高層建筑防煙樓梯間防排煙方式研究

王 昊

（呼和浩特市消防救援支隊(duì)賽罕區(qū)山丹街消防救援站，內(nèi)蒙古自治區(qū) 呼和浩特 010010）

高層建筑其顯著特征是樓層比較多，房間數(shù)量較多，人員相對(duì)密集，也正因?yàn)檫@些特征，增添了很多安全隱患，讓消防人員在實(shí)施救援過程中受限于建筑因素，救援工作陷入困境。而且通常高層建筑會(huì)由多個(gè)不同使用單位負(fù)責(zé)管理，但每個(gè)單位都有各自工作重心和管理要求，差異的工作方式和管理理念，加上安全意識(shí)比較缺乏，容易在走廊堆放易燃易爆物品，增加風(fēng)險(xiǎn)。而且高層建筑層數(shù)多，高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過云梯所能達(dá)到的高度，加上建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，路線交錯(cuò)，施救變得困難，容易增加傷亡率，因此，文章著重探究的是合理設(shè)計(jì)樓梯間防排煙方式，解決高層建筑安全問題。

1 高層建筑設(shè)計(jì)防排煙設(shè)施的原因

受高層建筑特點(diǎn)影響，結(jié)合高層建筑發(fā)生火災(zāi)的特點(diǎn)來說，第一，火勢(shì)容易因?yàn)榻ㄖ锎怪备叨榷杆俾?，并且因建筑?nèi)部設(shè)有樓梯間、管道井、電纜井、排氣道、垃圾道等各種豎向管井，讓蔓延途徑增多，還會(huì)增大火勢(shì)，如果缺少防排煙設(shè)計(jì)，煙霧在不受阻攔的情況下，面對(duì)高度達(dá)到百米左右的建筑物，只需要2～5.5分鐘就可以從火災(zāi)一端迅速蔓延到另一端，并且經(jīng)過建筑內(nèi)各個(gè)管井，順著垂直方向，不到1分鐘火勢(shì)就可以快速蔓延到幾十層，讓整個(gè)建筑淹沒在一片火海中。第二，高層建筑樓層多，垂直疏散有很大的難度，展開施救需要的時(shí)間也比較多，但是火勢(shì)蔓延速度快，如果用時(shí)過多，很容易造成嚴(yán)重傷亡。根據(jù)測(cè)試，一般50層高的建筑，通常情況下通過樓梯疏散需要2小時(shí)11分鐘，相比煙氣流動(dòng)的速度慢了許多。因樓梯間設(shè)置有限，在發(fā)生火災(zāi)之后，很難在短時(shí)間內(nèi)將人員全部撤離危險(xiǎn)區(qū)域，而且在危機(jī)時(shí)刻，人員難免因?yàn)榛艁y而發(fā)生擠傷、摔傷、踩踏等悲劇，加上樓內(nèi)電梯無法作為安全撤離的通道，在火勢(shì)蔓延時(shí)，電梯內(nèi)很容易被濃煙填充，人員會(huì)因吸入大量濃煙而致死。因此，在高層建筑內(nèi)部設(shè)置防排煙設(shè)施的作用就顯而易見了，根據(jù)國外火災(zāi)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)中死亡人數(shù)，其中由于煙氣致死的高達(dá)50%以上，甚至還有地區(qū)高達(dá)70%～80%。為了控制因煙氣造成的人員傷亡，需要設(shè)計(jì)排煙排熱系統(tǒng)，建設(shè)防煙樓梯，作為高層建筑垂直疏散通道，確保高層建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后人員可以通過防煙樓梯通道快速疏散到安全區(qū)域。

2 樓梯間防排煙方式設(shè)計(jì)

樓梯間防排煙設(shè)計(jì)方式有很多種，其主要方式包含三類，即自然排煙、機(jī)械防煙和機(jī)械排煙。在高層建筑中通常是將這三種綜合利用，根據(jù)不同位置及需求采用不同的防排煙設(shè)計(jì)方式。因?yàn)檫@三種防排煙設(shè)計(jì)方式并非完美無缺，都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限，綜合使用可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

第一，自然排煙主要是利用可開啟外窗或利用陽臺(tái)、凹廊排煙的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，而且具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值，并不需要專門安裝排煙設(shè)備，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)也不受電源中斷的影響，日常中還可以作為換氣來使用。但是局限性在于不利于防盜，而且樓梯間前室必須要靠外墻設(shè)計(jì)，否則難以落實(shí)，并且還受季節(jié)風(fēng)向因素影響，排煙效果并不穩(wěn)定。

第二，機(jī)械防煙的優(yōu)點(diǎn)是可以保持正壓的狀況，通過機(jī)械加壓作用送風(fēng)。風(fēng)道截面積比較小，占用的空間比較少，從經(jīng)濟(jì)角度十分適用，可以有效在正壓情況下組織煙氣進(jìn)入到保護(hù)區(qū)。同時(shí)，通過正壓系統(tǒng)提供的新鮮空氣可以對(duì)煙氣起到冷卻作用，降低火災(zāi)區(qū)域的溫度以及侵入疏散通道的煙氣溫度。缺點(diǎn)在于加壓送風(fēng)樓梯間的正壓值過高時(shí)，會(huì)造成樓梯間通往前室或者走廊的門無法打開。

第三，機(jī)械排煙是利用排煙風(fēng)機(jī)將煙抽走，具有良好的排煙效果，其鮮明的優(yōu)勢(shì)在于可以不受環(huán)境因素的局限，靈活布置，能保證有穩(wěn)定的排煙量。但是缺點(diǎn)是設(shè)備投資以及后續(xù)維護(hù)管理費(fèi)用比較高，還需要與其他供電系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、建筑設(shè)施等相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)同配合，才能發(fā)揮良好排煙效果。而且在火勢(shì)猛烈階段排煙效果還會(huì)大打折扣。

了解了以上自然排煙、機(jī)械防煙和機(jī)械排煙三種防排煙方式的優(yōu)缺點(diǎn)之后，有人可能會(huì)思考，既然綜合使用可以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)作用，那么是否可以隨機(jī)選擇排煙方式，將其組合起來共用在一個(gè)空間場(chǎng)所內(nèi)，是否效果就會(huì)翻倍？但是這其實(shí)存在認(rèn)知錯(cuò)誤，因?yàn)闄C(jī)械排煙和自然排煙不能用在同一空間，因?yàn)檫@樣操作自然排風(fēng)口就變成了補(bǔ)風(fēng)口，而機(jī)械排煙量又不能滿足整個(gè)空間排煙量需求。因此，還需要結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)選擇和安排，才能發(fā)揮綜合使用的良好效果。

2.1 自然排煙方式

自然排煙方式主要通過建筑陽臺(tái)、凹廊或在外墻上設(shè)置便于開啟的外窗、排煙窗來實(shí)現(xiàn)排煙目的。這種方式發(fā)揮實(shí)際作用需要合理設(shè)計(jì)，其中氣流、房屋高度、排煙窗與墻面的水平距離等方面因素起著關(guān)鍵作用。因?yàn)楦邔咏ㄖ涓叨纫蛩兀艿酵獠織l件的影響比較有限，運(yùn)用自然排煙方式最簡單，也十分適用。不同建筑結(jié)構(gòu)需要結(jié)合相應(yīng)的要求靈活設(shè)計(jì)，如對(duì)于設(shè)有中庭的高層建筑，應(yīng)該按照相關(guān)要求，在中庭位置應(yīng)設(shè)置自然排煙系統(tǒng)，如果是敞開式車庫以及建筑面積小于1 000 m2的地下一層車庫，需要在車庫進(jìn)出口位置設(shè)置排煙系統(tǒng)，但是需要注意的是車庫坡道口要小于30 m。從排煙設(shè)施設(shè)置上來看，將其設(shè)置在外墻時(shí)，排煙窗應(yīng)該保持在儲(chǔ)煙倉以內(nèi)或室內(nèi)凈高度的1/2以上的位置，并且按照建筑內(nèi)部火災(zāi)蔓延趨勢(shì)以及煙氣流向進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，要分三種情況分析，科學(xué)規(guī)劃排煙口下邊緣與建筑物房屋的位置關(guān)系：其一，當(dāng)建筑房屋高度小于3 m，排煙口下邊緣與棚頂?shù)木嚯x不能超過80 cm。其二，房間高度處于3～4 m，排煙口下邊緣距離地板面應(yīng)超過2.1 m以上。其三，房間高度超過4 m，排煙口下邊緣應(yīng)設(shè)置在房間總高度一半以上的位置。另外，每組排煙窗的長度和距離也有要求，需要分散均勻設(shè)計(jì)，其長度最好不超過3 m。

2.2 機(jī)械防煙方式

機(jī)械防煙方式是通過機(jī)械加壓送風(fēng)，經(jīng)過通風(fēng)作用以及其產(chǎn)生的氣體流動(dòng)和壓力差來控制煙氣的流動(dòng)。機(jī)械加壓送風(fēng)技術(shù)最早應(yīng)用于二戰(zhàn)期間，其作用是為了保護(hù)作戰(zhàn)重點(diǎn)部位的房間，避免遭遇生化武器攻擊。而在和平年代，正壓送風(fēng)系統(tǒng)又可以應(yīng)用在工程生產(chǎn)中，為工人們提供干凈清潔的空間，還可以運(yùn)用到醫(yī)院中進(jìn)行無菌手術(shù)。所以，其應(yīng)用范圍廣泛，并且都取得了良好的效果。如今，在高層建筑安全問題上，機(jī)械防煙方式可以制造良好的疏散環(huán)境，保障建筑物內(nèi)部被困人員安全疏散撤離，而且機(jī)械加壓送風(fēng)方式已經(jīng)被各個(gè)工程技術(shù)人員所承認(rèn)，需要根據(jù)其工作原理，科學(xué)組織加壓送風(fēng)系統(tǒng)。一是加壓空間的送風(fēng)，需要借助通風(fēng)機(jī)，利用風(fēng)道將從室外攝取的空氣分配給加壓空間的關(guān)鍵位置，但是要保障采取的空氣不能受到煙氣的污染，要保持空氣的純凈。二是加壓空間的漏風(fēng)，漏風(fēng)問題是任何建筑物都無法避免的一個(gè)問題，像門縫、窗縫等，都是常出現(xiàn)漏風(fēng)問題的部位，無法規(guī)避。因此，需要做好加壓風(fēng)量計(jì)算，一方面，要讓所有關(guān)門的直接加壓或者間接加壓的樓梯間以及前室內(nèi)的正壓值可以穩(wěn)定保持在一定范圍內(nèi)。另一方面，要讓所有開啟的直接通向或者間接通向走廊的門，在門洞處要維持與煙氣流向相反的且具有一定流速的空氣流。對(duì)于機(jī)械防煙系統(tǒng)如何取正壓值，如表1所示：

表1 機(jī)械正壓取值

三是非正壓部分的排風(fēng)，空氣由加壓空間滲入相鄰的非加壓部位后，需要讓空氣與煙氣排煙到建筑物之外。如果缺少設(shè)計(jì)滲漏出路，則加壓空間和相鄰部位將難以建立正常的壓力差?；诖?，相關(guān)人員需要綜合考量，結(jié)合各協(xié)同組成部分，設(shè)計(jì)好機(jī)械正壓送風(fēng)防煙系統(tǒng)流程，以規(guī)范化管理設(shè)計(jì)好防煙通道，維護(hù)建筑物的安全。如圖1所示機(jī)械正壓送風(fēng)系統(tǒng)：

圖1 機(jī)械正壓送風(fēng)系統(tǒng)圖

2.3 機(jī)械排煙方式

機(jī)械排煙方式是按照通風(fēng)氣流組織理論，借助排煙風(fēng)機(jī)設(shè)備，將建筑物室內(nèi)煙氣通過設(shè)備功能或者按照自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械進(jìn)風(fēng)的形式，將煙氣排除室外。對(duì)于同一防煙區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)劃需要采用同一種排煙方式。排煙口按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，將排煙風(fēng)機(jī)設(shè)備布置在前室頂棚或者靠近頂棚的墻面位置上。同時(shí)，防煙區(qū)內(nèi)任何一端要與最近的排煙口的水平距離控制在30 m以內(nèi)。在設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施時(shí)，應(yīng)該順延水平方向安裝，并且每個(gè)機(jī)械排煙系統(tǒng)應(yīng)該遵循獨(dú)立設(shè)置原則。排煙系統(tǒng)還要與其他系統(tǒng)分開設(shè)置，如通風(fēng)系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，但是也有例外情況，如果受制于現(xiàn)實(shí)條件，無法進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置，可以進(jìn)行合用，但是也有具體要求，需要根據(jù)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有序安排，在打開排煙口時(shí)，每個(gè)排煙合用系統(tǒng)的管道要與通風(fēng)系統(tǒng)以及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制閥門不能超出10個(gè)。

3 結(jié)語

上述分析，探討了不同的防排煙方式，并結(jié)合設(shè)計(jì)防排煙方式對(duì)于高層建筑的必要性以及原因分析，結(jié)合國外研究情況，主要圍繞自然排煙、機(jī)械防煙以及機(jī)械排煙三種方式展開分析，結(jié)合各自的優(yōu)勢(shì)以及局限，并且綜合建筑樓梯間、前室等防排煙設(shè)施布置方法以及需要注意的事項(xiàng)。從當(dāng)下城市中高層建筑逐漸增多的趨勢(shì)下，防排煙設(shè)施建設(shè)勢(shì)在必行，有著廣闊的發(fā)展前景，能夠?qū)⒎罒?、排煙系統(tǒng)綜合利用，發(fā)揮煙氣控制效果，為高層建筑安全保駕護(hù)航。