高层建筑消防安全与防火监督管理研究

李亚楠，任崇桥，聂兆东，任杰

（北京航天万源科技有限公司，北京 100076）

1 引言

当前城市高层建筑结构复杂、跨度大且面积相对较为集中，导致高层建筑火灾隐患较大。高层建筑楼层较高，常规的消防设备无法满足消防灭火需求，故需做好消防安全与防火监督工作，从而最大限度地保障人民生命财产安全。国外对高层建筑消防安全与防火监督管理的研究涉及以下方面：火灾发生、火灾蔓延及火灾扑灭；我国研究领域主要集中在消防安全技术及人员疏散规划方面，在国外研究成果基础上加以创新，从而提升高层建筑消防安全与防火监督管理工作的质量。

2 高层建筑消防综述

为节约城市土地资源，城市建筑的发展趋势正向“高空”发展，高层建筑数量大幅增长，但也引发了高层建筑消防安全及防火监督管理问题，成为当前城市化建设中的难题之一[1]。

以我国北方高层建筑火灾情况为例，表1为其火灾情况统计表。

表1 北方高层建筑火灾情况统计表

统计得知，居住型高层建筑发生火灾最多，其次分别为商场、宾馆及娱乐场所。由表1可知，我国北方高层建筑每年均发生火灾事故，且事故皆造成人员伤亡，对经济发展产生不利影响。高层建筑火灾特点如下：

1）高层建筑的消防隐患较多。高层建筑功能复杂且使用人数较多，建筑中的人员流动性大，导致其存在诸多消防隐患，如个人电气设备漏电、厨房明火及未抽完的烟头等。同时，高层建筑的烟囱效果相对明显，倘若火灾发生，其火势蔓延速度较快。

2）当高层建筑出现火情时，扑救难度较高。在火焰燃烧过程中会生成大量烟尘及热辐射，增加火灾扑救难度。由于高层建筑楼层较高，常用消防设备的供水高度无法满足灭火高度要求。

3）当火灾发生时，高层建筑中的人员疏散工作难度较高。高层建筑内人员较多，组织疏散难度较大。尤其是宾馆等公共性质的高层建筑，在不熟悉的环境中，人员疏散难度更大。浓烟中的人2~3 min会窒息晕倒，且易出现浓烟中毒，危及生命。

4）经济损失较严重。高层建筑主要为钢混建材，虽不会燃烧，但当火灾使其温度达到一定临界点时，高层建筑的钢混建材会出现裂缝，使其整体建筑强度下降，导致高层建筑受损且无法正常使用，进而影响当地的经济发展。

3 高层建筑消防安全与防火监督管理对策

3.1 高层建筑消防安全技术

3.1.1 高层建筑内部消防栓系统设计

技术人员在设计高层建筑内部消防栓系统时，需明晰以下设计程序：甄选合适的消火栓及水带型号，并计算水枪的充实水柱长度及设计流量；切实保证高层建筑内部的消防用水量，计算消火栓的保护半径；明确建筑消防给水管网的管径，并对消火栓给水系统所需压力进行计算。

消防栓的水枪充实水柱长度的计算公式为：

式中，SK为消防栓水枪充实水柱的实际长度，m；H1为高层建筑的实际层高，m；H2为高层建筑消防栓的实际安全高度，通常情况下为1.1 m；α为水枪的上倾斜角度，通常将其设计为45°，也可根据实际情况对其进行调整，但最大倾斜角度不高于60°。高层建筑消火栓布置间距计算公式为：

式中，S为高层建筑消防栓之间的距离，m；R为高层建筑消防栓的保护距离（半径），m；C为消防栓水带展开之后的折减系数，通常情况下设置为0.8~0.9；Ld为水带的实际长度，m；h为水枪倾斜角的横向投影间距，m；b为消防栓的最大保护范围，m，一般情况下，消防栓的最大保护范围为走廊宽度及房间长度的总和。

消防栓的水压计算公式如下：

式中，Hxh为高层建筑消防栓的实际水压，MPa；Hq为水枪喷头出水压，MPa；hd为水带中水头损失，MPa；Hk为消防栓端口水头损失，一般为2×10-4MPa；Qxh为水枪流量，m3/s；B为水枪水流系数；A2为水带所产生的阻力，N；Ld为水带长度，m。

3.1.2 高层建筑消防自动喷水系统设计

技术人员在对高层建筑消防自动喷水系统进行设计过程中，需明确以下设计原则：明确自动喷水系统所处的场所火灾危险等级及其系统类型；计算其设计参数及管网水力；绘制管网平面设计图，对其喷头进行合理布置[2]。

自动喷水系统的喷头流量计算公式如下：

式中，q为自动喷水系统中喷头的流量，m3/min；P为自动喷水系统中喷头的工作压力，MPa；K为喷头的实际流量系数。

若是对喷头的理论流量进行计算，则可借助以下公式：

式中，QL为自动喷水系统中的理论流量，m3/s；qp为实际喷水强度，N/m2；F为喷头的实际作用面积，m2。

式中，QS为自动喷水系统的设计流量，m3/s；qi为各个喷头节点流量，m3/s；n为作用面积内的喷头数量。

喷头作为高层建筑消防自动喷水系统中的主要构件，其在消防安全及防火监督管理中发挥探测及控制作用。根据系统精密计算得出其喷水强度，以此明确喷头类型。根据喷头的工作压力范围明确其最大保护面积，从而计算喷头的布置距离，需在自动喷水系统中存有备用喷头，且备用喷头数量不得少于喷头总数量的1%。

在自动喷头系统中，其报警模组也是重要的组成构件。通常情况下，由报警阀、延迟器及压力开关等构件组成。其中报警模组一般可分为湿式、干式以及雨淋3种类型。

3.1.3 高层建筑消防安全管理监管平台

在计算机技术及物联网技术的推动下，高层建筑消防安全管理平台得以全面构建。当高层建筑出现火灾危险时，该监管平台可调动高层建筑消防系统，并上报火灾情况，其信息传输形式可分为两种：（1）双层集成网络模式，其网络结构如图1所示。此网络模式主要由管理计算机控制，计算机与中央站相互连接，同时下设分站，借助管理总线以及控制总线，实现对现场的监督。网络模式中，自动化层主要用于发现异常。而管理层的功能，则在于对异常情况进行处理。两者相互联合，可形成一整套高层建筑消防安全监督管理流程，使管理工作顺利进行。（2）3层集成网络模式，相较于双层网络模式，其使用了通信协议，自动化层使用TCP管理协议，并使其与管理层相连接，其结构图如图2所示，网络模式中，分站之下同样设置了下属站，而在管理层以及自动化层的基础上，又设置了现场层，使管理更加便利且高效。

图1 双层集成网络模式

图2 3层集成网络模式

在构建高层建筑消防安全监管平台过程中，其逻辑结构是由逻辑层、业务层及数据层构成。逻辑层主要负责平台的前端处理界面；业务层主要负责监管业务的规则处理；数据层主要负责对当前高层建筑消防安全监管平台的数据信息进行存储。

3.2 高层建筑消防安全与监督管理办法

1）切实做好日常消防检查，完善高层建筑消防安全与监督管理体系，完善高层建筑消防基础设施，构建消防安全管理机制。高层建筑物业部门需定期检查建筑内部单位的消防工作，联合当地消防部门，开展定期的消防安全整治活动。同时做好消防安全宣传，以此加强高层建筑使用人员的消防安全意识，使其在日常生活与工作中认清高层建筑消防安全与监督管理工作的重要性。日常消防检查频率需要有效控制，每日，工作人员均需要大面积巡查，确保及时发现明显的消防异常。每月，应当开展一次详细的高层建筑消防安全检查行动，保证能够发现细微的风险，并对其进行控制，以免风险扩大化。每年，应当彻底检查消防安全设备性能有无异常，针对需要维修或更换的设备，需要立即处理，避免影响高层建筑消防效果。上述措施的实施，均有利于提高消防监督管理水平。

2）为切实保证高层建筑的消防安全，管理人员需充分开展建筑设计与施工工作，评估高层建筑的防火等级，制订有效的防火设计规划。要科学合理地规划高层建筑消防布局，在高层建筑内部设置防烟防火区。同时制定科学合理的人员疏散及逃生路线，最大限度地缩短逃生距离。在施工过程中可优先使用不可燃建材，不可随意更改建筑消防施工设计图纸[3]。

4 结语

随着城市化建设的加快，城市土地资源日趋紧张，使城市建筑向“高空”发展。高层建筑的发展代表城市现代化建设水平，但其自身存在火灾隐患也是当前城市建设中面临的重要挑战。因此，需有关管理人员积极主动地做好高层建筑消防安全与监督管理工作，通过高层建筑消防安全技术构建自动化及现代化的高层建筑消防防火体系，并不断完善与补充，以此推动我国高层建筑消防安全及监管工作的开展。