淺談超高層建筑消防設計難點

●謝景榮，戈莎莎

(1.陜西省消防總隊，陜西 西安 710018； 2.寶雞市消防支隊，陜西 寶雞 721000)

淺談超高層建筑消防設計難點

●謝景榮1，戈莎莎2

(1.陜西省消防總隊，陜西 西安 710018； 2.寶雞市消防支隊，陜西 寶雞 721000)

結(jié)合西安市某超高層項目的具體情況及設計難點，對超高層項目的消防設計進行分析，針對超高層建筑消防設計中豎向防火分隔、人員疏散安全性、消防系統(tǒng)有效性、滅火救援以及可燃性控制，提出了相應的設計要求。

超高層；消防；設計要點

超高層建筑是指建筑高度大于100 m的民用建筑，由于沒有專門的超高層建筑防火設計規(guī)范，目前是參照《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(GB 50045-95，2005年版，以下簡稱《高規(guī)》)執(zhí)行。在《高規(guī)》中也只有個別條款針對超高層建筑提出特殊的要求，如第7.4.6.2條“消火栓的充實水柱應通過水力計算確定，且建筑高度不超過100 m的高層建筑不應小于10 m；建筑高度超過100 m的高層建筑不應小于13 m”。第7.4.7.2條“當建筑高度不超過100 m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.07 MPa；當建筑高度超過100 m時，高層建筑最不利點消火栓靜水壓力不應低于0.15 MPa”。第7.6.1條“建筑高度超過100 m的高層建筑及其裙房，除游泳池、溜冰場、建筑面積小于5.00 m2的衛(wèi)生間、不設集中空調(diào)且戶門為甲級防火門的住宅的戶內(nèi)用房和不宜用水撲救的部位外，均應設自動噴水滅火系統(tǒng)”。從上面幾點可以看出，超高層建筑消防設計標準要高于普通高層建筑，下面結(jié)合某超高層工程設計實例，談一下此類建筑的消防設計難點。

1 項目概況

某超高層工程項目總平面由兩個區(qū)域建筑構(gòu)成：南區(qū)為超高層塔樓和4層裙房；北區(qū)為多層商業(yè)。塔樓地上57層，地下3層，塔樓建筑高度248.5 m，頂部設有造型，建筑總高度270 m，塔樓外墻全部采用玻璃幕墻，由于造型需要，屋頂未設置停機坪。塔樓5F-57F為甲級辦公塔樓，其中有三個避難層，即15F/29F/44F，平面如圖1所示。該項目的消防設計均滿足《高規(guī)》的相關(guān)要求。

圖1 建筑平面圖

2 設計難點

該項目塔樓屬于超高層建筑，建筑高度達到248.5 m，存在消防設計難點問題如下：

2.1 人員疏散問題

從消防安全的角度，建筑高度的增加使內(nèi)部人員數(shù)量增多，疏散到首層的垂直距離和難度增加。經(jīng)測試，一個正常的年輕男性在樓梯內(nèi)人數(shù)較少、比較通暢的情況下，從20層疏散到首層約需要3 min；從30層疏散到首層約需要5 min。以一座約100層的主要是辦公和酒店功能的建筑為例，如果考慮多層同時疏散和樓梯擁擠的情況，經(jīng)計算機模擬計算，即使連續(xù)疏散，全部人員疏散完畢也需要超過1.0 h的時間，而且大部分人無法做到連續(xù)不休息地從最高層疏散到首層，通常需要在避難層休息，所需要的疏散時間可能更長。

2.2 消防供水及滅火設施可靠性問題

由于該項目塔樓主屋面高度270 m，建筑高度248.5 m，很難從外部進行滅火救援，對建筑消防供水及滅火設施的可靠性提出了更高的要求。

2.3 特殊結(jié)構(gòu)形式所產(chǎn)生的消防問題

超高層建筑在建筑造型、外立面設計、屋頂設計方面突出其獨特性和創(chuàng)造性，大面積采用玻璃幕墻和鋼結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)，這些特殊的結(jié)構(gòu)形式會帶來一些特殊的消防問題。

2.4 滅火救援問題

目前最高的消防云梯最大有效高度達到101 m，但是這遠遠不能跟上超高層建筑發(fā)展的高度，加上風的作用，使得高空作業(yè)有一定的危險性。當超高層建筑超過消防云梯的極限高度時，高噴車和遠射程移動水炮等均很難從外部直接打到100 m以上的火災部位。此外，傳統(tǒng)的直接外攻滅火、強攻近戰(zhàn)、防控堵截等戰(zhàn)術(shù)受到嚴峻挑戰(zhàn)，這是由于超高層建筑豎向長度長，消防人員配備的空氣呼吸器有限，消防人員的體能受到極大挑戰(zhàn)，甚至連消防救援人員的自身安全性都沒有保障，滅火救援難度極大。

3 需要關(guān)注的消防設計問題

結(jié)合超高層建筑的火災危險性，筆者認為在消防設計方面需要注意以下幾個問題：

3.1 豎向防火分隔有效性

該項目塔樓核心筒處設置有豎向管道井，包括電梯井、電纜井、水暖井等。超高層建筑各專業(yè)豎井林立，發(fā)生火災時，這些豎井就像高聳的煙囪，構(gòu)成火勢迅速蔓延的主要途徑。為防止火災豎向蔓延，除應滿足現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定外，還應考慮以下要求：(1)各專業(yè)豎井均獨立設置，其井壁為耐火極限不低于1.00 h的不燃燒體，井壁除開設門洞外，不設其它洞口，檢修門均為甲級防火門。各豎井在每層樓板處采用不低于樓板耐火極限的不燃材料或防火封堵材料封堵。(2)電梯層門的耐火極限不應低于1.00 h，并應符合現(xiàn)行國家標準《電梯層門耐火試驗完整性、隔熱性和熱通量測定法》(GB/T 27903)規(guī)定的完整性和隔熱性要求。(3)強電井的電纜橋架部位應增設纜式線型感溫火災探測器，采用S型接觸式安裝，并接入電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

目前許多超高層塔樓設計為了滿足設計美觀等需要，在建筑外墻設置了大面積的玻璃幕墻，若消防設計不當，存在一定的火災危險性。因此，如何保證該建筑玻璃幕墻的防火安全性，是超高層建筑設計的一個重要考慮因素。(1)玻璃幕墻的防火封堵構(gòu)造系統(tǒng)，在正常使用條件下，應具有伸縮變形能力、密封性和耐久性；在遇火狀態(tài)下，應在規(guī)定的耐火時限內(nèi)，不發(fā)生開裂或脫落，保持相對穩(wěn)定性。(2)樓面梁、房間隔墻等處容易導致火災蔓延的部位，玻璃幕墻的內(nèi)襯板應當采用燃燒性能為A級的材料。非透明處玻璃幕墻的內(nèi)襯板與玻璃內(nèi)表面的間距不得小于50 mm，且不得使用深顏色的內(nèi)襯板。

3.2 人員疏散安全性

該項目建筑高度248.5 m，在15、29和44層分別設置避難層。針對建筑特點制定如下疏散策略：(1)火災確認后，建筑內(nèi)全體人員應同時疏散；(2)塔樓第一避難層以上人員應利用核心筒內(nèi)的疏散樓梯向下疏散至最近的避難層；(3)塔樓第一避難層以下人員應利用樓梯疏散至室外。

考慮到避難層作為超高層塔樓人員的重要避難場所，除滿足現(xiàn)行規(guī)范要求外，尚應滿足如下要求：(1)為防止非避難區(qū)火災威脅到避難區(qū)，與避難層同層的設備管道宜集中布置，設備管道區(qū)應采用防火墻與避難區(qū)分隔；管道井和設備間應采用耐火極限不低于2.00 h的防火隔墻與避難區(qū)分隔；管道井和設備間的門不宜直接開向避難區(qū)；必須直接開向避難區(qū)時，與避難區(qū)出入口的距離不應小于5 m，且應采用甲級防火門。(2)應在避難層進入樓梯間的入口處、疏散樓梯通向避難層的出口處以及避難區(qū)出入口處增設能保持視覺連續(xù)的燈光型疏散指示標志，同時塔樓各層應設置避難層位置信息提示。

3.3 消防系統(tǒng)可靠性

由于超高層建筑主要立足于自救，因此消防系統(tǒng)，特別是消防給水及滅火設施是超高層建筑消防安全的最主要方面之一，考慮超高層建筑特點，火災自動報警系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、防煙排煙系統(tǒng)、消防供電系統(tǒng)等應按豎向分段獨立設計，每段高度不應超過100 m。針對該項目的特點，提出以下要求：(1)設計的每段應設高位水箱，容積不應小于100 m3，該高位水箱對下滅火、對上轉(zhuǎn)輸供水，其中屋頂高位水箱僅對下滅火，容量不應小于200 m3。(2)為保證室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的供水可靠性,轉(zhuǎn)輸水箱供水超壓區(qū)域采用減壓閥、減壓孔板減壓供水。在減壓閥前后應安裝壓力監(jiān)控裝置，使用減壓閥應采取保證水質(zhì)的技術(shù)措施。(3)除廚房以外，噴頭采用快速響應噴頭，不應采用隱蔽型噴頭。(4)消防控制室應能監(jiān)視消防水泵電源的工作狀態(tài)，消防水箱(池)水位信息和管網(wǎng)壓力信息，消防水泵的啟、停狀態(tài)和故障狀態(tài)，自動噴水滅火系統(tǒng)的水流指示器、信號閥、報警閥、壓力開關(guān)的正常工作狀態(tài)和動作狀態(tài)。(5)火災自動報警系統(tǒng)聯(lián)動關(guān)系設計建議按《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB 50116-2013)進行優(yōu)化。

3.4 滅火救援

《高規(guī)》第6.1.14條規(guī)定：建筑高度超過100 m，且標準層建筑面積超過1 000 m2的公共建筑，宜設置屋頂直升機停機坪或供直升機救助的設施?！陡咭?guī)》雖建議建筑高度超過100 m，且標準層建筑面積超過1 000 m2的公共建筑設置屋頂停機坪，但考慮到我國的國情、經(jīng)濟上的承受能力、消防裝備等方面的具體問題，并沒有作強制性規(guī)定。

該項目由于塔樓頂部造型的限制，無法設置屋頂停機坪。針對未設置停機坪的問題，可增強輔助滅火救援的要求：(1)塔樓15層以下均應設置可供消防救援人員進入的窗口，窗口的凈高度和凈寬度分別不應小于0.8 m和1.0 m，窗口下沿距室內(nèi)地坪不宜大于1.20 m，間距不宜大于30 m，且每個防火分區(qū)不應少于2個，設置位置應與消防車登高作業(yè)操作場地相對應。窗口的玻璃應易于破碎，并應設置可在室外識別的明顯標志。戶外廣告牌的設置不應遮擋滅火救援窗。(2)操作場地可結(jié)合消防車道布置且應與消防車道連通，場地靠近建筑外墻一側(cè)的邊緣距離建筑外墻不宜小于5 m，且不應大于10 m；應充分考慮101 m大型消防登高車的承載、作業(yè)面和轉(zhuǎn)彎半徑等需要。(3)場地與建筑之間不應設置妨礙消防車操作的車庫出入口等障礙，場地坡度不宜大于3%。(4)為保護地面人員應在塔樓首層設置挑檐，挑檐設置范圍應能覆蓋塔樓登高撲救面，挑檐寬度為2～4 m。

3.5 可燃性控制

為防止火災蔓延并減少火災隱患，對項目的可燃性控制提出以下要求：(1)頂棚、墻面和地面的裝修材料應滿足《建筑內(nèi)部裝修設計防火規(guī)范》的要求；(2)塔樓辦公標準層內(nèi)部墻面及疏散走道裝修裝飾材料應達到A級；(3)塔樓辦公標準層的家具如辦公桌、柜等宜使用防火板材或金屬材料。

4 結(jié)束語

超高層建筑在消防設計上應側(cè)重于自防自救，因此在消防設計時應加強豎向防火分隔、人員疏散安全性、消防系統(tǒng)有效性、滅火救援以及可燃物的有效控制，提高這些方面的消防設計要求。

[1] GB 50045-95,高層民用建筑設計防火規(guī)范(2005年版)[S].

[2] 公安部沈陽消防研究所.西安·綠地中心A座消防安全評估報告[R].

Key Points of Fire Protection Design of High Buildings

XIE Jing-rong1, GE Sha-sha2

(1.FireCropsofShanxiProvince，Xi’an710018,China;2.BaojiMunicipalFireBrigade,ShanxiProvince721000,China)

Combined with the specific situation and difficulties in designing a high-rise project in Xi’an, it paper analyzes the fire protection design of super high-rise projects. It also puts forward some higher requirement for high rise building separation, personnel evacuation safety, fire protection systems, fire fighting and rescue effectiveness and combustible control in fire protection design of high buildings.

super high-rise; fire prevention; key points of design

2014-12-10

謝景榮(1974— )，男，陜西鳳翔人，高級工程師，碩士； 戈莎莎(1980— )，女，安徽含山人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)02-0061-03