超高层建筑防火设计中的问题及应对

王劼

浙江省建筑设计研究院 浙江 杭州 310000

引言

超高层建筑不同于普通建筑种类，其高度较普通建筑要高，这就使得其在进行建筑设计过程中如果缺乏有效的设计和优化，使用过程中就会存在较大的隐患。其中，火灾隐患一直以来是超高层建筑研究的重点和难点。由于结构过高，建筑面积较大，防火难度也随之提升。一些超高层建筑在进行设计过程中忽略了防火方面的问题，使得一旦发生火灾就会造成较大的损失。因此，从建筑设计方面入手，积极提升超高层建筑防火设计的效果，可以有效解决超高层建筑的防火、疏散、报警、自动灭火等方面的设计，从而降低超高层建筑的火灾危险性，确保建筑使用者的生命财产安全。本文将就这一方面的内容进行分析研究。

1 超高层建筑发生火灾的特点研究

1.1 造成火灾的原因较为复杂

超高层建筑由于其本身建筑特点较为鲜明，例如建筑造型复杂，建筑高度较高等建筑特殊性，使得超高层建筑在设计过程中面临许多规范突破问题。而在实际使用过程中，同一栋建筑中可能有多家单位，消防管理规范性难以控制，从而造成火灾的隐患增多，火灾发生原因复杂性的提升。因此，在近些年开展超高层建筑设计过程中对于防火的设计重视程度相对提高，特别时针对250m以上的超高层制定了特殊的消防设计规范，从各个专业对消防设计进行了加强。但是，从实际情况来看，当前超高层建筑防火问题依然较为严峻。

1.2 火灾蔓延速度较快

在对以往超高层建筑发生的火灾事故进行分析过程中可以明显发现，与普通高层建筑相比较，超高层建筑本身具有的各种特点使得其在防火、疏散、扑救多方面存在的难度较高，产生的损失和人员伤亡也相对较大。因为建筑物向高度方向延伸，设计中需要大量的竖井提高给电梯、设备使用，这些竖井如果没有进行良好的防火封堵，一旦发生火灾会为火势蔓延提供通道；而火灾发生后，也容易从建筑外墙向上层蔓延；这是超高层建筑火灾蔓延快速的主要原因。我国建筑行业在近些年的发展过程中，针对高层建筑火灾发生以后火势蔓延速度较快的问题相对提出了各种有效的方法和措施。这些措施包括选择严格进行防火分隔措施、针对外墙窗槛墙间距进行加强、提高建筑主体结构的耐火极限要求等多个方面的内容。这些高层建筑防火措施的提出在一定程度上有效抑制了火灾蔓延的速度，提高了超高层建筑的火灾安全性。但是，由于涉及建筑成本升高和各项技术问题，已经提出的措施在落实方面依然存在一定的问题。

1.3 发生火灾时人群疏散困难

不同于普通高层建筑，超高层建筑在发生火灾以后人群疏散的难度相对较大，人们到达安全区域所花费的时间也相对较多。造成这一情况发生的主要原因主要有3个方面：首先，超高层建筑的楼层高度较高，与地面之间的垂直距离也相对较大，因此在疏散人群过程中，从较高楼层到达地面需要花费较多时间，造成疏散困难。在发生火灾以后，大部分人都会产生一定的恐慌心理，强烈的求生欲望会使得一些人做出错误的应对，例如在逃生过程中秩序较差，会发生拥挤和踩踏情况，这就使得疏散工作在开展过程中出现更大的困难。除此之外，超高层建筑理论上人员向下疏散至避难层作为安全区域疏散完成，需要保证避难区的在火灾时的绝对安全，从而减少人员的垂直疏散距离。在火灾发生以后，对于普通高层的建筑，消防部门可以使用云梯等方式对受困人员进行解救。但是对于超高层建筑而言，建筑高度超过了普通云梯的有效高度，消防人员无法通过常规救援手段营救被困人员。基于以上因素，超高层建筑在实际开展防火设计过程中，人员疏散问题始终是设计工作研究的重点问题[1]。

2 超高层建筑消防设计措施研究

2.1 超高层建筑防火设计

超高层建筑设计时，首先需要对总平面上的消防车道及消防救援场地进行落位，足够的登高场地尺寸和与建筑的间距以及环通的消防车道，才能保证火灾发生时有足够的场地提供给消防登高车展开扑救工作，这也是总平面布置的重点。其次，建筑平面设计时需要注意防火分区的设置，特别是注意超高层建筑与其裙房的防火分区分隔，良好的防火分区设置可以有效控制火灾的范围，阻止火势的快速蔓延，在有效的时间内控制火灾影响范围，降低火灾造成的损失，同时有助于非起火区域人员的疏散，消防救援也更有针对性。而针对不同建筑构建对建筑结构的重要性，有不同的耐火极限要求，以确保火灾发生的一定时间内，建筑物的主体结构的结构完整性，确保在人员疏散和消防人员救援时建筑物的稳定。此外，建筑设计中还需注重特殊位置的防火构造，例如现今的超高层建筑，往往设计有外玻璃幕墙，一般采用夹胶方式避免玻璃破碎，这也给消防从外侧救援造成了很大的难度，超高层建筑需要在登高场地一侧设置消防救援口，救援口处的玻璃幕墙则不能进行夹胶处理，以保证消防人员在救援时能快速进入建筑内部。通过合理的建筑防火设计降低超高层建筑的火灾危险性和火灾蔓延速度，并提供便利的消防救援条件。

2.2 超高层建筑疏散设计

建筑疏散困难是超高层建筑疏散的主要难点，针对超高层建筑竖向疏散距离长，避难层的设置是与普通建筑最大的不同。避难层将超高层建筑分隔为不超过50m的多个建筑段，在火灾时，每段内的人员可通过疏散楼梯向下疏散至最近的避难层即可视为疏散完成，这也是解决超高层疏散难的最佳办法。这样的设计就要确保避难层的绝对安全，以及足够的避难区域供避难层上一段的全体人员避难。除此以外，超高层建筑还需设计足够速度的消防电梯，提供消防人员在火灾时迅速到达火灾楼层，对火灾区域进行扑救；超高层建筑的屋面也需根据当地消防部门规划，设计相应的直升机平台或救援平台，提供超高层建筑从顶层救援及疏散的可能性，弥补了登高车救援高度的不足，提高消防救援的效率。在配合疏散的设计中，疏散指示和应急照明也是设计的重点，保证火灾断电并可能存在烟雾的情况下，有清晰的指示引导人员疏散，并提供足够的照明亮度和时间，能极大的提供疏散效率，保证人员安全。

良好的疏散设计能极大地提高火灾发生时人员疏散的速度和安全性，为挽救生命提供宝贵的时间。

2.3 对超高层建筑消防报警和自动灭火系统设计

现代建筑为减少火灾的危害，均需要设置火灾自动报警系统和自动灭火系统，在火灾发生的初期，通过自动感应探测器或人员报警设施对萌芽阶段的火势进行报警，并通过自动喷水灭火系统对初期的火势进行自动扑灭。超高层建筑因为高度较高、扑救困难更需要依赖自动报警系统和自动灭火系统对火灾进行自动扑救，以便将火灾的危害减小到最低。这样的系统就需要在建筑设计中对自动报警系统和自动灭火系统进行设计，并将两个系统与防排烟系统、广播、疏散指示、应急照明等系统进行联动，形成一套完整的建筑消防系统，并连接到建筑的消防控制室中，为超高层建筑的消防疏散提供保证。

2.4 超高层建筑防排烟设计

火灾过程中，火灾形成的烟气比火焰扩散的更快，烟气会影响人员的视线和呼吸，严重的能使人窒息，所以火灾过程中的烟气往往比火焰对人员的危害更大。针对火灾的烟气，在超高层设计中往往需要特殊的防烟和排烟设计。类似与防火分区，防烟分区是将空间进行划分通过墙体和挡烟垂壁等物理隔断控制烟气的蔓延，将火灾产生的烟气控制在一定的区域内，并通过排烟设施将烟气排除建筑外，保证人员通行高度没有烟气影响。防烟设计主要针对楼梯间及其前室、避难区域等安全区域，通常采用正压送风方式，保证这些区域的空气压力大于与其相连空间的空气压力，从而将烟气隔绝在这些安全区域以外，在火灾过程中提供安全的疏散区域。完整的防排烟设施可以通过消防联动，在火灾过程中将烟气有效的排出建筑，提高人员疏散的效率，降低火灾对人员的伤害。

2.5 制定完善的防火安全管理制度

超高层建筑除了需要严格的建筑防火设计，还要完善的安全管理制度和执行力。日常火灾的发生，多是对原有建筑设计的不正确使用造成，例如违章改造、消防管理不善、消防设施失灵等引起的，需要各方面提高安全意识和加强管理[2]。

3 针对250m以上超高层建筑消防设计的加强技术要求

为保障建筑高度大于250m民用建筑的消防安全设防水平，提高其抗御火灾能力，公安部消防局在2018年下发了《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》，并要求250m以上的超高层项目设计需按程序进行专家评审，对建筑高度大于250m的建设工程采取更加严格的防火措施，以保证切实增强超高层建筑火灾时的自防自救能力。主要的加强措施如下。

3.1 消防登高场地加强技术要求

超高层建筑发生火灾时，出动的消防车一般为大型消防车，对消防登高场地要求进行了加强，最小长度由建筑周长的1/4提高到1/3，要求至少布置在两个方向上，每个方向上每个方向上均应连续布置，并提高了消防登高场地最小尺寸要求，加强后便于消防救援时消防车的救援操作。

3.2 疏散楼梯及消防电梯加强技术要求

为保证火灾发生时，疏散楼梯的通达，避免局部火势影响疏散楼梯的使用，加强要求250m以上超高层核心筒内设置3部楼梯，当任意一部楼梯无法使用时，另两部楼梯的疏散宽度仍能满足疏散要求。并且要求每个防火分区需增加一部人员辅助疏散电梯，用做楼梯以外的电梯辅助疏散。

3.3 环形走道设置

在250m以上的超高层的核心筒内通常包含疏散楼梯、电梯井、通风井、电缆井、卫生间、设备间等功能，为加强核心筒防火分隔，对于防止火灾在建筑内部竖向蔓延，保证人员疏散安全和外部救援安全具有重要作用。所以要求围绕核心筒必须设置环形走道，避免尽端式走道，以保证任意位置可向两个方向疏散。为保证环形走道和核心筒的安全性，要求该环形走道上的门窗需采用乙级防火窗，核心筒内楼梯间、设备用房的门为甲级防火门。

3.4 防火构造加强措施

为保证250m以上超高层的防火分隔可靠性。首先，因为防火卷帘在实际使用过程中，存在防烟效果差、可靠性低等问题。因此对于超高层建筑，要求防火墙、防火隔墙不应采用防火卷帘替代，以提高防火分隔的有效性和可靠性。其次，为防止火焰延外幕墙向上蔓延，要求建筑外墙上下层开口需设置1.5m的不燃性实体墙，且在楼板上高度不小于0.6m，该要求结合国内外超高层实际项目经验，采取加强措施。

3.5 避难空间加强措施

避难层为超高层建筑重要楼层，在大于250m超高层建筑设计中，对避难区人员密度要求进行了加强，按不小于0.25m2/人计算，较防火规范严格。并要求避难区对应位置的外墙处不应设置幕墙，便于对避难区展开救援，同时，防止火势和烟气通过幕墙内的空腔进入避难区，提高避难层的防火安全性[3]。

4 结束语

超高层建筑本身具有一定的特殊性，因此在实际开展防火设计工作过程中要从其建筑特点出发，以当前存在的问题为导向，积极采取各种有效的设计措施和方法，使得超高层防火设计得到针对性加强。同时，在后续的发展过程中要增强超高层建筑防火设计的重要性认识，强化消防安全的宣传，使得超高层建筑的实际使用者能够严格依照消防安全规定进行使用，从而降低火灾的发生概率，确保人们生命财产安全。