高层建筑消防安全疏散设计中存在的问题及对策

惠 丹

无锡市建设工程设计审查中心 江苏 无锡 214000

1 高层建筑消防安全疏散设计的必要性

受结构及功能特征的影响，高层建筑火灾普遍具有以下几个显著特征：(1) 火灾荷载大。火灾荷载指的是单位面积内可燃物的多少。由于高层建筑居住人数多，因此，建筑内易燃、可燃物相较于多层建筑更多，从而导致其火灾荷载更大；(2) 火势蔓延快。高层建筑火势蔓延速度快的原因有两点：首先是“烟囱效应”的作用。高层建筑内普遍含有较多的竖井结构，当发生火灾时，这些竖井便会产生“烟囱效应”，一方面加强火场内部热对流，加快火势蔓延；另一方面将更多的新鲜空气引入火场，促进燃烧，进一步加快火势蔓延；其次是“围炉效应”的作用。现代高层建筑封闭性和保温性较好，当发生火灾时，热量和烟气难以快速从室内排出，从而导致火源附近压力及温度急速上升，发生轰燃现象，随着压力继续增大，门窗破碎，大量新鲜空气涌入，则会发生进一步的爆燃、复燃现象，加速火势蔓延；(3) 扑救难度大。受建筑高度普遍超过消防救援设备最大使用高度，居住人数多，建筑结构复杂，逃生距离长等因素的影响，高层建筑火灾具有扑救难度大的普遍性特征；(4) 烟气排放难。目前很多高层建筑会采用玻璃幕墙装饰建筑外立面，使得高层建筑自然排烟能力下降，若消防安全疏散设计不科学，人员疏散时间过长，则容易受到有毒烟雾的危害，显著降低逃生几率[1]。

根据上述特征不难看出，相较于多层建筑，高层建筑的消防救援难度更大，火灾对楼内居民生命财产安全的危害性更大，因此，在进行高层建筑设计时，需要专业设计人员，利用专业知识及科学技术手段，对火灾发生时消防救援及人员逃离的方式和路线进行科学预测，在此基础上，按照国家相关法律法规及规范标准，进行科学化、规范化的建筑消防安全疏散设计，以此确保被困人员能够以最快、最安全方式逃出火场，最大限度降低火灾事故的危害。

2 高层建筑人员疏散行为特征及难点分析

作为日常生活中发生几率较高的一种突发性事件，火灾具有显著的高危害性和不确定性特征，而火灾发生过程中，疏散人员的地理位置、生理反应、心理特征、逃生条件都会对其逃生行为的决策产生直接的影响。具科学研究表明，火灾发生时大部分疏散人员都会按照“感知→决策→行动→感知”的循环反应机制做出相应的疏散行为。而高层建筑内人员密集，人们在进行火灾逃生时，必然会发生“恐慌行为”和“群聚现象”，这会对疏散人员逃生行为的决策产生干扰，影响其疏散逃生的效率。

通过对大量高层建筑消防安全事故案例的分析，可以看出，高层建筑人员应急疏散具有以下三个突出的实施难点：首先是疏散人数较多。高层建筑属于人员密集区域，因此发生火灾时，需要疏散的人员较多；其次是垂直疏散距离较长。高层建筑发生火灾时，严谨乘坐电梯，疏散人员只能通过楼梯进行逃生，对于高楼层住户而言，垂直疏散距离过长；最后应急疏散设计缺乏合理性。具体表现有：应急疏散路线设计不合理、疏散标识配备不完善等，难以满足应急疏散要求，增大人员疏散难度[2]。

3 影响高层建筑人员疏散的主要因素

3.1 疏散通道通畅性

作为高层建筑消防救援及人员疏散的“生命通道”，消防疏散通道的通畅性至关重要。然而，从而日常生活实际情况来看，受疏散设计不当、消防安全管理不善等因素的影响，很多高层建筑都存在消防疏散通道不通畅的问题，例如：疏散通道、消防楼梯宽度设计不达标；楼梯间、消防通道、安全出口等区域堆放杂物等。一旦发生火灾，将严重降低疏散通道的通过率，影响人员疏散效率，增大火灾危害性。

3.2 疏散时间充足性

高层建筑人员数量多、垂直疏散距离长，再加上火势蔓延速度快，因此，火灾发生后很难在短时间内使建筑内人员全部撤离。而人员疏散时间越长，则受到燃烧产物危害的时间越长，生命安全受到的威胁也越大。因此，想要最大限度保障火场人员的生命安全，就必须要尽可能地缩短疏散耗时。从消防疏散设计的角度来看，疏散路线规划的科学性、疏散标识的准确性、疏散通道所用材料的耐火性都会对人员疏散时间产生直接影响，因此在进行设计时应对上述设计内容予以重点考虑。

3.3 疏散环境安全性

火灾发生时，疏散人员的心理状态将直接影响其疏散反应的灵敏度以及逃生决策的正确性，而疏散人员所处位置的环境状态则能够对其心理状态产生决定性影响。因此，在进行消防安全疏散设计时，应加强对疏散通道周边环境安全性的思考，通过科学选用建筑装饰材料、完善应急设施配备、优化建筑结构等设计手段，最大限度提升疏散通道周边环境的安全性，一方面增强对疏散人员生命安全的保护能力；另一方面弱化疏散人员的恐惧心理，从而帮助疏散人员冷静、有序地疏散逃生。

3.4 疏散设施完备性

由于高层建筑火灾救援难度大，所以“提高火灾预防和自救能力”是高层建筑消防设计的核心思想。鉴于此，高层建筑对消防疏散设施的完备性、先进性以及功能性具有极高的要求。在进行消防安全疏散设计时，设计人员必须要严格按照相关法律法规及规范标准的要求，做好疏散设施设计工作，确保疏散设施的完备性，以此增强高层建筑的火灾预防和自救能力，为人员疏散提供更有力的保障[3]。

4 高层建筑消防安全疏散设计问题分析

4.1 设计缺乏规范性

受多种因素的影响，我国很多高层建筑都存在消防安全疏散设计缺乏规范性的问题，常见表现有：(1) 疏散出口设计不规范。部分开发商为增大建筑使用面积、降低建设成本，在进行疏散出口设计时，存在擅自减少安全出口数量、压缩楼梯间和疏散通道面积、减小安全出口宽度等不规范的设计行为，从而显著制约了安全出口的疏散能力，影响高层建筑消防安全疏散能力；(2) 楼梯间设计不规范。目前有很多开发商为最大限度提升高层建筑的空间利用率，在进行楼梯间设计时，通过忽略防排烟功能、自然通风能力、缩减楼梯尺寸规格等措施来压缩楼梯间面积，从而导致楼梯间设计不合规，影响人员疏散效果；(3) 消防电梯设计不规范。部分开发商在进行建筑结构设计时，擅自将消防电梯设计为普通电梯，将管道竖井设计在消防前室附近却将通道排烟口设计在前室口附近，不规范的设计方式，会引发人员疏散方向与燃烧烟气排除方向相对的问题，严重影响人员疏散的安全性。

4.2 设计缺乏科学性

该问题的主要表现为：很多开发商或设计单位未能充分认识到高层建筑消防安全疏散设计的重要性，在设计过程中，既没有结合高层建筑结构形式、设计特征、居民数量等具体数据信息进行针对性设计；也没有利用先进的信息技术手段，对疏散设计方案进行智能分析和仿真模拟，而是简单地套用相似工程的消防安全疏散设计方案，从而导致方案设计缺乏科学性和实用性，无法保证人员疏散的实效性。

4.3 设计缺乏人性化

该问题的主要表现为：设计人员在进行消防安全疏散设计时，仅注重设计方案是否符合相关规范标准的要求，是否与建筑结构相协调，却未能立足实际，从疏散人员是的实际需求出发对设计方案进行合理优化，导致设计方案缺乏人性化，无法最大限度发挥方案设计的作用和价值，影响建筑应急疏散能力[4]。

5 高层建筑消防安全疏散设计问题的应对策略

5.1 明确设计标准提高设计规范性

明确设计标准提高方案设计的规范性，是保障高层建筑消防安全疏散能力的重要措施。

在进行疏散楼梯和疏散通道设计时，应明确以下设计标准和设计要点：(1) 应采用双向疏散设计，疏散楼梯和疏散通道的位置，既可以设计在标准层防火分区两端或接近两端的区域范围内，也可以设计在电梯间附近，以此确保疏散人员能够快速找到并逃出着火区域；(2) 疏散楼梯和疏散通道应采用竖向布置形式并确保上下通畅；(3) 疏散通道的设计宽度应符合相关规范标准的要求并需要在地面或两侧墙壁设置应急疏散指示灯和疏散路线诱导灯；(4)走道形式应设计简洁，尽可能避免使用袋形走道设计，以此保证人员疏散的速度。

在进行安全出口设计时，应明确以下设计标准和设计要点：(1) 根据相关规范标准的要求，各防火分区的安全出口设计数量必须要≥2个；(2) 安全出口的宽度设计应符合相关设计规范及工程项目具体设计要求，在安全出口附近应预留出一定的宽度空间，因此减少疏散人群拥挤、踩踏等问题的发生；(3) 疏散楼梯间、防烟楼梯间前室门之间的间距应≥5m；(4) 对于走道尽端的房间建筑面积＜50㎡且疏散门净宽≥0.9m，建筑面积≤200㎡且疏散门净宽≥1.5m、房间内任意一点距疏散门直线距离≤15m的空间区域，可以设计1个安全疏散出口。

在进行消防电梯设计时，应明确以下设计标准和设计要点：(1) 消防电梯必须配备天线及专用电话，能够确保火灾发生过程中，消防电梯内部人员可以与外部人员、消防监控室正常沟通；(2) 在进行消防电梯尺寸设计时，应全面考虑当前主要消防救援器械设备的尺寸大小，确保消防救援设备能够顺利进入电梯。

5.2 应用信息技术提高设计科学性

随着信息技术的飞速发展，利用前沿性信息技术手段进行高层建筑消防安全疏散设计，是提升消防安全疏散设计科学性的重要方式，也是行业发展的必然趋势。目前，设计人员可利用BIM技术，全面提升消防安全疏散设计的科学性。

BIM技术在消防安全疏散设计中的应用主要可包括以下两种形式：(1) 利用BIM+Pyrosim技术构建高层火灾虚拟情景。具体步骤为：先按照高层建筑设计图纸，利用BIM技术进行高层建筑三维模型构建，并将模型导入Pyrosim软件中，利用该软件进行火灾情景模型构建；然后通过“燃烧物类型选取”、“火源位置设置”、“基础参数指标选取”等操作环节，构建出具体的高层建筑火灾仿真情景。最后，开始高层火灾仿真模拟，通过模拟获取“温度分布”、“烟气蔓延速度”、“能见度情况”等火灾数据信息，以此为消防安全疏散设计提供充足的数据信息支持，提高设计的科学性；(2) 利用BIM+Pathfinder技术进行高层建筑火灾人群疏散仿真模拟。具体步骤为：借助构建好的高层火灾仿真模拟情景，通过“人员疏散危险状态临界值”、“人员行为模式”、“基础指标参数选取”、“疏散仿真模型构建”等操作，对特定火灾状态下，高层建筑人群疏散的时间、行为特征进行全面分析，以此为消防安全疏散设计中疏散路线设计、疏散时间预测提供充足的参考依据，增强设计方案的科学性。

5.3 优化诱导系统提高设计人性化

诱导系统设计在高层消防安全疏散设计中具有重要的作用，其设计质量和效果对疏散人员的逃生行为具有直接性的影响。以往人们在进行诱导系统设计时，主要将设计重点集中在“如何突出诱导系统在火灾环境中对疏散人群的视角诱导性”上，并提出了设置应急照明设备、改变疏散通道及安全出口附近墙面颜色、设置诱导标识、在地面或墙面上设计诱导指示灯或导流灯等。虽然，上述设计措施能够显著提升诱导系统的功能性，增强设计方案的疏散能力，但不够全面、不够人性化。

设身处地的考虑，火灾发生时，多伴随停电现象，受到火灾及停电双重危险的影响，大多数住户会呈现出极度恐慌的心理状态，导致思维出现混乱，尤其是身处陌生环境时，往往难以冷静、快速地观察视觉诱导标志并有序地跟随标志指引进行疏散。同时，高层火灾发生时，会在短时间内产生大量具有刺激性的浓烟，不仅影响环境的可视距离，还会刺激人们的眼睛，使其难以睁开，从而进一步弱化视觉诱导系统的作用。基于此，从人性化设计的角度出发，在进行诱导系统设计时，还应考虑听觉诱导系统的设计，通过设置专门的语音输出装置，通过声音引导人们疏散，从而有效提升环境可视性较差情况下人员疏散能力[5]。

6 结语

综上所述，高层建筑火灾具有火灾负荷大、蔓延速度快、扑救难度大、烟气排放难等特征，对建筑内居民的生命安全具有极大的威胁。因此，做好高层建筑消防安全疏散设计工作尤为重要。基于对高层建筑人员疏散特点、难点、影响因素以及当前消防安全疏散设计问题的全面分析，设计单位应通过明确设计标准提高设计规范性、应用信息技术提高设计科学性、优化诱导系统提高设计人性化等策略予以有效应对，从而全面提升高层建筑消防安全疏散设计水平，更好地保障高层居民的生命安全。