高層民用建筑防火設計中部分常見問題分析及對策探微

譚啟龍

【摘要】現(xiàn)代城市發(fā)展中，高層民用建筑的數(shù)量持續(xù)增長，但由于建筑高度較大，消防工作的難度也隨之提升，因此，需要在建筑設計過程中做好防火設計工作，以提升建筑的防火性能，為救援工作爭取時間。但在城市化加快速度的大時代背景下，很多項目往往拼命壓縮設計周期，導致設計師對項目把控的精細程度不夠，防火設計中仍存在一些常見缺陷和問題，部分甚至發(fā)展為通病。這些問題需要廣大設計師共同探討、深入研究，使防火設計在火災發(fā)生時能更好的發(fā)揮作用。

【關鍵詞】高層民用建筑;防火設計;問題;對策

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.09.025

引言：

通俗來講，如果住宅超過了約 9 層（ 27 米 ）、公共建筑超過約7 層（ 24 米），就屬于高層建筑了。高層建筑有很多優(yōu)勢：可以集中人口，縮短交通距離;可以節(jié)約珍貴的土地資源;可達到市政建設投資減小和建筑工期縮短的目的;能夠擁有良好通風從而保證空氣質(zhì)量;部分設計精妙的高層建筑建成后形成城市地標性建筑，成為所在城市景觀視廊上非常重要的風景線。我國雖然城市化起步晚但是速度較快，目前已有大量農(nóng)村人口遷移至城市工作生活，城市中各類型的房屋需求不斷增加，而城市的土地稀少使高層民用建筑的建設需求愈加旺盛。從建筑的整個使用周期來看，火災是建筑安全使用的最大威脅。因此在高層建筑的設計、建造和后期使用中，將解決好防火問題作為頭等大事，對保護群眾生命財產(chǎn)安全而言意義重大。

1、高層民用建筑出現(xiàn)火災的特征

1.1人多無序，驚恐慌亂、逃生無門、傷亡難控。

高層建筑具有人員密集，人員流線較多的特點，一旦發(fā)生火情往往自下而上發(fā)展迅速，導致難以撲滅和救援。高層建筑內(nèi)的樓梯、管道井等豎形構件極易產(chǎn)生煙囪效應，是火勢和煙霧擴展的重要推手。斷電和煙霧導致的失去能見度加劇人們的恐慌心理，容易誘發(fā)擁擠、踩踏，使疏散更加困難;而人民群眾在平時受到的消防教育、參加的消防演練數(shù)量不夠，自身關注和學習消防知識的意愿也不足……

以上因素只是火災發(fā)生后人員不能及時疏散的部分原因，從歷次火災的應急疏散情況來看，極端緊急情況下多數(shù)人沒有自行逃生的能力，往往被動等待救援，最后不得已情況下選擇跳樓的案例也比比皆是。例如 2004 年中百商廈發(fā)生的火災，共有50余人葬身火海。從火災發(fā)生后的應急疏散情況來看，當時身處商場的二百余名購物者中共有70余人，驚慌失措之下選擇了跳樓逃生。跳樓者中，九成的人胳膊和腿摔斷了，運氣不好的人直接死亡。造成這次事故的原因經(jīng)調(diào)查只是一個亂扔的煙頭，這樣簡單的原因和如此血淋淋的傷亡數(shù)字，反應出高層建筑在極端情況下的疏散問題多么值得關注！

1.2風借風勢，加劇火情，煙氣彌漫，致人傷亡。

高層建筑起火后在“煙囪效應”、火風壓和外界風的作用下，火情開始向垂直及水平方向蔓延，尤以垂直方向為甚。當煙氣鉆入樓梯間或管道井等這些存在空隙的豎直空間后，一秒鐘就可以爬升兩層甚至更快。根據(jù)調(diào)查結果表明，在所有因火災致死的人中，約有 75% 的人是吸入火災產(chǎn)生的有毒有害煙氣后直接導致死亡，真正因火勢灼燒而直接致死的人只占很少一部分。這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，火災發(fā)生時如何行之有效的防煙、排煙是控制傷亡人數(shù)的重中之重，也是防火設計的重要課題。

1.3成因多樣、意識缺失、監(jiān)管不足、隱患難消

火災分類按照燃燒材料的性質(zhì)共分為A類～F類6種火災，而導致火災發(fā)生的原因多種多樣，不謹慎用火、亂扔煙頭、遭受雷擊等都可能引發(fā)火災。在高層民用建筑建造及后期使用階段，部分施工人員及物業(yè)管理人員對防火設計缺少了解，防范意識缺失，存在消防設施配備不足甚至不配備的情況。即使配備了相關設施，也存在日常工作中不培訓、不演練，消防設施不維護、不更新，思想麻痹大意，存在僥幸心理，消防監(jiān)管缺位等情況，導致消防安全成為口號，安全隱患始終難消。以倫敦高層公寓樓格蘭菲爾塔火災為例，此次火災燒毀了公寓樓上的百余個家庭，造成近百人死亡，為該地區(qū)近年來火災損失之最。隨后的調(diào)查結果表明，該棟建筑選用的外墻保溫材料在防火方面存在嚴重問題，此次火災能大范圍快速擴展與保溫材料關系較大。此外還發(fā)現(xiàn)之前已有住戶反映該建筑的電梯機房、地下室鍋爐房和一層配電間的滅火器長達一年未進行檢測。部分消防設備甚至八年未經(jīng)過年檢，即使貼了檢查標簽的上面還標明為不合格。前事不忘后事之師，我們要從類似的案例中汲取經(jīng)驗教訓，杜絕任何麻痹大意思想。

2、目前高層民用建筑防火設計存在的部分常見問題

高層民用建筑的防火設計需要我們針對項目具體情況，汲取歷次火災的經(jīng)驗教訓，在設計中對防火設計不斷優(yōu)化、強化。但目前在防火設計上依然存在諸多問題，有些問題甚至是一些通病，需要我們總結反思：

2.1鋼結構防火設計的問題

很多高層民用建筑設計時結構形式選擇了鋼結構，鋼材易于安裝、焊接，施工周期短，延展性比較好，能對建筑物進行形式多樣化的設計。但是大量試驗結果表明鋼材受熱后自身性能變化非常大，外部溫度若超過 250℃，鋼材的抗沖擊性能即開始下降，而超過300℃后，極限強度與屈服點明顯下滑。歷次火災經(jīng)驗表明，在鋼結構承受荷載不變的情況下， 鋼結構在500℃左右即失去保持靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的能力，而一般情況下火場溫度能達到800℃以上。因此，火災現(xiàn)場的高溫很快就能使鋼材產(chǎn)生形變，進而局部破壞失效，最終出現(xiàn)整個結構失去承載功能、完全倒塌。2005年馬德里 Windsor大廈發(fā)生火災，32 層高的大廈在此次大火中完全破壞，建筑物的上部樓層共有十余層最終完全坍塌。目前在鋼結構設計過程中，往往重視結構安全而忽略防火安全，存在結構構件耐火等級設計錯誤、防火構造措施表達不清甚至沒有表達等問題。

2.2裝修材料燃燒性能不足的問題

建筑在后期使用過程中，無論是住宅建筑還是公共建筑，都存在為了美觀或者節(jié)約成本，采用大量的易燃、可燃裝修材料的現(xiàn)象。燃燒后產(chǎn)生毒煙的材料目前不僅沒有杜絕，反而大行其道，長樂市拉丁酒吧火災案例就充分說明了裝修材料不合規(guī)、不合格的重大危害。 2009年初發(fā)生在小酒吧的這次火災發(fā)展之迅猛、后果之嚴重使人難以相信：如此小的場所、如此短的時間竟能造成十余人死于毒煙。造成了嚴重傷亡的主要原因有兩點：一是燃燒發(fā)展至轟燃階段用時很短。根據(jù)調(diào)查現(xiàn)場監(jiān)控錄像，從出現(xiàn)火苗到四周裝修材料發(fā)生轟燃僅用時一分鐘，而這些幾十秒就能全面猛烈燃燒的材料是不合格的吸音棉。二是燃燒產(chǎn)生了大量有毒氣體。經(jīng)事故調(diào)查鑒定，酒吧采用的裝修材料在燃燒后產(chǎn)生濃烈煙霧，且這些煙霧中包含能讓人短時間致死的劇毒物質(zhì)。類似這種材料選用不當導致傷亡慘重的火災案例不勝枚舉，而目前在裝修設計中此類問題仍然大范圍存在，設計師對自己設計的材料性能不熟悉，對規(guī)范中要求的頂棚、墻面及地面的裝修材料的燃燒性能不了解、不重視，導致裝修設計重表現(xiàn)而不重消防安全，在設計階段就埋下了安全隱患。

2.3電氣設計問題

高層民用建筑的用戶數(shù)量多且集中，其工作和休息時間等存在重疊，可能會導致用戶在家用電器使用的時候過于集中，導致電路的負載過大因而引發(fā)過負荷火災的情況。此外電阻過大、發(fā)生短路、出現(xiàn)漏電等也是電氣火災的常見類型，目前電氣原因?qū)е碌幕馂恼蓟馂某梢虻娜勺笥?。電氣設計中的火災自動報警系統(tǒng)是火災預防及撲救中最重要的一環(huán)，它的設計合理與否決定著火情能否及時發(fā)現(xiàn)、初期階段能否直接撲滅，意義十分重大。克拉瑪依市友誼館的惡性火災事故，為我們敲響了認識電氣設計重要性的警鐘。此次特大火災發(fā)生在1994年底，共造成超過300人死亡、100余人受傷。其中未成年人死者占死亡人數(shù)的88%，造成了難以估量的直接和間接損失。事故調(diào)查結果表明，事故現(xiàn)場的頂光燈容量較大而未考慮隔熱措施，且與可燃物過近;場館負荷等級應為二類而實際為三類;場館內(nèi)部也沒有設置應急照明光源及應急疏散指示標志。種種類似的不利因素疊加，最終導致友誼館發(fā)生如此慘??！

3、針對常見問題的對策思考

3.1被動安全兜底、主動安全防控

防火分區(qū)面積、防火間距、疏散距離、及疏散寬度等作為建筑設計的硬性指標，必須全部滿足相關規(guī)范要求。能為甲方想辦法的要想，能為工程節(jié)約成本的要節(jié)約，但事關消防安全原則的絲毫不能含糊。保持底線思維，防止因防火間距不足導致飛火引燃臨近建筑、防火分區(qū)面積過大導致無法有效撲救、疏散寬度不足導致的人群擁擠引發(fā)踩踏、疏散距離過長導致無法到達或找到出口等事故的發(fā)生。

建筑的主動消防安全系統(tǒng)常見的消防給水系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)不僅是發(fā)現(xiàn)火情的偵察兵，又是前期控制火情的先遣軍。按照規(guī)范科學合理選用主動安全系統(tǒng)，在保證可靠的基礎上考慮造價，才能在火災發(fā)生時做到防控結合。

3.2提高建筑鋼結構的耐火能力

在設計階段要對鋼結構的耐火問題高度重視，可以從以下幾個方面來考慮對策：

（1）采用耐火、耐候鋼。

（2）根據(jù)構件規(guī)定的耐火極限要求，設計相應厚度的防火涂料。

（3）采用防火板、耐火磚進行空心包封。

（4）采用混凝土澆筑進行實心包封。

（5）采用充水冷卻或者水淋冷卻對鋼結構進行火災現(xiàn)場降溫。

3.3 裝修設計嚴把質(zhì)量關

裝修設計尤其高層公共建筑的設計中要充分認識到裝修材料選取不當帶來的巨大安全隱患，改變重表現(xiàn)而不重防火的思維習慣。根據(jù)建筑的不同使用功能，嚴格按照內(nèi)部裝修有關的防火規(guī)范進行設計。設計師需要認識材料、研究材料，對于不熟悉的、新型的材料要廣查資料，重點關注材料的型式檢驗報告中的燃燒性能。做到易燃材料不用，可燃材料慎用，同時要關注材料起火時是否散發(fā)有毒煙氣。在裝修設計階段把好質(zhì)量關，就能很大程度杜絕因裝修引起人民群眾生命財產(chǎn)受到損失的安全隱患。

3.4做好防火分隔等構造措施

防火分隔可以按照防火分區(qū)-功能區(qū)域-設備用房-外墻-豎井-變形縫-管道空隙的順序逐項排查設計是否嚴謹合理。重點關注防火分區(qū)、中庭、建筑外墻、變形縫、豎井及管道空隙。其中注意劃分防火分區(qū)的防火墻應生“根”，即防火墻下部直接連接承重結構，“根”的耐火極限不低于防火墻;中庭防火分隔主要考慮三種做法：防火卷簾、防火隔墻與防火玻璃。防火卷簾做法最為常見，耐火性能要求也最高。防火隔墻因為采光通風問題較少選用。采用防火玻璃墻時主要考慮隔熱性和完整性，不低于一小時即可;上下層開口設在外墻上時也要做防火分隔，主要為設置防火挑檐或?qū)嶓w墻保護兩類，其中實體墻防護在設水淋保護時滿足0.8米即可，未設水淋需要1.2米。變形縫要注意構造基層及縫隙內(nèi)的所有填充材料要使用不燃材料;變形縫穿管線時要注意規(guī)避有電線路、可燃的氣體或液體管道，非穿不可則需加設防護措施，常見的選擇為不燃套管。豎井及管道孔洞應注意水平、垂直方向的孔隙均要用防火填料嚴密封堵。

3.5優(yōu)化電氣防火設計

高層建筑開展電氣設計時應在兩個方面著重考慮，一是為保證電力供應的流暢性和安全性，在電力安裝的過程中要選擇雙回路的形式進行供電，預備電源要及時有效。功率的設計中應避免要用的超過了可用的，同時注意電流與電線、連接器等的適配性。二是火災自動報警系統(tǒng)作為主動消防系統(tǒng)的指揮官，需按照可靠、兼容、經(jīng)濟的總體思路設置。系統(tǒng)中的探測、警報、聯(lián)動控制等裝置不僅要應有盡有，還要為未來發(fā)展更新做相應預留。參數(shù)匹配問題也要在設計中予以關注，防止控制器發(fā)出的信號與設備接口的特性參數(shù)互不兼容，這一點在新舊結合的項目中尤為重要。要注意防煙和排煙風機、消防水泵等設備，須做到自動控制與手動控制同時控制，手動控制裝置要設在易于到達的明顯位置處。設備采用聯(lián)動控制方式時，必須兩個獨立的探測器共同報警方可作為聯(lián)動觸發(fā)信號。在設計合理的基礎上，日常使用中做好相關維修保養(yǎng)工作，確?；馂陌l(fā)生時所有構件能動作、能預警、能控制其它系統(tǒng)滅火。

3.6合理設置防火避難場所

常見的建筑內(nèi)部的防火避難場所有避難走道、避難間及避難層等。避難走道應注意墻體的耐火極限不低于防火墻，疏散人員進入避難走道后須在 60 米內(nèi)就能跑到室外安全區(qū)域;避難間應重點關注使用的建筑類型：病房樓、手術部、老年人的照料設施、一類高層住宅均要設置避難間，設計時不可遺漏并注意不同的建筑類型對避難間的具體要求也不同，須嚴格按照規(guī)定設計;避難層設計時要滿足避難層與首層室外地面、避難層之間垂直距離不超過五十米，以滿足火災救援需求。避難層處的樓梯也要相應變化，可考慮分隔、錯位等多種方式進行分隔。在對自然排煙系統(tǒng)進行設計時，可以使用FDS軟件進行模擬，確保煙氣和熱輻射不會進入相鄰建筑中，同時，也必須對正壓送風系統(tǒng)進行處理，以降低相鄰建筑窗口溫度，對火災蔓延情況進行控制。

結語：

在當前高層民用建筑的防火設計中，針對具體設計要求，要明確防火設計的類型，從不同方面入手，實現(xiàn)優(yōu)化設計。在本次研究中通過實現(xiàn)建筑合理布局、合理設計主動消防安全系統(tǒng)、提高建筑鋼結構的耐火能力、裝修設計嚴把質(zhì)量關、優(yōu)化電氣防火設計、合理設置防火避難場所等方式進行優(yōu)化設計，其防火效果突出，能保證人們的自身安全。在后期使用過程中，加強日常消防檢查，做好消防設備維修保養(yǎng)，定期舉辦消防演練，也能降低火災的發(fā)生幾率，進而提升高層建筑的安全水平。

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