高層民用建筑消防設(shè)計(jì)研究

作者簡(jiǎn)介：

陳米寧（1982- ），女，漢族，江西九江人，大專，助理工程師，研究方向：建筑工程設(shè)計(jì)。

摘要：

隨著城市化進(jìn)程的加快，高層民用建筑不斷增多，其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯。為保障高層建筑消防安全，本文系統(tǒng)分析了高層民用建筑的火災(zāi)特點(diǎn)，闡述了防火設(shè)計(jì)原則，總結(jié)了我國(guó)現(xiàn)行高層民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范。在此基礎(chǔ)上，從防火分區(qū)、安全疏散、火災(zāi)報(bào)警、消防給水、防排煙、消防電氣等方面，詳細(xì)探討了高層民用建筑消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的局限，提出了性能化設(shè)計(jì)、BIM技術(shù)應(yīng)用、智能化集成等優(yōu)化創(chuàng)新策略。結(jié)合實(shí)際工程案例，論證了設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化措施的可行性，為高層民用建筑消防設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了參考。

關(guān)鍵詞：

高層民用建筑；火災(zāi)特點(diǎn)；防火設(shè)計(jì)；消防設(shè)施；性能化設(shè)計(jì)

引言

高層民用建筑以其占地面積小、容積率高、功能復(fù)合等特點(diǎn)，在現(xiàn)代城市建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，極易因煙氣蔓延、疏散逃生困難、高空滅火施救受阻等導(dǎo)致重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為有效防控高層火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)合理的消防設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

一、高層民用建筑火災(zāi)特點(diǎn)及防火設(shè)計(jì)原則

（一）高層民用建筑火災(zāi)特點(diǎn)

高層民用建筑火災(zāi)呈現(xiàn)出明顯的特殊性。首先，火勢(shì)蔓延快。由于高層建筑豎向空間發(fā)達(dá)，大量可燃物垂直布置，加之管道井、電纜井等易形成豎向通道，極易導(dǎo)致火勢(shì)迅速向上蔓延。其次，濃煙擴(kuò)散范圍廣。高層建筑內(nèi)部空間封閉，窗戶數(shù)量有限，濃煙難以及時(shí)排出，容易充滿整個(gè)樓層。一旦進(jìn)入疏散通道、電梯井等豎向空間，煙氣會(huì)迅速擴(kuò)散至上層。再次，人員疏散困難。高層建筑疏散距離長(zhǎng)，相比平房，人員安全撤離需要更長(zhǎng)時(shí)間。疏散通道中濃煙滾滾，電梯無(wú)法使用，會(huì)進(jìn)一步延緩疏散速度。最后，撲救難度大[1]。

（二）高層民用建筑防火設(shè)計(jì)原則

鑒于高層建筑火災(zāi)撲救的特殊性，其防火設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的基本原則，落實(shí)空間防火、消防設(shè)施“三位一體”?？臻g防火是根本。要合理確定防火分區(qū)，控制防火分區(qū)面積和層數(shù)，阻斷火災(zāi)在水平和垂直方向的蔓延。同時(shí)，要保證安全疏散通道的數(shù)量和寬度，設(shè)置避難層，最大限度方便人員安全撤離。結(jié)構(gòu)防火是基礎(chǔ)，對(duì)高層建筑的主體結(jié)構(gòu)、承重構(gòu)件、防火分隔等實(shí)施耐火極限設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中不坍塌，為人員疏散和火災(zāi)撲救贏得時(shí)間。嚴(yán)格防火材料管控，盡量不采用或少用可燃材料。消防設(shè)施是保障。要配置自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)感知火情，引導(dǎo)人員疏散。合理設(shè)置室內(nèi)外消火栓、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等，滿足滅火需求[2]。

（三）現(xiàn)行高層民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范

為規(guī)范高層建筑消防設(shè)計(jì)，保障其防火安全，我國(guó)先后出臺(tái)了《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016）、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50116）、《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50084）等一系列強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其中，GB 50016是高層建筑防火設(shè)計(jì)的綱領(lǐng)性文件，對(duì)防火分區(qū)、安全疏散、消防車道、構(gòu)造防火等方面提出了原則要求。近年來(lái)，各地區(qū)、各部門(mén)還結(jié)合實(shí)際，制定了許多地方性、行業(yè)性的消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步細(xì)化了高層建筑的防火分隔、煙氣控制、電氣防火、燃?xì)夤艿婪阑稹⑼獗胤阑鸬仍O(shè)計(jì)要求。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)施，為高層建筑消防設(shè)計(jì)提供了基本遵循[3]。

二、高層民用建筑消防設(shè)計(jì)

（一）高層民用建筑防火分區(qū)與安全疏散設(shè)計(jì)

防火分區(qū)設(shè)置是高層建筑平面布局的首要任務(wù)。依據(jù)GB 50016，高層公共建筑、高層廠房、高層民用建筑的一個(gè)防火分區(qū)最大允許建筑面積分別為1500m2、2500m2、2000m2，最大允許跨越層數(shù)分別為3層、2層、2層。面積或?qū)訑?shù)超過(guò)上述規(guī)定時(shí)，就必須設(shè)置防火分區(qū)。防火分區(qū)之間要設(shè)置甲級(jí)防火門(mén)、防火卷簾等防火分隔設(shè)施，阻斷火勢(shì)和煙氣蔓延。對(duì)于建筑高度超過(guò)100m的高層住宅，每層應(yīng)劃分為2個(gè)及以上防火分區(qū)。在設(shè)置防火分區(qū)時(shí)，要考慮建筑功能分區(qū)，將火災(zāi)危險(xiǎn)性大的區(qū)域如餐飲、儲(chǔ)藏間、弱電機(jī)房等單獨(dú)劃分，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

合理設(shè)置安全出口和疏散樓梯是保證人員安全撤離的關(guān)鍵。高層建筑一般應(yīng)設(shè)置2個(gè)及以上安全出口，多個(gè)安全出口應(yīng)分散布置。安全出口凈寬度不應(yīng)小于1.4m，樓梯凈寬不應(yīng)小于1.1m。疏散門(mén)應(yīng)向疏散方向開(kāi)啟，疏散走道凈寬不應(yīng)小于1.2m。對(duì)于建筑高度超過(guò)100m的高層公共建筑，須在適當(dāng)位置設(shè)置避難層或在每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置避難間。避難層使用面積不應(yīng)小于該層建筑面積的20%，避難區(qū)域內(nèi)應(yīng)配置應(yīng)急照明、簡(jiǎn)易救生器材等設(shè)施。

（二）高層民用建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是高層建筑消防聯(lián)動(dòng)控制的核心。依據(jù)GB 50116，高層建筑應(yīng)設(shè)置具有聯(lián)動(dòng)控制功能的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并應(yīng)符合集中報(bào)警的原則?；馂?zāi)探測(cè)器的選擇與布置要因地制宜。公共空間宜采用感煙探測(cè)器，靈敏度高，適合撲救初起火災(zāi)。儲(chǔ)藏間、廚房、鍋爐房等場(chǎng)所宜選用感溫探測(cè)器，探測(cè)效果更佳。高大空間可選用光束感煙探測(cè)器或吸氣式探測(cè)器，減少探測(cè)盲區(qū)?；馂?zāi)報(bào)警控制器宜設(shè)在值班室或消防控制室內(nèi)，24h有人值班。為提高系統(tǒng)可靠性，高層建筑應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)及以上火災(zāi)報(bào)警控制器，互為備用。

消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑的實(shí)際情況和使用要求，選擇恰當(dāng)?shù)挠|發(fā)方式和控制邏輯。一般可采用兩種及兩種以上獨(dú)立的自動(dòng)觸發(fā)裝置報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制的方式。當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)后，消防控制室應(yīng)能手動(dòng)控制防火門(mén)關(guān)閉、切斷火災(zāi)區(qū)域供電、開(kāi)啟消防電梯、啟動(dòng)排煙系統(tǒng)等。消防聯(lián)動(dòng)控制裝置的動(dòng)作信號(hào)反饋至消防控制室，由值班人員監(jiān)視聯(lián)動(dòng)控制的執(zhí)行情況，必要時(shí)可手動(dòng)強(qiáng)制控制[4]。

（三）高層民用建筑消防給水與滅火設(shè)施設(shè)計(jì)

高層建筑消防用水應(yīng)根據(jù)其高度、建筑類別、火災(zāi)危險(xiǎn)性等因素合理確定。一般高層建筑的室外消防用水量不應(yīng)低于25L/s，室內(nèi)消防用水量不應(yīng)低于10L/s。消防水池有效容積不應(yīng)小于50m3，并能在火災(zāi)持續(xù)時(shí)間內(nèi)連續(xù)供水。高層建筑應(yīng)設(shè)置高位消防水箱，其有效容積應(yīng)滿足系統(tǒng)在后備水泵啟動(dòng)前所需的最大流量。消防泵應(yīng)設(shè)置成兩路50%流量的穩(wěn)高壓消防泵，工作壓力應(yīng)滿足建筑高度的要求。消防給水管網(wǎng)應(yīng)采用環(huán)狀布置，進(jìn)行分區(qū)控制，減少事故影響范圍。

室內(nèi)消火栓的布置應(yīng)遵循保護(hù)全樓、布置均勻的原則。一般在首層、屋頂層設(shè)置室內(nèi)消火栓，其余每層均應(yīng)設(shè)置。消火栓的間距不宜大于30m，每個(gè)消火栓的保護(hù)半徑不應(yīng)大于15m。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)合理設(shè)置。高層建筑的公共通道、門(mén)廳、疏散樓梯間、電梯間、客房走道等區(qū)域應(yīng)設(shè)置濕式自噴，儲(chǔ)藏室、風(fēng)機(jī)房、配電室、弱電機(jī)房等可設(shè)置預(yù)作用自噴。噴頭選型時(shí)要兼顧滅火效果和經(jīng)濟(jì)性，盡量選用快速響應(yīng)噴頭。層高超過(guò)8m的區(qū)域，還應(yīng)設(shè)置大空間智能消防炮滅火系統(tǒng)，補(bǔ)救噴淋盲區(qū)。

（四）高層民用建筑防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

防排煙設(shè)計(jì)是控制火災(zāi)煙氣蔓延、保障人員安全疏散的關(guān)鍵措施。高層建筑的安全出口、疏散樓梯間、前室、合用前室、消防電梯間前室等區(qū)域應(yīng)劃為防煙分區(qū)。防煙樓梯間應(yīng)采用自然通風(fēng)，利用可開(kāi)啟外窗或開(kāi)口直接取得新風(fēng)；無(wú)法自然通風(fēng)時(shí)應(yīng)機(jī)械加壓送風(fēng)，送風(fēng)量不小于樓梯間體積30倍/h。排煙區(qū)域應(yīng)包括走道等公共空間，宜采用機(jī)械排煙方式。排煙口的設(shè)置要均勻，與送風(fēng)口錯(cuò)開(kāi)布置，單個(gè)防煙分區(qū)設(shè)置的排煙口數(shù)量不宜少于2個(gè)。廚房、地下車庫(kù)等場(chǎng)所產(chǎn)生的油煙、汽車尾氣應(yīng)設(shè)專門(mén)系統(tǒng)排出，不得與防排煙系統(tǒng)混用。

排煙閥應(yīng)選用280℃時(shí)能工作30min的280℃排煙閥，并應(yīng)設(shè)手動(dòng)和自動(dòng)控制裝置。排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)選用離心式風(fēng)機(jī)，排煙量按60次/h換氣次數(shù)計(jì)算，全壓應(yīng)滿足管路最不利點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓要求。排煙管道應(yīng)采用不燃或耐火極限不低于1.00h的材料。防火閥應(yīng)設(shè)在防火分隔處，280℃時(shí)應(yīng)能關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)。機(jī)械加壓送風(fēng)機(jī)的工作全壓應(yīng)按樓梯間10mm厚度的正壓考慮。

（五）高層民用建筑消防電氣與應(yīng)急照明設(shè)計(jì)

高層建筑消防用電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)應(yīng)自動(dòng)切換至備用電源。備用電源應(yīng)采用柴油發(fā)電機(jī)，其容量應(yīng)滿足消防設(shè)備在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)連續(xù)供電的要求。消防設(shè)備應(yīng)就近設(shè)置專用的消防配電箱，并在其面板上設(shè)置滅火器標(biāo)識(shí)。消防配電線路明敷時(shí)應(yīng)穿金屬導(dǎo)管或封閉式金屬槽保護(hù)，暗敷時(shí)應(yīng)穿難燃型塑料導(dǎo)管保護(hù)。消防控制室配電應(yīng)在低壓總配電室單獨(dú)設(shè)置回路，控制線路應(yīng)選用耐火銅芯電線。

高層建筑的疏散通道、樓梯間、前室、避難層（間）等區(qū)域均應(yīng)設(shè)應(yīng)急照明。不應(yīng)在吊頂上安裝鎮(zhèn)流器和整流器，燈具應(yīng)選用防火防爆型，安裝在頂棚或墻面上。應(yīng)急照明應(yīng)能持續(xù)工作90min，其地面最低水平照度不應(yīng)低于0.5lx。在安全出口和疏散指示標(biāo)志處，地面最低水平照度不應(yīng)低于1.0lx。消防控制室、消防水泵房、發(fā)電機(jī)房、配變電室等消防重點(diǎn)部位也應(yīng)設(shè)應(yīng)急照明，其最低水平照度不應(yīng)低于正常照明的備用照度。高層建筑的外墻和屋頂上應(yīng)設(shè)置消防車登高操作場(chǎng)地和停車位。當(dāng)采用直升機(jī)救援時(shí)，應(yīng)在屋頂設(shè)置停機(jī)坪。登高面的硬化面積不應(yīng)小于20m2，長(zhǎng)邊不應(yīng)小于5m。停機(jī)坪的直徑不應(yīng)小于15m，四周應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄桿。

三、高層民用建筑消防設(shè)計(jì)優(yōu)化與創(chuàng)新

（一）性能化消防設(shè)計(jì)方法研究

傳統(tǒng)的高層建筑消防設(shè)計(jì)多采用規(guī)范化方法，即嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性條文進(jìn)行“照本宣科式”設(shè)計(jì)。這種做法雖然規(guī)范統(tǒng)一，卻難以靈活應(yīng)對(duì)超高層、異形體等新型高層建筑的個(gè)性化需求。性能化消防設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)從建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)出發(fā)，運(yùn)用火災(zāi)物理學(xué)、煙氣流動(dòng)學(xué)、人員疏散學(xué)等理論，在滿足建筑使用功能的前提下，量身定制火災(zāi)情景和防火安全目標(biāo)，并運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬分析每個(gè)設(shè)計(jì)方案的防火性能，綜合比選出最優(yōu)方案，從而在確保消防安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。例如，上海中心大廈采用性能化設(shè)計(jì)，根據(jù)建筑高度和豎向分區(qū)，采取分區(qū)疏散避難策略，分別設(shè)置避難樓層和緊急避難區(qū)，并結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)（CFD）對(duì)疏散耗時(shí)、可視度等進(jìn)行模擬，最終實(shí)現(xiàn)近632m高度的安全疏散，單次疏散人數(shù)可達(dá)3.5萬(wàn)人。

（二）建筑信息模型（BIM）技術(shù)在消防設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM以其可視化、參數(shù)化、關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)，為高層建筑的消防設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的技術(shù)手段?；贐IM平臺(tái)，可以在建筑設(shè)計(jì)初期介入消防設(shè)計(jì)，直觀表達(dá)防火分區(qū)、安全疏散、消防設(shè)施布置等空間信息，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。在BIM模型中集成消防設(shè)備參數(shù)，可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各類設(shè)備的工程量，出具材料清單和預(yù)算文件。利用BIM的碰撞檢查功能，可排查管線布置、設(shè)備安裝的空間沖突，提高圖紙深度。在設(shè)計(jì)評(píng)審階段，可將BIM模型與VR（Virtual Reality）技術(shù)結(jié)合，使建設(shè)、設(shè)計(jì)、消防等各方身臨其境地漫游場(chǎng)景，考察消防設(shè)計(jì)的規(guī)范性和可行性。在施工階段，深化的BIM模型可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝，檢查工程偏差。在運(yùn)維階段，BIM成為消防設(shè)施信息管理和檢修維護(hù)的重要載體。

（三）智能化消防設(shè)計(jì)研究

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，智能化已成為高層建筑消防設(shè)計(jì)的重要方向。在智能化消防系統(tǒng)中，大量智能感知終端實(shí)時(shí)采集火災(zāi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并上傳至云平臺(tái)，云平臺(tái)利用大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，及時(shí)預(yù)警火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化火災(zāi)處置方案。火災(zāi)發(fā)生后，報(bào)警控制器根據(jù)火災(zāi)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整聯(lián)動(dòng)控制策略，啟動(dòng)就近滅火設(shè)施，引導(dǎo)人員安全撤離。消防控制室和移動(dòng)端可實(shí)時(shí)查看火災(zāi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，便于值守人員的監(jiān)測(cè)和決策。此外，高層建筑還可引入智能疏散指示系統(tǒng)，通過(guò)情景感知、智能決策，動(dòng)態(tài)引導(dǎo)人員選擇最佳撤離路線?？傊?，智能化消防強(qiáng)調(diào)“以人為本”，充分利用先進(jìn)科技預(yù)防和智控火災(zāi)，最大限度降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提高高層建筑的本質(zhì)安全[5]。

（四）綠色節(jié)能型消防設(shè)計(jì)研究

在可持續(xù)發(fā)展理念指引下，高層建筑正向綠色節(jié)能方向發(fā)展。傳統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)往往注重保障消防安全性能，對(duì)能耗、材料、空間等考慮不足。綠色節(jié)能型消防設(shè)計(jì)在滿足消防安全的前提下，力求降低能耗，節(jié)約資源，減少污染。在建筑材料選擇上，優(yōu)先采用低能耗、低排放、可循環(huán)的新型防火保溫材料。加強(qiáng)自然通風(fēng)和自然采光設(shè)計(jì)，減少機(jī)械排煙和應(yīng)急照明能耗。合理利用屋頂雨水收集系統(tǒng)補(bǔ)充室內(nèi)消防用水，節(jié)約水資源。優(yōu)化消防豎井布局，縮小防火分區(qū)面積，減少防火分隔墻體的建設(shè)。在滿足使用功能的基礎(chǔ)上，精減煙感溫感探測(cè)器數(shù)量，節(jié)約造價(jià)成本。對(duì)于老舊高層建筑，應(yīng)在消防設(shè)施改造時(shí)注重節(jié)能減排，并與建筑節(jié)能改造相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)互利共贏。

結(jié)語(yǔ)

高層民用建筑內(nèi)人員密集，可燃物較多，火勢(shì)蔓延速度快，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。從建筑布局入手，科學(xué)規(guī)劃防火分區(qū)，并以性能化設(shè)計(jì)理念為指導(dǎo)，合理配置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、消防給水、防排煙等消防設(shè)施，是確保高層建筑消防安全的必由之路。

參考文獻(xiàn)

[1]潘婷.高層建筑中消防系統(tǒng)的電氣防火設(shè)計(jì)思考[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2023（03）：91-93.

[2]許曉東.建筑消防設(shè)施供電及配電線路防火設(shè)計(jì)分析[J].光源與照明，2021（01）：143-144.

[3]吳永琪.關(guān)于高層建筑消防電氣防火設(shè)計(jì)與施工的分析[J].今日消防，2019（09）：10-11.

[4]陳亮.建筑電氣防火設(shè)計(jì)中電線電纜的應(yīng)用[J].消防界（電子版），2022（12）：107-108+111.

[5]王海濱.高層民用建筑電氣線路防火設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2020（03）：112-113.