高層建筑消防安全疏散設(shè)計中存在的問題及對策

惠 丹

無錫市建設(shè)工程設(shè)計審查中心 江蘇 無錫 214000

1 高層建筑消防安全疏散設(shè)計的必要性

受結(jié)構(gòu)及功能特征的影響，高層建筑火災(zāi)普遍具有以下幾個顯著特征：(1) 火災(zāi)荷載大?；馂?zāi)荷載指的是單位面積內(nèi)可燃物的多少。由于高層建筑居住人數(shù)多，因此，建筑內(nèi)易燃、可燃物相較于多層建筑更多，從而導(dǎo)致其火災(zāi)荷載更大；(2) 火勢蔓延快。高層建筑火勢蔓延速度快的原因有兩點：首先是“煙囪效應(yīng)”的作用。高層建筑內(nèi)普遍含有較多的豎井結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，這些豎井便會產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”，一方面加強火場內(nèi)部熱對流，加快火勢蔓延；另一方面將更多的新鮮空氣引入火場，促進燃燒，進一步加快火勢蔓延；其次是“圍爐效應(yīng)”的作用?，F(xiàn)代高層建筑封閉性和保溫性較好，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，熱量和煙氣難以快速從室內(nèi)排出，從而導(dǎo)致火源附近壓力及溫度急速上升，發(fā)生轟燃現(xiàn)象，隨著壓力繼續(xù)增大，門窗破碎，大量新鮮空氣涌入，則會發(fā)生進一步的爆燃、復(fù)燃現(xiàn)象，加速火勢蔓延；(3) 撲救難度大。受建筑高度普遍超過消防救援設(shè)備最大使用高度，居住人數(shù)多，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，逃生距離長等因素的影響，高層建筑火災(zāi)具有撲救難度大的普遍性特征；(4) 煙氣排放難。目前很多高層建筑會采用玻璃幕墻裝飾建筑外立面，使得高層建筑自然排煙能力下降，若消防安全疏散設(shè)計不科學(xué)，人員疏散時間過長，則容易受到有毒煙霧的危害，顯著降低逃生幾率[1]。

根據(jù)上述特征不難看出，相較于多層建筑，高層建筑的消防救援難度更大，火災(zāi)對樓內(nèi)居民生命財產(chǎn)安全的危害性更大，因此，在進行高層建筑設(shè)計時，需要專業(yè)設(shè)計人員，利用專業(yè)知識及科學(xué)技術(shù)手段，對火災(zāi)發(fā)生時消防救援及人員逃離的方式和路線進行科學(xué)預(yù)測，在此基礎(chǔ)上，按照國家相關(guān)法律法規(guī)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進行科學(xué)化、規(guī)范化的建筑消防安全疏散設(shè)計，以此確保被困人員能夠以最快、最安全方式逃出火場，最大限度降低火災(zāi)事故的危害。

2 高層建筑人員疏散行為特征及難點分析

作為日常生活中發(fā)生幾率較高的一種突發(fā)性事件，火災(zāi)具有顯著的高危害性和不確定性特征，而火災(zāi)發(fā)生過程中，疏散人員的地理位置、生理反應(yīng)、心理特征、逃生條件都會對其逃生行為的決策產(chǎn)生直接的影響。具科學(xué)研究表明，火災(zāi)發(fā)生時大部分疏散人員都會按照“感知→決策→行動→感知”的循環(huán)反應(yīng)機制做出相應(yīng)的疏散行為。而高層建筑內(nèi)人員密集，人們在進行火災(zāi)逃生時，必然會發(fā)生“恐慌行為”和“群聚現(xiàn)象”，這會對疏散人員逃生行為的決策產(chǎn)生干擾，影響其疏散逃生的效率。

通過對大量高層建筑消防安全事故案例的分析，可以看出，高層建筑人員應(yīng)急疏散具有以下三個突出的實施難點：首先是疏散人數(shù)較多。高層建筑屬于人員密集區(qū)域，因此發(fā)生火災(zāi)時，需要疏散的人員較多；其次是垂直疏散距離較長。高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，嚴(yán)謹(jǐn)乘坐電梯，疏散人員只能通過樓梯進行逃生，對于高樓層住戶而言，垂直疏散距離過長；最后應(yīng)急疏散設(shè)計缺乏合理性。具體表現(xiàn)有：應(yīng)急疏散路線設(shè)計不合理、疏散標(biāo)識配備不完善等，難以滿足應(yīng)急疏散要求，增大人員疏散難度[2]。

3 影響高層建筑人員疏散的主要因素

3.1 疏散通道通暢性

作為高層建筑消防救援及人員疏散的“生命通道”，消防疏散通道的通暢性至關(guān)重要。然而，從而日常生活實際情況來看，受疏散設(shè)計不當(dāng)、消防安全管理不善等因素的影響，很多高層建筑都存在消防疏散通道不通暢的問題，例如：疏散通道、消防樓梯寬度設(shè)計不達標(biāo)；樓梯間、消防通道、安全出口等區(qū)域堆放雜物等。一旦發(fā)生火災(zāi)，將嚴(yán)重降低疏散通道的通過率，影響人員疏散效率，增大火災(zāi)危害性。

3.2 疏散時間充足性

高層建筑人員數(shù)量多、垂直疏散距離長，再加上火勢蔓延速度快，因此，火災(zāi)發(fā)生后很難在短時間內(nèi)使建筑內(nèi)人員全部撤離。而人員疏散時間越長，則受到燃燒產(chǎn)物危害的時間越長，生命安全受到的威脅也越大。因此，想要最大限度保障火場人員的生命安全，就必須要盡可能地縮短疏散耗時。從消防疏散設(shè)計的角度來看，疏散路線規(guī)劃的科學(xué)性、疏散標(biāo)識的準(zhǔn)確性、疏散通道所用材料的耐火性都會對人員疏散時間產(chǎn)生直接影響，因此在進行設(shè)計時應(yīng)對上述設(shè)計內(nèi)容予以重點考慮。

3.3 疏散環(huán)境安全性

火災(zāi)發(fā)生時，疏散人員的心理狀態(tài)將直接影響其疏散反應(yīng)的靈敏度以及逃生決策的正確性，而疏散人員所處位置的環(huán)境狀態(tài)則能夠?qū)ζ湫睦頎顟B(tài)產(chǎn)生決定性影響。因此，在進行消防安全疏散設(shè)計時，應(yīng)加強對疏散通道周邊環(huán)境安全性的思考，通過科學(xué)選用建筑裝飾材料、完善應(yīng)急設(shè)施配備、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)等設(shè)計手段，最大限度提升疏散通道周邊環(huán)境的安全性，一方面增強對疏散人員生命安全的保護能力；另一方面弱化疏散人員的恐懼心理，從而幫助疏散人員冷靜、有序地疏散逃生。

3.4 疏散設(shè)施完備性

由于高層建筑火災(zāi)救援難度大，所以“提高火災(zāi)預(yù)防和自救能力”是高層建筑消防設(shè)計的核心思想。鑒于此，高層建筑對消防疏散設(shè)施的完備性、先進性以及功能性具有極高的要求。在進行消防安全疏散設(shè)計時，設(shè)計人員必須要嚴(yán)格按照相關(guān)法律法規(guī)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，做好疏散設(shè)施設(shè)計工作，確保疏散設(shè)施的完備性，以此增強高層建筑的火災(zāi)預(yù)防和自救能力，為人員疏散提供更有力的保障[3]。

4 高層建筑消防安全疏散設(shè)計問題分析

4.1 設(shè)計缺乏規(guī)范性

受多種因素的影響，我國很多高層建筑都存在消防安全疏散設(shè)計缺乏規(guī)范性的問題，常見表現(xiàn)有：(1) 疏散出口設(shè)計不規(guī)范。部分開發(fā)商為增大建筑使用面積、降低建設(shè)成本，在進行疏散出口設(shè)計時，存在擅自減少安全出口數(shù)量、壓縮樓梯間和疏散通道面積、減小安全出口寬度等不規(guī)范的設(shè)計行為，從而顯著制約了安全出口的疏散能力，影響高層建筑消防安全疏散能力；(2) 樓梯間設(shè)計不規(guī)范。目前有很多開發(fā)商為最大限度提升高層建筑的空間利用率，在進行樓梯間設(shè)計時，通過忽略防排煙功能、自然通風(fēng)能力、縮減樓梯尺寸規(guī)格等措施來壓縮樓梯間面積，從而導(dǎo)致樓梯間設(shè)計不合規(guī)，影響人員疏散效果；(3) 消防電梯設(shè)計不規(guī)范。部分開發(fā)商在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，擅自將消防電梯設(shè)計為普通電梯，將管道豎井設(shè)計在消防前室附近卻將通道排煙口設(shè)計在前室口附近，不規(guī)范的設(shè)計方式，會引發(fā)人員疏散方向與燃燒煙氣排除方向相對的問題，嚴(yán)重影響人員疏散的安全性。

4.2 設(shè)計缺乏科學(xué)性

該問題的主要表現(xiàn)為：很多開發(fā)商或設(shè)計單位未能充分認(rèn)識到高層建筑消防安全疏散設(shè)計的重要性，在設(shè)計過程中，既沒有結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計特征、居民數(shù)量等具體數(shù)據(jù)信息進行針對性設(shè)計；也沒有利用先進的信息技術(shù)手段，對疏散設(shè)計方案進行智能分析和仿真模擬，而是簡單地套用相似工程的消防安全疏散設(shè)計方案，從而導(dǎo)致方案設(shè)計缺乏科學(xué)性和實用性，無法保證人員疏散的實效性。

4.3 設(shè)計缺乏人性化

該問題的主要表現(xiàn)為：設(shè)計人員在進行消防安全疏散設(shè)計時，僅注重設(shè)計方案是否符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，是否與建筑結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，卻未能立足實際，從疏散人員是的實際需求出發(fā)對設(shè)計方案進行合理優(yōu)化，導(dǎo)致設(shè)計方案缺乏人性化，無法最大限度發(fā)揮方案設(shè)計的作用和價值，影響建筑應(yīng)急疏散能力[4]。

5 高層建筑消防安全疏散設(shè)計問題的應(yīng)對策略

5.1 明確設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高設(shè)計規(guī)范性

明確設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高方案設(shè)計的規(guī)范性，是保障高層建筑消防安全疏散能力的重要措施。

在進行疏散樓梯和疏散通道設(shè)計時，應(yīng)明確以下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要點：(1) 應(yīng)采用雙向疏散設(shè)計，疏散樓梯和疏散通道的位置，既可以設(shè)計在標(biāo)準(zhǔn)層防火分區(qū)兩端或接近兩端的區(qū)域范圍內(nèi)，也可以設(shè)計在電梯間附近，以此確保疏散人員能夠快速找到并逃出著火區(qū)域；(2) 疏散樓梯和疏散通道應(yīng)采用豎向布置形式并確保上下通暢；(3) 疏散通道的設(shè)計寬度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求并需要在地面或兩側(cè)墻壁設(shè)置應(yīng)急疏散指示燈和疏散路線誘導(dǎo)燈；(4)走道形式應(yīng)設(shè)計簡潔，盡可能避免使用袋形走道設(shè)計，以此保證人員疏散的速度。

在進行安全出口設(shè)計時，應(yīng)明確以下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要點：(1) 根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，各防火分區(qū)的安全出口設(shè)計數(shù)量必須要≥2個；(2) 安全出口的寬度設(shè)計應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范及工程項目具體設(shè)計要求，在安全出口附近應(yīng)預(yù)留出一定的寬度空間，因此減少疏散人群擁擠、踩踏等問題的發(fā)生；(3) 疏散樓梯間、防煙樓梯間前室門之間的間距應(yīng)≥5m；(4) 對于走道盡端的房間建筑面積＜50㎡且疏散門凈寬≥0.9m，建筑面積≤200㎡且疏散門凈寬≥1.5m、房間內(nèi)任意一點距疏散門直線距離≤15m的空間區(qū)域，可以設(shè)計1個安全疏散出口。

在進行消防電梯設(shè)計時，應(yīng)明確以下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要點：(1) 消防電梯必須配備天線及專用電話，能夠確保火災(zāi)發(fā)生過程中，消防電梯內(nèi)部人員可以與外部人員、消防監(jiān)控室正常溝通；(2) 在進行消防電梯尺寸設(shè)計時，應(yīng)全面考慮當(dāng)前主要消防救援器械設(shè)備的尺寸大小，確保消防救援設(shè)備能夠順利進入電梯。

5.2 應(yīng)用信息技術(shù)提高設(shè)計科學(xué)性

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，利用前沿性信息技術(shù)手段進行高層建筑消防安全疏散設(shè)計，是提升消防安全疏散設(shè)計科學(xué)性的重要方式，也是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，設(shè)計人員可利用BIM技術(shù)，全面提升消防安全疏散設(shè)計的科學(xué)性。

BIM技術(shù)在消防安全疏散設(shè)計中的應(yīng)用主要可包括以下兩種形式：(1) 利用BIM+Pyrosim技術(shù)構(gòu)建高層火災(zāi)虛擬情景。具體步驟為：先按照高層建筑設(shè)計圖紙，利用BIM技術(shù)進行高層建筑三維模型構(gòu)建，并將模型導(dǎo)入Pyrosim軟件中，利用該軟件進行火災(zāi)情景模型構(gòu)建；然后通過“燃燒物類型選取”、“火源位置設(shè)置”、“基礎(chǔ)參數(shù)指標(biāo)選取”等操作環(huán)節(jié)，構(gòu)建出具體的高層建筑火災(zāi)仿真情景。最后，開始高層火災(zāi)仿真模擬，通過模擬獲取“溫度分布”、“煙氣蔓延速度”、“能見度情況”等火災(zāi)數(shù)據(jù)信息，以此為消防安全疏散設(shè)計提供充足的數(shù)據(jù)信息支持，提高設(shè)計的科學(xué)性；(2) 利用BIM+Pathfinder技術(shù)進行高層建筑火災(zāi)人群疏散仿真模擬。具體步驟為：借助構(gòu)建好的高層火災(zāi)仿真模擬情景，通過“人員疏散危險狀態(tài)臨界值”、“人員行為模式”、“基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)選取”、“疏散仿真模型構(gòu)建”等操作，對特定火災(zāi)狀態(tài)下，高層建筑人群疏散的時間、行為特征進行全面分析，以此為消防安全疏散設(shè)計中疏散路線設(shè)計、疏散時間預(yù)測提供充足的參考依據(jù)，增強設(shè)計方案的科學(xué)性。

5.3 優(yōu)化誘導(dǎo)系統(tǒng)提高設(shè)計人性化

誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計在高層消防安全疏散設(shè)計中具有重要的作用，其設(shè)計質(zhì)量和效果對疏散人員的逃生行為具有直接性的影響。以往人們在進行誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計時，主要將設(shè)計重點集中在“如何突出誘導(dǎo)系統(tǒng)在火災(zāi)環(huán)境中對疏散人群的視角誘導(dǎo)性”上，并提出了設(shè)置應(yīng)急照明設(shè)備、改變疏散通道及安全出口附近墻面顏色、設(shè)置誘導(dǎo)標(biāo)識、在地面或墻面上設(shè)計誘導(dǎo)指示燈或?qū)Я鳠舻?。雖然，上述設(shè)計措施能夠顯著提升誘導(dǎo)系統(tǒng)的功能性，增強設(shè)計方案的疏散能力，但不夠全面、不夠人性化。

設(shè)身處地的考慮，火災(zāi)發(fā)生時，多伴隨停電現(xiàn)象，受到火災(zāi)及停電雙重危險的影響，大多數(shù)住戶會呈現(xiàn)出極度恐慌的心理狀態(tài)，導(dǎo)致思維出現(xiàn)混亂，尤其是身處陌生環(huán)境時，往往難以冷靜、快速地觀察視覺誘導(dǎo)標(biāo)志并有序地跟隨標(biāo)志指引進行疏散。同時，高層火災(zāi)發(fā)生時，會在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量具有刺激性的濃煙，不僅影響環(huán)境的可視距離，還會刺激人們的眼睛，使其難以睜開，從而進一步弱化視覺誘導(dǎo)系統(tǒng)的作用?；诖?，從人性化設(shè)計的角度出發(fā)，在進行誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計時，還應(yīng)考慮聽覺誘導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計，通過設(shè)置專門的語音輸出裝置，通過聲音引導(dǎo)人們疏散，從而有效提升環(huán)境可視性較差情況下人員疏散能力[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，高層建筑火災(zāi)具有火災(zāi)負(fù)荷大、蔓延速度快、撲救難度大、煙氣排放難等特征，對建筑內(nèi)居民的生命安全具有極大的威脅。因此，做好高層建筑消防安全疏散設(shè)計工作尤為重要。基于對高層建筑人員疏散特點、難點、影響因素以及當(dāng)前消防安全疏散設(shè)計問題的全面分析，設(shè)計單位應(yīng)通過明確設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提高設(shè)計規(guī)范性、應(yīng)用信息技術(shù)提高設(shè)計科學(xué)性、優(yōu)化誘導(dǎo)系統(tǒng)提高設(shè)計人性化等策略予以有效應(yīng)對，從而全面提升高層建筑消防安全疏散設(shè)計水平，更好地保障高層居民的生命安全。