历史遗留高层住宅建筑消防改造

张婷婷，吴斌斌，张泽军，梁日兴，李跃浩，廖明煜

（1、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

深圳市南湾街道辖区内大量存在因城市化发展进程过快而遗留下的高层住宅建筑集中区域（以下简称“南湾高层住宅集中区域”），这种高层住宅集中区域属于城中村的一种表现形式［1］，它的形成是一个复杂的社会问题，主要是由于村民或村集体在利益驱使下，违法违规、肆意开发、乱搭乱建而造成的［2］。此类高层住宅集中区域有建筑数量多、密度大，建筑高度高、体量大，居住人口多且密集等特点，大多不符合建造年代所适用的消防技术标准要求，存在大量的先天性消防安全隐患［3］。据统计，南湾高层住宅集中区域共有16 个，共包含158 栋高层住宅建筑，建造年代大多为1995～2005 年之间，均为一类高层住宅建筑，耐火等级一级，总建筑面积为49.6 万m2，常住人口数量10 万人，三小场所上千家。这16 个高层住宅集中区域的消防安全直接影响数十万人民群众生命财产安全，也间接影响了南湾街道辖区内的社会稳定。为此南湾街道于2014年就牵头组织政府职能部门、技术咨询、设计、施工等多家单位共同开展针对高层住宅集中区域的消防改造工作，并取得了一定的成效。［4-5］

1 建筑火灾风险分析

通过深入南湾街道16个高层住宅集中区域158栋高层住宅建筑开展大量的实地调研，整理分析得出南湾高层住宅集中区域存在的主要火灾风险包括以下几个方面：

1.1 疏散设施设置不合理

建筑内的疏散设施是否完整好用对于紧急情况下人员的安全疏散有着至关重要的作用。为了能够使人员在建筑着火后能有多个不同方向的疏散路线可供选择和疏散，高层住宅建筑中应设置不少于2 个安全出口，且应根据建筑高度设置火灾时能够防火并防止烟气积聚的封闭楼梯间或防烟楼梯间。南湾街道高层住宅建筑高度均在50～100 m 之间，由于未按《建筑设计防火规范（2018年版）：GB 50016—2014》要求建造，大多只设置1部敞开楼梯，火灾时烟气极易进入没有可靠封闭的敞开楼梯间，同时敞开楼梯间的设置还会存在烟囱效应，使烟气在短时间里顺着楼梯快速向上部扩散，并蔓延至整幢建筑物，威胁疏散人员的安全。更严重的是，高温烟气的流动也会大大加快火势的蔓延。

1.2 消防设施不完备

南湾高层住宅建筑的消防设施大多未按建造时的消防技术标准要求设计、施工，也未通过消防设计审核验收，消防设施存在先天隐患，且投入使用之后也未进行有效的消防安全管理和消防设施维护保养。因此消防设施缺失、损坏，消防系统瘫痪的情况十分普遍，一旦发生火灾，不仅无法实现早报警、早灭火、安全疏散、有效救援，还会对人民群众的生命安全造成严重威胁。

1.3 建筑构造不具备防火能力

首先是南湾高层住宅建筑中大量存在宽度不足2 m 的开口天井，且进深与宽度的比值较大，此类天井很容易成为烟气和火蔓延的通道，同时也有可能产生烟囱效应。其次是建筑外窗开口之间的实体墙宽度也普遍不满足要求，火灾发生后极有可能通过外墙蔓延到建筑其他区域。最后是建筑内管道井封堵不完善，三小场所与居住部分没有进行有效防火分隔，地上和地下楼梯连通的现象也比比皆是，火灾发生时，会在很短时间内向建筑各部位蔓延，同时也极易影响相邻建筑的安全，造成火烧连营现象的发生。

1.4 擅自改变使用功能

南湾高层住宅集中区域由于管理不当，大量存在占用原有架空层、改变标准层布局的现象，例如将一户改为多户作为出租屋，或将原走道部分划入住户内等。此违规做法导致部分住户没有可用于自然通风、排烟和救援的外窗，其房间为无窗房或仅设置了开向疏散走道的窗。同时，当走道外窗被划入住户内时，也会使得走道成为无采光、排烟功能的内走道。并且所有的改造过程没有均未经过消防设计审查和验收，存在严重的火灾隐患。

2 消防改造方案

南湾高层住宅集中区域已建成并投入使用多年，区域内虽然存在大量的先天性消防安全隐患，但大拆大建的方法势必会对区域内人民群众的正常生活造成巨大的影响，同时也会大幅度提升改造成本。［6-7］因此基于消防安全性能整体提升，基本保证安全、可居的原则，践行“微改造”的方法，有效补齐短板，才是最可靠、最有效的改造方式。［8-10］

2.1 安全疏散设施的改造方案

安全疏散设施的改造要从增加疏散楼梯数量和提升疏散楼梯安全性两个方面着手。一方面，南湾高层住宅集中区域中，建筑之间的防火间距均不满足建筑建造年代所适用的消防技术标准《高层建筑防火设计规范：GB 50045—95》中规定的高层住宅建筑之间的防火间距应不小于13 m的要求，实际建筑的最小防火间距大多不足6 m，有的甚至仅1 m 多，俗称“握手楼”。对于仅有一部疏散楼梯的建筑，可以充分利用“握手楼”的特点在屋面增设第二安全出口，当着火建筑的疏散楼梯不可用时，可以利用相邻建筑的疏散楼梯进行疏散，如图1所示。一方面，根据两栋建筑的建筑高度，可设置钢结构连廊和楼梯连接两栋建筑的屋面。钢结构连廊和楼梯的安全性也要有所保障，钢结构连廊和楼梯应满足结构安全要求，宽度应满足疏散要求，连廊应设置维护栏杆及扶手，钢结构楼梯应符合《建筑设计防火规范（2018年版）：GB 50016—2014》中关于室外楼梯的相关规定，同时楼梯间通向屋面的门应为乙级防火门，且该门到连廊入口之间应设置安全疏散通道，通道上不应有影响疏散的管道、晾衣架、花盆等障碍物，连廊处还应增设应急照明灯具。另一方面，尽可能改造疏散楼梯，使其具备防火防烟功能。利用现有疏散走道改造前室，合理划分前室、走道区域，使楼梯间具有防烟前室的同时，也满足了疏散走道疏散距离的要求。

图1 连接两栋建筑屋面的钢结构连廊和楼梯Fig.1 Steel Structure Corridor and Stairs Connecting the Roofs of Two Buildings

2.2 消防设施的改造方案

2.2.1 防烟排烟设施改造

根据《高层建筑防火设计规范：GB 50045—95》规定大于20 m的疏散走道应设置排烟设施，前室和楼梯间应设置防烟设施。建筑在建造时没有预留风管管井，如果在走道设置机械排烟系统、前室设置正压送风系统，势必要破坏墙体及楼板，影响建筑结构安全，施工难度较大，成本较高，同时由于建筑层高较低，风机、管道也会对人员疏散造成影响。因此，应合理利用原有走道及其外窗进行改造，合理划分前室、走道区域，尽量使疏散走道和前室内均有自然排烟窗，优先保证前室外窗的可开启面积满足要求，如疏散走道内无法保证有外窗或可开启面积不满足要求，则控制疏散走道长度，使其长度不超过20 m。楼梯间优先采用自然排烟，对于没有外窗的内楼梯，因为建筑在建造时没有预留风管管井，因此可以采用外挂排烟管道或设置直灌式加压送风系统的方法，将加压送风机设置在屋顶或地下室。在楼层有条件选取适当位置增设设备平台的建筑，还应增设加压送风机，采取多点式分段送风。

2.2.2 灭火设施改造

根据《高层建筑防火设计规范：GB 50045—95》，建筑高度大于100 m的住宅建筑才需要设置自动喷水灭火系统。但因为南湾高层住宅建筑建造时就存在一些先天性隐患，因此应从提升建筑消防安全整体性能的角度出发，提高建筑物扑救初期火灾的能力。一是只有一部疏散楼梯，且无法设置第二安全出口的建筑，应在住户内设置简易自动喷水灭火系统；二是建筑中住宅部分已经局部改造为公寓时，公寓房间内应设置简易自动喷水灭火系统；三是在“三小场所”设置简易自动喷水灭火系统。

另外南湾高层住宅建筑大多依山而建，由于各种原因，未设置市政、室外消火栓系统。在区域内铺设室外消火栓管网，施工难度大，也会对居民日常生活造成影响，因此可采取室内消火栓外挂的形式予以解决，在建筑首层外墙上设置室内消火栓箱，消防水池水量包括室外消防用水和室内消防用水两部分。

2.2.3 火灾报警系统改造

火灾自动报警系统能起到早期发现和通报火警信息，及时通知人员进行疏散、灭火的作用。为了提升南湾高层住宅建筑消防安全整体性能，应在住户、公寓及公共区域设置火灾自动报警系统，为了降低改造难度和改造成本，户内可采用无线联网型独立式感烟火灾探测报警器。同时住户、公寓的厨房内应设置可燃气体探测器，用户燃气表设置在疏散走道、前室、楼梯间时，也建议在该类场所设置可燃气体报警装置。

2.3 建筑构造防火改造

2.3.1 开口天井防火改造

南湾高层住宅建筑大量存在用于通风和采光的开口天井，如图2所示。即三面有维护结构，一面开向室外，住户外窗开在天井内，这类开口天井的宽度大多在1～2 m 之间，进深与宽度的比值大多超过8以上，与这种开口天井相邻的房间一旦起火，烟气和火焰很可能通过起火房间外窗进入开口天井，再由开口天井蔓延到建筑的其他区域，如果开口天井火灾时存在烟囱效应，还会加快烟气和火势的蔓延。为了防止火焰和烟气通过外窗向开口天井蔓延，应将在开口天井中相对的房间外窗，以及与走道、前室、楼梯间开向开口天井的外窗距离不满足要求的房间外窗，均改为火灾时能够自动关闭的乙级防火窗，平时不影响房间通风，火灾时能够自动关闭，从而达到防止烟气和火焰向相邻区域蔓延的目的。

图2 用于通风和采光的开口天井Fig.2 Open Patio for Ventilation and Lighting

为了预防烟囱效应的发生，展开了对烟囱效应发生的可能性研究。该研究选取了16组工况，对开口天井进深、宽度、截面积等参数对烟囱效应的影响进行模拟分析。最终得到如下结论，进深与宽度比值相同的开口天井，开口天井的截面积越小，烟囱效应越明显；开口天井的截面积相同时，在不考虑维护结构散热的情况下，进深与宽度的比值越大，烟囱效应越明显。对于能够产生烟囱效应的开口天井，应在开口天井部位竖向上每隔几层就采用具有一定耐火极限的不燃材料设置挡板，以此防止烟囱效应的发生。

2.3.2 外墙开口处的防火改造

根据《高层建筑防火设计规范：GB 50045—95》，住宅建筑的窗间墙、窗槛墙均应采用大于1.2 m 的不燃体建造，窗间墙、窗槛墙的耐火极限应不低于建筑外墙的要求。南湾高层住宅建筑的窗间墙、窗槛墙尺寸大多不符合要求，如图3所示。住宅内着火后，在窗户开启或窗户玻璃破碎的情况下，火焰会从窗户蔓出并向上卷吸，此外，当火焰在环境风的作用下偏向一侧时，火势也会向相邻住户蔓延。对于这一问题，可采取将外窗局部改为防火玻璃，增加阳台栏板的高度，或在户与户之间设置突出外墙的隔板的改造方式，防止火势的蔓延。

图3 住宅建筑的窗间墙、窗槛墙Fig.3 Window Wall and Window Sill Wall of Residential Building

2.4 建筑内局部改变使用功能场所的防火加强措施

目前南湾高层住宅集中区域均已投入使用多年，完全清除擅自改造的部分难度较大，因此应在现有条件下进行改造加强。对于住户内，应将户门改为乙级防火门，并保证每户都能有满足通风和救援要求的外窗，户内设置简易喷淋和感烟探测器。对于公共区域，合理划分前室和走道区域，确保各户门到安全出口的距离满足要求，疏散走道和前室满足防烟排烟要求，疏散走道及其外窗不被占用，同时疏散走道内设置应急照明、疏散指示、室内消火栓、消防软管卷盘、火灾自动报警系统、具有语音功能的消防广播。

另外，南湾街道及各社区应建立小型消防站，提高灭火救援联勤联动能力。各南湾高层住宅集中区域应严禁电动自行车入户，设置的电动自行车停放充电场所应符合国家和地方相关技术标准的规定。同时应聘请专业的物业管理公司和消防设施维护保养公司开展日常管理。

3 结论

本文针对深圳市南湾街道的16 个高层住宅集中区域158 栋高层住宅建筑进行了调研分析，其存在疏散设施设置不合理、消防设施不完备、建筑构造不具备防火能力和擅自改变使用功能等消防安全隐患。为全面提升南湾高层住宅集中区域的整体消防安全性能，本文对标现行国家标准规范的要求，结合调研的实际情况，给出了相对应的“微改造”方案，取得了不错的成效。