高层建筑消防防火排烟设计研究(2)

张帆

摘要：隨着社会的飞速发展，高层建筑的数量与日俱增，高度也是越来越高，功能也越来越多样化，再加上部分微小型公司的入驻，使人流量和物资堆积越来越密集。大部分高层建筑内部结构复杂，甚至存在私自改建（如隔断）的情况，虽为人们带来一定的便利，但其建筑特点会引起许多潜在的消防隐患，一旦发生火灾，可为救援工作带来巨大困难。防火排烟是高层建筑消防措施中的重要组成，通过隔离明火和烟雾，可一定程度上为受困人员争取救援时间，且在火灾刚发生时，可通过防火排烟设置，争取疏散时间，最大程度降低财产损失，保障人员生命安全。因此，必须重视高层建筑防火排烟设计，优化建筑设计水平，消除安全隐患。

关键词：高层建筑;防火排烟设计;问题探讨

随着城市化的迅速发展，各种高楼大厦拔地而起，使城市建筑向综合性高层方向发展。但大部分高层建筑为迎合当前部分人的审美和满足开发商多售房要求，高层建筑多存在外部泡沫装饰、内部房型紧凑、结构复杂等特点，一旦发生火灾，存在救援难度大的局限，严重损害人民的生命财产安全[1]。再加上火灾来临后，燃烧物产生的浓烟，降低可视度，受内部结构复杂等因素影响，人群疏散或避火时，较难在短时间内逃离建筑，且可能受烟雾影响产生意识模糊或昏迷、误入明火区，以及在吸入有毒烟雾后丧失行动能力而被烧伤甚至烧死。即便受困人员得到及时救援，逃离火灾现场，在受困期间内吸入过多浓烟可导致肺组织受损，降低受困人员的肺功能。相关统计表明，大部分火灾受困人员因烟雾窒息而死的占火灾死亡原因的85%以上[2]。且对于高层建筑而言，一旦发生火灾，大部分消防云梯难以到达起火点实施灭火救援，救援准备工作时间较长，导致救援工作难度增大[3]。最后，高层建筑受建筑形态影响，发生火灾后，电梯井、楼梯通道及其他管道井等可产生“烟囱效应”，增加火势，进一步增加救援难度和事故损失。因此，对于高层建筑而言，防火和排烟均属于当前高层建筑消防设计中的重要内容。

1  当前高层建筑消防防火排烟常见设计问题

高层建筑发生火灾时，不同楼层住户面临的危险程度也有一定差异，一般情况下，发生火灾时，较低楼层的人员更易逃离建筑，若建筑内部结构复杂，再加上烟雾影响视野，及浓烟毒性等，可使人们出现精神恍惚，迷失方向，进而陷入更大的危机[4]。发生火灾时，受困人员也需采取自救措施，等待消防救援，因此，在进行消防设计时，应围绕如何防火排烟等问题展开设计，以避免火灾事故，而目前高层建筑消防防火排烟的常见设计问题如下：

1.1  消防设备不足

大部分高层建筑内部空间较大，人员众多且分散，当火灾发生时，大部分人难以第一时间接收危险通知，这不仅导致人员错过最佳逃生时机，也可能在逃生过程中因不知具体起火位置，而陷入更大的危险[5]。这主要是因为，当前大部分高层建筑的安全报警系统并不完善，或火灾发生频率较低，物业公司缺乏危机意识，导致大部分报警系统形同虚设，物业公司未进行定期维护和检查，使其在关键时候无法起到救火作用。报警设施设置位置过于隐蔽，难以在第一时间发挥作用[6]。

1.2  建筑材料不达标

大部分高层建筑为了造型美观，未考虑到建筑材料的防火性，或设计人员缺乏消防知识，在建筑材料选择时，选择了不符合阻燃性和抗火性较高的建筑材料。高功率等电器的大规模使用，导致电路高负荷运转，为火灾埋下隐患[7]。随着时间的推移，建筑材料长年累月地使用后，内部电路及相关设备严重老化，极易引发火灾，且大部分电线设置为迎合美观，多位置隐蔽，若没有定期排查或排查不到位，也会为火灾埋下隐患。

1.3  自然排烟窗设计不合理

由于大部分高层建筑同时具备多种功能，内部结构较为复杂，人员众多，若缺乏排烟系统的设计，一旦发生火灾，烟雾可在短时间内达到影响视线的程度，若人员疏散不及时，极易因浓烟呛咳或窒息。因此，排烟窗是浓烟聚集的关键，若空气向内涌动，对外无法形成空气流通，火灾发生时，烟雾在内外气压差异下就会向内喷涌，不仅严重影响被困人员的氧气需求，还可能因影响视线出现踏空、崴脚甚至踩踏等危险事件[8]。而当前大部分高层建筑均未对此进行特殊设计，烟雾和火势蔓延时，无法进行有效隔绝。即便遵循国家相关规范设置高层排烟窗，但在实际应用过程中，单靠人工开启自然排烟装置显然不现实。而自动感应装置的排烟窗价格昂贵，大部分高层建筑中均未普及，多为侧拉窗结构，火灾来临后难以起到排烟效果[9]。

1.4  排烟系统设置不合理

我国对于高层建筑防火有明确规定，高度≥50m以上的公共建筑、高度≥100m以上的居住建筑，及未安装自然排烟设置的建筑中，需设置机械排烟系统[10]。高层建筑中的裙房及消防电梯间前室等位置，是排烟系统设置区域，在火灾发生时处于正压状态，避免增大火势和促进烟雾散出，以此减轻救援压力，增加救援效率。当前大部位高层建筑的常闭式防火门及楼梯间常处于开放状态，一旦突发火灾，难以保障楼梯通道处于正压状态，且难以排查哪个楼层楼梯门或防火门处于开放状态，导致排烟系统无法起到散烟作用[11]。再加上，大部分高层建筑在排烟系统的建设工程中，为减少成本，未选用符合国家标准的相关材料及系统，导致火灾发生时影响排烟效果。

1.5  监管制度不健全

正常情况下，高层建筑的消防防火排烟设计的监管制度是以实践经验为基础，而当前大部分监管制度存在不健全或执法不严等局限，进而导致高层建筑的消防防火排烟设计缺乏严格的制度管理，再加上某些无良开发商以自身经济利益为目的，忽视建筑工程品质，对建筑材料的选择不合理及对消防设计不关心等，为后续的火灾埋下隐患[12]。一旦出现问题后，不健全的监管制度无法明确追责，导致消防防火排烟设计规范难以开展。

2  高层建筑防火排烟设计对策

2.1  建筑材料选择

当前，高层建筑主要由钢筋砼构成，这种结构的稳定性好、强度高、性能佳且造价相对较低，因此是房屋建设的常用建筑材料。但此材料抗火性能不佳，有相关研究表明，一旦发生火灾，火灾现场温度高达400～700℃，钢筋的抗拉性、强度和负载能力在此高温影响下会大幅下降，进而出现严重变形，影响建筑物的稳定性，甚至导致坍塌。因此，在高层建筑的材料选择中，首要考虑的就是建筑材料的难燃和抗火性[13]。高层建筑的设计人员应根据设计规范进行区域划分，再根据不同区域选择合适的建筑材料，充分考虑所选材料及配件在火灾影响下的受损程度。在火灾来临时，最大程度降低钢筋受损程度，保障建筑稳定性，为受困人员争取救援时间和疏散时间。

2.2  建筑排烟设计

在建筑排烟设计中，首先要考虑的就是火灾发生后的烟雾高度、毒性及温度等。在火灾发生时，其热浮力作用会带动烟雾上升，上升至顶层后即扩散形成烟层，若遇到墙壁等挡烟垂壁时烟层会逐渐下降[14]。随着火灾持续时间越长，烟雾会逐渐增大，烟层厚度逐渐增加，若没有有效的排烟系统，烟层不仅会逐渐增厚，还会持续加温，高温烟雾不仅会对被困人员产生伤害，对消防员的救火措施也会产生不良影响。再加上火灾中的焚烧物复杂，烟雾的刺激性和毒性极有可能降低消防灭火有效率，因此，排烟系统极为重要。科学合理的排烟系统应是缓解烟层增厚的前提下，延缓烟层加温时间[15]。受火灾高温影响，排烟系统的通风管道材料应选用不易燃材料（如离心玻璃棉等），排风机易选用离心风机，确保在高温条件下，排风机仍可持续工作。合理的排烟系统可通过减轻烟雾浓度，有效降低烟雾毒性，避免多种有毒气体产生互相增强效果，进而为被困人员争取更多的救援时间及保障救援人员的人身安全[16]。一般来说，只要烟雾浓度为可视浓度，能保证最低可见度，即可将烟雾毒性维持在人员可忍受范围内。

3  其他防火设计

3.1  设计合理的防火单元

合理的防火单元对高层建筑这种架构复杂的建筑体系具有较高的防火效果，防火单元是指将防火区域分割为独立的单个细小单元，并对每个单元分别采取防火对策，而防火对策中最重要的就是做好防火分隔，以便在火灾发生时，利用防火单元起到灭火和隔离火势的作用，避免火灾蔓延，增加救援时间和降低人员财产损失[17]。防火分区一般分为垂直分区和水平分区两个部分，一般是利用防火墙、防火卷帘及混凝土楼板等。其中垂直防火分区多采用具有难燃性的水泥楼板等做分隔，而水平防火分区多采用防火墙、防火门及防火卷帘等分隔措施将各楼层在水平方向上分隔出防火区域，以此避免火灾在楼层内平行蔓延。高层建筑的室内面积大，住户家居用品较多，一旦发生火灾，各种易燃物品会大幅增加，而通过合理的防火单元设计，将各个建筑聚集单元分为各个独立的防火单元，并在其防火单元内设置消防系统（喷水、排烟等），保障火灾发生时可及时控制火势，并避免火灾在不同防火单元中蔓延，争取人员疏通时间。

3.2  加强高层建筑消防验收标准

由于高层建筑的火灾危害过大，为降低火灾发生率及降低火灾发生可导致的严重后果，加强高层建筑消防验收标准极为重要[18]。因此，在高层建筑的建筑初期，就应提前进行消防图纸审核，并在建筑期间，由专业的住建工作人员亲临施工现场，参与到消防相关设计工作中，及时给予质量指导并因地制宜进行纠正，从根本上保证建筑消防系统的实用性和应用价值。且在正式验收时，建筑消防验收部门应从建筑工程的特点入手，构建高层建筑完善的消防施工管理体系，将高层建筑消防建设、质量控制和验收标准等工作责任落实到位，确保整个高层建筑的验收质量有据可依，各个验收环节的验收质量有所保障，同时设立监督管理部门，避免徇私舞弊等事件發生。

4  总结

我国人口密度较大，随着经济的飞速发展，城市化进程的不断加快，土地资源紧缺，高层建筑越来越多，高层建筑在一定程度上能够节约土地资源，降低成本，同时呈现繁荣发展的建筑优势，但在此过程中，保障建筑消防安全是首要重点[19]。但近几年，高层建筑火灾频发，此类火灾危害较大，对人民的生命安全和财产安全有着严重的威胁。因此，在高层建筑中一定要做好防火设计，尤其是做好消防排烟设计，对保证高层建筑中人员的生命安全至关重要。在传统体制基础上优化高层建筑的防火排烟设计，加强设计科学性、有效性，是迎合当前新形势经济发展和社会进步的重要基础[20]。

5  结语

综上所述，在高层建筑设计中，结合建筑地理方位及内部结构，重视消防防火排烟设计、选用正确建筑材料、合理部署救火设备，是保障建筑安全，降低人员财产损失的重要关键。

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Research on design of fire prevention

and smoke extraction in high rise buildings

Zhang Fan

（Binhu District Fire Rescue Section of Wuxi Municipal，Jiangsu Wuxi  214000）

Abstract：With the rapid development of society， more high-rises are under construction with higher height and more functions. Besides， many small and micro groups  stationed in these buildings intense the density of people and materials. The internal structure of most high-rise buildings is complex， and there is even unauthorized reconstruction （such as partition）， these structures bring convenience for people， and also raise potential risks that may causes difficulties for rescue tasks.Facilities for fire prevention and smoke discharges are vital for high rise buildings. These equipments could help people who strucked in buldings have enough time to evacuate from buildings and lowen the losses of property  and ensure people's safety. Therefore， we must pay more attention to these facilities in high rises and upgrade the design of smoke exhausting system， so as to eliminate potential dangers in the end.

Keywords：high rise buildings;fire prevention and smoke exhaust;

Problems and discussion