高層建筑避難層設(shè)計(jì)分析

葛祥峰

當(dāng)建筑物高度＞100m 時(shí)，就需要設(shè)置避難層，為火災(zāi)緊急情況下建筑內(nèi)的滯留人員提供避難空間。設(shè)計(jì)者做好避難層的設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)高層建筑的安全性能。因此，為了獲得更好的高層建筑設(shè)計(jì)工作效果，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)避難層設(shè)計(jì)展開深入分析，結(jié)合實(shí)際情況，積極探索更為科學(xué)、合理的避難層設(shè)計(jì)方案，確保避難層能夠滿足緊急情況下的避險(xiǎn)需求，提升設(shè)計(jì)工作水平。

1.高層建筑避難層設(shè)計(jì)的必要性

高度達(dá)到100m 的建筑，通常為25 層的寫字樓或34 層的居民樓，由于樓層較高，所以建筑物內(nèi)的人群一般需要借助電梯進(jìn)出建筑物。但在火災(zāi)情況下，受高溫、停電影響，電梯處于無法使用的狀態(tài)，此時(shí)就需要滯留在高層的人群經(jīng)由步梯逃出火災(zāi)建筑。但事實(shí)上，寫字樓每層的運(yùn)動(dòng)距離為13m，居民樓為8m，按照正常人的體力情況來看，若沒有障礙，從頂層跑出建筑物所需時(shí)長(zhǎng)居民樓大約為4.5min～5.5min、寫字樓為5.5min～6.5min，在火災(zāi)環(huán)境下，人心理上的慌亂緊張，以及人流擁擠、人體吸入煙氣等因素都會(huì)讓逃生速度、個(gè)人體力下降，使得人們需要更長(zhǎng)的時(shí)間，才能離開著火建筑，而最佳逃生時(shí)間為居民樓2min～3min、寫字樓5min～6min。由此可見，僅借助步梯逃生，也難以讓高層滯留人員順利脫險(xiǎn)。為此，需要在建筑中設(shè)置避難層，減少垂直疏散距離，讓無法在最佳時(shí)間內(nèi)逃生的高層滯留人員前往避難層實(shí)現(xiàn)脫險(xiǎn)，保證火災(zāi)緊急情況下，高層建筑的消防安全。

2.高層建筑避難層的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)上文論述，避難層是專門為火災(zāi)發(fā)生時(shí)，高層建筑空間中滯留人員提供的火災(zāi)躲避空間的樓層?；诖?，在避難層的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)滿足以下幾項(xiàng)要求：

（1）火災(zāi)發(fā)生時(shí)，未來得及疏散的人員大多均處于緊張的心理狀態(tài)下，此時(shí)，其思維能力、視力、體力等方面都會(huì)被削弱，導(dǎo)致其難以找準(zhǔn)通往避難層的路線，因此，應(yīng)當(dāng)在避難層錯(cuò)動(dòng)位置上，設(shè)計(jì)防煙樓梯間，或讓上下層斷開，由此幫助逃生人員迅速、準(zhǔn)確地識(shí)別通往避難層的路徑，盡快進(jìn)入避難層。

（2）凈面積應(yīng)當(dāng)滿足避難人員的容納需求。

（3）如果將避難層與設(shè)備層進(jìn)行兼作設(shè)計(jì)，那么就應(yīng)當(dāng)確保設(shè)備、管線的集中布置，以方便逃生人員進(jìn)入。

（4）應(yīng)當(dāng)為避難層設(shè)計(jì)排煙通風(fēng)設(shè)施、消防撲救設(shè)計(jì)、通信設(shè)施等，而且供電時(shí)間≥1h、照明度＞10lx，確保避難層的消防安全和與外界的通訊聯(lián)系。

（5）設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保避難層與消防電梯、疏散樓梯之間存在順暢的交通路徑，讓逃生人員能夠快速識(shí)別避難層避難路徑，保證其得以順利進(jìn)入避難層。

3.高層建筑避難層的設(shè)計(jì)原則

基于上述設(shè)計(jì)要求，以及對(duì)避難層設(shè)計(jì)必要性的論述，可以了解到高層建筑的避難層設(shè)計(jì)需要遵循以下幾項(xiàng)原則：

（1）時(shí)間原則。為了保證避難層設(shè)計(jì)的有效性，必須以最佳逃生時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保逃生人員在最佳逃生時(shí)間以內(nèi)，達(dá)到避難層。

（2）實(shí)用性原則。需以火災(zāi)情況下人員逃生的具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以全面滿足火災(zāi)逃生需求，例如，要用綠光作為應(yīng)急照明，使人們?cè)谀芤姸鹊偷那闆r下，找準(zhǔn)逃生路線。

（3）獨(dú)立性原則。避難層的供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防煙系統(tǒng)均要獨(dú)立設(shè)置，以免火災(zāi)情況下，避難層設(shè)施運(yùn)行受到影響。

4.高層建筑避難層的設(shè)計(jì)分析

4.1 高度設(shè)計(jì)

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中要求，避難層之間的距離不能超過15 層，其首層與第一個(gè)避難層之間的距離也不能超過15 層。此項(xiàng)規(guī)定的制定主要依據(jù)消防云梯的高度。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大部分的消防云梯高度均為50m 左右。在火災(zāi)情況下，當(dāng)高層滯留人員逃生至第一個(gè)避難層時(shí)，即可安全地等候消防人員，運(yùn)用云梯營(yíng)救。若每層樓高3.6m，15層樓高就應(yīng)為54m，而云梯的高度僅為50m，因此在營(yíng)救上存在一定困難，容易影響實(shí)用性?；诖?，從實(shí)用性原則的角度考慮，避難層的高度設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮建筑層高，以及當(dāng)?shù)氐南涝铺莞叨取Ｈ魡挝粯菍痈叨容^高，則應(yīng)適當(dāng)減少避難層所在層數(shù)的高度。同時(shí)，按照當(dāng)?shù)叵涝铺莸母叨?，確定避難層的具體層數(shù)高度。為此，在高度設(shè)計(jì)中，應(yīng)做好前期調(diào)查工作，了解當(dāng)?shù)氐南涝O(shè)施情況，然后結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，確定避難層的高度。在此過程中，消防設(shè)計(jì)人員需要與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員做好溝通，明確具體的層高設(shè)計(jì)，而且在設(shè)計(jì)之前，還要向當(dāng)?shù)氐南啦块T尋求幫助，獲取當(dāng)?shù)叵涝铺莞叨刃畔?，保證避難層高度設(shè)計(jì)的合理性。就目前來看，大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)者均會(huì)將從首層起的第一個(gè)避難層高度設(shè)計(jì)為45m 以內(nèi)，這主要是因?yàn)槲挥?5m 高及以上樓層的人員無法在最佳救援時(shí)間內(nèi)通過步梯疏散完成逃生，而必須借助云梯逃生。此外，還要注意，避難層的層高應(yīng)當(dāng)在2m 以上，確保能夠正常容納逃生人員。

4.2 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

在避難層結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)實(shí)際情況，從敞開式、封閉式、半封閉式這三種結(jié)構(gòu)形式中選擇合適的避難層及結(jié)構(gòu)形式。其中，在敞開式結(jié)構(gòu)形式下，避難層的四周圍沒有圍護(hù)設(shè)施，借此通過自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)條件下的排煙，此種結(jié)構(gòu)形式的避難層建設(shè)成本較低，但如果當(dāng)?shù)貧夂蚨囡L(fēng)，就可能受火災(zāi)蔓延的影響，而且此類結(jié)構(gòu)也會(huì)在一定程度上降低建筑物整體的保溫性能。因此，此類結(jié)構(gòu)僅適用于氣候溫暖、風(fēng)力較小的區(qū)域。在封閉式結(jié)構(gòu)形式下，避難層四周圍均具備圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且具有內(nèi)部隔墻，同時(shí)無論是隔墻還是四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)，均為防火墻。通常情況，這類避難層結(jié)構(gòu)中，不設(shè)窗或設(shè)甲級(jí)防火窗，以避免火災(zāi)時(shí)，被來自其他樓層的煙霧、火焰侵入，而且此類結(jié)構(gòu)中，還應(yīng)配有保溫結(jié)構(gòu)，兼顧消防防火、節(jié)能保溫，因此，在設(shè)計(jì)中，可以將該結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用到寒冷、多風(fēng)地區(qū)的避難層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。半封閉結(jié)構(gòu)是指具有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)為高度超過1.2m 的防火墻的避難層結(jié)構(gòu)形式，此結(jié)構(gòu)的上部通常設(shè)有窗戶，依靠自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)排煙。此結(jié)構(gòu)對(duì)火焰、煙霧侵入具有一定的阻擋能力，但還是會(huì)受到一定影響，而且保暖能力也較弱。因此，在設(shè)計(jì)中，只有在建筑物所在區(qū)域氣候較為溫暖的情況下，才能運(yùn)用該設(shè)計(jì)，不能將該結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用到寒冷區(qū)域內(nèi)的建筑物避難層設(shè)計(jì)中。

4.3 存在形式設(shè)計(jì)

避難層存在形式有兩種，即獨(dú)立形式、與設(shè)備層兼作形式。在設(shè)計(jì)中，如果選擇獨(dú)立形式，就應(yīng)當(dāng)設(shè)置單獨(dú)的避難層，并秉承獨(dú)立性原則，為避難層設(shè)計(jì)獨(dú)立的供電、消防等設(shè)施，減少火災(zāi)蔓延對(duì)避難層的影響。在此形式下，需為避難層中的核心設(shè)備設(shè)施設(shè)置一層圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐火極限應(yīng)超過2h。但大多數(shù)情況下，出于成本等方面的考慮，設(shè)計(jì)者會(huì)選擇與設(shè)備層兼作的存在形式設(shè)計(jì)避難層。在采用與設(shè)備兼作形式設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意，要為避難層設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且構(gòu)建該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體，應(yīng)當(dāng)為耐火極限＞2h 的防火墻。

4.4 面積設(shè)計(jì)

在避難層面積設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要按照現(xiàn)行規(guī)范中提出的5 人/m2的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際人數(shù)計(jì)算避難層面積。一般來說，避難層人員密度通常會(huì)相較常規(guī)結(jié)構(gòu)層大一些，但不能讓人員之間過分擁擠。因此，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的制定中，考慮了國(guó)內(nèi)群眾的體型現(xiàn)狀，以席地而坐為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出了上述人均占有面積標(biāo)準(zhǔn)。但事實(shí)上，隨著群眾物質(zhì)生活的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)人口肥胖比例提升，在一定程度上影響了上述人均占地標(biāo)準(zhǔn)適用性。為此，有研究者曾對(duì)國(guó)內(nèi)人口體型特征展開過研究，研究對(duì)象為某辦公樓的工作人員，這些工作人員的年齡為20 歲～50 歲，體檢時(shí)，這些研究對(duì)象穿著單衣。此后，研究者根據(jù)測(cè)量結(jié)果，結(jié)合人與人之間舒適度距離相關(guān)數(shù)據(jù)，得出新的數(shù)據(jù)：人均占地面0.238m2。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以考慮按照4人/m2的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)避難層面積。此外，還要注意，在設(shè)計(jì)中，第一層避難層的面積應(yīng)適當(dāng)大于其他避難層，因?yàn)榫嚯x首層越近，步梯處的待疏散人員就越多，很大一部分滯留人員會(huì)集中進(jìn)入第一層避難層，所以，此避難層的面積應(yīng)當(dāng)稍大。在此過程中，需要按照從上往下的順序，逐步增大避難層面積，并讓距離首層最近的避難層面積達(dá)到最大，充分考慮逃生人員體力不支情況下需要在避難層停留休息后，繼續(xù)向下逃生的需求，以保證設(shè)計(jì)的實(shí)用性[1]。

4.5 外立面設(shè)計(jì)

在早期的高層建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者通常會(huì)將通風(fēng)百葉設(shè)計(jì)在避難層的外立面，此種立面設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的功能性，能夠助力避難層排煙設(shè)施的運(yùn)行。在早期設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者大多會(huì)將通風(fēng)百葉設(shè)置在外立面的隱蔽處。但現(xiàn)階段，外立面設(shè)計(jì)成為建筑物整體立面造型的積極因素，并賦予了高層建筑物獨(dú)特的韻律美。因此，在避難層立面設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)關(guān)注通風(fēng)百葉的造型，并將其設(shè)計(jì)在主要的視覺方向上，以提高建筑物整體的美感[2]。在此過程中，也可以考慮將百葉更換為鏤空金屬網(wǎng)，借助金屬網(wǎng)造型多樣性的優(yōu)勢(shì)，讓外立面結(jié)構(gòu)的美觀性得到提升。例如，可以結(jié)合本地的文化，設(shè)置云紋圖、回字圖等極具本地文化標(biāo)志性的金屬網(wǎng)鏤空?qǐng)D案，讓建筑物更具美觀性優(yōu)勢(shì)。目前，很多設(shè)計(jì)者還會(huì)運(yùn)用豎向通風(fēng)格柵、玻璃相間的形式設(shè)計(jì)避難層的外立面。此種設(shè)計(jì)通常有兩種呈現(xiàn)形式，即沿外立面方向平行、與外立面方向有夾角[3]。但應(yīng)當(dāng)注意，如果讓玻璃與外立面呈一定角度，那么有可能出現(xiàn)色差大的情況，影響美觀。因此，需按照平行玻璃的模式，進(jìn)行豎向玻璃的位置安排，且應(yīng)當(dāng)選用顏色效果與玻璃幕墻相近的玻璃，以消除色差問題，保證設(shè)計(jì)效果。此外，在設(shè)計(jì)中，也可以將避難層的外立面設(shè)計(jì)與空中綠化結(jié)合到一起，讓建筑物與自然環(huán)境更加協(xié)調(diào)。但應(yīng)當(dāng)注意，必須以不影響消防設(shè)計(jì)為前提進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，以保障設(shè)計(jì)的有效性[4]。

4.6 交通組織設(shè)計(jì)

在交通組織設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)者需要為避難層設(shè)計(jì)兩個(gè)交通路徑，即電梯路徑、步梯路徑。其中，在電梯路徑的設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)注意，能夠抵達(dá)避難層的電梯必須是消防電梯。消防電梯主要用于在火災(zāi)情況下，消防人員進(jìn)入建筑物內(nèi)部滅火、救援活動(dòng)，能夠避免其因爬樓梯耗費(fèi)過多體力，同時(shí)也能加快救援工作的速度[5]。在此過程中，為了保證消防電梯在火災(zāi)條件下的使用性能，消防設(shè)計(jì)者通常會(huì)為此電梯設(shè)置雙路電源以及緊急控制系統(tǒng)，且在材質(zhì)上，具備更強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性。常規(guī)的電梯在火災(zāi)條件下，很容易出現(xiàn)變形、停電、停運(yùn)的情況。因此，為了避免其對(duì)避難層的消防安全產(chǎn)生影響，進(jìn)行交通組織設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)讓常規(guī)電梯?？勘茈y層，而是要將消防電梯作為唯一通往避難層的電梯交通路徑。在步梯路徑設(shè)計(jì)中，考慮到火災(zāi)條件下，人員的視線受阻、體力下降，而且處于高度緊張狀態(tài)，很可能出現(xiàn)無法找到避難層的情況，因此應(yīng)讓樓梯在避難層被分隔開，強(qiáng)制避難人員途經(jīng)避難層，使避難人員能夠順利找到、進(jìn)入避難層，增強(qiáng)設(shè)計(jì)效果。但在此過程中，應(yīng)當(dāng)注意，需嚴(yán)格按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，設(shè)計(jì)避難層入口、消防電梯容量等參數(shù)，以確保交通組織設(shè)計(jì)方案能夠滿足人員疏散避難的需求，深入優(yōu)化避難層設(shè)計(jì)工作的水平[6]。

4.7 防火構(gòu)造與消防設(shè)計(jì)

（1）在避難層防火構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意，為了減少?gòu)钠渌麡菍哟翱诿俺龅臒熿F或火焰對(duì)避難層產(chǎn)生影響，需將避難層窗與其他樓層窗戶之間的距離設(shè)計(jì)為2m 以上，或者在避難層窗的下部設(shè)置一個(gè)寬1m 以上的防火挑檐。對(duì)于兼作設(shè)備層的避難層，設(shè)計(jì)者需要用防火墻對(duì)避難區(qū)、豎井、設(shè)備間予以分隔，且所有分隔用的隔墻，均應(yīng)為耐火極限＞2h 的防火墻。同時(shí)，也要用耐火樓板將避難層與其他樓層分隔，且該耐火樓板的耐火極限也要超過2h。此外，設(shè)備區(qū)的檢查門應(yīng)當(dāng)為甲級(jí)防火門，且開啟方向應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為朝向公共走道，而非避難區(qū)。在設(shè)計(jì)中，為了方便救援，還要將避難間的位置設(shè)計(jì)在靠外墻的區(qū)域，而且要注意，嚴(yán)禁在避難層設(shè)置使用明火的場(chǎng)所。在避難層的消防設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)設(shè)計(jì)消防軟管、消火栓等基礎(chǔ)消防設(shè)施，如果該避難層的結(jié)構(gòu)形式為封閉式，就需要為其設(shè)計(jì)獨(dú)立的防煙設(shè)施。

（2）除了上述基礎(chǔ)的消防設(shè)施以外，還要設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕、專線電話等與外界進(jìn)行通訊的設(shè)施，為救援工作提供便利。最后，需設(shè)置煙感、溫感探測(cè)器，其中煙感探測(cè)器探測(cè)半徑應(yīng)在5.8m以上，溫感探測(cè)器探測(cè)面積應(yīng)當(dāng)在20m2以上，為救援工作提供更詳盡的信息。同時(shí)，還要設(shè)置消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)，并將其連接到疏散樓梯間，以便在逃生人員視線受阻的情況下，引導(dǎo)其順利找到避難層，優(yōu)化避難層消防設(shè)計(jì)的實(shí)用性，增強(qiáng)高層建筑物的消防安全性能。

4.8 辦公區(qū)避難區(qū)共用設(shè)計(jì)可行性分析

就目前來看，在避難層設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)存在一項(xiàng)設(shè)計(jì)問題：人均所占面積系數(shù)得出的滿足逃生人員避難需求的凈面積通常小于標(biāo)準(zhǔn)層的凈面積。因此，在避難層設(shè)計(jì)中，如果將整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層作為避難層，就會(huì)出現(xiàn)面積浪費(fèi)的問題，同時(shí)，很大一部分高層建筑并非智能樓宇，不需要過多的設(shè)備，這使設(shè)計(jì)者即便是將避難層與設(shè)備層進(jìn)行兼作處理，面積浪費(fèi)的問題依然存在。為此，有人提出了避難區(qū)與辦公室共用樓層的設(shè)計(jì)理念。但辦公區(qū)屬于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域，在上述設(shè)計(jì)理念下，僅用防火墻、防火門實(shí)現(xiàn)區(qū)域分隔是否可行，逐漸成為避難層設(shè)計(jì)中的主要待探究問題。為此，有研究者運(yùn)用FDS 這一模擬軟件，對(duì)火災(zāi)蔓延的規(guī)律進(jìn)行模擬，分析了辦公區(qū)火災(zāi)對(duì)避難區(qū)的影響。在此過程中，研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)防火門無法及時(shí)關(guān)閉時(shí)，雖然會(huì)有一部分煙氣進(jìn)入避難區(qū)，但避難區(qū)在40min 內(nèi)均保持消防安全的狀態(tài)，因此，這種設(shè)計(jì)具備一定的可行性。但由于防火門、防火墻均對(duì)該設(shè)計(jì)的可行性具有決定性作用，因此，必須確保防火門、防火墻的運(yùn)維工作有效完成，保持防火墻、門性能良好。而事實(shí)上，對(duì)于運(yùn)維工作，勢(shì)必存在干擾因素，所以，雖然該設(shè)計(jì)方式可行，但其在實(shí)際應(yīng)用中依然存在較高風(fēng)險(xiǎn)。

5.結(jié)論

綜上所述，增強(qiáng)高層建筑避難層的設(shè)計(jì)效果能夠改善高層建筑的使用性能。在避難層設(shè)計(jì)中，遵循現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，結(jié)合實(shí)際情況，構(gòu)建出規(guī)范的高層避難設(shè)計(jì)方案，可以增強(qiáng)方案參數(shù)的合理性、保證避難層結(jié)構(gòu)的使用性能、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性，從而為后續(xù)高層建筑工程建設(shè)作業(yè)的順利完成奠定基礎(chǔ)。