高层建筑物防火关键技术分析

张 新

（黄浦区消防救援支队，上海200010）

1 高层建筑物防火工程的现状

伴随着高层建筑物建设的增多，城市内部的宝贵土地资源的利用率取得了显著提高，并且能够满足广大民众的高品质生活需要，不过高层建筑带给人们方便的同时，也存在着比较显著的消防安全方面的隐患。现阶段，高层建筑物的消防安全问题已经比较明显，高层建筑物的火灾事故已经逐渐成为民众普遍关注的焦点问题。高层建筑物如图1所示。一般来讲，引起火灾的主要起因有电器使用、吸烟、烹饪用火、纵火以及雷电轰击等等。建筑物内部的被困人员在火灾之中很可能遭到火焰以及有毒有害气体等的伤害。火焰对于被困人员的危害通常主要表现为其发出的烟气，这些烟气主要表现出较强的热效应以及毒性。对于被困人员的撤离工作，人员在通道内的能见度也是非常关键的指标。据应急管理部消防救援局最近公开发布的统计材料表明，2019年我国一共接到报告的火灾有33.1万起，火灾中的死亡人数为1585人，受伤的人数为1068人，其中火灾造成的直接财产损失共计为39.8亿元人民币，这些火灾事故中，比较严重的火灾有65起。

图1 高层建筑物

城市中的高层建筑物的数量在持续增多，在其工程建设过程中需要消耗多类建筑原材料，尽管高层建筑显著提升了广大民众的生活品质，却在消防灭火以及人员救援层面存在着一定程度的潜在隐患。现阶段，国内大城市中高层形式的民用建筑发展趋势呈现出日益加快的势头，相应的火灾险情也发生的更加频繁，一旦高层民用建筑物发生火灾，后果将会极其严重。近几年来，高层民用建筑物火灾的致死率在各类火灾事故中的总体比例正在逐渐提高，2020年有1268人在高层住宅的火灾中丧生，占火灾事故人员死亡总数的80.35%。本文由主动以及被动防火与人员救援工程设计不同角度对高层民用建筑物的防火措施和技术进行了详尽地分析和研究。

2 外部救援难度大，防火体系的重点是自防自救

通过近年来高层火灾的实际情况，高层建筑物火灾如果从外部救援，消防人员携带的灭火设备一般无法达到建筑物的特定高度，内部救援来讲，消防人员携带大量的器材，会耗费相当大的体力，行动比较困难，如果建筑内部的结构非常复杂，还有可能会迷失方向，同时高层建筑内部的现场辐射强、烟雾浓重、火焰蔓延的途径比较多，因此高层建筑物一旦发生火灾险情，外部力量进行救援的难度非常大，很多情况下需要依靠高层建筑物本身的设施来自救，消防队则作为一种有效的补充方案。

3 防火措施和相关技术

3.1 主动防火方案

3.1.1 排烟系统的总体设计

如果高层建筑的高度大于50m，该建筑的排烟系统需要进行竖直方向上的分段安装。由于排烟系统负责的防烟区域数量较多，此时管道的设置比较复杂，损失和阻力也相对较大，这对于排烟系统控制水平的要求相对越大，进行分段设置主要的目的是为了防止排烟系统的总体担负过大或者竖直方向高度过大而导致失效，需提升排烟系统的安全性以及可靠性。高层民用建筑物的排烟系统可以依据避难层（或者设备层）竖直方向实施划分，在工程实际当中，该系统可以根据火灾实际情况只开启起火部分楼层的风机，为了确保楼层内的补风口以及排烟口之间不会互相影响，最好设计成避难层（或者设备层）的排烟风机主要为其下方各个楼层进行服务，而补风的风机设备主要为其上方各个楼层进行服务，这样就能保证所有独立工作的排烟系统的补风和排烟功能，杜绝“短路”问题的发生。在工程实际中，排烟系统的补风口和排烟口通常处于距离较近的情况来进行排布，应用以上模式能够实现系统中的排烟口与补风口相距45m的距离，确保排烟以及补风作业之间不会造成互相影响。排烟风机如图2所示。

图2 排烟风机

3.1.2 自动喷水系统中喷水竖管的设置方式

现阶段，自动喷淋形式的灭火系统是公认的最有效灭火工程系统，该系统已被普遍应用在包含高层建筑物在内的多种建筑形态之中。确保自动喷淋系统的灵敏启动对控制甚至扑灭早期的火灾非常关键。高层建筑物甚至是超高层的建筑物，仅仅依靠消防队员进入建筑进行灭火，将会受到高度的极大制约，此时对于自动喷淋灭火系统的要求将会更严格。因此在发生险情的情况下，确保建筑物内部配备的自动喷淋系统的供水稳定性特别重要。自动喷淋系统如图3所示。

图3 自动喷淋系统

3.2 被动防火方案

基于高层建筑物自身的特点，在消防安全层面最为突出的难题是被困人员的安全撤离工作。高层建筑的主体高度大，功能相对复杂，并且建筑物内部人员相对比较密集。一旦出现问题，被困人员的撤离方案是保护生命的基本保障，在出现火情时怎样高效、安全地疏导被困人员撤离非常重要。通常的撤离模式有整体撤离以及分阶段撤离2大类。发生火灾的情况下，高层建筑物内部所有人都必须在第一时间知道火情已经发生，为了防止因为错时撤离而引起的疏散通道内发生局部拥堵，在发生火灾以后必须同时对全楼的人员发送应急情况的广播通知，火灾报警系统同时启动，以告知被困人员快速撤离。

被困人员如果分阶段进行撤离，其过程和火灾的危险性是相对应的，主要分成3个等级。起火初期，着火点范围较小，启动相应的消防系统或者科学应用灭火装置就能够把火情控制甚至扑灭，此时被困人员不需要撤离；如果初期火灾未被控制，火势出现了蔓延情况，就必须分阶段进行被困人员的撤离工作。这样的模式需要房间内具有防火隔墙进行分隔，火灾报警系统以及自动灭火系统能够正常工作，并且具备分区域进行操控的广播系统等设施进行辅助。

对于不同形式的高层建筑物，需要分别应用整体撤离以及分阶段部分撤离的方式实施模拟研究。案例1：高层办公形式的建筑物，地上共12层，内部的人员密度设为0.1人/m2，设第8层出现火情；案例2：为高层商业形式的建筑物，地上共6层，内部人员的密度为0.43人/m2，设第4层出现火情。采用软件分别生成模型并实施模拟仿真研究，分阶段部分撤离方式优先考虑起火楼层的被困人员首先撤离，随后是最可能受到威胁的起火楼层的上、下层被困人员进行撤离，其他楼层的被困人员最后再撤离。

通常采用哪种撤离方式先要研究其建筑特点，然后考虑建筑物的功能、消防目标，根据各国的不同规定也是其中的决定要素之一。一般酒店和住宅类建筑物，内部人员密度相对较小，楼梯间比较宽裕，能够保证本层的被困人员的大流量撤离需要；然而在商业类型的建筑物中，由于内部人员的密度相对较大，分阶段部分撤离方案更加适宜；特殊的建筑，比如机场航站楼、铁路站房等等，保障连续运营相对重要，应用分阶段部分撤离方案更为合适。值得注意的是，防火隔离门（如图4）需要注意日常维护和保养，防止特殊情况下出现问题。

图4 防火隔离门

3.3 消防救援规划设计措施

现阶段国内新建的大型商业综合体及高层建筑物，特别是超高层大型建筑物，绝大多数均在墙体外立面设计安装了玻璃幕墙等结构，墙体外立面上规划设计能够直接开启并且朝向室外，能够供消防救援人员顺利进入的外窗条件利于开展消防救援任务。在真实火灾事故发生的过程中，当消防救援人员抵达火情现场的时候，火势一般已经发展到不可控制的程度，由楼梯间进入难度是非常大的，也很难直接使用消防栓等灭火设施设备。在高层建筑物外墙体规划设计救援窗就可以为消防救援提供非常合理的救援条件，消防救援人员能够依据火情的产生及蔓延状况，从最科学合理的位置进入高层建筑物内部实施消防救援。

国内相关法律法规及标准要求所有高层建筑物都必须安装及配备消防救援窗，并且必须做到每一楼层都设置。设置消防救援窗的原因是高层建筑物顶部的极限高度数值通常大于消防云梯车的云梯最大救援高度，消防救援人员在实际的火情现场中很难使用此高度设置的消防救援窗。我国的大部分多层公共建筑物均设置了消防救援窗口，目的是方便消防救援人员进入高层建筑物内部实施消防救援任务。而针对建筑高度超过24m的高层建筑物，只需安装消防救援电梯，目的是使消防救援人员能够借助消防救援电梯进入高层建筑物内部，不需要再额外规划设计消防救援窗口，针对不同的规划设计方法，建议相关高层建筑物的建筑总体高度在50m或者小于这个高度的部分在墙体外每个楼层合理区域安装消防救援窗，高于50m的部分就不强制规划设计消防救援窗，相关解决方案是借助消防电梯进行消防救援。消防电梯如图5所示。

图5 消防电梯

相关建筑消防工程技术人员在规划设计消防救援窗位置的时候必须关注高层建筑物内的平面布置图，相关被困人员由消防救援窗口进入高层建筑物内部的过程中必须最大限度地进入安全的范围。针对消防救援窗的外形尺寸及开启角度及设计安装位置均提出了相关技术要求，以便消防救援人员能够迅速破窗进入火情现场实施救援任务。在经过相关试验得出的数据可知，高层建筑物室内消防救援窗口附近的地上也划出了辨识度非常高的消防安全警示标识，并且设置了大量的消防灭火装置，为相关消防救援人员能够顺畅进入高层建筑物室内实施消防救援创造了最佳条件。消防灭火装置如图6所示。

图6 消防灭火装置

4 结束语

综上所述，高层建筑物防火功能的规划设计是一项非常复杂的工程，规划设计过程中有关的要素及关联的体系也呈现多样性，相关建筑消防工程技术人员对于高层建筑物的消防及防火技术必须持续吸取相关消防工程的过往经验及最新的科研成果，进而合理及行之有效地提高高层建筑物的消防防火安全等级。