超高層建筑防火設(shè)計問題研究

趙慧雯

摘 要：通過分析超高層建筑自身帶來的消防安全局限性，從火勢蔓延的角度出發(fā)，探討了超高層火災(zāi)具有的特點和危害性。在此基礎(chǔ)上，從疏散關(guān)鍵部位和防火材料等角度，研究了超高層箭鏃防火設(shè)計應(yīng)當(dāng)重點考慮的一些問題。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；防火設(shè)計；安全疏散

中圖分類號：TB

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2015）20021602

1 前言

隨著我國區(qū)域化經(jīng)濟的進一步拓展，城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的不斷加快，不論從人口數(shù)量方面的需求考慮，還是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模方面考慮，城市建筑物的高度不斷增加。由此帶來的不僅僅是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計等本身技術(shù)的要求，也給防火設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，從預(yù)防火災(zāi)減少財產(chǎn)損失本身出發(fā)，為超高層建筑物的防火設(shè)計尋求新的思路，是目前城市建設(shè)中迫切需要解決的重大問題。

2 超高層建筑的火災(zāi)特點分析

2.1 超高層建筑的定義和特性

多高的建筑才能稱之為“超高層建筑物”，我國的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》中雖無明確的界定，但對于超過100米或32層及以上建筑物的停機坪、消防滅火設(shè)施、消防水壓以及排煙和火災(zāi)報警系統(tǒng)都有特殊的要求。美國對于超高層建筑的定義是，100米以上或40層以上的為超高層建筑。在本文后續(xù)的研究分析中，超高層建筑指超過100米或40層以上的建筑物。

超高層建筑在提高了土地的利用率和減輕了城市人口擁擠的同時，也帶來了安全消防等一系列的不利因素。一是垂直交通問題，超高層建筑垂直高度高，交通距離長，運送人員數(shù)量多。因此，如何高效而又安全的解決超高層垂直交通的問題，當(dāng)遇到電梯故障或火災(zāi)發(fā)生，如何解決人員的垂直交通，如何快速的疏散人員從不同的消防途徑逃生，是超高層建筑設(shè)計的必要考慮因素；二是結(jié)構(gòu)問題，對于超高層建筑，不僅要防止部分建筑物在地震和強風(fēng)中發(fā)生變形，還要考慮火災(zāi)等事故中構(gòu)筑物的防火防壓性能等。美國9.11事件就是一個慘痛的教訓(xùn)，很大程度上，由于飛機撞擊造成構(gòu)筑物塌陷的連鎖反應(yīng)是事故損失的主要原因；三是超高層建筑的環(huán)境心里問題，對于絕大多數(shù)人來講，由于陰暗、潮濕、噪聲和炎熱等影響，都要或多或少的產(chǎn)生焦躁不安的負面情緒，在社會心理方面也產(chǎn)生了深遠的影響。許多人對于高度的不安全感、恐高，對于在高層生活工作的孤獨寂寞等等，都是超高層建筑本身帶給人們的一種負面心理因素。四是安全問題，超高層建筑物是一個城市的地標(biāo)性建筑，是一個城市經(jīng)濟、文化、科技的綜合反映。同時，超高層建筑耗資巨大，建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到消防、交通、能源、環(huán)境等因素。因此，對于超高層建筑，消防安全是首要的考慮問題。

2.2 超高層建筑的火災(zāi)特點

超高層建筑火災(zāi)主要通過火焰蔓延、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流等四種方式進行，與其他類型的火災(zāi)蔓延方式區(qū)別不大，但在火災(zāi)蔓延途徑上有其獨有的特性。超高層建筑火災(zāi)蔓延的途徑有這樣幾種：

（1）火災(zāi)通過水平方向蔓延，主要原因是未能設(shè)置有效的防火分區(qū)、洞口分隔不完善、普通防火卷簾無水簾保護，火災(zāi)極易通過燒穿門窗等隔離設(shè)施，迅速蔓延。另外，吊頂空間內(nèi)的蔓延，隔墻保溫層、地毯等設(shè)施的輔助作用，都是火災(zāi)水平方向蔓延的主要原因；

（2）火災(zāi)通過豎井蔓延。超高層建筑中，有大量的電梯、樓梯、垃圾豎井等，貫穿整個建筑，一旦發(fā)生火災(zāi)，沒有采取有效的防范措施，這些豎井猶如煙囪，在強大的抽風(fēng)吸力效應(yīng)下，能讓火勢迅速蔓延在各個樓層。因此，豎井是超高層建筑火災(zāi)防范的關(guān)鍵部位；

（3）火災(zāi)通過空調(diào)系統(tǒng)管道迅速蔓延。一旦發(fā)生火災(zāi)，空調(diào)系統(tǒng)各個部位的防火閥門沒有起到自身有效的防火作用，火勢就會通過空調(diào)管道本身迅速向連通的空間蔓延。或者，通過相對負壓吸進火災(zāi)空間中的煙氣，而在遠離火災(zāi)的各個空間再噴冒出來，引發(fā)更多的起火點，使得火災(zāi)在有效的時間內(nèi)難以控制。

2.3 超高層建筑火災(zāi)的危害性

超高層建筑高度超過100米，一般是商務(wù)辦公場所，樓內(nèi)人員眾多，設(shè)備及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一定程度上不僅火災(zāi)隱患排查困難，并且給疏散救援帶來了很大難度。

（1）人員疏散困難，極易造成人員大量傷亡。30層以上的高層建筑著火時，要使人員迅速疏散到地面或者避難空間十分的困難。根據(jù)消防部門的測試數(shù)據(jù)，一名技能全面的消防隊員，從30層的高度安全下落到地面最快需要8-11分鐘的時間。如果是一名普通的人員從30層安全到達地面，不可能比消防隊員的速度更快。而煙氣的垂直蔓延速度為每秒鐘大約2-4米，在煙囪或垂直管道的抽風(fēng)吸力效應(yīng)下就會更快，甚至是每秒鐘10多米的速度。可見，火勢在不到兩分鐘的時間之內(nèi)就能迅速從地面燒到30層。并且，人員疏散與火勢蔓延的反方向，更是增加了疏散難度；

（2）裝備要求高，滅火救援難度大。相對于普通建筑，超高層建筑的滅火難度發(fā)生了質(zhì)的提升。建筑外墻和窗戶的燒毀脫落，形成更大的勢能，極易造成消防隊員傷害和消防設(shè)備的破壞，使得消防人員無法接近著火點進行外部射水滅火。再者，現(xiàn)有的消防設(shè)施無法滿足需求，一般的消防登高車高度為55米左右，有效射程為80米左右。在我國很多城市，消防直升機的配備較為少見。因此，綜合考慮，對于超高層的建筑消防上，應(yīng)當(dāng)主要從預(yù)防和內(nèi)部消防設(shè)施的有效合理配備來保障。

3 超高層建筑防火設(shè)計中應(yīng)考慮的幾個主要問題

（1）從防火性能上考慮，在建筑設(shè)計的材料選用上，混合結(jié)構(gòu)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)。發(fā)生火災(zāi)時，在高溫作用下，建筑材料的力學(xué)性能就會發(fā)生很大的變化。比如，在500攝氏度下，鋼結(jié)構(gòu)的強度就會下降到原來的一半，達到1000攝氏度，鋼的強度甚至?xí)衩鏃l一樣柔軟。如果是混合結(jié)構(gòu)體系，除了經(jīng)受高溫的力學(xué)性能優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)，本身密度較小的物理性能坍塌的沖擊力也小于全鋼結(jié)構(gòu)體系。

（2）以降低火災(zāi)損失為目的，進行防火的有效途徑設(shè)計。建筑物內(nèi)部幾乎所有的材料都是可燃的，一旦失火，由于豎井的煙囪的抽風(fēng)吸力效應(yīng)，就會迅速蔓延。再者，受風(fēng)力和氣壓的影響，火勢隨著高度增加，就會蔓延加快。根據(jù)測試，太原市市區(qū)100米高度時，風(fēng)速是地面的2.1倍，動壓為地面的4.5倍；當(dāng)高度達到400米時，風(fēng)速為地面的3.5倍，動壓是地面的12倍。建筑的安全消防設(shè)計中，不僅要在同一樓層之間進行有效的防火隔離，更要在樓層之間進行有效的防火隔離。這樣，在火災(zāi)發(fā)生時，可以隔斷火焰的傳播，控制火勢快速蔓延，降低火災(zāi)帶來的直接損失。

（3）疏散應(yīng)重點設(shè)計。從上述的分析中，比較火勢的蔓延速度和人員的逃離速度，應(yīng)該重在設(shè)置安全區(qū)、避難層和防煙樓梯間等部位的設(shè)計。在超高層建筑的疏散設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)有效防止著火區(qū)的煙霧蔓延到非著火區(qū)，防止煙霧侵入到疏散通道的走廊、樓梯間等關(guān)鍵疏散部位，以確保有一個安全疏散通道和安全疏散所需的最短時間。另外，在建筑物內(nèi)部的某一部位或樓層設(shè)置絕對安全區(qū)，比如防煙樓梯間、避難間、疏散平臺等。對于超高層建筑的各個走道的凈寬、疏散出口的設(shè)置和寬度、首層外門和各層外門的寬度等疏散關(guān)鍵部位，必須按照國家最新的消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。

（4）逃生自救設(shè)施和一定數(shù)量的消防設(shè)施必須設(shè)置。一定程度上，人員的恐慌心理加大了火災(zāi)的人員傷亡。因此，超高層消防設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，設(shè)置消防應(yīng)急照明、安全疏散標(biāo)志、自動報警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、必要的消防設(shè)施和防毒面具等，加大消防設(shè)置的科技含量，確?；馂?zāi)時人員的安全。

（5）設(shè)置消防電梯并有效進行防火防煙。在超高層建筑的消防安全設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)范要求進行消防電梯的設(shè)置，并在數(shù)量和安裝上達到要求。為了確?；馂?zāi)發(fā)生時避免高溫?zé)煔獯罅窟M入消防電梯，應(yīng)當(dāng)設(shè)置前室，門口設(shè)擋水設(shè)施。并且，應(yīng)將消防電梯設(shè)置在外墻，在首層設(shè)置直通室外的出口。另外，可以利用電梯豎井作為正壓防煙樓梯間加壓送風(fēng)的豎井，使得整個電梯豎井成為一個相對獨立的防煙分區(qū)，能夠作為避難間加以利用。

4 結(jié)論

超高層建筑的防火設(shè)計師一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)當(dāng)積極挖掘引起超高層火災(zāi)發(fā)生的內(nèi)在和外在因素，借鑒國內(nèi)外成功的經(jīng)驗，注重源頭設(shè)計，從本質(zhì)上消除火災(zāi)隱患，并根據(jù)具體實際部署必要的消防設(shè)施，讓消防安全體系時刻處于良好正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，最大程度減少火災(zāi)帶來的損失。

參考文獻

[1]張梅紅，趙建平.超高層建筑防火設(shè)計問題探討[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2010，（3）.

[2]張濤.超高層建筑防火設(shè)計淺析[J].黑龍江科技信息，2012，（21）.

[3]宋文豪.簡析當(dāng)前現(xiàn)代城市高層建筑防火設(shè)計[J].科技展望，2015，（19）.