高层建筑中消防灭火技术优化研究

1 引言

进入新时代，高层建筑数量不断增加，规模不断扩大，考虑到普通建筑所采取消防灭火技术无法直接用于高层建筑，因此，业内人士纷纷将目光聚焦于消防灭火工作，希望能尽快确定符合高层建筑特点与需求的全新技术方案。 以往围绕消防灭火技术展开的讨论多以普通建筑为研究对象， 研究成果的适用范围相对有限，本文以扬州某高层建筑为例，从消防灭火角度出发，针对现有技术提出相应的优化策略，以期为日后高层建筑施工的高效开展助力。

2 项目概况

项目为扬州某高层建筑，该建筑由地下2 层，地上20 层组成，每层净高为4 m，该建筑总高度为80 m。 地下建筑面积约20 000 m2，包括设备用房、车库，地上面积约58 000 m2，其中，1~3 层为商场，建筑面积约12 000 m2，4~6 层为休闲、餐饮场所，7~20 层有住户居住，该建筑总面积约78 000 m2。 建筑内部装有火灾报警器、喷水系统和疏散指示标等设施，为消防设施提供消防用水的泵房在地下2 层，消防控制室位于地下1 层。

3 高层建筑火灾原因

2011—2020 年，国内较大以上火灾情况如图1 所示，结合图1 能够看出，我国火灾总体走势向好。 此外，应急管理部还会定期发布火灾详细数据，2020 年接报火灾总数为25.2 万，伤亡1 953 人，其中，受伤人数为775 人，死亡人数1 183 人，火灾造成的财产损失约40 亿，与2019 年同期相比，各项指数均有所下降，降幅分别是1.4%、12.8%、13.6%、0.5%。 其中，较大火灾共65 起，较2019 年减少了10 起。

图1 2011—2020 年国内较大以上火灾情况（图源：应急管理部）

由图2 可知，虽然夜间是火灾低谷，但由于夜间人们多处于睡眠状态，无法及时发现火情并报警，导致夜间火灾的伤亡率居高不下。 以0~6 时为例， 该时段发生火灾的占比约13.7%，伤亡人数的占比高达43.6%。

图2 火灾时间分布（图源：应急管理部）

高层建筑内部发生火灾的原因较为复杂， 可以被归纳为以下几类。

1）人为原因，如焊接人员未按要求开展焊接工作，或随意丢弃尚未熄灭的烟头[1]。

2）煤炭等常见可燃固体温度提高至燃点，随后发生剧烈燃烧。

3）可燃液体蒸发或泄漏，导致空气所含可燃液体浓度超过允许范围，遇明火发生火灾。

4）燃气及电气事故，本文讨论的建筑内部具有较多电气设施，对应电线的敷设密度相对较大，随着时间推移，设施绝缘体将出现不同程度的损坏，提高短路概率，进而引起火灾。电气事故则是指电气设施所配备接地装置出现故障，导致发生火灾。

4 高层建筑火灾特点

4.1 火势蔓延速度较快

高层建筑结构普遍相对复杂，建筑内部设有管道、通风道，以上结构具有与烟囱相似的功能，有一定概率加快火势的蔓延速度，加重火灾影响。除此之外，建筑施工期间，施工方普遍倾向于使用新型材料，火灾发生后，多数新型材料因外界温度快速升高而熔化，产生大量高温流体，进一步加快火灾蔓延速度[2]。

4.2 疏散业主难度大

火灾发生后，通常需要第一时间疏散业主，最大程度上保证业主安全。 高层建筑疏散业主的难度明显大于普通建筑，原因是高层建筑内部结构复杂且人流量大， 极易因现场情况混乱导致业主受到二次伤害。

5 高层建筑消防灭火技术

5.1 充分利用建筑既有消防设施

5.1.1 消火栓

消火栓是高层建筑极为重要的消防设施， 专业人员到达现场后，便需打开消火栓并取出水枪、水龙带，在着火点附近10 m 左右喷水，以确保火灾尽快扑灭。本项目需要配置室外及室内消火栓，其中，室外消火栓流量以40 L/s 为宜，其数量取决于保护半径、额定流量，一般情况下，单个消火栓的保护半径均在150 m 以内。 确定数量后，便可沿建筑外围进行布设，保证扑救面对应消火栓数量在2 个或2 个以上， 消火栓和建筑外墙之间的距离应达5 m 或以上。 室内消火栓需要加入8支水枪，任一竖管的流量均应达到15 L/s，由高压给水系统负责供水，除特殊情况外，均应将给水管道敷设为环状，同时保证消火栓位置醒目、便于取用。 另外，本项目所配置室内消火栓还要满足以下要求：

1）任一平面、任一部位均有2 支水枪对应[3]；

2）栓口动压在0.35 MPa 或以上；

3）相邻消火栓之间的距离不超30 m，栓口和地面之间的高度差应控制在1.1 m 左右，出水方向垂直墙面；

4）根据栓口出水压力判断是否需要安装减压装置，若压力超过0.70 MPa，则应安装相应装置，以免出水压力过大，导致消火栓无法正常使用；

5）消火栓所接入消防水带的公称直径以65 mm 为最佳，水带内衬长度应达25 m 或以上。

5.1.2 自动报警系统

本项目设置的报警系统既要具有自动报警功能， 还要与建筑内部既有消防设备相连。 若建筑内部仅有一个保护对象，可以设置集中报警系统，同时对消防控制室进行设置，如果建筑内部有多个保护对象，则需要改用控制中心系统，由该系统负责报警，在发出信号的同时开启应急照明等系统，为人群疏散、专业人员灭火提供便利。

5.1.3 消防电梯

现行规定明确指出，高层建筑内部应设有消防电梯，有关人员应保证各防火分区均有多台消防电梯对应。 本项目对消防电梯所提出要求如下：

1）电梯需要逐层停靠，额定载重量在800 kg 或以上；

2）轿厢内部设有消防电话，入口设有专用按钮；

3）电梯控制面板及相关缆线均要进行防水处理；

4）电梯内部铺设材料均具有不燃性；

5）排水井实测容量需达2 m2，对应排水泵的实测排水量在10 L/s 或10 L/s 以上。

5.1.4 疏散照明灯

高层建筑需要在以下区域安装疏散照明装置：

1）防烟楼梯及消防电梯内部，水平照度应达5 lx 以上；

2）面积超过200 m2的场所，水平照度应达3 lx 以上；

3）地下空间，水平照度同样应达3 lx 以上；

4）疏散通道，水平照度应达1 lx 以上[4]。 消防水泵房等性质特殊的区域需要增设备用的照明设备， 确保即使建筑内部发生火灾，上述区域仍然能维持正常运行。

5.1.5 疏散指示标

实地调查发现， 本文所讨论建筑已完成安装疏散指示标的工作，为保证疏散指示标能充分发挥作用，有关人员按以下标准对既有指示标进行调整。

1）指示标位于疏散门上方，二者中线完全重合。

2）疏散通道、转角均要设施指示标，指示标应高于地面，高度差不超过1 m。

3）相邻指示标之间的距离应控制在20 m 以内，转角距离不超过1m，袋形走道距离不超过10 m。

5.2 全面推广自动喷水系统

自动喷水系统和常规喷水系统的区别， 主要是该系统无须人员24 h 看守，可以按照预设指令全天候监测，在发现着火点的第一时间将其消灭，杜绝二次引燃或其他情况出现。 该系统在消灭火势较小的火灾方面具有突出表现，因此，现已在诸多领域得到运用，将其用于高层建筑是大势所趋。

现行设计规范要求，高层建筑应装有自动喷水系统（除车库外）， 若车库车位达10 辆或以上， 同样需安装自动喷水系统。 本项目车库、1~3 层对应火灾危险等级均能达到中危Ⅱ级，其他区域的危险等级是中危Ⅰ级，因此，有关人员应保证安装喷水系统的覆盖面积可达160 m2或以上， 喷水强度则应达8 L/（min·m2）或以上。 在确定消防用水量时，既要考虑设计规范要求，还要考虑建筑内部各区域喷头布局。 本项目选用喷头的流量系数为80，对应公称动作温度在环境温度以上，温度差以30 ℃为最佳，湿式报警阀接入喷头的数量应控制在800 只以内。 考虑到本项目面积约78 000 m2，而中危Ⅱ级喷头所能覆盖的范围往往在11.5 m2左右，因此，通过计算可知，建筑所安装喷头数量为6 782 只，对应湿式报警阀数量为9 只。

5.3 科学设计防火分区

要想使消防灭火效率达到理想水平， 还应对设计防火分区的工作引起重视，通过科学设置防火分区，将建筑出现隐患的概率降至最低。 在设计防火分区时，应重点关注以下方面。

1）结合建筑结构、各层的主要功能，确定设计方案并选定施工材料。

2）对建筑底层空间进行设计时，需要考虑建筑对底层空间的定位和需求，在恰当位置安装自动喷水系统，辅以必要的耐火设备，使耐火隔离效果达到预期。

3）重视高层空间设计，通过自动喷水系统与耐火墙相结合的方式，阻断烟雾扩散路径，为阻燃烟火提供保障。

5.4 保证疏散通道合理

本项目为商住两用建筑，具有人流量大的特点，因此，应对疏散通道引起重视，通过增设防烟楼梯的方式，确保人群能被快速疏散、 转移至安全空间。 有关人员综合考虑多方因素后，最终放弃常规方案，改为环形走道，通过将走道与阳台等空间相连接的方式，为火灾发生后疏散、转移人群的工作提供便利。 除此之外，考虑到高层建筑普遍存在较多楼层，要想使疏散效率达到理想水平，还应酌情增设避难区，避难区具有两大功能，一是缓解恐慌心理，二是避免由于人群过于拥挤而出现踩踏等安全事故。

除特殊情况外， 高层建筑均应每隔10 层设置1 个避免区，根据实际情况调整避难区面积（可由下至上递减），保证避难区容纳人员数量符合现行规定。 此外，在设计避难区时还要考虑以下两方面内容：其一，在避难区安装相应的防火及防烟设施，使避难区更安全，将火灾产生的影响降至最低；其二，科学连接各层疏散楼梯，提高消防灭火工作的有效性，为疏散效率提供有力保障。

6 结语