既有高層建筑加固工程消防安全技術(shù)研究

摘要：在城市化快速發(fā)展背景下，既有高層建筑因其設(shè)計(jì)和施工年代較早，往往存在消防安全隱患。這些建筑在材料、設(shè)計(jì)與現(xiàn)代消防標(biāo)準(zhǔn)之間常常表現(xiàn)出顯著差異，需通過加固工程提升其消防安全性能。加固工程包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升、防火隔離和疏散設(shè)施的優(yōu)化等方面，旨在降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，確保居民和使用者的安全性。本文分析高層建筑消防安全現(xiàn)狀，探討了防火隔離與防煙系統(tǒng)的優(yōu)化、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的升級(jí)、消防電梯及逃生通道的改進(jìn)以及耐火材料與結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用，旨在顯著提高既有高層建筑的消防安全水平。

關(guān)鍵詞：高層建筑；加固工程；消防安全技術(shù)

引言

在當(dāng)代城市化的快速推進(jìn)中，高層建筑作為城市天際線的重要組成部分，其安全性尤為關(guān)鍵。然而伴隨技術(shù)發(fā)展與規(guī)范變革，既有高層建筑在消防安全性方面往往顯得力不從心，迫切需要通過加固工程來提升其抗火性能與安全保障能力。加固工程的核心在于采用現(xiàn)代化技術(shù)手段和材料，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、防火、疏散等關(guān)鍵性能進(jìn)行全面提升，以滿足當(dāng)前迫切的安全需求。

一、高層建筑的消防安全現(xiàn)狀

部分高層建筑的原設(shè)計(jì)可能與當(dāng)前的消防安全規(guī)范脫節(jié)，導(dǎo)致在防火隔離、疏散通道、滅火系統(tǒng)等方面存在不足。目前，高層建筑的消防安全現(xiàn)狀呈現(xiàn)幾個(gè)明顯問題，包括老舊的消防設(shè)施難以滿足當(dāng)前的安全需求、建筑材料和結(jié)構(gòu)的耐火性不足以及應(yīng)急疏散設(shè)計(jì)不合理等。首先，許多高層建筑的消防系統(tǒng)因年久失修，功能不全，如自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中的水泵和噴頭可能因長期未使用或維護(hù)不當(dāng)而無法在緊急情況下正常工作。老化的火警報(bào)警系統(tǒng)故障率高，不能可靠地在火災(zāi)初期提供警報(bào)，給居民的安全撤離帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。其次，一些高層建筑在材料選擇上未能符合防火標(biāo)準(zhǔn)，使用了大量易燃材料，如塑料基復(fù)合材料和未經(jīng)處理的木材。這些材料一旦起火，火勢(shì)蔓延速度快，煙霧大，極大增加了火災(zāi)的危險(xiǎn)性和控制難度。此外，高層建筑的疏散設(shè)計(jì)往往未能充分考慮緊急情況下的人流密度和動(dòng)線優(yōu)化。許多舊樓的疏散通道狹窄、轉(zhuǎn)角多，不僅容易在疏散過程中造成擁堵，而且在火災(zāi)中煙霧聚集也會(huì)使得視線受阻，增加逃生難度。疏散指示標(biāo)識(shí)老化和不明顯以及應(yīng)急照明系統(tǒng)不足，嚴(yán)重影響了在緊急情況下的疏散效率。最后，當(dāng)前既有高層建筑消防安全加固措施往往缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性，加固工程可能僅僅集中在單一方面，如簡(jiǎn)單增設(shè)噴淋頭或更新報(bào)警器，而沒有從整體上提升建筑的防火和耐火能力。有效的加固策略應(yīng)當(dāng)是全面的，不僅包括技術(shù)層面的更新，如使用先進(jìn)的防火材料、安裝高效的自動(dòng)滅火系統(tǒng)，還包括對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估和必要的結(jié)構(gòu)加固以及優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，改善疏散通道和安全出口的布局[1]。

二、高層建筑消防安全加固技術(shù)

（一）防火隔離與防煙系統(tǒng)優(yōu)化

防火隔離技術(shù)涉及的關(guān)鍵參數(shù)包括防火墻的耐火極限和隔熱性能。根據(jù)ISO834標(biāo)準(zhǔn)，防火墻的設(shè)計(jì)須達(dá)到不低于120分鐘的耐火等級(jí)，其材料的熱導(dǎo)率應(yīng)控制在05W/（m·K）以下。此外，防火墻的結(jié)構(gòu)應(yīng)確保在設(shè)定的耐火時(shí)間內(nèi)能夠承受預(yù)期的結(jié)構(gòu)負(fù)荷，其抗壓強(qiáng)度需達(dá)到50MPa以上，以保持結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下的完整性。在防火隔離區(qū)的設(shè)置上，建筑每層應(yīng)設(shè)置至少兩個(gè)防火分區(qū)，每個(gè)分區(qū)的面積不應(yīng)超過750平方米，防火隔斷應(yīng)從樓層底板一直延伸到樓頂或建筑物外墻。

防煙系統(tǒng)優(yōu)化側(cè)重于煙氣的有效控制和排放。煙氣控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為自動(dòng)激活，并與建筑的消防報(bào)警系統(tǒng)集成，確保在火災(zāi)發(fā)生初期即可啟動(dòng)。根據(jù)系統(tǒng)的具體技術(shù)參數(shù)，煙氣排放速度應(yīng)不低于每小時(shí)十次的空氣更換率，以減少煙霧在建筑內(nèi)部的聚集。煙道的設(shè)計(jì)應(yīng)確保煙氣可以高效從發(fā)生火災(zāi)的樓層向外排放，煙道的最小斷面面積應(yīng)為015平方米，并且煙道的材料應(yīng)具備至少90分鐘的耐火能力。

在防煙系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，煙感探測(cè)器的布置密度和位置是關(guān)鍵因素。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)探測(cè)器應(yīng)覆蓋的面積不應(yīng)超過60平方米，探測(cè)器之間的最大距離不應(yīng)超過91米。探測(cè)器應(yīng)安裝在天花板上，與墻壁的距離應(yīng)至少為01米。此外，系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行測(cè)試與維護(hù)，確保所有組件在需要時(shí)均能正常工作。

防火隔離與防煙系統(tǒng)的整體性能還依賴于智能化管理的集成。這包括將防火與防煙系統(tǒng)與建筑管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)整，如防煙系統(tǒng)可以根據(jù)煙霧的分布自動(dòng)調(diào)整煙氣排放的風(fēng)扇速度和方向，從而優(yōu)化煙霧的控制效果[2]。

（二）自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)升級(jí)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮到建筑的具體布局和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。例如，噴頭的布局應(yīng)保證每個(gè)噴頭的有效覆蓋面積不超過12平方米，噴水密度需達(dá)到最少01升水/分鐘/平方米。為了適應(yīng)不同區(qū)域的具體需求，噴頭的選型必須確保適合其安裝環(huán)境，如在高溫環(huán)境下應(yīng)使用高溫型噴頭，其激活溫度從68°C至141°C不等。

在水源配置方面，系統(tǒng)需確保在任何情況下都能提供足夠的水量和水壓。根據(jù)建筑高度和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，水泵配置必須能夠達(dá)到至少40巴的壓力，以確保水流可以有效到達(dá)建筑的最高層。水源系統(tǒng)還應(yīng)包括足夠容量的蓄水池，其設(shè)計(jì)容量通常基于系統(tǒng)在30分鐘內(nèi)全面運(yùn)作的需求，確保即使在市政供水中斷的情況下也能獨(dú)立供水。

控制系統(tǒng)更新也是自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)升級(jí)的關(guān)鍵?，F(xiàn)代化的控制系統(tǒng)應(yīng)采用可編程邏輯控制器（PLC），能夠?qū)崟r(shí)接收來自火災(zāi)探測(cè)器的信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯進(jìn)行快速反應(yīng)。這種控制系統(tǒng)可以根據(jù)火災(zāi)大小和位置自動(dòng)調(diào)整噴水范圍和強(qiáng)度，優(yōu)化資源使用并最大限度減少火災(zāi)損失。

升級(jí)工程還應(yīng)包括對(duì)系統(tǒng)各部件的定期檢測(cè)和維護(hù)，確保在緊急情況下系統(tǒng)的可靠性。檢測(cè)活動(dòng)包括對(duì)噴頭功能的月度檢查、對(duì)管道和連接的年度壓力測(cè)試以及對(duì)水泵的半年度運(yùn)行測(cè)試。這些維護(hù)操作確保系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)刻能夠無縫啟動(dòng)并有效運(yùn)作[3]。

（三）消防電梯及逃生通道改進(jìn)

消防電梯的轎廂內(nèi)部應(yīng)有至少08米寬的自由空間，以便運(yùn)載消防設(shè)備和人員。電梯井道和機(jī)房必須具備至少2小時(shí)的耐火極限，確保在火災(zāi)情況下電梯結(jié)構(gòu)不會(huì)失效。電梯控制系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)切換到緊急操作模式，允許消防員控制電梯的運(yùn)行，而電梯的電源供應(yīng)應(yīng)通過備用電源系統(tǒng)獨(dú)立于建筑主供電系統(tǒng)，確保主供電失效時(shí)電梯依然能夠運(yùn)行。

對(duì)于逃生通道的改進(jìn)，技術(shù)要求包括確保通道寬度和高度滿足快速疏散的需求。按照國際消防安全標(biāo)準(zhǔn)，任何逃生通道的最小寬度不應(yīng)少于11米，以支持大流量的人員疏散。逃生通道的地面應(yīng)使用防滑材料，并保持通道內(nèi)無障礙物，以防在疏散過程中發(fā)生跌倒或堵塞。逃生通道應(yīng)配備持續(xù)至少90分鐘的緊急照明系統(tǒng)以及清晰可見的疏散指示標(biāo)志，確保即使在電源中斷或濃煙條件下也能指導(dǎo)人員安全疏散。

逃生通道的改進(jìn)還需考慮防煙措施，以減少火災(zāi)時(shí)煙霧的侵入。根據(jù)煙控標(biāo)準(zhǔn)，逃生通道應(yīng)設(shè)有自動(dòng)閉合的煙霧隔離門，每隔一定距離設(shè)置煙霧排放口，確保煙霧不會(huì)在逃生通道內(nèi)積聚。煙霧排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保煙霧能夠在火災(zāi)初期迅速排出，從而維持逃生通道內(nèi)的空氣質(zhì)量[4]。

（四）耐火材料與結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用

耐火材料包括改性混凝土、耐火石膏板以及高性能防火涂料等，如改性混凝土使用硅酸鹽水泥作為粘結(jié)劑，其中添加的聚丙烯纖維能在高溫下融化，形成孔隙，從而降低混凝土的導(dǎo)熱性，提高其耐火性能。具體而言，改性混凝土的耐火極限可以達(dá)到240分鐘以上，其熱傳導(dǎo)系數(shù)應(yīng)保持在01W/（m·K）以下。耐火石膏板是另一種常用的耐火材料，其基本組成是石膏與纖維增強(qiáng)材料的混合體。這種石膏板的厚度通常在125毫米到25毫米之間，其耐火極限為60分鐘到120分鐘，具體取決于板材的厚度和密度。耐火石膏板在火災(zāi)中能有效阻隔火焰和熱傳導(dǎo)，是室內(nèi)隔斷墻和天花板常用的防火材料。

在結(jié)構(gòu)加固技術(shù)方面，常見的方法包括鋼結(jié)構(gòu)的外包裹、碳纖維加固以及使用外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)。鋼結(jié)構(gòu)外包裹技術(shù)涉及在現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)表面添加一層防火保護(hù)層，如耐火涂料或耐火包覆。這種耐火涂料能在高溫下膨脹，形成隔熱的保護(hù)層，其厚度通常在10毫米到50毫米之間，可以顯著提高結(jié)構(gòu)鋼的耐火極限至90分鐘以上。碳纖維加固技術(shù)是通過在混凝土結(jié)構(gòu)表面貼覆碳纖維布來提高其承載力和抗彎性能。碳纖維具有高強(qiáng)度和低熱膨脹系數(shù)的特性，使得在火災(zāi)情況下能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種加固方法不僅提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，還有助于防止在極端溫度下的結(jié)構(gòu)損壞[5]。

三、案例研究

某商業(yè)辦公大樓興建于1980年，該大樓位于人口密集的市中心區(qū)域，共有25層，原設(shè)計(jì)并未完全符合當(dāng)前的防火規(guī)范。為了提升其消防安全標(biāo)準(zhǔn)，該大樓經(jīng)歷了一系列消防安全技術(shù)的升級(jí)和加固。首先，針對(duì)原有消防系統(tǒng)的不足，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)引入了最新的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)確保了全樓的每個(gè)關(guān)鍵區(qū)域和逃生通道都裝備了高效能噴頭。這些噴頭設(shè)計(jì)為快速響應(yīng)型，能在火災(zāi)發(fā)生后的初期自動(dòng)啟動(dòng)，最大限度控制火勢(shì)蔓延。系統(tǒng)的水泵和水源配置經(jīng)過特別設(shè)計(jì)，確保在火災(zāi)期間可以持續(xù)供應(yīng)足夠的壓力和水量，以支持系統(tǒng)的高效運(yùn)作。在結(jié)構(gòu)加固方面，考慮到建筑年代較早，結(jié)構(gòu)安全性的提升是本次升級(jí)的另一重點(diǎn)。采用了碳纖維加固技術(shù)對(duì)建筑的承重柱和梁進(jìn)行加固，這種材料不僅提高了結(jié)構(gòu)的承載能力，而且由于其低熱膨脹系數(shù)，在高溫環(huán)境下依舊能保持結(jié)構(gòu)的完整性。所有外窗都被更換為雙層耐火玻璃，以減少熱能傳遞和提高整體的隔熱效果。

通過在改造后的大樓中進(jìn)行模擬火災(zāi)演練和多輪安全評(píng)估，數(shù)據(jù)顯示，安全性得到顯著提高。改造前，大樓在模擬火災(zāi)測(cè)試中，火勢(shì)可能在發(fā)生后的30分鐘內(nèi)得到控制；改造后，同樣條件下的火勢(shì)控制在了10分鐘內(nèi)。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間從激活到噴水平均為15秒，遠(yuǎn)快于改造前的45秒，改造前后評(píng)估對(duì)比如下表3。

從上述對(duì)比結(jié)果來看，加固和技術(shù)改造顯著提高了建筑的消防安全性能，不僅有效延緩了火勢(shì)的擴(kuò)散速度，也大大減少了因火災(zāi)可能導(dǎo)致的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。結(jié)構(gòu)的加固也提升了建筑對(duì)火災(zāi)等緊急情況的抗災(zāi)能力，為所有樓層的人員提供了更強(qiáng)的安全保障。

表3改造前后對(duì)比參數(shù)改造前改造后火勢(shì)控制時(shí)間（分鐘）3010系統(tǒng)激活到噴水的時(shí)間（秒）4515結(jié)構(gòu)承載力增加比例（%）—20

結(jié)語

消防安全技術(shù)不僅能夠推動(dòng)建筑技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和進(jìn)步，還能提供科學(xué)、系統(tǒng)的解決方案，為城市安全管理提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。這項(xiàng)工作的深遠(yuǎn)意義在于它關(guān)乎廣大城市居民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也關(guān)系到城市的可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)

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