建筑防火設(shè)計在高層建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘要：為提高高層建筑的防火安全性能，減少火災(zāi)帶來的人員傷亡和財產(chǎn)損失，本文深入探討了高層建筑火災(zāi)特性、防火設(shè)計方法及防火系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用。著重闡述結(jié)構(gòu)防火設(shè)計、建筑材料的防火性能、疏散設(shè)計與逃生路徑規(guī)劃、自動滅火系統(tǒng)及火災(zāi)監(jiān)測和報警系統(tǒng)綜合應(yīng)用。通過綜合應(yīng)用多項防火策略和技術(shù)，可以顯著提升高層建筑防火安全性能，減少火災(zāi)風(fēng)險，并為高層建筑設(shè)計和管理提供科學(xué)合理的指導(dǎo)和建議。

關(guān)鍵詞：建筑防火設(shè)計；建筑設(shè)計；防火墻

火災(zāi)是高層建筑中最嚴(yán)重的安全威脅之一。高層建筑火災(zāi)導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失往往比其他類型建筑更為嚴(yán)重。由于高層建筑的獨特性，傳統(tǒng)防火方法和系統(tǒng)往往難以滿足其安全需求。因此，開發(fā)有效的高層建筑防火設(shè)計策略至關(guān)重要。

一、高層建筑火災(zāi)特點

（一）對救援裝備要求較高，撲救難度大

隨著建筑高度的增加，傳統(tǒng)的消防設(shè)施和方法難以適用，直接增加了救援任務(wù)的復(fù)雜性。在高層建筑火災(zāi)中，由于火源可能位于較高層，消防車云梯或水槍往往難以達到足夠高度進行有效撲救，高層建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)和有限入口、出口也給消防隊員快速進入和撤離帶來困難。高層建筑中風(fēng)壓差異、電梯使用安全以及水壓維持等都是影響救援效率的重要因素。這些問題要求救援裝備必須具備高度技術(shù)性能，如更長云梯、更強大水泵系統(tǒng)以及適用于高空作業(yè)的個人防護裝備等。救援人員也需要特別的培訓(xùn)和策略來應(yīng)對高層建筑火災(zāi)的獨特挑戰(zhàn)。例如，他們需要了解高層建筑的結(jié)構(gòu)特點，掌握在高空環(huán)境中進行搜救和滅火的技巧以及如何使用特殊裝備進行快速、安全救援。因此，提高救援裝備的技術(shù)水平和救援人員的專業(yè)能力，是提升高層建筑火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)效率和成功率的關(guān)鍵。

（二）火災(zāi)蔓延速度較快，蔓延方式多

在高層建筑中，一旦火災(zāi)發(fā)生，火勢可通過開放門窗、通風(fēng)道、電纜井、垂直管道等途徑迅速蔓延到其他樓層或房間。特別是在使用了大量易燃材料的建筑中，火勢蔓延尤為迅速。高層建筑內(nèi)部復(fù)雜的空間布局和大量的隔斷墻也可能導(dǎo)致火勢在建筑內(nèi)部迂回擴散，形成多個火源點，增加了火災(zāi)控制和撲救難度。高層建筑通風(fēng)系統(tǒng)和氣流動態(tài)也是影響火勢蔓延的重要因素。例如，通風(fēng)道可以成為火焰和煙霧傳播的渠道，尤其是在強制通風(fēng)和自然通風(fēng)共同作用下，火勢可以沿著建筑的垂直和水平方向迅速擴散。同時，高層建筑特有的“煙囪效應(yīng)”會使熱氣流和煙霧向上蔓延，加速火勢向高層擴散，對人員疏散和火災(zāi)控制帶來極大挑戰(zhàn)。因此，了解和控制火災(zāi)蔓延機理對高層建筑防火設(shè)計至關(guān)重要。需要建筑師和工程師在設(shè)計階段就充分考慮建筑材料選擇、內(nèi)部布局優(yōu)化、防火隔斷設(shè)置以及有效煙霧控制和排煙系統(tǒng)安裝。

（三）建筑內(nèi)部人員集中，疏散難度大

在日常生活中，高層建筑如住宅樓、辦公樓、酒店等，人員密度大，在工作時間或特定時段，人流量大大增加。一旦發(fā)生火災(zāi)，大量人員在有限時間內(nèi)同時疏散，不僅對疏散通道容量提出了挑戰(zhàn)，也增加了恐慌和混亂可能性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計會限制疏散路線的數(shù)量和寬度，疏散路徑可因煙霧、火焰或其他障礙物而受阻，這些都進一步加劇了疏散難度。特別是行動不便人群，如老年人、兒童及殘疾人，在沒有外界援助的情況下，人群疏散更加困難。因此，高層建筑設(shè)計和管理需要特別考慮疏散安全，包括優(yōu)化疏散路線布局，確保疏散指示清晰可見，提供足夠的疏散指導(dǎo)和訓(xùn)練。高效疏散計劃和演練能夠幫助人員在緊急情況下快速、有序撤離。安裝智能疏散系統(tǒng)，如緊急照明、語音導(dǎo)引系統(tǒng)等，可以在火災(zāi)發(fā)生時指導(dǎo)人員沿著最安全的路徑迅速疏散，從而減少因恐慌引起的傷亡，提高疏散效率。

二、高層建筑防火設(shè)計方法

（一）結(jié)構(gòu)防火設(shè)計

高層建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計是確保建筑在火災(zāi)情況下保持穩(wěn)定性和完整性的關(guān)鍵，目的是延長建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的耐火時間，為人員疏散和火災(zāi)撲救爭取寶貴時間。結(jié)構(gòu)防火設(shè)計涉及到建筑的材料選擇、構(gòu)件設(shè)計以及整體建筑的防火策略。首先，建筑材料選擇至關(guān)重要，應(yīng)優(yōu)先使用不易燃或阻燃材料，如耐火性能良好的鋼材、混凝土等，并對結(jié)構(gòu)進行防火涂料處理或使用防火板材進行包覆。其次，構(gòu)件設(shè)計要考慮到火災(zāi)時的力學(xué)行為，確保主要承重結(jié)構(gòu)在高溫下仍能保持穩(wěn)定，比如通過增加構(gòu)件的截面尺寸、使用耐火隔離層或設(shè)置防火罩等方式來提高其耐火極限。在整體建筑的防火策略方面，設(shè)計師需要考慮如何將建筑分區(qū)，以防火災(zāi)蔓延。通過設(shè)置防火墻、防煙樓層和防火隔斷來實現(xiàn)，有效切斷火勢和煙霧的傳播路徑。結(jié)構(gòu)防火設(shè)計還需要考慮疏散通道和安全出口布局，確保在緊急情況下人員可以迅速安全撤離。結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)兼顧日后的維護和檢修，確保防火系統(tǒng)的持久有效性。

（二）建筑材料防火性能

建筑材料防火性能是高層建筑防火設(shè)計的重要方面，直接關(guān)系到火災(zāi)時建筑的反應(yīng)行為和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。選擇具有良好防火性能的建筑材料可以顯著降低火災(zāi)風(fēng)險，減緩火勢蔓延速度，提高結(jié)構(gòu)耐火極限，為人員疏散和火災(zāi)撲救贏得寶貴時間。在高層建筑中，常用的防火材料包括不燃材料和難燃材料，如耐火磚、混凝土、石膏板、玻璃纖維等。這些材料能夠在高溫下保持穩(wěn)定，不易引發(fā)火勢蔓延。防火涂料也被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼或木材表面，以提高其耐火性能。這種涂料在遇火時會膨脹形成隔熱保護層，有效隔絕熱量傳遞，保護結(jié)構(gòu)材料免受高溫?fù)p害。同時，防火隔板、防火窗和防火門等專用防火構(gòu)件也在建筑設(shè)計中起到關(guān)鍵作用，它們能在火災(zāi)發(fā)生時阻擋火勢和煙霧擴散，確保逃生通道和重要區(qū)域安全。在選擇建筑材料時，應(yīng)綜合考慮材料的燃燒性、熱釋放率、煙霧產(chǎn)生量以及毒性等因素，遵循相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。通過科學(xué)合理的材料選擇和應(yīng)用，可以有效提升建筑的防火安全性能，為人員安全和財產(chǎn)保護提供堅實保障。因此，建筑材料的防火性能不僅是材料科學(xué)的研究領(lǐng)域，也是建筑設(shè)計實踐的重要考慮因素。

（三）疏散設(shè)計與逃生路徑

疏散設(shè)計與逃生路徑在高層建筑防火安全中起著至關(guān)重要的作用。確保在火災(zāi)等緊急情況下，所有人員都能夠快速、有序、安全撤離到安全地帶。有效疏散設(shè)計需要綜合考慮建筑的使用性質(zhì)、布局結(jié)構(gòu)、人員密度以及火災(zāi)情況等因素，合理規(guī)劃疏散通道、出口數(shù)量和位置、疏散指示標(biāo)志等。疏散通道應(yīng)保持暢通無阻，足夠?qū)挸?，以容納極短時間內(nèi)大量人員的疏散，且應(yīng)有明顯標(biāo)識指引方向。疏散出口設(shè)計應(yīng)避免死角和瓶頸，確保在緊急情況下可以快速疏散人群。逃生路徑設(shè)計同樣要考慮多種可能的火災(zāi)場景，確保在不同情況下都有可行的逃生方案。這包括設(shè)置多條疏散路線以分散人流，避免擁堵和混亂以及考慮特殊人群的疏散需要，例如為行動不便者設(shè)置疏散椅或安全區(qū)域。

（四）合理規(guī)劃總體布局

疏散設(shè)計與逃生路徑設(shè)計旨在確保在火災(zāi)等緊急情況下，所有人員都能夠快速、有序、安全撤離到安全地帶。疏散設(shè)計還要考慮煙霧控制和排煙系統(tǒng)的配置，因為煙霧是導(dǎo)致傷亡的主要原因之一。合適的煙霧控制可以保持逃生路徑的能見度和可通行性，大幅提升疏散效率和安全性。

（五）防火墻設(shè)計和應(yīng)用

防火墻設(shè)計是高層建筑防火安全策略中的一個關(guān)鍵組成部分，其主要功能是在火災(zāi)發(fā)生時限制火勢蔓延，保護建筑結(jié)構(gòu)以及確保人員的疏散通道安全。防火墻是一種耐火性能極高的墻體結(jié)構(gòu)，能夠在一定時間內(nèi)抵抗火焰和高溫侵襲，有效隔離火源，減緩或阻止火勢蔓延。在高層建筑中，防火墻通常用于劃分防火分區(qū)，每個分區(qū)相當(dāng)于一個獨立的防火單元，即使一部分區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，也不會迅速影響到整個建筑。防火墻設(shè)計需符合嚴(yán)格的建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，包括材料選擇、墻體厚度、連接方式等^[1]。材料通常選擇耐火性能好的混凝土、磚或特定的耐火板材。在建筑中布置防火墻，需要充分考慮建筑整體布局、疏散路線、通風(fēng)系統(tǒng)等因素，以確保其在防火和疏散中發(fā)揮最大效能。例如，防火墻應(yīng)與建筑的主要結(jié)構(gòu)和疏散樓梯井、電梯井等緊密結(jié)合，確保火災(zāi)時這些關(guān)鍵部分可以保持穩(wěn)定和安全。

三、高層建筑防火系統(tǒng)設(shè)計

（一）自動噴水滅火系統(tǒng)

自動噴水滅火系統(tǒng)是高層建筑中常用的一種主動防火系統(tǒng)，它能夠在火災(zāi)初始階段自動響應(yīng)并噴射水流，以控制甚至熄滅火焰，是保障建筑防火安全的重要設(shè)施。這種系統(tǒng)通常由水源、管道、噴頭和火災(zāi)探測器組成。當(dāng)探測器感應(yīng)到火災(zāi)產(chǎn)生的熱量或煙霧時，系統(tǒng)會自動啟動，打開相應(yīng)區(qū)域的噴頭釋放水流。自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮覆蓋面積、水壓和水流量等因素，以確?；馂?zāi)發(fā)生時能夠迅速而有效控制火勢。該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠快速反應(yīng)及時控制火勢，減少火災(zāi)蔓延風(fēng)險，并為人員疏散提供時間。在高層建筑中，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，火災(zāi)撲救難度較大，自動噴水滅火系統(tǒng)尤為重要，它可以在消防人員到達現(xiàn)場之前起到初步控制火勢的作用。自動噴水滅火系統(tǒng)在平時不占用空間，對建筑的美觀和使用功能影響小，維護相對簡單，是高效的防火設(shè)施。

（二）火災(zāi)報警與監(jiān)控系統(tǒng)

火災(zāi)報警與監(jiān)控系統(tǒng)在高層建筑防火安全中扮演著至關(guān)重要的角色。這套系統(tǒng)通常由火災(zāi)探測器、報警設(shè)備、監(jiān)控中心和相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)組成?；馂?zāi)探測器能夠感應(yīng)到火災(zāi)的初期跡象，如煙霧、異常溫度升高或火焰，一旦探測到這些信號，系統(tǒng)會立即啟動報警裝置，通過聲音和光信號快速提醒建筑內(nèi)的所有人員，并將火災(zāi)信息傳遞到監(jiān)控中心和消防部門，以便迅速采取應(yīng)對措施?；馂?zāi)報警與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計需考慮多種因素，包括建筑規(guī)模、結(jié)構(gòu)、用途以及內(nèi)部人員分布等，以確保系統(tǒng)覆蓋所有關(guān)鍵區(qū)域并具有高度的靈敏度和可靠性。系統(tǒng)中的火災(zāi)探測器類型多樣，包括煙霧探測器、溫度探測器和火焰探測器等，它們可以單獨使用也可以組合使用，以提高探測精度和防誤報能力。報警裝置需要明顯且能覆蓋到每一個角落，無論人員在建筑的哪個位置都能聽到警報聲或看到警示信號^[2]。除及時報警外，現(xiàn)代火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)還具有高度的智能化和網(wǎng)絡(luò)化特點，可以實時監(jiān)控建筑內(nèi)的環(huán)境變化，自動分析火災(zāi)風(fēng)險，并與消防部門、安保系統(tǒng)和建筑管理中心等進行信息共享和協(xié)調(diào)。這些特點使得火災(zāi)報警與監(jiān)控系統(tǒng)不僅在火災(zāi)發(fā)生時能提供及時響應(yīng)，還能通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)警功能增強建筑防火安全性。

（三）煙霧控制與排煙系統(tǒng)

在高層建筑設(shè)計中，煙霧控制與排煙系統(tǒng)是防火安全體系的重要組成部分。煙霧控制與排煙系統(tǒng)的主要任務(wù)是在火災(zāi)發(fā)生時，控制引導(dǎo)煙霧流動方向，降低煙霧對人員疏散、消防救援行動的影響。煙霧控制與排煙系統(tǒng)由煙霧檢測模塊、控制中心、排煙風(fēng)扇及煙霧導(dǎo)流排放設(shè)施等關(guān)鍵功能模塊組成。煙霧檢測模塊是煙霧控制與排煙系統(tǒng)的前哨，負(fù)責(zé)實時監(jiān)測建筑內(nèi)煙霧水平。檢測器通常安裝在建筑關(guān)鍵區(qū)域，如走廊、大廳、房間內(nèi)，確保一旦有煙霧產(chǎn)生，系統(tǒng)能迅速響應(yīng)。煙霧檢測器通過分析空氣中顆粒物濃度來判斷是否發(fā)生火災(zāi)，從而啟動煙霧控制與排煙過程?？刂浦行哪K是系統(tǒng)的大腦，它接收來自煙霧檢測模塊的信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)程序、算法，自動激活排煙設(shè)施。控制中心還能實時監(jiān)控整個系統(tǒng)運行狀態(tài)，確保排煙通道暢通無阻。排煙風(fēng)扇和煙霧導(dǎo)流設(shè)施模塊是執(zhí)行機構(gòu)，負(fù)責(zé)物理移動與排出煙霧。排煙風(fēng)扇根據(jù)控制中心指令，以適當(dāng)速度運轉(zhuǎn)，在建筑內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū)，引導(dǎo)煙霧向指定排煙口移動。煙霧導(dǎo)流設(shè)施如排煙道、煙霧閘門，確保煙霧被從建筑內(nèi)部導(dǎo)出，通過屋頂或建筑側(cè)面排煙口排入空氣中^[3]。煙霧控制與排煙系統(tǒng)應(yīng)與建筑其他防火和安全系統(tǒng)（如自動噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)）集成，以實現(xiàn)最大程度的防火安全保護。高層建筑的煙霧控制與排煙系統(tǒng)通過多個功能模塊協(xié)同工作，能在火災(zāi)發(fā)生時保護人員安全，減少財產(chǎn)損失，為消防救援提供有利條件。

結(jié)語

高層建筑防火安全是一個系統(tǒng)工程，要求建筑師、工程師、管理者和使用者等多方共同努力，從科學(xué)研究到技術(shù)應(yīng)用，從日常管理到緊急響應(yīng)，形成一個全方位、多層次的防火安全網(wǎng)絡(luò)。隨著科技發(fā)展和社會進步，新防火材料、技術(shù)和管理策略將不斷涌現(xiàn)，為高層建筑防火安全提供更加堅實的保障，使高層建筑成為更安全、更可靠、更宜居的空間。

參考文獻

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[2]楊洋.建筑防火技術(shù)在高層建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2023（15）：86-88.

[3]許云杰.淺析建筑防火在高層住宅小區(qū)設(shè)計中的應(yīng)用[J].居舍，2023（22）：101-104.

作者簡介：劉海靜（1988- ），男，漢族，四川宜賓人，碩士研究生，講師，研究方向：傳統(tǒng)村落保護與發(fā)展。