高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)的失效機(jī)理及防控措施

摘要：高層建筑火災(zāi)具有蔓延速度快、疏散難度大的特點(diǎn)，而豎向防火分隔系統(tǒng)是抑制火勢(shì)向上擴(kuò)散、保障人員安全的關(guān)鍵技術(shù)措施。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)常因設(shè)計(jì)、施工或維護(hù)等環(huán)節(jié)存在問題而失效，導(dǎo)致火災(zāi)損害程度加劇?，F(xiàn)介紹豎向防火分隔系統(tǒng)的定義、功能及主要形式，分析失效的內(nèi)在機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的防控措施，以期為高層建筑防火安全管理與技術(shù)提升提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；豎向防火分隔系統(tǒng)；施工質(zhì)量；智能監(jiān)測(cè)

高層建筑的豎向防火分隔系統(tǒng)屬于阻止火災(zāi)向上蔓延的主要屏障，它的完好程度關(guān)乎火災(zāi)控制成效以及人員疏散的安全性。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，豎向防火分隔系統(tǒng)往往會(huì)因設(shè)計(jì)失誤、施工質(zhì)量不佳或者管理維護(hù)不當(dāng)?shù)仍蚨?，從而加重火?zāi)事故中的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。因此，應(yīng)針對(duì)高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)的失效機(jī)理進(jìn)行深入剖析，并據(jù)此提出防控措施，以提升高層建筑的防火安全性。

1 高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)概述

1.1" 豎向防火分隔系統(tǒng)的定義及功能

豎向防火分隔系統(tǒng)是指，在高層建筑內(nèi)部設(shè)立的，可以阻止或者延緩火災(zāi)沿著垂直方向蔓延的構(gòu)造和設(shè)施組合。其主要功能是切斷火災(zāi)的豎向傳播途徑，把火災(zāi)限制在一定范圍內(nèi)，為人員逃生和消防救援爭(zhēng)取時(shí)間[1]。豎向防火分隔系統(tǒng)是高層建筑被動(dòng)防火體系中的關(guān)鍵部分，它能有效控制煙氣和火焰的擴(kuò)散，減少因煙氣中毒造成的人員傷亡，削弱火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的危害。同時(shí)，豎向防火分隔系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著抑制煙囪效應(yīng)、削弱豎井內(nèi)的氣流速度、削弱氧氣供給等重要職責(zé)，這些都會(huì)影響到火勢(shì)發(fā)展的速度。此外，隨著高層建筑高度的增加，外部救援的難度呈指數(shù)級(jí)增長，豎向防火分隔系統(tǒng)的防火性能直接決定了建筑自身防范和自救的最高水平，是保證高層建筑防火安全的重要技術(shù)屏障。

1.2" 主要形式

按防火原理及構(gòu)造特點(diǎn)，豎向防火分隔系統(tǒng)分為物理阻斷型、熱阻型、復(fù)合型等3種類型[2]。物理阻斷型包括防火樓板、豎井防火隔墻、管道井防火封堵、防火卷簾、防火門等，主要采用物理阻斷方式。熱阻型包括防火玻璃幕墻、防火噴涂、防火包覆等，主要采用降低熱傳導(dǎo)的方式。復(fù)合型是結(jié)合以上兩種原理，如設(shè)置噴淋降溫+防火封堵。

按照空間分布情況，豎向防火分隔系統(tǒng)可以分為樓層間分隔、豎向管井分隔、外立面幕墻分隔以及特殊功能區(qū)域分隔等4種類型，它們各自具備獨(dú)特的技術(shù)要求和防火性能指標(biāo)[3]。

從材料構(gòu)成方面來說，豎向防火分隔系統(tǒng)大多采用耐火極限達(dá)到3～4h的鋼筋混凝土構(gòu)件、防火石膏板、陶瓷纖維、膨脹型防火材料以及納米級(jí)防火涂料等材料，從而構(gòu)建起多層、系統(tǒng)的防火屏障。

2 豎向防火分隔系統(tǒng)的失效機(jī)理

2.1" 設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的失效

高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷，體現(xiàn)在防火分區(qū)劃分不合理以及防火封堵系統(tǒng)選型出錯(cuò)等方面。第一，設(shè)計(jì)階段并未全面顧及建筑的功能分區(qū)情況，造成豎向管道井與相鄰區(qū)域的防火等級(jí)不相符合。尤其是在綜合性高層建筑中，因?yàn)楣δ芊彪s，當(dāng)豎向管道穿過各個(gè)不同的防火分區(qū)時(shí)，其防火分隔設(shè)計(jì)常常會(huì)暴露出薄弱之處。第二，設(shè)計(jì)階段對(duì)穿越防火分隔構(gòu)件的管線數(shù)量、直徑、材質(zhì)等沒有進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估，導(dǎo)致防火封堵系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷。例如，未考慮管道在火災(zāi)條件下熱膨脹產(chǎn)生的封堵破壞，或者通風(fēng)管道防火閥安裝位置不當(dāng)導(dǎo)致煙氣短路等。設(shè)計(jì)文件中防火分隔構(gòu)件與其他系統(tǒng)接口處理不夠詳細(xì)，在施工過程中接口部位留下隱患，如豎井與樓板交接處防火封堵構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不明確，形成火災(zāi)垂直蔓延通道。

2.2" 施工質(zhì)量問題導(dǎo)致的失效

施工質(zhì)量問題是導(dǎo)致高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)出現(xiàn)故障的重要原因，其表現(xiàn)形式包含材料被替換、工藝出現(xiàn)偏差以及缺少監(jiān)管等方面。第一，施工單位在實(shí)際操作時(shí)，會(huì)發(fā)生私自替換設(shè)計(jì)指定防火材料的現(xiàn)象，如把防火板換成普通石膏板，或者選用防火效果不符合標(biāo)準(zhǔn)的防火封堵材料，從而使得防火分隔構(gòu)件的真實(shí)耐火能力大幅降低。第二，施工工藝沒有得到切實(shí)執(zhí)行，尤其是在管線穿過防火分隔構(gòu)件之處的封堵工作當(dāng)中，未能依照規(guī)定恰當(dāng)固定管線或者留出膨脹空間，造成建筑使用期間由于管線振動(dòng)或溫度改變而引發(fā)封堵層脫落或破裂。豎向管道井內(nèi)防火分隔構(gòu)件安裝精度不足，防火隔板與管道間的縫隙未做封堵，防火閥安裝位置偏離設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致分隔構(gòu)件無法有效阻止火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰及高溫?zé)煔獾穆?。第三，施工現(xiàn)場(chǎng)各專業(yè)施工缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)，已完成的防火分隔構(gòu)件在后續(xù)施工過程中遭到破壞，且未及時(shí)修復(fù)。例如，電氣線路敷設(shè)施工破壞了已有的防火封堵，且未按要求重新進(jìn)行封堵。

2.3" 外部因素導(dǎo)致的失效

高層建筑使用過程中，諸多外部因素作用會(huì)致使豎向防火分隔系統(tǒng)逐步失效。第一，建筑物理環(huán)境長期作用。例如，防火封堵材料因溫濕度循環(huán)變化而老化開裂，建筑沉降變形導(dǎo)致防火分隔構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)間出現(xiàn)縫隙；管道系統(tǒng)運(yùn)行振動(dòng)使防火封堵材料逐漸松動(dòng)脫落。第二，后期裝修及設(shè)備改造對(duì)原有防火分隔系統(tǒng)的破壞，例如，管線升級(jí)改造時(shí)穿越防火分隔構(gòu)件未進(jìn)行封堵，內(nèi)部裝修期間對(duì)豎向管道井防火門實(shí)施不當(dāng)更改，致使原有防火性能降低。建筑使用功能變更，使得火災(zāi)荷載特性發(fā)生改變，但防火分隔系統(tǒng)卻未做相應(yīng)調(diào)整。原設(shè)計(jì)用于普通辦公的樓層改為服務(wù)器機(jī)房或檔案室等具有高火災(zāi)荷載特性的功能區(qū)域，原來那些防火分隔構(gòu)件的耐火性能已經(jīng)無法滿足新功能的需求。第三，建筑日常維護(hù)管理不善，例如，沒有定期檢查防火封堵系統(tǒng)是否完好，沒有及時(shí)修補(bǔ)被損壞的防火分隔構(gòu)件，或者擅自拆除一些防火分隔設(shè)施以便于日常使用。這些情況都會(huì)造成原有防火分隔系統(tǒng)功能降低甚至完全失效。

3 高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)失效防控措施

3.1" 保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性，采取系統(tǒng)集成思路

針對(duì)高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，要從防火設(shè)計(jì)模擬、構(gòu)造細(xì)節(jié)完善、材料體系選用這3個(gè)方面入手，創(chuàng)建系統(tǒng)集成的防火分隔設(shè)計(jì)體系，提升防護(hù)水平和可靠程度[4]。第一，使用性能化設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)防火模擬分析。在設(shè)計(jì)之初就采用性能化設(shè)計(jì)的方法，利用CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）技術(shù)模擬火災(zāi)工況下煙氣和火焰的豎向蔓延路徑，找出火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)通道，提前優(yōu)化防火分隔布置。同時(shí)，利用BIM技術(shù)建立全生命周期防火信息模型，開展結(jié)構(gòu)、機(jī)電、幕墻等系統(tǒng)之間的防火碰撞檢查，保證防火構(gòu)造與其他建筑系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，消除接口沖突和隱患。第二，加強(qiáng)重點(diǎn)部位防火構(gòu)造設(shè)計(jì)，細(xì)化結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。管井、電梯井、外立面與主體結(jié)構(gòu)相交部位等重要部位，采用“三道防線”防火構(gòu)造策略，在樓板與外墻交接處設(shè)置剛性防火封堵、柔性防火封堵和膨脹型防火材料，保證結(jié)構(gòu)變形時(shí)封堵系統(tǒng)仍然完整可靠。豎向管道井采用分段式防火構(gòu)造設(shè)計(jì)，每層設(shè)置防火隔板，管道穿過部位設(shè)置3mm厚膨脹型防火圈，管井每隔3～4層設(shè)置一次完全封閉的防火隔板，形成有效的阻斷層次。外立面防火構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置雙層防火隔離帶，內(nèi)層采用高密度巖棉帶作為基本阻燃材料，外層采用納米氣凝膠復(fù)合材料提高隔熱性能，兩層之間設(shè)置反射隔熱層以防止輻射熱傳導(dǎo)。第三，建立科學(xué)的材料選型機(jī)制，提升系統(tǒng)的綜合性能。材料選擇要按照“溫度-時(shí)間-強(qiáng)度”三維評(píng)估體系，結(jié)合實(shí)際火災(zāi)環(huán)境溫度曲線和構(gòu)件受力特性，科學(xué)搭配防火材料。關(guān)鍵防火區(qū)域優(yōu)先采用多材料梯度防火體系，例如，陶瓷纖維、納米氣凝膠、膨脹型涂料復(fù)合而成的系統(tǒng)，具備耐高溫、低導(dǎo)熱、熱膨脹補(bǔ)償?shù)裙δ埽辉诜阑鹁砗熀头阑饓︺暯又幵O(shè)置500mm寬雙向搭接構(gòu)造，并加設(shè)導(dǎo)向槽，保證高溫變形之后仍然密封可靠。對(duì)于易產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)力的節(jié)點(diǎn)，要開展熱應(yīng)力分析，采用應(yīng)力釋放設(shè)計(jì)，如在剛性防火墻里嵌入柔性防火縫帶，允許±20mm位移，從而提升構(gòu)造的適應(yīng)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.2" 優(yōu)化施工工藝，加強(qiáng)質(zhì)量控制

針對(duì)施工質(zhì)量問題造成的高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)失靈，要從工藝標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)造精準(zhǔn)化以及質(zhì)量管理體系建設(shè)這3方面著手，全方位優(yōu)化施工階段的防火可靠性。第一，編制防火分隔專項(xiàng)施工方案和標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，明確防火封堵、幕墻防火帶、防火卷簾等重點(diǎn)工序的材料配比、施工環(huán)境、施工步驟和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。利用施工圖深化設(shè)計(jì)，把各個(gè)防火節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，編制節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖集。為提升隱蔽工程質(zhì)量，應(yīng)積極引入紅外成像無損檢測(cè)技術(shù)，找出防火封堵內(nèi)部空鼓、裂縫等施工瑕疵[5]。第二，推廣裝配式施工，做到構(gòu)造精準(zhǔn)。防火隔墻采用預(yù)制裝配式墻板，現(xiàn)場(chǎng)通過預(yù)埋鋼板、高強(qiáng)防火螺栓連接，提高安裝精度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)防火包覆改為工廠預(yù)制后現(xiàn)場(chǎng)拼裝，利用三維掃描技術(shù)獲得準(zhǔn)確尺寸，定制包覆構(gòu)件，接縫處采用搭接密封帶和耐高溫密封膠雙重保護(hù)。防火玻璃安裝要求恒溫恒濕，接縫寬度（6±1）mm，使用耐溫不低于300℃的有機(jī)硅膠，保證密封和耐火效果。第三，創(chuàng)建防火分區(qū)全程質(zhì)量追溯體系。在重要材料上加貼二維碼身份識(shí)別標(biāo)簽，記載其批次、性能、進(jìn)場(chǎng)日期及施工人員等信息，做到全生命周期溯源管控。施工現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行多專業(yè)交叉作業(yè)專項(xiàng)交底制度，所有穿過防火分區(qū)的管線安裝完畢后，必須實(shí)施專項(xiàng)驗(yàn)收并做補(bǔ)封復(fù)查。加大對(duì)防火門安裝質(zhì)量的把控力度，利用精準(zhǔn)量具校準(zhǔn)門框與墻體之間的縫隙大小，保證尺寸均勻且密封性良好，全方位守護(hù)防火結(jié)構(gòu)的完備性與有效性。

3.3" 加強(qiáng)使用階段管理，延緩?fù)獠恳蛩卣T發(fā)的失效進(jìn)程

針對(duì)高層建筑使用過程中外部因素導(dǎo)致的豎向防火分隔系統(tǒng)失效問題，從管理制度、技術(shù)措施、應(yīng)急機(jī)制等3個(gè)方面出發(fā)，提升防火分隔系統(tǒng)的耐久性與適應(yīng)性。第一，建立防火封堵系統(tǒng)巡檢與維護(hù)制度。物業(yè)或消防責(zé)任單位要制定防火分隔系統(tǒng)維保計(jì)劃，每季度巡查一次，重點(diǎn)檢查防火封堵部位有無老化、脫落、裂縫等現(xiàn)象，特別是管井、電梯井、樓板穿越處等重要部位，配備熱成像、紅外掃描等檢測(cè)設(shè)備，對(duì)防火封堵系統(tǒng)進(jìn)行無損檢查，做到防患于未然。第二，規(guī)范后期裝修及改造工程的防火審核工作，所有穿越防火分隔構(gòu)件的管線增設(shè)、拆改工程均需提供防火影響評(píng)估報(bào)告，由專業(yè)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)防火性能不被破壞后方可施工。改造中造成破壞的部分需現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)并組織專項(xiàng)驗(yàn)收，防火門不得擅自拆除，不得更換非認(rèn)證產(chǎn)品。當(dāng)建筑使用功能發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)同時(shí)調(diào)整防火等級(jí)和材料配置，以保證防火系統(tǒng)與新的火災(zāi)荷載相匹配。第三，搭建防火分隔智能監(jiān)管平臺(tái)，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力，在建筑重要節(jié)點(diǎn)設(shè)置溫濕度傳感器、結(jié)構(gòu)位移檢測(cè)器以及視頻識(shí)別裝置，創(chuàng)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。平臺(tái)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與消防體系聯(lián)動(dòng)，能自動(dòng)識(shí)別防火構(gòu)件受損或功能下降的狀態(tài)，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，便于物業(yè)和消防人員及時(shí)介入。物業(yè)管理制度中應(yīng)明確防火設(shè)施不得私自拆除的規(guī)定，并設(shè)立處罰條例，以增強(qiáng)使用者的守法意識(shí)。通過制度保障與技術(shù)手段的融合，顯著降低外部因素對(duì)防火分隔系統(tǒng)的不利影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑豎向防火分隔系統(tǒng)作為遏制火災(zāi)垂直蔓延的重要屏障，其有效性對(duì)于人員安全疏散與建筑的整體防火性能具有重要意義。針對(duì)其失效機(jī)理，可從保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性、優(yōu)化施工工藝以及加強(qiáng)使用階段管理等多個(gè)維度入手，構(gòu)建全方位、多層次的防控體系，進(jìn)而有效提升高層建筑的防火安全等級(jí)。

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