高層建筑物防火關(guān)鍵技術(shù)分析

張 新

（黃浦區(qū)消防救援支隊(duì)，上海200010）

1 高層建筑物防火工程的現(xiàn)狀

伴隨著高層建筑物建設(shè)的增多，城市內(nèi)部的寶貴土地資源的利用率取得了顯著提高，并且能夠滿(mǎn)足廣大民眾的高品質(zhì)生活需要，不過(guò)高層建筑帶給人們方便的同時(shí)，也存在著比較顯著的消防安全方面的隱患?，F(xiàn)階段，高層建筑物的消防安全問(wèn)題已經(jīng)比較明顯，高層建筑物的火災(zāi)事故已經(jīng)逐漸成為民眾普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。高層建筑物如圖1所示。一般來(lái)講，引起火災(zāi)的主要起因有電器使用、吸煙、烹飪用火、縱火以及雷電轟擊等等。建筑物內(nèi)部的被困人員在火災(zāi)之中很可能遭到火焰以及有毒有害氣體等的傷害?；鹧鎸?duì)于被困人員的危害通常主要表現(xiàn)為其發(fā)出的煙氣，這些煙氣主要表現(xiàn)出較強(qiáng)的熱效應(yīng)以及毒性。對(duì)于被困人員的撤離工作，人員在通道內(nèi)的能見(jiàn)度也是非常關(guān)鍵的指標(biāo)。據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局最近公開(kāi)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)材料表明，2019年我國(guó)一共接到報(bào)告的火災(zāi)有33.1萬(wàn)起，火災(zāi)中的死亡人數(shù)為1585人，受傷的人數(shù)為1068人，其中火災(zāi)造成的直接財(cái)產(chǎn)損失共計(jì)為39.8億元人民幣，這些火災(zāi)事故中，比較嚴(yán)重的火災(zāi)有65起。

圖1 高層建筑物

城市中的高層建筑物的數(shù)量在持續(xù)增多，在其工程建設(shè)過(guò)程中需要消耗多類(lèi)建筑原材料，盡管高層建筑顯著提升了廣大民眾的生活品質(zhì)，卻在消防滅火以及人員救援層面存在著一定程度的潛在隱患。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大城市中高層形式的民用建筑發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出日益加快的勢(shì)頭，相應(yīng)的火災(zāi)險(xiǎn)情也發(fā)生的更加頻繁，一旦高層民用建筑物發(fā)生火災(zāi)，后果將會(huì)極其嚴(yán)重。近幾年來(lái)，高層民用建筑物火災(zāi)的致死率在各類(lèi)火災(zāi)事故中的總體比例正在逐漸提高，2020年有1268人在高層住宅的火災(zāi)中喪生，占火災(zāi)事故人員死亡總數(shù)的80.35%。本文由主動(dòng)以及被動(dòng)防火與人員救援工程設(shè)計(jì)不同角度對(duì)高層民用建筑物的防火措施和技術(shù)進(jìn)行了詳盡地分析和研究。

2 外部救援難度大，防火體系的重點(diǎn)是自防自救

通過(guò)近年來(lái)高層火災(zāi)的實(shí)際情況，高層建筑物火災(zāi)如果從外部救援，消防人員攜帶的滅火設(shè)備一般無(wú)法達(dá)到建筑物的特定高度，內(nèi)部救援來(lái)講，消防人員攜帶大量的器材，會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)大的體力，行動(dòng)比較困難，如果建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，還有可能會(huì)迷失方向，同時(shí)高層建筑內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)輻射強(qiáng)、煙霧濃重、火焰蔓延的途徑比較多，因此高層建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情，外部力量進(jìn)行救援的難度非常大，很多情況下需要依靠高層建筑物本身的設(shè)施來(lái)自救，消防隊(duì)則作為一種有效的補(bǔ)充方案。

3 防火措施和相關(guān)技術(shù)

3.1 主動(dòng)防火方案

3.1.1 排煙系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

如果高層建筑的高度大于50m，該建筑的排煙系統(tǒng)需要進(jìn)行豎直方向上的分段安裝。由于排煙系統(tǒng)負(fù)責(zé)的防煙區(qū)域數(shù)量較多，此時(shí)管道的設(shè)置比較復(fù)雜，損失和阻力也相對(duì)較大，這對(duì)于排煙系統(tǒng)控制水平的要求相對(duì)越大，進(jìn)行分段設(shè)置主要的目的是為了防止排煙系統(tǒng)的總體擔(dān)負(fù)過(guò)大或者豎直方向高度過(guò)大而導(dǎo)致失效，需提升排煙系統(tǒng)的安全性以及可靠性。高層民用建筑物的排煙系統(tǒng)可以依據(jù)避難層（或者設(shè)備層）豎直方向?qū)嵤﹦澐郑诠こ虒?shí)際當(dāng)中，該系統(tǒng)可以根據(jù)火災(zāi)實(shí)際情況只開(kāi)啟起火部分樓層的風(fēng)機(jī)，為了確保樓層內(nèi)的補(bǔ)風(fēng)口以及排煙口之間不會(huì)互相影響，最好設(shè)計(jì)成避難層（或者設(shè)備層）的排煙風(fēng)機(jī)主要為其下方各個(gè)樓層進(jìn)行服務(wù)，而補(bǔ)風(fēng)的風(fēng)機(jī)設(shè)備主要為其上方各個(gè)樓層進(jìn)行服務(wù)，這樣就能保證所有獨(dú)立工作的排煙系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)和排煙功能，杜絕“短路”問(wèn)題的發(fā)生。在工程實(shí)際中，排煙系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)口和排煙口通常處于距離較近的情況來(lái)進(jìn)行排布，應(yīng)用以上模式能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)中的排煙口與補(bǔ)風(fēng)口相距45m的距離，確保排煙以及補(bǔ)風(fēng)作業(yè)之間不會(huì)造成互相影響。排煙風(fēng)機(jī)如圖2所示。

圖2 排煙風(fēng)機(jī)

3.1.2 自動(dòng)噴水系統(tǒng)中噴水豎管的設(shè)置方式

現(xiàn)階段，自動(dòng)噴淋形式的滅火系統(tǒng)是公認(rèn)的最有效滅火工程系統(tǒng)，該系統(tǒng)已被普遍應(yīng)用在包含高層建筑物在內(nèi)的多種建筑形態(tài)之中。確保自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的靈敏啟動(dòng)對(duì)控制甚至撲滅早期的火災(zāi)非常關(guān)鍵。高層建筑物甚至是超高層的建筑物，僅僅依靠消防隊(duì)員進(jìn)入建筑進(jìn)行滅火，將會(huì)受到高度的極大制約，此時(shí)對(duì)于自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的要求將會(huì)更嚴(yán)格。因此在發(fā)生險(xiǎn)情的情況下，確保建筑物內(nèi)部配備的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的供水穩(wěn)定性特別重要。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)

3.2 被動(dòng)防火方案

基于高層建筑物自身的特點(diǎn)，在消防安全層面最為突出的難題是被困人員的安全撤離工作。高層建筑的主體高度大，功能相對(duì)復(fù)雜，并且建筑物內(nèi)部人員相對(duì)比較密集。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，被困人員的撤離方案是保護(hù)生命的基本保障，在出現(xiàn)火情時(shí)怎樣高效、安全地疏導(dǎo)被困人員撤離非常重要。通常的撤離模式有整體撤離以及分階段撤離2大類(lèi)。發(fā)生火災(zāi)的情況下，高層建筑物內(nèi)部所有人都必須在第一時(shí)間知道火情已經(jīng)發(fā)生，為了防止因?yàn)殄e(cuò)時(shí)撤離而引起的疏散通道內(nèi)發(fā)生局部擁堵，在發(fā)生火災(zāi)以后必須同時(shí)對(duì)全樓的人員發(fā)送應(yīng)急情況的廣播通知，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，以告知被困人員快速撤離。

被困人員如果分階段進(jìn)行撤離，其過(guò)程和火災(zāi)的危險(xiǎn)性是相對(duì)應(yīng)的，主要分成3個(gè)等級(jí)。起火初期，著火點(diǎn)范圍較小，啟動(dòng)相應(yīng)的消防系統(tǒng)或者科學(xué)應(yīng)用滅火裝置就能夠把火情控制甚至撲滅，此時(shí)被困人員不需要撤離；如果初期火災(zāi)未被控制，火勢(shì)出現(xiàn)了蔓延情況，就必須分階段進(jìn)行被困人員的撤離工作。這樣的模式需要房間內(nèi)具有防火隔墻進(jìn)行分隔，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以及自動(dòng)滅火系統(tǒng)能夠正常工作，并且具備分區(qū)域進(jìn)行操控的廣播系統(tǒng)等設(shè)施進(jìn)行輔助。

對(duì)于不同形式的高層建筑物，需要分別應(yīng)用整體撤離以及分階段部分撤離的方式實(shí)施模擬研究。案例1：高層辦公形式的建筑物，地上共12層，內(nèi)部的人員密度設(shè)為0.1人/m2，設(shè)第8層出現(xiàn)火情；案例2：為高層商業(yè)形式的建筑物，地上共6層，內(nèi)部人員的密度為0.43人/m2，設(shè)第4層出現(xiàn)火情。采用軟件分別生成模型并實(shí)施模擬仿真研究，分階段部分撤離方式優(yōu)先考慮起火樓層的被困人員首先撤離，隨后是最可能受到威脅的起火樓層的上、下層被困人員進(jìn)行撤離，其他樓層的被困人員最后再撤離。

通常采用哪種撤離方式先要研究其建筑特點(diǎn)，然后考慮建筑物的功能、消防目標(biāo)，根據(jù)各國(guó)的不同規(guī)定也是其中的決定要素之一。一般酒店和住宅類(lèi)建筑物，內(nèi)部人員密度相對(duì)較小，樓梯間比較寬裕，能夠保證本層的被困人員的大流量撤離需要；然而在商業(yè)類(lèi)型的建筑物中，由于內(nèi)部人員的密度相對(duì)較大，分階段部分撤離方案更加適宜；特殊的建筑，比如機(jī)場(chǎng)航站樓、鐵路站房等等，保障連續(xù)運(yùn)營(yíng)相對(duì)重要，應(yīng)用分階段部分撤離方案更為合適。值得注意的是，防火隔離門(mén)（如圖4）需要注意日常維護(hù)和保養(yǎng)，防止特殊情況下出現(xiàn)問(wèn)題。

圖4 防火隔離門(mén)

3.3 消防救援規(guī)劃設(shè)計(jì)措施

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)新建的大型商業(yè)綜合體及高層建筑物，特別是超高層大型建筑物，絕大多數(shù)均在墻體外立面設(shè)計(jì)安裝了玻璃幕墻等結(jié)構(gòu)，墻體外立面上規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠直接開(kāi)啟并且朝向室外，能夠供消防救援人員順利進(jìn)入的外窗條件利于開(kāi)展消防救援任務(wù)。在真實(shí)火災(zāi)事故發(fā)生的過(guò)程中，當(dāng)消防救援人員抵達(dá)火情現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候，火勢(shì)一般已經(jīng)發(fā)展到不可控制的程度，由樓梯間進(jìn)入難度是非常大的，也很難直接使用消防栓等滅火設(shè)施設(shè)備。在高層建筑物外墻體規(guī)劃設(shè)計(jì)救援窗就可以為消防救援提供非常合理的救援條件，消防救援人員能夠依據(jù)火情的產(chǎn)生及蔓延狀況，從最科學(xué)合理的位置進(jìn)入高層建筑物內(nèi)部實(shí)施消防救援。

國(guó)內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求所有高層建筑物都必須安裝及配備消防救援窗，并且必須做到每一樓層都設(shè)置。設(shè)置消防救援窗的原因是高層建筑物頂部的極限高度數(shù)值通常大于消防云梯車(chē)的云梯最大救援高度，消防救援人員在實(shí)際的火情現(xiàn)場(chǎng)中很難使用此高度設(shè)置的消防救援窗。我國(guó)的大部分多層公共建筑物均設(shè)置了消防救援窗口，目的是方便消防救援人員進(jìn)入高層建筑物內(nèi)部實(shí)施消防救援任務(wù)。而針對(duì)建筑高度超過(guò)24m的高層建筑物，只需安裝消防救援電梯，目的是使消防救援人員能夠借助消防救援電梯進(jìn)入高層建筑物內(nèi)部，不需要再額外規(guī)劃設(shè)計(jì)消防救援窗口，針對(duì)不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，建議相關(guān)高層建筑物的建筑總體高度在50m或者小于這個(gè)高度的部分在墻體外每個(gè)樓層合理區(qū)域安裝消防救援窗，高于50m的部分就不強(qiáng)制規(guī)劃設(shè)計(jì)消防救援窗，相關(guān)解決方案是借助消防電梯進(jìn)行消防救援。消防電梯如圖5所示。

圖5 消防電梯

相關(guān)建筑消防工程技術(shù)人員在規(guī)劃設(shè)計(jì)消防救援窗位置的時(shí)候必須關(guān)注高層建筑物內(nèi)的平面布置圖，相關(guān)被困人員由消防救援窗口進(jìn)入高層建筑物內(nèi)部的過(guò)程中必須最大限度地進(jìn)入安全的范圍。針對(duì)消防救援窗的外形尺寸及開(kāi)啟角度及設(shè)計(jì)安裝位置均提出了相關(guān)技術(shù)要求，以便消防救援人員能夠迅速破窗進(jìn)入火情現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施救援任務(wù)。在經(jīng)過(guò)相關(guān)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)可知，高層建筑物室內(nèi)消防救援窗口附近的地上也劃出了辨識(shí)度非常高的消防安全警示標(biāo)識(shí)，并且設(shè)置了大量的消防滅火裝置，為相關(guān)消防救援人員能夠順暢進(jìn)入高層建筑物室內(nèi)實(shí)施消防救援創(chuàng)造了最佳條件。消防滅火裝置如圖6所示。

圖6 消防滅火裝置

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高層建筑物防火功能的規(guī)劃設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程，規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中有關(guān)的要素及關(guān)聯(lián)的體系也呈現(xiàn)多樣性，相關(guān)建筑消防工程技術(shù)人員對(duì)于高層建筑物的消防及防火技術(shù)必須持續(xù)吸取相關(guān)消防工程的過(guò)往經(jīng)驗(yàn)及最新的科研成果，進(jìn)而合理及行之有效地提高高層建筑物的消防防火安全等級(jí)。