箭镞防火设计应当重点考虑的一些问题。

关键词：超高层建筑；防火设计；安全疏散

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）20021602

1 前言

随着我国区域化经济的进一步拓展，城镇化建设步伐的不断加快，不论从人口数量方面的需求考虑，还是城市基础设施建设规模方面考虑，城市建筑物的高度不断增加。由此带来的不仅仅是建筑结构设计等本身技术的要求，也给防火设计带来了巨大的挑战。因此，从预防火灾减少财产损失本身出发，为超高层建筑物的防火设计寻求新的思路，是目前城市建设中迫切需要解决的重大问题。

2 超高层建筑的火灾特点分析

2.1 超高层建筑的定义和特性

多高的建筑才能称之为“超高层建筑物”，我国的《高层民用建筑设计防火规范》中虽无明确的界定，但对于超过100米或32层及以上建筑物的停机坪、消防灭火设施、消防水压以及排烟和火灾报警系统都有特殊的要求。美国对于超高层建筑的定义是，100米以上或40层以上的为超高层建筑。在本文后续的研究分析中，超高层建筑指超过100米或40层以上的建筑物。

超高层建筑在提高了土地的利用率和减轻了城市人口拥挤的同时，也带来了安全消防等一系列的不利因素。一是垂直交通问题，超高层建筑垂直高度高，交通距离长，运送人员数量多。因此，如何高效而又安全的解决超高层垂直交通的问题，当遇到电梯故障或火灾发生，如何解决人员的垂直交通，如何快速的疏散人员从不同的消防途径逃生，是超高层建筑设计的必要考虑因素；二是结构问题，对于超高层建筑，不仅要防止部分建筑物在地震和强风中发生变形，还要考虑火灾等事故中构筑物的防火防压性能等。美国9.11事件就是一个惨痛的教训，很大程度上，由于飞机撞击造成构筑物塌陷的连锁反应是事故损失的主要原因；三是超高层建筑的环境心里问题，对于绝大多数人来讲，由于阴暗、潮湿、噪声和炎热等影响，都要或多或少的产生焦躁不安的负面情绪，在社会心理方面也产生了深远的影响。许多人对于高度的不安全感、恐高，对于在高层生活工作的孤独寂寞等等，都是超高层建筑本身带给人们的一种负面心理因素。四是安全问题，超高层建筑物是一个城市的地标性建筑，是一个城市经济、文化、科技的综合反映。同时，超高层建筑耗资巨大，建筑设计结构复杂，涉及到消防、交通、能源、环境等因素。因此，对于超高层建筑，消防安全是首要的考虑问题。

2.2 超高层建筑的火灾特点

超高层建筑火灾主要通过火焰蔓延、热传导、热辐射和热对流等四种方式进行，与其他类型的火灾蔓延方式区别不大，但在火灾蔓延途径上有其独有的特性。超高层建筑火灾蔓延的途径有这样几种：

（1）火灾通过水平方向蔓延，主要原因是未能设置有效的防火分区、洞口分隔不完善、普通防火卷簾无水帘保护，火灾极易通过烧穿门窗等隔离设施，迅速蔓延。另外，吊顶空间内的蔓延，隔墙保温层、地毯等设施的辅助作用，都是火灾水平方向蔓延的主要原因；

（2）火灾通过竖井蔓延。超高层建筑中，有大量的电梯、楼梯、垃圾竖井等，贯穿整个建筑，一旦发生火灾，没有采取有效的防范措施，这些竖井犹如烟囱，在强大的抽风吸力效应下，能让火势迅速蔓延在各个楼层。因此，竖井是超高层建筑火灾防范的关键部位；

（3）火灾通过空调系统管道迅速蔓延。一旦发生火灾，空调系统各个部位的防火阀门没有起到自身有效的防火作用，火势就会通过空调管道本身迅速向连通的空间蔓延。或者，通过相对负压吸进火灾空间中的烟气，而在远离火灾的各个空间再喷冒出来，引发更多的起火点，使得火灾在有效的时间内难以控制。

2.3 超高层建筑火灾的危害性

超高层建筑高度超过100米，一般是商务办公场所，楼内人员众多，设备及结构复杂，一定程度上不仅火灾隐患排查困难，并且给疏散救援带来了很大难度。

（1）人员疏散困难，极易造成人员大量伤亡。30层以上的高层建筑着火时，要使人员迅速疏散到地面或者避难空间十分的困难。根据消防部门的测试数据，一名技能全面的消防队员，从30层的高度安全下落到地面最快需要8-11分钟的时间。如果是一名普通的人员从30层安全到达地面，不可能比消防队员的速度更快。而烟气的垂直蔓延速度为每秒钟大约2-4米，在烟囱或垂直管道的抽风吸力效应下就会更快，甚至是每秒钟10多米的速度。可见，火势在不到两分钟的时间之内就能迅速从地面烧到30层。并且，人员疏散与火势蔓延的反方向，更是增加了疏散难度；

（2）装备要求高，灭火救援难度大。相对于普通建筑，超高层建筑的灭火难度发生了质的提升。建筑外墙和窗户的烧毁脱落，形成更大的势能，极易造成消防队员伤害和消防设备的破坏，使得消防人员无法接近着火点进行外部射水灭火。再者，现有的消防设施无法满足需求，一般的消防登高车高度为55米左右，有效射程为80米左右。在我国很多城市，消防直升机的配备较为少见。因此，综合考虑，对于超高层的建筑消防上，应当主要从预防和内部消防设施的有效合理配备来保障。

3 超高层建筑防火设计中应考虑的几个主要问题

（1）从防火性能上考虑，在建筑设计的材料选用上，混合结构优于全钢结构。发生火灾时，在高温作用下，建筑材料的力学性能就会发生很大的变化。比如，在500摄氏度下，钢结构的强度就会下降到原来的一半，达到1000摄氏度，钢的强度甚至会像面条一样柔软。如果是混合结构体系，除了经受高温的力学性能优于全钢结构，本身密度较小的物理性能坍塌的冲击力也小于全钢结构体系。

（2）以降低火灾损失为目的，进行防火的有效途径设计。建筑物内部几乎所有的材料都是可燃的，一旦失火，由于竖井的烟囱的抽风吸力效应，就会迅速蔓延。再者，受风力和气压的影响，火势随着高度增加，就会蔓延加快。根据测试，太原市市区100米高度时，风速是地面的2.1倍，动压为地面的4.5倍；当高度达到400米时，风速为地面的3.5倍，动压是地面的12倍。建筑的安全消防设计中，不仅要在同一楼层之间进行有效的防火隔离，更要在楼层之间进行有效的防火隔离。这样，在火灾发生时，可以隔断火焰的传播，控制火势快速蔓延，降低火灾带来的直接损失。

（3）疏散应重点设计。从上述的分析中，比较火势的蔓延速度和人员的逃离速度，应该重在设置安全区、避难层和防烟楼梯间等部位的设计。在超高层建筑的疏散设计中，应当有效防止着火区的烟雾蔓延到非着火区，防止烟雾侵入到疏散通道的走廊、楼梯间等关键疏散部位，以确保有一个安全疏散通道和安全疏散所需的最短时间。另外，在建筑物内部的某一部位或楼层设置绝对安全区，比如防烟楼梯间、避难间、疏散平台等。对于超高层建筑的各个走道的净宽、疏散出口的设置和宽度、首层外门和各层外门的宽度等疏散关键部位，必须按照国家最新的消防技术标准进行设计。

（4）逃生自救设施和一定数量的消防设施必须设置。一定程度上，人员的恐慌心理加大了火灾的人员伤亡。因此，超高层消防设计中，应当按照相关标准的要求，设置消防应急照明、安全疏散标志、自动报警系统、自动灭火系统、必要的消防设施和防毒面具等，加大消防设置的科技含量，确保火灾时人员的安全。

（5）设置消防电梯并有效进行防火防烟。在超高层建筑的消防安全设计中，应当按照规范要求进行消防电梯的设置，并在数量和安装上达到要求。为了确保火灾发生时避免高温烟气大量进入消防电梯，应当设置前室，门口设挡水设施。并且，应将消防电梯设置在外墙，在首层设置直通室外的出口。另外，可以利用电梯竖井作为正压防烟楼梯间加压送风的竖井，使得整个电梯竖井成为一个相对独立的防烟分区，能够作为避难间加以利用。

4 结论

超高层建筑的防火设计师一个复杂的系统工程，应当积极挖掘引起超高层火灾发生的内在和外在因素，借鉴国内外成功的经验，注重源头设计，从本质上消除火灾隐患，并根据具体实际部署必要的消防设施，让消防安全体系时刻处于良好正常的运转状态，最大程度减少火灾带来的损失。

参考文献

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[2]张涛.超高层建筑防火设计浅析[J].黑龙江科技信息，2012，（21）.

[3]宋文豪.简析当前现代城市高层建筑防火设计[J].科技展望，2015，（19）.