淺談高層建筑消防防火排煙設計對策

摘要：伴隨城市化進程的加快，高層建筑越來越多。由于體量龐大，人員密集等原因，高層建筑一旦有火災出現(xiàn)，煙氣就會迅速擴散，極大威脅到住戶的生命財產(chǎn)安全。高層建筑要特別重視消防工程建設，特別是消防防火排煙系統(tǒng)的設計，對減少火災對群眾造成的危害非常重要。因此，本文通過介紹高層建筑火災的重要特征和當前消防防火排煙設計中存在的種種弊端，提出了對應的改進建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑；消防工程；防火排煙設計；對策

引言

隨著城市化進程的加快和城市人口的日益增加，高層建筑越來越多，極大緩解了城市用地不足的問題。不過高層建筑一旦發(fā)生火災，消防救援難度非常大。這類建筑不僅結(jié)構(gòu)復雜，而且功能也復雜，濃煙會使人看不清，加之消防車可以到達的樓層高度也有限，救援難度極大。高層建筑帶有豎向管井，在大火燃燒過程中極易產(chǎn)生煙囪效應，進而使火情更為嚴峻，導致更大損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，火災導致的傷亡中至少有一半是由于煙霧窒息造成的^[1]。因此，需要合理設計高層建筑的消防防火排煙系統(tǒng)。

一、高層建筑火災的常見特征

（一）滅火設施與營救能力存在明顯不足

目前，我國建筑消防設施總體水平已有了大幅提高，但仍有一些亟待改進的地方。例如，國內(nèi)消防云梯的作業(yè)高度只有100m，難以滿足高層建筑的消防要求。盡管高層建筑的頂樓可通過直升機進行緊急疏散，但需要配備高度專業(yè)化的停機坪。然而，在火勢猛烈的情形下，直升機想要接近建筑物困難重重，無疑增加了受困人員迅速脫險的難度。

（二）火勢控制難度大

在大部分高層建筑內(nèi)部，布設了很多管道系統(tǒng)。一旦發(fā)生火災，短時間內(nèi)即可導致火勢迅速蔓延，催生出不利的“煙囪效應”。此時，建筑物內(nèi)部的管道井、樓梯間與電梯井等就像一個煙囪，加速火勢蔓延，導致整個高層建筑面臨全面燃燒的風險^[2]。

（三）人員疏散非常困難

高層建筑物主要用于住宅、商業(yè)或辦公，不僅擁有顯著的垂直高度，而且人員密集程度較高，在緊急情況下難以高效執(zhí)行疏散方案?；馂耐话l(fā)時，人群常因高度恐慌而難以有序快速撤離。有研究表明，大部分火災遇難者往往因窒息或未能及時作出有效反應而失去生命。

二、高層建筑中消防防火排煙設計存在的缺陷

（一）自然排煙窗的設計不夠合理

高層建筑設計的相關(guān)標準規(guī)范規(guī)定在建筑物上端配置方便啟閉的排煙窗。然而，在實際應用時，此設計思路暴露出若干不合理之處。面對火災時，往往需要手動開啟排煙窗，不僅耗時久，而且難以迅速有效應對。因此，安裝可以自動開啟或能與消防系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)的排煙窗，顯然更具有可操作性。另外，裝配自動傳動裝置的排煙窗需要投入較高的成本，要求建筑技術(shù)水平更加成熟。當前國內(nèi)很多高層建筑都沒有安裝能自動開啟的自然排煙窗。

（二）送風口設計缺乏合理性

就高層建筑來看，自然排煙窗設計不夠合理，送風口的規(guī)劃也欠缺合理性。分析送風口的設置可知，風速與風量分布不均。由于送風口使用傳統(tǒng)的百葉窗，而管道內(nèi)壁不夠平滑，加之管道太長，密閉性太好、管內(nèi)經(jīng)常有拐角，從而導致上述問題^[3]。這種問題在高層建筑消防防火排煙設計中較為常見，尚無一套統(tǒng)一、規(guī)范的評估體系，因此送風口很難發(fā)揮出應有效用。

（三）防排煙系統(tǒng)功能偏弱

就我國高層建筑的消防防火排煙設計而言，經(jīng)常會看到常閉式防火門與排煙窗未關(guān)閉，如果出現(xiàn)火災，這些防火設施未保持正壓狀態(tài)。因此，其防火與排煙功能也相對較差。還有一些施工企業(yè)對消防安全重視不夠，規(guī)劃不嚴謹，在施工過程中未能嚴格遵守相關(guān)規(guī)范配備機械排煙系統(tǒng)，從而影響建筑物的自然排煙效能。

（四）缺乏完善的通風協(xié)同系統(tǒng)

在高層建筑領域，通風系統(tǒng)的協(xié)同工作起到了關(guān)鍵性作用。通常情況下，空調(diào)系統(tǒng)與其他機械排煙設施共用一個排風設施。為保障這類建筑的消防安全，首要條件是構(gòu)建一個既合理又規(guī)范的通風協(xié)同系統(tǒng)，防止各系統(tǒng)間的互相干擾，避免排煙作用被削弱。然而，從現(xiàn)實來看，仍有相當多的高層建筑在通風協(xié)同系統(tǒng)方面存在不足。通常要求空調(diào)、通風系統(tǒng)處于常開狀態(tài)，排煙口應處于常閉狀態(tài)。當突發(fā)火災時，兩者能獨立運行，互不侵擾^[4]。然而，在設計某些高層建筑的通風協(xié)同體系時，常見的做法是直接將管道、濾網(wǎng)及空調(diào)設備相連，忽略了采用自動轉(zhuǎn)換裝置的必要性。這種設計導致通風與排煙面臨較大阻礙，極大削弱了消防效能。

三、高層建筑防火排煙設計的有效措施

（一）合理選用建材

目前，高層建筑設計多將鋼筋混凝土作為主要構(gòu)造材料。其穩(wěn)定性強、強度大、整體性能優(yōu)異、成本投入不高，成為建筑業(yè)的主流選擇。然而，此類材料在防火性能方面表現(xiàn)不佳。有研究顯示，當發(fā)生火災時，現(xiàn)場溫度可迅速攀升至400℃—700℃，直接導致鋼筋的拉伸強度、承重能力明顯變?nèi)?，從而導致嚴重形變，威脅到建筑物整體的安全性與穩(wěn)定性^[5]。因此，選取高層建筑用材時，材料的阻燃性與耐火性能成為了首要考慮因素。設計師須參照相關(guān)設計要求，科學劃分建筑區(qū)域，并針對性挑選能適應各區(qū)域火災風險的建材，全面評估選材及其配件在火災環(huán)境下的潛在損害程度。當火災發(fā)生時，要加強對鋼筋的保護措施，最大限度減輕鋼筋的損害程度，確保建筑主體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)固，為救援行動與人員疏散創(chuàng)造寶貴時機。

（二）重視防火排煙系統(tǒng)的設計

當前高層建筑中常用的消防排煙設備主要包括自然排煙系統(tǒng)與機械排煙系統(tǒng)。在設計消防排煙系統(tǒng)時，應依據(jù)實際情況，審慎選取并有效整合相應設施。由于高層建筑火災時人員疏散難度大，強化建筑物的排煙功能成為關(guān)鍵。這需要把自然排煙與機械排煙設備有機結(jié)合，使其高效配合，從而提升排煙效率。例如，在設計地下停車場的消防排煙系統(tǒng)時，可選擇送風系統(tǒng)與機械排風裝置的組合策略，通過自然補給新鮮空氣，進一步強化排煙功能。此外，還需科學規(guī)劃排煙口，這會對高層建筑的排煙效果產(chǎn)生較大影響。因此，需認真考慮排煙口的位置，一般會將其安排在頂棚部位，以利于煙霧迅速上升，從而增強排煙效果。同時，要重視對排煙口面積的調(diào)控，一般面積應大于0.04m2，以期獲得更理想的排煙效果。需要注意的是，排煙口所處位置切勿過低，防止影響到排煙的流暢性，并需謹慎平衡排煙口數(shù)量，既要防止排煙口數(shù)量不足導致排煙不暢，也要避免數(shù)量過多引起效率分散。此外，對排煙口風速的精細管理也不容忽視，一般建議將風速維持在5m/s—9m/s左右，以保障排煙動力的穩(wěn)定性^[6]。為了確保排煙系統(tǒng)能持續(xù)高效運行，應依據(jù)實際運行狀況對其進行適當優(yōu)化，改善其性能，使系統(tǒng)功能更加完善，從而發(fā)揮出更大的防火作用。

（三）加強對消防給水設施的設計

在設計消防給水系統(tǒng)時，需重點考慮高層建筑的實際情況，全面依據(jù)國家出臺的相關(guān)規(guī)范標準，完成設計工作。以消防栓的布置為例，需合理設定水柱長度。建筑物高度不超過100m，水柱最低長度設為10m；若建筑物高度超出100m，水柱長度應該在13m以上^[7]。鑒于消防電梯在高層建筑排煙設計及火災救援行動中的核心地位，必須重視其設計工作。一方面，要嚴格遵循相關(guān)標準規(guī)范；另一方面，需聯(lián)合科學的給排水方案，為高效滅火創(chuàng)造有利條件，將火災的負面影響降至最低。實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵在于消防電梯井底部須配置充足的排水設施，以保障消防活動順利進行，并提高電梯運行效能與穩(wěn)定性。

（四）加強對防火單元的設計

高層建筑因其結(jié)構(gòu)的復雜性，凸顯出合理設置防火單元的重要性。防火單元策略主要是將建筑物的防火區(qū)域細分為若干孤立的小單元，并對每一個單元采取專門的防火措施。該策略的關(guān)鍵在于采取有效的防火分隔，確保一旦火災發(fā)生能夠迅速滅火，并能限制火勢擴散，從而為人員疏散和減少財物損失爭取寶貴時間。防火分區(qū)通常包括垂直分區(qū)與水平分區(qū)兩種，前者借助難燃性材料如耐火水泥樓板進行分隔，后者通過防火墻、專用防火門和防火卷簾等手段，在樓層平面布局上劃分防火區(qū)域，有效遏制火災在同一層內(nèi)的橫向傳播。由于高層建筑內(nèi)部空間廣闊且住戶、用品繁多，若出現(xiàn)火災，易燃物眾多，因此合理規(guī)劃防火單元顯得尤為關(guān)鍵。這包括將建筑空間單元劃分成多個獨立且配備消防設施（如自動噴水滅火系統(tǒng)、煙霧控制系統(tǒng)）的防火單元，保證在火災初期能迅速響應，及時控制火勢，并防止火勢跨單元蔓延，從而為人員安全撤離創(chuàng)造條件。

四、高層建筑消防防火排煙設計的保障措施

（一）構(gòu)建一套健全的管理規(guī)范與標準

為大幅提升高層建筑內(nèi)部的耐火性能和安全可靠性，應重視高層建筑消防安全規(guī)范體系的構(gòu)建。首先，依據(jù)國家既定的相關(guān)法律法規(guī)，構(gòu)建消防防火規(guī)范體系。其次，在建筑設計階段，需全面考量火災情境下的人身安全、財產(chǎn)、環(huán)境等多個維度的潛在損失。最后，通過優(yōu)化設計流程，全面提升防護效能，減少非預期事件引發(fā)的人員與財產(chǎn)損失，進一步提高高層建筑消防防火規(guī)范體系的整體效能。

（二）對消防防火排煙設計方案進行改良

高層建筑消防防火排煙設計方案是否科學合理，在很大程度上決定了消防排煙系統(tǒng)的最終效能。另外，科學合理的設計方案也可以為有關(guān)設計實踐工作提供一定的參考。因此，改良與優(yōu)化消防防火排煙設計方案勢在必行，及時識別并修正設計中的不足之處，以確保設計滿足高層建筑的具體安全需求。同時，全面洞察高層建筑施工現(xiàn)場的實際情況，有的放矢地調(diào)整設計藍圖，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，保障設計細節(jié)無一遺漏。一個完備的消防防火排煙設計體系能夠保障設計流程的順暢執(zhí)行，鞏固設計質(zhì)量，有效遏制火災風險的發(fā)生。

（三）構(gòu)建一套健全的監(jiān)管機制

為了促進該領域工作的順利推進，減少設計缺陷，提升排煙效能與設計品質(zhì)，建立一套完善的規(guī)章制度顯得尤為重要，引導各項設計活動依規(guī)進行，保證設計的高標準實施。以往的監(jiān)管體制存在多處短板，難以完全滿足當前高層建筑消防設計的實際需求，限制了設計的進步空間。因此，制度革新勢在必行，須緊隨時代步伐，及時調(diào)整與完善相關(guān)規(guī)定，以期與行業(yè)發(fā)展保持同步。

結(jié)語

綜上所述，通過優(yōu)化和完善約束和激勵體系，激發(fā)相關(guān)人員的工作熱情，促使他們?nèi)橥度?，提升作業(yè)質(zhì)量，構(gòu)建并執(zhí)行相應的激勵措施。與此同時，落實嚴謹?shù)募s束規(guī)則體系也至關(guān)重要，對設計人員形成有效監(jiān)督，促使他們自我規(guī)范行為，主動肩負起職責重擔，加強對消防防火排煙設計領域的重視。在監(jiān)管期間要及時察覺問題，并第一時間處理，從而提升設計質(zhì)量。一旦發(fā)現(xiàn)設計問題，須盡快找到責任人，了解清楚原因，及時處理，盡量消除負面影響。

參考文獻

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作者簡介：肖瀟（1981— ），男，漢族，四川成都人，碩士研究生，工程師，研究方向：校園消防安全。