歷史遺留高層住宅建筑消防改造

張婷婷，吳斌斌，張澤軍，梁日興，李躍浩，廖明煜

（1、廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司 廣州 510500；2、廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

深圳市南灣街道轄區(qū)內大量存在因城市化發(fā)展進程過快而遺留下的高層住宅建筑集中區(qū)域（以下簡稱“南灣高層住宅集中區(qū)域”），這種高層住宅集中區(qū)域屬于城中村的一種表現(xiàn)形式［1］，它的形成是一個復雜的社會問題，主要是由于村民或村集體在利益驅使下，違法違規(guī)、肆意開發(fā)、亂搭亂建而造成的［2］。此類高層住宅集中區(qū)域有建筑數(shù)量多、密度大，建筑高度高、體量大，居住人口多且密集等特點，大多不符合建造年代所適用的消防技術標準要求，存在大量的先天性消防安全隱患［3］。據(jù)統(tǒng)計，南灣高層住宅集中區(qū)域共有16 個，共包含158 棟高層住宅建筑，建造年代大多為1995～2005 年之間，均為一類高層住宅建筑，耐火等級一級，總建筑面積為49.6 萬m2，常住人口數(shù)量10 萬人，三小場所上千家。這16 個高層住宅集中區(qū)域的消防安全直接影響數(shù)十萬人民群眾生命財產安全，也間接影響了南灣街道轄區(qū)內的社會穩(wěn)定。為此南灣街道于2014年就牽頭組織政府職能部門、技術咨詢、設計、施工等多家單位共同開展針對高層住宅集中區(qū)域的消防改造工作，并取得了一定的成效。［4-5］

1 建筑火災風險分析

通過深入南灣街道16個高層住宅集中區(qū)域158棟高層住宅建筑開展大量的實地調研，整理分析得出南灣高層住宅集中區(qū)域存在的主要火災風險包括以下幾個方面：

1.1 疏散設施設置不合理

建筑內的疏散設施是否完整好用對于緊急情況下人員的安全疏散有著至關重要的作用。為了能夠使人員在建筑著火后能有多個不同方向的疏散路線可供選擇和疏散，高層住宅建筑中應設置不少于2 個安全出口，且應根據(jù)建筑高度設置火災時能夠防火并防止煙氣積聚的封閉樓梯間或防煙樓梯間。南灣街道高層住宅建筑高度均在50～100 m 之間，由于未按《建筑設計防火規(guī)范（2018年版）：GB 50016—2014》要求建造，大多只設置1部敞開樓梯，火災時煙氣極易進入沒有可靠封閉的敞開樓梯間，同時敞開樓梯間的設置還會存在煙囪效應，使煙氣在短時間里順著樓梯快速向上部擴散，并蔓延至整幢建筑物，威脅疏散人員的安全。更嚴重的是，高溫煙氣的流動也會大大加快火勢的蔓延。

1.2 消防設施不完備

南灣高層住宅建筑的消防設施大多未按建造時的消防技術標準要求設計、施工，也未通過消防設計審核驗收，消防設施存在先天隱患，且投入使用之后也未進行有效的消防安全管理和消防設施維護保養(yǎng)。因此消防設施缺失、損壞，消防系統(tǒng)癱瘓的情況十分普遍，一旦發(fā)生火災，不僅無法實現(xiàn)早報警、早滅火、安全疏散、有效救援，還會對人民群眾的生命安全造成嚴重威脅。

1.3 建筑構造不具備防火能力

首先是南灣高層住宅建筑中大量存在寬度不足2 m 的開口天井，且進深與寬度的比值較大，此類天井很容易成為煙氣和火蔓延的通道，同時也有可能產生煙囪效應。其次是建筑外窗開口之間的實體墻寬度也普遍不滿足要求，火災發(fā)生后極有可能通過外墻蔓延到建筑其他區(qū)域。最后是建筑內管道井封堵不完善，三小場所與居住部分沒有進行有效防火分隔，地上和地下樓梯連通的現(xiàn)象也比比皆是，火災發(fā)生時，會在很短時間內向建筑各部位蔓延，同時也極易影響相鄰建筑的安全，造成火燒連營現(xiàn)象的發(fā)生。

1.4 擅自改變使用功能

南灣高層住宅集中區(qū)域由于管理不當，大量存在占用原有架空層、改變標準層布局的現(xiàn)象，例如將一戶改為多戶作為出租屋，或將原走道部分劃入住戶內等。此違規(guī)做法導致部分住戶沒有可用于自然通風、排煙和救援的外窗，其房間為無窗房或僅設置了開向疏散走道的窗。同時，當走道外窗被劃入住戶內時，也會使得走道成為無采光、排煙功能的內走道。并且所有的改造過程沒有均未經過消防設計審查和驗收，存在嚴重的火災隱患。

2 消防改造方案

南灣高層住宅集中區(qū)域已建成并投入使用多年，區(qū)域內雖然存在大量的先天性消防安全隱患，但大拆大建的方法勢必會對區(qū)域內人民群眾的正常生活造成巨大的影響，同時也會大幅度提升改造成本。［6-7］因此基于消防安全性能整體提升，基本保證安全、可居的原則，踐行“微改造”的方法，有效補齊短板，才是最可靠、最有效的改造方式。［8-10］

2.1 安全疏散設施的改造方案

安全疏散設施的改造要從增加疏散樓梯數(shù)量和提升疏散樓梯安全性兩個方面著手。一方面，南灣高層住宅集中區(qū)域中，建筑之間的防火間距均不滿足建筑建造年代所適用的消防技術標準《高層建筑防火設計規(guī)范：GB 50045—95》中規(guī)定的高層住宅建筑之間的防火間距應不小于13 m的要求，實際建筑的最小防火間距大多不足6 m，有的甚至僅1 m 多，俗稱“握手樓”。對于僅有一部疏散樓梯的建筑，可以充分利用“握手樓”的特點在屋面增設第二安全出口，當著火建筑的疏散樓梯不可用時，可以利用相鄰建筑的疏散樓梯進行疏散，如圖1所示。一方面，根據(jù)兩棟建筑的建筑高度，可設置鋼結構連廊和樓梯連接兩棟建筑的屋面。鋼結構連廊和樓梯的安全性也要有所保障，鋼結構連廊和樓梯應滿足結構安全要求，寬度應滿足疏散要求，連廊應設置維護欄桿及扶手，鋼結構樓梯應符合《建筑設計防火規(guī)范（2018年版）：GB 50016—2014》中關于室外樓梯的相關規(guī)定，同時樓梯間通向屋面的門應為乙級防火門，且該門到連廊入口之間應設置安全疏散通道，通道上不應有影響疏散的管道、晾衣架、花盆等障礙物，連廊處還應增設應急照明燈具。另一方面，盡可能改造疏散樓梯，使其具備防火防煙功能。利用現(xiàn)有疏散走道改造前室，合理劃分前室、走道區(qū)域，使樓梯間具有防煙前室的同時，也滿足了疏散走道疏散距離的要求。

圖1 連接兩棟建筑屋面的鋼結構連廊和樓梯Fig.1 Steel Structure Corridor and Stairs Connecting the Roofs of Two Buildings

2.2 消防設施的改造方案

2.2.1 防煙排煙設施改造

根據(jù)《高層建筑防火設計規(guī)范：GB 50045—95》規(guī)定大于20 m的疏散走道應設置排煙設施，前室和樓梯間應設置防煙設施。建筑在建造時沒有預留風管管井，如果在走道設置機械排煙系統(tǒng)、前室設置正壓送風系統(tǒng)，勢必要破壞墻體及樓板，影響建筑結構安全，施工難度較大，成本較高，同時由于建筑層高較低，風機、管道也會對人員疏散造成影響。因此，應合理利用原有走道及其外窗進行改造，合理劃分前室、走道區(qū)域，盡量使疏散走道和前室內均有自然排煙窗，優(yōu)先保證前室外窗的可開啟面積滿足要求，如疏散走道內無法保證有外窗或可開啟面積不滿足要求，則控制疏散走道長度，使其長度不超過20 m。樓梯間優(yōu)先采用自然排煙，對于沒有外窗的內樓梯，因為建筑在建造時沒有預留風管管井，因此可以采用外掛排煙管道或設置直灌式加壓送風系統(tǒng)的方法，將加壓送風機設置在屋頂或地下室。在樓層有條件選取適當位置增設設備平臺的建筑，還應增設加壓送風機，采取多點式分段送風。

2.2.2 滅火設施改造

根據(jù)《高層建筑防火設計規(guī)范：GB 50045—95》，建筑高度大于100 m的住宅建筑才需要設置自動噴水滅火系統(tǒng)。但因為南灣高層住宅建筑建造時就存在一些先天性隱患，因此應從提升建筑消防安全整體性能的角度出發(fā)，提高建筑物撲救初期火災的能力。一是只有一部疏散樓梯，且無法設置第二安全出口的建筑，應在住戶內設置簡易自動噴水滅火系統(tǒng)；二是建筑中住宅部分已經局部改造為公寓時，公寓房間內應設置簡易自動噴水滅火系統(tǒng)；三是在“三小場所”設置簡易自動噴水滅火系統(tǒng)。

另外南灣高層住宅建筑大多依山而建，由于各種原因，未設置市政、室外消火栓系統(tǒng)。在區(qū)域內鋪設室外消火栓管網，施工難度大，也會對居民日常生活造成影響，因此可采取室內消火栓外掛的形式予以解決，在建筑首層外墻上設置室內消火栓箱，消防水池水量包括室外消防用水和室內消防用水兩部分。

2.2.3 火災報警系統(tǒng)改造

火災自動報警系統(tǒng)能起到早期發(fā)現(xiàn)和通報火警信息，及時通知人員進行疏散、滅火的作用。為了提升南灣高層住宅建筑消防安全整體性能，應在住戶、公寓及公共區(qū)域設置火災自動報警系統(tǒng)，為了降低改造難度和改造成本，戶內可采用無線聯(lián)網型獨立式感煙火災探測報警器。同時住戶、公寓的廚房內應設置可燃氣體探測器，用戶燃氣表設置在疏散走道、前室、樓梯間時，也建議在該類場所設置可燃氣體報警裝置。

2.3 建筑構造防火改造

2.3.1 開口天井防火改造

南灣高層住宅建筑大量存在用于通風和采光的開口天井，如圖2所示。即三面有維護結構，一面開向室外，住戶外窗開在天井內，這類開口天井的寬度大多在1～2 m 之間，進深與寬度的比值大多超過8以上，與這種開口天井相鄰的房間一旦起火，煙氣和火焰很可能通過起火房間外窗進入開口天井，再由開口天井蔓延到建筑的其他區(qū)域，如果開口天井火災時存在煙囪效應，還會加快煙氣和火勢的蔓延。為了防止火焰和煙氣通過外窗向開口天井蔓延，應將在開口天井中相對的房間外窗，以及與走道、前室、樓梯間開向開口天井的外窗距離不滿足要求的房間外窗，均改為火災時能夠自動關閉的乙級防火窗，平時不影響房間通風，火災時能夠自動關閉，從而達到防止煙氣和火焰向相鄰區(qū)域蔓延的目的。

圖2 用于通風和采光的開口天井Fig.2 Open Patio for Ventilation and Lighting

為了預防煙囪效應的發(fā)生，展開了對煙囪效應發(fā)生的可能性研究。該研究選取了16組工況，對開口天井進深、寬度、截面積等參數(shù)對煙囪效應的影響進行模擬分析。最終得到如下結論，進深與寬度比值相同的開口天井，開口天井的截面積越小，煙囪效應越明顯；開口天井的截面積相同時，在不考慮維護結構散熱的情況下，進深與寬度的比值越大，煙囪效應越明顯。對于能夠產生煙囪效應的開口天井，應在開口天井部位豎向上每隔幾層就采用具有一定耐火極限的不燃材料設置擋板，以此防止煙囪效應的發(fā)生。

2.3.2 外墻開口處的防火改造

根據(jù)《高層建筑防火設計規(guī)范：GB 50045—95》，住宅建筑的窗間墻、窗檻墻均應采用大于1.2 m 的不燃體建造，窗間墻、窗檻墻的耐火極限應不低于建筑外墻的要求。南灣高層住宅建筑的窗間墻、窗檻墻尺寸大多不符合要求，如圖3所示。住宅內著火后，在窗戶開啟或窗戶玻璃破碎的情況下，火焰會從窗戶蔓出并向上卷吸，此外，當火焰在環(huán)境風的作用下偏向一側時，火勢也會向相鄰住戶蔓延。對于這一問題，可采取將外窗局部改為防火玻璃，增加陽臺欄板的高度，或在戶與戶之間設置突出外墻的隔板的改造方式，防止火勢的蔓延。

圖3 住宅建筑的窗間墻、窗檻墻Fig.3 Window Wall and Window Sill Wall of Residential Building

2.4 建筑內局部改變使用功能場所的防火加強措施

目前南灣高層住宅集中區(qū)域均已投入使用多年，完全清除擅自改造的部分難度較大，因此應在現(xiàn)有條件下進行改造加強。對于住戶內，應將戶門改為乙級防火門，并保證每戶都能有滿足通風和救援要求的外窗，戶內設置簡易噴淋和感煙探測器。對于公共區(qū)域，合理劃分前室和走道區(qū)域，確保各戶門到安全出口的距離滿足要求，疏散走道和前室滿足防煙排煙要求，疏散走道及其外窗不被占用，同時疏散走道內設置應急照明、疏散指示、室內消火栓、消防軟管卷盤、火災自動報警系統(tǒng)、具有語音功能的消防廣播。

另外，南灣街道及各社區(qū)應建立小型消防站，提高滅火救援聯(lián)勤聯(lián)動能力。各南灣高層住宅集中區(qū)域應嚴禁電動自行車入戶，設置的電動自行車停放充電場所應符合國家和地方相關技術標準的規(guī)定。同時應聘請專業(yè)的物業(yè)管理公司和消防設施維護保養(yǎng)公司開展日常管理。

3 結論

本文針對深圳市南灣街道的16 個高層住宅集中區(qū)域158 棟高層住宅建筑進行了調研分析，其存在疏散設施設置不合理、消防設施不完備、建筑構造不具備防火能力和擅自改變使用功能等消防安全隱患。為全面提升南灣高層住宅集中區(qū)域的整體消防安全性能，本文對標現(xiàn)行國家標準規(guī)范的要求，結合調研的實際情況，給出了相對應的“微改造”方案，取得了不錯的成效。