建筑防火技术在高层建筑设计中的应用

1 高层建筑火灾的特点

1）外墙面积大，易燃烧。 高层建筑是现代工程技术发展的产物，其特点是外墙面积大，保温材料比较多，并且内外部都分布着比较多的易燃物，一旦发生火灾，就会快速地蔓延到整个大楼，甚至是多处同时燃烧，形成立体性的火灾势头，发生烟囱效应。 而楼层越高，风速也会越大，火势蔓延的速度也会加快。 在高层建筑的风压、风速持续影响下，火灾燃烧时造成内部温度的升高，烟囱效应更加严重，所以一旦发生火灾后，后果极为严重。

2）火灾扑救难度大。 随着现代社会的发展，我国的建筑施工高度不断地增加，很多建筑的总高度已经超过100 m，这种超高层的建筑如果发生火灾事故， 消防车辆无法及时靠近和实施救援，不能发挥出消防救援的优势，造成火势失控。 通过目前高层建筑的火灾发生情况分析， 很多火灾事故都不能快速地扑救和处置，救援难度较大，火灾危害性更大[1]。

3）人员疏散和救助困难。 火灾发生后因为持续燃烧会产生大量的浓烟， 而建筑物内部的浓烟呈现出快速扩散的发展态势，烟雾浓度大，能见度低，人在吸入浓烟后会给身体造成严重的伤害，外部救援不能及时到达，使逃生显得更加困难。高层建筑的总体面积比较大，楼层数量也比较多，垂直和水平疏散距离都比较远，且人员多，这些都会导致疏散工作量大，增加救援难度。

4）火灾现场温度高、毒气危害大。 当前的高层建筑很多工程都是选择使用高分子材料进行施工，在发生火灾事故后，这些材料因为自身性能优越，使得内部空间密闭，燃烧物不能充分地燃烧，会产生一氧化碳等毒性较强的气体，使人们造成中毒与窒息。 而新型的材料具备保温隔热效果，燃烧后产生的有毒气体数量增多，人员逃生受到影响。

2 建筑防火设计

高层建筑在设计中选择防火设计方案，有着较高的难度，同时也非常复杂。 首先，要明确建筑物的功能和用途进行防火设计；其次，要严格执行国家标准和行业规范，选择最佳的消防设计方案，从而满足消防设计的要求[2]。

2.1 明确设计范围

对于建筑物的性质、用途及特点进行综合分析，合理进行规划与布局， 尤其是重点和难点部位要提出合理的防火设计方案，提高防火设计的水平。

2.2 确定消防安全目标

（1）总体目标：高层建筑防火设计总体目标是避免火灾事故发生，保障人员生命和财产安全，尽可能地避免火灾事故带给人们的损失。 （2）功能目标：在建筑物发生火灾后依然可以保持其功能的完整性，即人员安全不会受到侵害，可以及时将人员转移到安全地带，以免发生严重的伤亡事故。 （3）绩效目标及相关指标：这是进行防火功能的细化，同时也是实现总体目标的基础。 绩效目标是综合性评价消防设计方案的可行性与合理性，是否能够达到预期的效果，经过综合分析，避免发生遗漏的情况[3]。

3 建筑防火设计在高层建筑设计中的应用要点

3.1 合理地规划总体布局

1）建筑物选址时，要选择交通方便的地带。 城市规划的过程中，高层建筑周边的交通必然是通畅的，和主干道的距离比较近，便于消防车辆进入以及人员疏散。

2）相邻建筑的防火间距符合规定要求。 为了满足登高消防车的通行需要，降低火势蔓延的速度，在防火方案设计时必须确保相邻建筑保持足够的防火间距。 此外，还要加强现场管控，将危险性物质转移到安全地带。

3）限制裙房附体。 在我国建筑的国家标准中，规定建筑物沿着长边或者周边长度1/4 且不小于长边长度的底边长度有消防车活动场地，并且满足人员疏散的要求。

4）对消防车道的具体要求。 高层建筑的周边应该设置宽度在4 m 以内的环形消防车道，沿着建筑长边方向布置车道。消防车道的设计要满足通行的需要，并且要加强管理，避免存在消防车辆受阻的情况。

3.2 合适的防火间距和防火分区

1）合理进行消防分区。 在高层建筑设计的环节，要做好防火分区设计，从而达到防止火灾的效果，降低发生火灾事故的损失，给人们留有足够的逃生空间。

2）布置最佳防火间距。 高层建筑要有足够的防火间距，从而达到防火安全要求。 目前的高层民用建筑通常都会设置13 m 以上的防火间距，裙楼与主楼之间也要超过9 m 的防火间距，从而达到安全要求。

3.3 理性的安全疏散系统

3.3.1 水平方向疏散系统

对于水平方向疏散系统来说，其主要的区域就是走道，所以走道必须要有排烟灭火装置、指示方向、照明设备等，使人们在疏散时可以顺利地进行。 在设计的环节应考虑到如下内容：（1）疏散距离，满足疏散的需要，给人们留有足够的时间和空间；（2）楼梯布置，结合建筑的实际情况，不同的消防分区要合理地布置，至少应有2 个以上的安全出口，满足消防疏散的需要；（3）走道形式，高层建筑走道通常以环形走道为重要的形式，如果现场条件较为特殊，可以采用袋形走道的新形式，首先要设定长度，再应用缓降器或者垂直出口方式逃生。

3.3.2 垂直方向疏散系统

该系统主要包含下列几个组成部分。

1）楼梯疏散系统。 一类建筑与高度超过33 m 的建筑，要布置防烟楼梯；二类建筑应根据设计方案的实际要求，设置封闭或者敞开式的楼梯间。 此外，高层建筑以及裙房还应该布置独立的楼梯间，避免两侧人员疏散存在相互干扰的情况，以保障人员的安全性。

2）消防电梯系统。 根据目前我国建筑的国家标准，对于高度超过33 m 的建筑项目，还有一类高层公共建筑，都必须设置半地下室或者地下室。 高度超过10 m 的建筑且总面积大于3 000 m2的地下或者半地下建筑，应安装消防电梯。 与楼梯相比，电梯的速度更快，疏散的速度也会更快[4]。

3）避难层系统。 按照目前我国的防火设计标准与规范，其中规定在100 m 以上的高程建筑， 应布置专用的人员疏散避难层，每15 层都要设置一个避难层，加强对人员的保护。 通常来说，应该将避难层利用防烟楼梯之间进行分隔、交错设置，而避难层并不是唯一通道， 其他的通道依然可以进行人员的上下疏散。

高层建筑疏散的时间较长，通常在1~2 h。 为了使得人员安全性得到保护，避免火势的进一步蔓延，通常会在楼内布置多个避难区。 此外，消防人员可以通过避难层展开救援，楼梯内部的第一个避难层的楼面到救援现场的距离应该在50 m以内，通常间隔12~15 层设置一个避难区，两个避难层间距在50 m 以内，面积按照5 人/m2设置，从而保证人员可以进入避难层，且具备照明、排烟等设施，达到安全性的要求。

目前， 我国使用的避难层根据围护的结构形式分为以下类型。

1）敞开式避难层。 周边没有设置任何的围护结构，就是敞开式的避难层，通常将其设置在顶层或者平屋顶上，结构比较简单，成本比较低，但是防御能力较差，无法阻隔烟雾进入，也不能遮风挡雨，北方地区尽量不要使用。

2）半敞开式避难层。 周边有高度在1.2 m 以上的防护墙，上部设置窗户以及固定的金属百叶窗，通风性能比较好，能够自然排烟，还能预防烟气入侵到内部，但是该避难层也不适用于北方地区，在寒冷的情况下难以达到应有的效果[5]。

3）封闭式避难层（间），周边设置有耐火墙的结构，并且有独立运行的排烟系统，外墙以及隔墙通常不会开启窗户。 如果需要开窗，则应用是甲级防火门窗。 该类型的避难层可以有效地阻隔烟雾侵入，并且内部温度适宜，气候条件干扰比较小。

3.4 完善的消防设备系统

1）高层建筑中的报警系统主要包含人工报警与自动报警两种。 人工报警是通过人员拨打电话或者按下按钮的方式，这种方式在火情紧急的情况下难以发挥作用。 自动报警主要是通过先进的传感器设备进行报警，比如感烟探测器是在火灾发生后烟雾探测后发出警报，而感烟传感器是在火灾发生后温度变化而发出警报，发布比较及时。 当火灾发生后，这些系统会给消防控制中心发出警告信息，可以达到防火的目的。 通常来说，将该装置安装在首层和消防车道附近，与外部联系更加紧密。 根据目前的高程建筑设计需要，还会设置防火门与耐火墙。

2）高层建筑灭火系统。 高层建筑发生火灾之后，以自救作为基础方式，通常需要在内部设置多个灭火设备。 最初的设计方案中，以手动灭火、自动喷水等方式为主，分为开式与闭式两种形式， 具体选择的形式要根据建筑的性质以及气候条件来确定[6]。

3.5 门窗设计和应用

建筑工程中的门窗是建筑物重要的组成部分， 同时也是重要的消防用具。 门窗不仅要满足内部通风、 采光性强的需要，同时也要满足火灾逃生的需要。 当前我国的很多建筑都没有布置消防救援专用窗口，为了能够保障业主的生命安全，会在门窗中设置防护栏，这会阻碍消防救援的顺利展开。 因此，在高层建筑的门窗设计中， 应该在每层一侧的固定窗口设置专用救援窗口，同时还要有明显的标识，禁止随意变更，为火灾发生后人员逃生提供机遇。

3.6 防火墙的设计和应用

虽然目前我国的建筑防火设计已经广泛应用， 建筑标准和规范要求也比较高， 但还是要逐步对建筑防火标准和规范加以完善和改进，特别是对防火墙的设计要更加科学合理，它关系到人民群众的生命与财产安全。 防火墙设计的核心是厚度、材料选择，应用合适的防火墙材料可以达到建筑功能性的要求，还具备较高的防火性，防止在火灾发生后出现倒塌的现象，给内部人员的逃生以及消防救援提供足够的时间。 在防火墙的设计与施工中，应该避免进行开洞设计，特别是装饰与装修时，要避开防火墙，以免给其功能使用带来不利影响[7]。

4 结语