浅谈超高层建筑消防设计难点

●谢景荣，戈莎莎

(1.陕西省消防总队，陕西 西安 710018； 2.宝鸡市消防支队，陕西 宝鸡 721000)

浅谈超高层建筑消防设计难点

●谢景荣1，戈莎莎2

(1.陕西省消防总队，陕西 西安 710018； 2.宝鸡市消防支队，陕西 宝鸡 721000)

结合西安市某超高层项目的具体情况及设计难点，对超高层项目的消防设计进行分析，针对超高层建筑消防设计中竖向防火分隔、人员疏散安全性、消防系统有效性、灭火救援以及可燃性控制，提出了相应的设计要求。

超高层；消防；设计要点

超高层建筑是指建筑高度大于100 m的民用建筑，由于没有专门的超高层建筑防火设计规范，目前是参照《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95，2005年版，以下简称《高规》)执行。在《高规》中也只有个别条款针对超高层建筑提出特殊的要求，如第7.4.6.2条“消火栓的充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过100 m的高层建筑不应小于10 m；建筑高度超过100 m的高层建筑不应小于13 m”。第7.4.7.2条“当建筑高度不超过100 m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.07 MPa；当建筑高度超过100 m时，高层建筑最不利点消火栓静水压力不应低于0.15 MPa”。第7.6.1条“建筑高度超过100 m的高层建筑及其裙房，除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5.00 m2的卫生间、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外，均应设自动喷水灭火系统”。从上面几点可以看出，超高层建筑消防设计标准要高于普通高层建筑，下面结合某超高层工程设计实例，谈一下此类建筑的消防设计难点。

1 项目概况

某超高层工程项目总平面由两个区域建筑构成：南区为超高层塔楼和4层裙房；北区为多层商业。塔楼地上57层，地下3层，塔楼建筑高度248.5 m，顶部设有造型，建筑总高度270 m，塔楼外墙全部采用玻璃幕墙，由于造型需要，屋顶未设置停机坪。塔楼5F-57F为甲级办公塔楼，其中有三个避难层，即15F/29F/44F，平面如图1所示。该项目的消防设计均满足《高规》的相关要求。

图1 建筑平面图

2 设计难点

该项目塔楼属于超高层建筑，建筑高度达到248.5 m，存在消防设计难点问题如下：

2.1 人员疏散问题

从消防安全的角度，建筑高度的增加使内部人员数量增多，疏散到首层的垂直距离和难度增加。经测试，一个正常的年轻男性在楼梯内人数较少、比较通畅的情况下，从20层疏散到首层约需要3 min；从30层疏散到首层约需要5 min。以一座约100层的主要是办公和酒店功能的建筑为例，如果考虑多层同时疏散和楼梯拥挤的情况，经计算机模拟计算，即使连续疏散，全部人员疏散完毕也需要超过1.0 h的时间，而且大部分人无法做到连续不休息地从最高层疏散到首层，通常需要在避难层休息，所需要的疏散时间可能更长。

2.2 消防供水及灭火设施可靠性问题

由于该项目塔楼主屋面高度270 m，建筑高度248.5 m，很难从外部进行灭火救援，对建筑消防供水及灭火设施的可靠性提出了更高的要求。

2.3 特殊结构形式所产生的消防问题

超高层建筑在建筑造型、外立面设计、屋顶设计方面突出其独特性和创造性，大面积采用玻璃幕墙和钢结构等建筑结构，这些特殊的结构形式会带来一些特殊的消防问题。

2.4 灭火救援问题

目前最高的消防云梯最大有效高度达到101 m，但是这远远不能跟上超高层建筑发展的高度，加上风的作用，使得高空作业有一定的危险性。当超高层建筑超过消防云梯的极限高度时，高喷车和远射程移动水炮等均很难从外部直接打到100 m以上的火灾部位。此外，传统的直接外攻灭火、强攻近战、防控堵截等战术受到严峻挑战，这是由于超高层建筑竖向长度长，消防人员配备的空气呼吸器有限，消防人员的体能受到极大挑战，甚至连消防救援人员的自身安全性都没有保障，灭火救援难度极大。

3 需要关注的消防设计问题

结合超高层建筑的火灾危险性，笔者认为在消防设计方面需要注意以下几个问题：

3.1 竖向防火分隔有效性

该项目塔楼核心筒处设置有竖向管道井，包括电梯井、电缆井、水暖井等。超高层建筑各专业竖井林立，发生火灾时，这些竖井就像高耸的烟囱，构成火势迅速蔓延的主要途径。为防止火灾竖向蔓延，除应满足现行规范规定外，还应考虑以下要求：(1)各专业竖井均独立设置，其井壁为耐火极限不低于1.00 h的不燃烧体，井壁除开设门洞外，不设其它洞口，检修门均为甲级防火门。各竖井在每层楼板处采用不低于楼板耐火极限的不燃材料或防火封堵材料封堵。(2)电梯层门的耐火极限不应低于1.00 h，并应符合现行国家标准《电梯层门耐火试验完整性、隔热性和热通量测定法》(GB/T 27903)规定的完整性和隔热性要求。(3)强电井的电缆桥架部位应增设缆式线型感温火灾探测器，采用S型接触式安装，并接入电气火灾监控系统。

目前许多超高层塔楼设计为了满足设计美观等需要，在建筑外墙设置了大面积的玻璃幕墙，若消防设计不当，存在一定的火灾危险性。因此，如何保证该建筑玻璃幕墙的防火安全性，是超高层建筑设计的一个重要考虑因素。(1)玻璃幕墙的防火封堵构造系统，在正常使用条件下，应具有伸缩变形能力、密封性和耐久性；在遇火状态下，应在规定的耐火时限内，不发生开裂或脱落，保持相对稳定性。(2)楼面梁、房间隔墙等处容易导致火灾蔓延的部位，玻璃幕墙的内衬板应当采用燃烧性能为A级的材料。非透明处玻璃幕墙的内衬板与玻璃内表面的间距不得小于50 mm，且不得使用深颜色的内衬板。

3.2 人员疏散安全性

该项目建筑高度248.5 m，在15、29和44层分别设置避难层。针对建筑特点制定如下疏散策略：(1)火灾确认后，建筑内全体人员应同时疏散；(2)塔楼第一避难层以上人员应利用核心筒内的疏散楼梯向下疏散至最近的避难层；(3)塔楼第一避难层以下人员应利用楼梯疏散至室外。

考虑到避难层作为超高层塔楼人员的重要避难场所，除满足现行规范要求外，尚应满足如下要求：(1)为防止非避难区火灾威胁到避难区，与避难层同层的设备管道宜集中布置，设备管道区应采用防火墙与避难区分隔；管道井和设备间应采用耐火极限不低于2.00 h的防火隔墙与避难区分隔；管道井和设备间的门不宜直接开向避难区；必须直接开向避难区时，与避难区出入口的距离不应小于5 m，且应采用甲级防火门。(2)应在避难层进入楼梯间的入口处、疏散楼梯通向避难层的出口处以及避难区出入口处增设能保持视觉连续的灯光型疏散指示标志，同时塔楼各层应设置避难层位置信息提示。

3.3 消防系统可靠性

由于超高层建筑主要立足于自救，因此消防系统，特别是消防给水及灭火设施是超高层建筑消防安全的最主要方面之一，考虑超高层建筑特点，火灾自动报警系统、消防给水系统、防烟排烟系统、消防供电系统等应按竖向分段独立设计，每段高度不应超过100 m。针对该项目的特点，提出以下要求：(1)设计的每段应设高位水箱，容积不应小于100 m3，该高位水箱对下灭火、对上转输供水，其中屋顶高位水箱仅对下灭火，容量不应小于200 m3。(2)为保证室内消火栓系统的供水可靠性,转输水箱供水超压区域采用减压阀、减压孔板减压供水。在减压阀前后应安装压力监控装置，使用减压阀应采取保证水质的技术措施。(3)除厨房以外，喷头采用快速响应喷头，不应采用隐蔽型喷头。(4)消防控制室应能监视消防水泵电源的工作状态，消防水箱(池)水位信息和管网压力信息，消防水泵的启、停状态和故障状态，自动喷水灭火系统的水流指示器、信号阀、报警阀、压力开关的正常工作状态和动作状态。(5)火灾自动报警系统联动关系设计建议按《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-2013)进行优化。

3.4 灭火救援

《高规》第6.1.14条规定：建筑高度超过100 m，且标准层建筑面积超过1 000 m2的公共建筑，宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助的设施。《高规》虽建议建筑高度超过100 m，且标准层建筑面积超过1 000 m2的公共建筑设置屋顶停机坪，但考虑到我国的国情、经济上的承受能力、消防装备等方面的具体问题，并没有作强制性规定。

该项目由于塔楼顶部造型的限制，无法设置屋顶停机坪。针对未设置停机坪的问题，可增强辅助灭火救援的要求：(1)塔楼15层以下均应设置可供消防救援人员进入的窗口，窗口的净高度和净宽度分别不应小于0.8 m和1.0 m，窗口下沿距室内地坪不宜大于1.20 m，间距不宜大于30 m，且每个防火分区不应少于2个，设置位置应与消防车登高作业操作场地相对应。窗口的玻璃应易于破碎，并应设置可在室外识别的明显标志。户外广告牌的设置不应遮挡灭火救援窗。(2)操作场地可结合消防车道布置且应与消防车道连通，场地靠近建筑外墙一侧的边缘距离建筑外墙不宜小于5 m，且不应大于10 m；应充分考虑101 m大型消防登高车的承载、作业面和转弯半径等需要。(3)场地与建筑之间不应设置妨碍消防车操作的车库出入口等障碍，场地坡度不宜大于3%。(4)为保护地面人员应在塔楼首层设置挑檐，挑檐设置范围应能覆盖塔楼登高扑救面，挑檐宽度为2～4 m。

3.5 可燃性控制

为防止火灾蔓延并减少火灾隐患，对项目的可燃性控制提出以下要求：(1)顶棚、墙面和地面的装修材料应满足《建筑内部装修设计防火规范》的要求；(2)塔楼办公标准层内部墙面及疏散走道装修装饰材料应达到A级；(3)塔楼办公标准层的家具如办公桌、柜等宜使用防火板材或金属材料。

4 结束语

超高层建筑在消防设计上应侧重于自防自救，因此在消防设计时应加强竖向防火分隔、人员疏散安全性、消防系统有效性、灭火救援以及可燃物的有效控制，提高这些方面的消防设计要求。

[1] GB 50045-95,高层民用建筑设计防火规范(2005年版)[S].

[2] 公安部沈阳消防研究所.西安·绿地中心A座消防安全评估报告[R].

Key Points of Fire Protection Design of High Buildings

XIE Jing-rong1, GE Sha-sha2

(1.FireCropsofShanxiProvince，Xi’an710018,China;2.BaojiMunicipalFireBrigade,ShanxiProvince721000,China)

Combined with the specific situation and difficulties in designing a high-rise project in Xi’an, it paper analyzes the fire protection design of super high-rise projects. It also puts forward some higher requirement for high rise building separation, personnel evacuation safety, fire protection systems, fire fighting and rescue effectiveness and combustible control in fire protection design of high buildings.

super high-rise; fire prevention; key points of design

2014-12-10

谢景荣(1974— )，男，陕西凤翔人，高级工程师，硕士； 戈莎莎(1980— )，女，安徽含山人，工程师。

TU998.1

A

1008-2077(2015)02-0061-03