高层民用建筑防火设计中部分常见问题分析及对策探微

文／谭启龙 中铁二十一局集团有限公司勘察设计院 甘肃兰州 730030

引言：

通俗来讲，如果住宅超过了约 9 层（27 米）、公共建筑超过约7 层（24 米），就属于高层建筑了。高层建筑有很多优势：可以集中人口，缩短交通距离；可以节约珍贵的土地资源；可达到市政建设投资减小和建筑工期缩短的目的；能够拥有良好通风从而保证空气质量；部分设计精妙的高层建筑建成后形成城市地标性建筑，成为所在城市景观视廊上非常重要的风景线。我国虽然城市化起步晚但是速度较快，目前已有大量农村人口迁移至城市工作生活，城市中各类型的房屋需求不断增加，而城市的土地稀少使高层民用建筑的建设需求愈加旺盛。从建筑的整个使用周期来看，火灾是建筑安全使用的最大威胁。因此在高层建筑的设计、建造和后期使用中，将解决好防火问题作为头等大事，对保护群众生命财产安全而言意义重大。

1、高层民用建筑出现火灾的特征

1.1 人多无序，惊恐慌乱、逃生无门、伤亡难控。

高层建筑具有人员密集，人员流线较多的特点，一旦发生火情往往自下而上发展迅速，导致难以扑灭和救援。高层建筑内的楼梯、管道井等竖形构件极易产生烟囱效应，是火势和烟雾扩展的重要推手。断电和烟雾导致的失去能见度加剧人们的恐慌心理，容易诱发拥挤、踩踏，使疏散更加困难；而人民群众在平时受到的消防教育、参加的消防演练数量不够，自身关注和学习消防知识的意愿也不足……

以上因素只是火灾发生后人员不能及时疏散的部分原因，从历次火灾的应急疏散情况来看，极端紧急情况下多数人没有自行逃生的能力，往往被动等待救援，最后不得已情况下选择跳楼的案例也比比皆是。例如 2004年中百商厦发生的火灾，共有50 余人葬身火海。从火灾发生后的应急疏散情况来看，当时身处商场的二百余名购物者中共有70 余人，惊慌失措之下选择了跳楼逃生。跳楼者中，九成的人胳膊和腿摔断了，运气不好的人直接死亡。造成这次事故的原因经调查只是一个乱扔的烟头，这样简单的原因和如此血淋淋的伤亡数字，反应出高层建筑在极端情况下的疏散问题多么值得关注!

1.2 风借风势，加剧火情，烟气弥漫，致人伤亡。

高层建筑起火后在“烟囱效应”、火风压和外界风的作用下，火情开始向垂直及水平方向蔓延，尤以垂直方向为甚。当烟气钻入楼梯间或管道井等这些存在空隙的竖直空间后，一秒钟就可以爬升两层甚至更快。根据调查结果表明，在所有因火灾致死的人中，约有 75% 的人是吸入火灾产生的有毒有害烟气后直接导致死亡，真正因火势灼烧而直接致死的人只占很少一部分。这个统计数据表明，火灾发生时如何行之有效的防烟、排烟是控制伤亡人数的重中之重，也是防火设计的重要课题。

1.3 成因多样、意识缺失、监管不足、隐患难消

火灾分类按照燃烧材料的性质共分为A 类～F 类6 种火灾, 而导致火灾发生的原因多种多样，不谨慎用火、乱扔烟头、遭受雷击等都可能引发火灾。在高层民用建筑建造及后期使用阶段，部分施工人员及物业管理人员对防火设计缺少了解，防范意识缺失，存在消防设施配备不足甚至不配备的情况。即使配备了相关设施，也存在日常工作中不培训、不演练，消防设施不维护、不更新，思想麻痹大意，存在侥幸心理，消防监管缺位等情况，导致消防安全成为口号，安全隐患始终难消。以伦敦高层公寓楼格兰菲尔塔火灾为例，此次火灾烧毁了公寓楼上的百余个家庭，造成近百人死亡，为该地区近年来火灾损失之最。随后的调查结果表明，该栋建筑选用的外墙保温材料在防火方面存在严重问题，此次火灾能大范围快速扩展与保温材料关系较大。此外还发现之前已有住户反映该建筑的电梯机房、地下室锅炉房和一层配电间的灭火器长达一年未进行检测。部分消防设备甚至八年未经过年检，即使贴了检查标签的上面还标明为不合格。前事不忘后事之师，我们要从类似的案例中汲取经验教训，杜绝任何麻痹大意思想。

2、目前高层民用建筑防火设计存在的部分常见问题

高层民用建筑的防火设计需要我们针对项目具体情况，汲取历次火灾的经验教训，在设计中对防火设计不断优化、强化。但目前在防火设计上依然存在诸多问题，有些问题甚至是一些通病，需要我们总结反思：

2.1 钢结构防火设计的问题

很多高层民用建筑设计时结构形式选择了钢结构，钢材易于安装、焊接，施工周期短，延展性比较好，能对建筑物进行形式多样化的设计。但是大量试验结果表明钢材受热后自身性能变化非常大，外部温度若超过 250℃，钢材的抗冲击性能即开始下降，而超过300℃后，极限强度与屈服点明显下滑。历次火灾经验表明，在钢结构承受荷载不变的情况下, 钢结构在500℃左右即失去保持静态平衡稳定性的能力，而一般情况下火场温度能达到800℃以上。因此，火灾现场的高温很快就能使钢材产生形变，进而局部破坏失效，最终出现整个结构失去承载功能、完全倒塌。2005年马德里 Windsor 大厦发生火灾，32 层高的大厦在此次大火中完全破坏，建筑物的上部楼层共有十余层最终完全坍塌。目前在钢结构设计过程中，往往重视结构安全而忽略防火安全，存在结构构件耐火等级设计错误、防火构造措施表达不清甚至没有表达等问题。

2.2 装修材料燃烧性能不足的问题

建筑在后期使用过程中，无论是住宅建筑还是公共建筑，都存在为了美观或者节约成本，采用大量的易燃、可燃装修材料的现象。燃烧后产生毒烟的材料目前不仅没有杜绝，反而大行其道，长乐市拉丁酒吧火灾案例就充分说明了装修材料不合规、不合格的重大危害。 2009年初发生在小酒吧的这次火灾发展之迅猛、后果之严重使人难以相信：如此小的场所、如此短的时间竟能造成十余人死于毒烟。造成了严重伤亡的主要原因有两点：一是燃烧发展至轰燃阶段用时很短。根据调查现场监控录像，从出现火苗到四周装修材料发生轰燃仅用时一分钟，而这些几十秒就能全面猛烈燃烧的材料是不合格的吸音棉。二是燃烧产生了大量有毒气体。经事故调查鉴定，酒吧采用的装修材料在燃烧后产生浓烈烟雾，且这些烟雾中包含能让人短时间致死的剧毒物质。类似这种材料选用不当导致伤亡惨重的火灾案例不胜枚举，而目前在装修设计中此类问题仍然大范围存在，设计师对自己设计的材料性能不熟悉，对规范中要求的顶棚、墙面及地面的装修材料的燃烧性能不了解、不重视，导致装修设计重表现而不重消防安全，在设计阶段就埋下了安全隐患。

2.3 电气设计问题

高层民用建筑的用户数量多且集中，其工作和休息时间等存在重叠，可能会导致用户在家用电器使用的时候过于集中，导致电路的负载过大因而引发过负荷火灾的情况。此外电阻过大、发生短路、出现漏电等也是电气火灾的常见类型，目前电气原因导致的火灾占火灾成因的三成左右。电气设计中的火灾自动报警系统是火灾预防及扑救中最重要的一环，它的设计合理与否决定着火情能否及时发现、初期阶段能否直接扑灭，意义十分重大。克拉玛依市友谊馆的恶性火灾事故，为我们敲响了认识电气设计重要性的警钟。此次特大火灾发生在1994年底，共造成超过300人死亡、100 余人受伤。其中未成年人死者占死亡人数的88%，造成了难以估量的直接和间接损失。事故调查结果表明，事故现场的顶光灯容量较大而未考虑隔热措施，且与可燃物过近；场馆负荷等级应为二类而实际为三类；场馆内部也没有设置应急照明光源及应急疏散指示标志。种种类似的不利因素叠加，最终导致友谊馆发生如此惨剧！

3、针对常见问题的对策思考

3.1 被动安全兜底、主动安全防控

防火分区面积、防火间距、疏散距离、及疏散宽度等作为建筑设计的硬性指标，必须全部满足相关规范要求。能为甲方想办法的要想，能为工程节约成本的要节约，但事关消防安全原则的丝毫不能含糊。保持底线思维，防止因防火间距不足导致飞火引燃临近建筑、防火分区面积过大导致无法有效扑救、疏散宽度不足导致的人群拥挤引发踩踏、疏散距离过长导致无法到达或找到出口等事故的发生。

建筑的主动消防安全系统常见的消防给水系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统、防排烟系统、火灾自动报警系统等。这些系统不仅是发现火情的侦察兵，又是前期控制火情的先遣军。按照规范科学合理选用主动安全系统，在保证可靠的基础上考虑造价，才能在火灾发生时做到防控结合。

3.2 提高建筑钢结构的耐火能力

在设计阶段要对钢结构的耐火问题高度重视，可以从以下几个方面来考虑对策：

（1）采用耐火、耐候钢。

（2）根据构件规定的耐火极限要求，设计相应厚度的防火涂料。

（3）采用防火板、耐火砖进行空心包封。

（4）采用混凝土浇筑进行实心包封。

（5）采用充水冷却或者水淋冷却对钢结构进行火灾现场降温。

3.3 装修设计严把质量关

装修设计尤其高层公共建筑的设计中要充分认识到装修材料选取不当带来的巨大安全隐患，改变重表现而不重防火的思维习惯。根据建筑的不同使用功能，严格按照内部装修有关的防火规范进行设计。设计师需要认识材料、研究材料，对于不熟悉的、新型的材料要广查资料，重点关注材料的型式检验报告中的燃烧性能。做到易燃材料不用，可燃材料慎用，同时要关注材料起火时是否散发有毒烟气。在装修设计阶段把好质量关，就能很大程度杜绝因装修引起人民群众生命财产受到损失的安全隐患。

3.4 做好防火分隔等构造措施

防火分隔可以按照防火分区- 功能区域- 设备用房-外墙- 竖井- 变形缝- 管道空隙的顺序逐项排查设计是否严谨合理。重点关注防火分区、中庭、建筑外墙、变形缝、竖井及管道空隙。其中注意划分防火分区的防火墙应生“根”，即防火墙下部直接连接承重结构，“根”的耐火极限不低于防火墙；中庭防火分隔主要考虑三种做法：防火卷帘、防火隔墙与防火玻璃。防火卷帘做法最为常见，耐火性能要求也最高。防火隔墙因为采光通风问题较少选用。采用防火玻璃墙时主要考虑隔热性和完整性，不低于一小时即可；上下层开口设在外墙上时也要做防火分隔，主要为设置防火挑檐或实体墙保护两类，其中实体墙防护在设水淋保护时满足0.8 米即可，未设水淋需要1.2 米。变形缝要注意构造基层及缝隙内的所有填充材料要使用不燃材料；变形缝穿管线时要注意规避有电线路、可燃的气体或液体管道，非穿不可则需加设防护措施，常见的选择为不燃套管。竖井及管道孔洞应注意水平、垂直方向的孔隙均要用防火填料严密封堵。

3.5 优化电气防火设计

高层建筑开展电气设计时应在两个方面着重考虑，一是为保证电力供应的流畅性和安全性，在电力安装的过程中要选择双回路的形式进行供电，预备电源要及时有效。功率的设计中应避免要用的超过了可用的，同时注意电流与电线、连接器等的适配性。二是火灾自动报警系统作为主动消防系统的指挥官，需按照可靠、兼容、经济的总体思路设置。系统中的探测、警报、联动控制等装置不仅要应有尽有，还要为未来发展更新做相应预留。参数匹配问题也要在设计中予以关注，防止控制器发出的信号与设备接口的特性参数互不兼容，这一点在新旧结合的项目中尤为重要。要注意防烟和排烟风机、消防水泵等设备，须做到自动控制与手动控制同时控制，手动控制装置要设在易于到达的明显位置处。设备采用联动控制方式时，必须两个独立的探测器共同报警方可作为联动触发信号。在设计合理的基础上，日常使用中做好相关维修保养工作，确保火灾发生时所有构件能动作、能预警、能控制其它系统灭火。

3.6 合理设置防火避难场所

常见的建筑内部的防火避难场所有避难走道、避难间及避难层等。避难走道应注意墙体的耐火极限不低于防火墙，疏散人员进入避难走道后须在 60 米内就能跑到室外安全区域；避难间应重点关注使用的建筑类型：病房楼、手术部、老年人的照料设施、一类高层住宅均要设置避难间，设计时不可遗漏并注意不同的建筑类型对避难间的具体要求也不同，须严格按照规定设计；避难层设计时要满足避难层与首层室外地面、避难层之间垂直距离不超过五十米，以满足火灾救援需求。避难层处的楼梯也要相应变化, 可考虑分隔、错位等多种方式进行分隔。在对自然排烟系统进行设计时，可以使用FDS 软件进行模拟，确保烟气和热辐射不会进入相邻建筑中，同时，也必须对正压送风系统进行处理，以降低相邻建筑窗口温度，对火灾蔓延情况进行控制。

结语：

在当前高层民用建筑的防火设计中，针对具体设计要求，要明确防火设计的类型，从不同方面入手，实现优化设计。在本次研究中通过实现建筑合理布局、合理设计主动消防安全系统、提高建筑钢结构的耐火能力、装修设计严把质量关、优化电气防火设计、合理设置防火避难场所等方式进行优化设计，其防火效果突出，能保证人们的自身安全。在后期使用过程中，加强日常消防检查，做好消防设备维修保养，定期举办消防演练，也能降低火灾的发生几率，进而提升高层建筑的安全水平。