高层建筑火灾特点及防火设计要求

张艳

（运城市建筑设计研究院，山西 太原 044000）

0 引言

随着城市建设的不断加快，高层建筑建筑越来越多，这些建筑的结构复杂、人员密集，消防安全风险高、火灾扑救难度大，属于容易发生死伤火灾事故的“重灾区”。因此，高层建筑在设计过程中不仅需要满足功能方面的需求，也需要在实用性和安全性方面符合现代社会的需要。确保一旦发生紧急情况，可以为用户提供安全疏散的区域，保障人民生命财产安全。基于此，高层建筑在设计过程中需要重视防火设计，对其进行综合全面地考量，从而提升防火设计的质量。

1 高层建筑概念

高层建筑指的是建筑高度大于27m 的住宅建筑和建筑高度大于24m 的非单层厂房、仓库和其他民用建筑《建筑设计防火规范（2018 年版）》（GB 50016—2014）。我国高层建筑可以划分为二类，分别是一类高层民用建筑和二类高层民用建筑。在国际角度，高层建筑的定义存在一定差异性，但是均有严格的标准。

当前我国高层建筑在防火设计方面的复杂性较高，由于高层建筑内部结构的复杂，导致高层建筑想要达成防火的目的难度较大，此时需要结合高层建筑的特点对防火工作作出设计。

2 高层建筑火灾特点

2.1 蔓延途径多，速度快

高层建筑起火后容易出现烟囱效应，烟囱效应可以加剧火势。建筑内的楼梯间、管道井、电缆井、排风道等各种横、竖向管井、通道，从地面一直通到最高层，一旦发生火灾，这些部位就成了一座拔风的“烟囱”，加速火势的蔓延。研究发现，一座高度为100m 的建筑（约30 层），在无阻挡的情况下，烟气顺竖向管井扩散至顶层只需要30s，瞬间整栋建筑即可形成“立体火场”。建筑物越高，“烟囱效应”越明显，烟囱效应不单使扑救更困难，更危及前往天台逃生者的生命安全。基于此，可以看出竖井导致火灾迅速扩散，并且高层建筑也会受到风力的影响，也是火灾蔓延的主要影响因素。高层建筑物越高，风速越大，火灾扩散的速度越快[1]。

2.2 楼层高，疏散困难

高层建筑层数较多，垂直疏散的距离较长，特别是高层大型公共建筑，功能多样，交通路线错综复杂，所以在疏散过程中需要的时间较长。国外相关研究工作中，如果在50 层的建筑中进行疏散演习工作，想要疏散全部人员时间需要两个小时左右。并且高层建筑人员较为密集，容易出现混乱、拥挤的情况，因此在火势蔓延过程中，短时间内想要进行疏散的难度较大。此时如果楼梯间的设计不为良好，很容易造成烟火窜入速度较快的情况，导致了人员无法被疏散，严重造成了人员生命财产损失[2]。

针对高层建筑的特殊情况，在灭火和救护方面的难度较高，在多方面内容很难达到火灾处理的标准。一般情况下，我国在城市消防方面需要结合城市具体情况，安排部分消防车，常见的是32m 登高平台消防车，这里的32m 指的是消防车的最大工作高度为32m，此类消防设施在可以满足高层建筑不超过32m 的范围内对其作出有效处理，如果建筑物超过32m 后期的救火工作难度较高。

2.3 功能多，设备多

高层建筑标准较高，并且为满足高层建筑发展需求，在建筑设计过程中融入了电气化和自动化的设备，此类设备繁多，因此更容易造成电路短路的现象，所以更容易出现火灾问题，因此内部装修陈设和材料选择如果不重视材料问题，选择了纤维地毯或者泡沫塑料的家居，更容易影响火灾燃烧的速度，甚至还会增加毒气和热量，因此高层建筑在发生火灾后氧气的消耗量较大。当前针对火灾中人员伤亡的具体原因，可以看出大部分人员容易被一氧化碳中毒和有毒气体的影响。在相关条件和背景下，室内空气中二氧化碳的量会不断剧增，导致住户呼吸困难，最终造成伤亡。在火灾发生后，室内烟气会随着燃烧的进展不断增加二氧化碳气体，在氧气减少后更容易造成人员窒息的现象。

2.4 消防设施复杂，维护难度大

高层建筑消防设施容易出现损坏和故障问题。例如，火灾自动报警系统中分探测器失效问题，或者某个送风口的风量不足问题，一旦发生火灾此类问题导致消防设施形同虚设。部分高层建筑设施方面停用情况较为严重，火灾报警系统警察误报内容，导致业主自行关闭报警系统，并且为保证照明度需求，楼道内部会安排出口灯和指示灯，因此会将不常用的防火门和排烟窗进行关闭。同时在高层建筑中较为严重的防火问题还包括了设施方面的匮乏，形成此类问题的主要原因有两种，一种是历史遗留问题，例如，自动喷水灭火系统的缺失，此类问题的整改难度较大；另一种是被拆除的防火设施，如防火门应急灯。

对于高层建筑而言，部分消防设施质量不过关。消防工作包括隐蔽工程，尤其针对高层建筑改造工作，吊顶内总喷水系统在安装过程中想要达成施工的便捷性，需要将支管断开，此时对于横梁两端支管方面容易形成不通的现象，造成了每层喷水头在工作过程中只能喷出一般区域的水源。除此之外，在消防产品质量方面也会有一定问题，比如说：消防应急灯照明问题，防火门耐火极限问题等[3]。

3 高层建筑防火设计的方法

3.1 平面布局

为确保高层建筑安全性和功能性方面的需求，高层建筑平面布局和平面布置需要结合相邻建筑物作出分析。在总平面布局方面，为满足布局的需求，需要明确城市规划和安全防范要求进行布局操作；此过程也需对建筑的间距作出有效安排。在建筑布置过程中，应该明确防火的间距，从而消除建筑和周边环境的影响，从而减少火灾蔓延的概率。建筑物在防火间距设计方面需结合建筑设计防火规范等相关规范作出设计规划。

在防火间距方面应该结合场地变化的情况，以此满足我国消防技术规范，此时可以选择下述措施对场地问题进行补救：首先需要拆除耐火等级低并且占地面积较小的，不具备较高使用价值的相邻建筑物。其次如果是室外的防火墙则需结合建筑物具体情况判断是否对其进行拆除或者改建，以此让其具备排烟的能力。再次针对建筑物自身性能方面需要让其具备防火的功能；最后针对建筑物的外墙需要适当进行改造，让其成为防火墙，以此减少墙面影响问题，此过程可以安排窗户或者防火设施，以此改善此类问题。

3.2 消防救援场地及消防车道

高层建筑在建筑周围需要安排消防救援场地和环形的消防车道，如果设计环形车道遇到各类困难，需要沿着高层建筑两边安排消防车道，如果是高层住宅建筑和山坡地或临空建造的高层民用建筑，可以在一个长边设置消防车道，但是这长边所在的建筑立面应为消防车登高操作面即需要在此处布置消防救援场地。高层建筑应至少沿一个长边或者周边长度的1/4 且不小于一个长边的底边连续布置消防登高操作场地，该范围内的裙房进深不应大于4m；建筑高度不大于50m的建筑，连续布置消防车登高操作场地有困难时，可间隔布置，但间隔距离不宜大于30m，且总长度仍应满足周边长度的1/4 且不小于一个长边的底边。消防车道的净宽和净高不能低于4m，转弯半径也要满足消防车的转弯半径，消防救援场地和消防车道与建筑物之间不应设置妨碍消防车操作的树木、架空管线等障碍物和出库出入口，救援场地的长度和宽度分别不应小于15m 和10m，对于建筑高度大于50m 的建筑，场地的长度和宽度应分别不小于20m 和10m，消防车道距离高层建筑的外墙应该超过5m 的范围，且坡道不宜大于8%。环形消防车道应最少有两处与其他车道连通，尽头式消防车道，则需安排回车道或者回车场，此时回车场的范围不能小于15m×15m 的范围，并且还需考虑大型消防车的进出问题，因此最终回车场的范围应该控制在18m×18m。

3.3 疏散方面

为有效保护高层建筑中人身的安全问题，需要做好安全设计工作。高层建筑平时主要靠电梯作为垂直交通，电梯在发生火灾时容易出现断电等故障，电梯井道内部容易出现烟火蔓延、伤人的情况，所以火灾情况下电梯不能使用，因此疏散楼梯成为最主要的疏散通道。在高层建筑设计中，需要按建筑高度设计封闭科楼梯间和防烟楼梯间，防烟楼梯间需要设计前室，设计中需要使用常闭式防火门来区分楼梯间和建筑公共部分，防烟楼梯间内安排防烟设施，以此封闭式的处理方式进行防火设计，以此保证安全疏散的需求。此时在使用方面也需减少可燃物的数量，对各个结构作出有效布局，才可降低火灾烟气的影响。此时疏散还需考虑烟气、毒气、缺氧条件方面的影响，以此有效设置安全疏散的措施，从而适当提供避难层和避难室，以此有效进行疏散工作。

3.4 排烟方面

在火灾发生后，烟气具有较强威胁性。在相关统计中，建筑火灾死亡人数一般均为烟熏致死，烟熏致死的占比可以达到60%。国外建筑火灾死亡人数较高，其中75%左右的死亡人数均为中毒或者缺氧等问题所造成。此时在火灾发生后，需要有效控制建筑物内部烟气的流动，才可减少人员伤亡现象。此时排烟设计需要将其划分为自然排烟和机械排烟两种形式。如果是楼梯间，靠近外墙的位置，则需选择利用窗户或者阳台进行自然排烟处理，整体排烟设计需要安排在内部。当前在国际方面，建筑防排烟趋势更加倾向于正负压排烟的方式，负压排烟在着火间进行，如果是走道、前室、防烟楼梯间等多个位置则需可以选择正压送风的方式进行排烟处理。风压值在建筑内部各个位置所形成的压力会逐渐加大，所以可以降低楼梯间内部进烟的情况。为解决上述问题，需要安置自动防火门设施，此类设施可以确保对人们的安全疏散，并且还需保证密闭性需求，此时每层楼道都需安排上述装置，以此减少烟气直接进入走廊的概率。在出现烟气后可以自动启动排烟口，将烟气进行排出。

3.5 灭火设备方面

高层建筑中灭火工作分为两个部分，一部分是初期灭火工作，一部分是正规灭火工作。在火灾出现的前期阶段，被称为初期灭火阶段，此时低层建筑为方便，会将消火栓安排在楼梯间内部。但是对于高层建筑而言，为了保证疏散的需求，需要采取封闭的设施进行建设，此时楼梯间和前室门一般会被安排成为常闭式的防火门，此时才可满足建筑内部排烟方面的需求。但是对于消防队员而言，想要达成人群疏散的需求，需要使用消防电梯，才可快速登顶。室内消火栓应设置在消防电梯、楼梯间及其休息平台和前室、走道等明显位置，且火栓箱正面1.5m 和两侧的0.5m 范围内不能放置杂物，不得有遮挡消火栓的物品，以便于消防人员快速达到救援地点，争取救援速度。比如说：如果前期前室内不存在消火栓位，可以在墙上进行开洞，后续安装木门，其中水龙带可以通过洞口直接穿过走廊，以此达到指定灭火地点，一旦发生火灾问题，也可以配合消防人员配合消防工作[4]。

3.6 室内陈设方面

想要在高层建筑内部进行火源消除工作的难度较大，但是在建筑内部装修过程中全部选择不燃或者难燃的材料难度更大，基于此为降低室内陈设的影响，需要尽可能使用选择使用不燃材料。可燃性的装修材料和室内陈设会造成火灾的发生，并且还会加快火势的蔓延，此时火势的时间也会加长，严重形成了危害性问题。尤其针对现代化的塑像制品而言，更是高层建筑中加我国主要的火源之一，此类物品自身可燃性更快，并且在燃烧过程中还会出现各种烟气和热量，因此加大了火灾的危害，所以在室内装修陈设方面需要减少有有毒气体的塑料，减少火灾发生，以此降低火灾的发生，解决财产损失问题。

除此之外，我国建筑在室内装修铺设方面更喜欢地毯制品，此类商品虽然具有一定美观性，但是在实际应用过程中给防火工作带来了一定的阻碍，尤其是门窗底部和楼梯间防火门的位置，此时在防火门的位置安排地毯容易将防火门卡住，因此防火门无法发挥出实际作用，更是形同虚设。基于此在室内装修陈设方面需要重视地毯的应用，还需高度重视室内的装修，以此降低火灾所造成的影响和损失[5]。

4 结语

综上所述，当前我国高层建筑具有一定的特点，如多样性、复杂性的特点。当前高楼在发生火灾后，灭火部门认为高层建筑在防火和灭火方面的难度较高，此时设计人员需要重视自身消防安全知识方面的学习，选择良好的技术，优化自身业务能力，以此提升防水设计的水平，保证设计方法可以发挥出相应的作用，以此设计出符合国家相关规定的防火内容，降低高层建筑发生火灾所形成的损失，提升建筑本身的功能性，促使建筑既能满足美观性，又能满足实用性。