浅谈高层建筑的消防性能化设计

随着国民经济的迅速发展，我国城市建设突飞猛进，高层建筑如雨后春笋般崛起，特别是出现了不少大体量的综合性的高层建筑，这对改善城市景观和人民居住条件起到了积极作用。建筑物的高度和广度的不断增加和人们生活水平的不断提高，对消防的安全程度、可靠性和建筑物抗御火灾能力等方面提出了更高的要求，从高层建筑火灾日见增多的趋势中，我们应清醒地看到高层建筑自身潜伏着火灾隐患的严重性，看到火灾造成的后果的残酷性和技术装备的局限性，看到探索如何避免和最大限度地降低其火灾危害的迫切性。对此，本人根据自己的实践和借鉴国内外高层建筑火灾的案例、结合当前我国高层建筑消防工作的现状，谈谈对高层建筑的消防性能化设计的几点思考。
　　一、优化建筑结构
　　全世界对建筑内结构消防的要求多种多样。但多数建筑规范都是采用很简单的方法，所有建议都可从数据表中获得，这些建筑中真正的火灾危险等级尚未被正确认识。
　　在建筑分析设计中，要求结构消防要根据建筑内“真实的”火灾场景来设计，也就是设计时要考虑到可能发生的“最坏”火灾场景。还有一些工程工具可以用来确定“最坏可能”火灾对建筑结构的影响。用这种分析方法也能确定结构的消防要求建筑实际的保护能力需要试验来检验，这个试验包括按照标准ISO温度曲线对试验单元进行加热。ISO温度曲线不受火灾荷载、结构材料、建筑的几何尺寸和防火分区的通风等因素的影响。这纯粹是一个用于标准试验的通用温度曲线。
　　在高层建筑设计中，应根据建筑物不同使用性质、采用结构类不同等因素，尽量布置环形走道、双向走道或无尽端房间的走道、“人”字型走道。这样布置交通的优点是，既方便平时使用，火灾时又能迅速使人们安全疏散。现举有代表性的高层住宅、办公建筑、旅馆实例如下：高层住宅建筑，一般采用无尽端房间的外廊式或内廊式走道，对于塔式住宅，其特点是以电梯、楼梯和公共走道组成一个平面核心，所有的住户都分布在核心的四周。这种平面形式布置紧凑，既方便平时使用，又便于火灾时紧急疏散。办公和旅馆高层建筑，凡采用大空间办公室的，大多采用环形走道或双向走道。
　　另外在高层建筑中，为了美观往往设有吊顶，隐藏结构梁及各专业管道。而走道通常是各种管道最为集中的地方，特别是设置集中空调的高层建筑，结构梁、空调风管以及分层布置的给排水、电力管线等使设有吊顶的走道净空降低。由于走道内管道众多，设计中往往会出现直接在自喷配水管上、下接喷头的错误做法。首先这种接法不符合配水支管允许设置喷头数量（≤8个）的规定，其次走道内的自喷配水管往往管径较大，它缺少接小管径喷头的管件，在安装上也有弊病。所以，走道内的喷头应该从配水支管上接出为宜，在管线的布置上应与暖通、电力专业密切配合
　　二、完善防烟设施
　　近年来，高层建筑火灾事故呈明显上升趋势，群死群伤事故时有发生，给国家和人民生命财产造成了极大的损失。统计资料显示，在各类火灾事故中，绝大部分的人员伤亡都是因烟气窒息、中毒，不能安全疏散所致。从这些火灾事例足见防排烟在高层建筑消防安全中的重要地位。如何才能做到火灾发生时及时排除烟气并有效防止烟气进入安全疏散通道，保证人员在较好的能见度下进行安全疏散，同时使消防人员更有效的开展灭火救援工作，最大限度地减少高层民用建筑火灾事故中的人员伤亡，科学地进行防排烟设计、施工、管理尤为重要。当前，由于部分设计、施工人员对国家规范标准理解不够透彻、全面，导致在疏散走道、疏散楼梯间、前室、合用前室、避难层等人员疏散场所的防烟设计、施工上存在一些缺陷，导致工程在设计、施工中存在一些明显的火灾隐患。
　　火灾中烟气蔓延扩散的主要通道是楼梯井或电梯井，因为他们直接贯穿建筑的所有楼层。烟气扩散主要是由于众所周知的“烟囱效应”。烟囱效应是由于内外气候条件不同引起烟气向上(冬季)或向下(夏季)运动，直到达到一中性平面，然后烟气开始横向扩散。所以，必须设法减小烟囱效应，组织烟气从着火楼层向楼梯井或电梯井扩散，否则就会影响人员疏散或造成烟从楼梯井或电梯井扩散到其他楼层。
　　在有的设计图纸中，当防烟楼梯间及其前室（非与消防电梯合用前室）均不具备自然排烟条件时，防烟楼梯间及前室分别设置了正压送风。根据《高层民用建筑设计防火规范》规定：不具备自然排烟条件的防烟楼梯间应设置独立的机械加压送风的防烟设施，其不具备自然排烟条件的前室可以利用楼梯间送风的余压达到规范要求，无需再设置正压送风，从而满足经济合理要求。但实际的工程中，许多设计人员或施工人员，都忘了在楼梯与前室之间设计、安装一个余压阀，导致实际上楼梯间的风压无法进入前室，造成楼梯间的风压太大，影响到疏散，而前室只靠楼梯防火门的缝隙漏风，风压又不足的事实。
　　另外，排烟阀的安装位置要正确。由于施工人员对排烟阀的作用不理解，认为与送风阀什么两样，造成排烟阀经常被很规矩地安装在墙面的正中位置。其实排烟口的设计、安装是有明确要求的，如排烟口应设在顶棚上或靠近顶棚的墙面上，且与附近安全出口沿走道方向相邻边缘之间的最小水平距离不应小于1.5米，设在顶棚上的排烟口，距可燃构件或可燃物的距离不应小于1.0米。
　　三、提高疏散效率
　　保证生命安全是建筑规范最根本的目的。建筑设计要求的最完美功能是在发生紧急情况(如火灾)时，人员能够安全撤离。这对高层建筑提出了严峻的挑战，因为高层建筑中人员众多，且撤离时要经过垂直方向的较长距离。
　　一般建筑的疏散方法大多都是遵循“同时)疏散”的原则。利用这个原则，楼梯就要设计得足够宽，以便于所有人员都能同时撤离。现在已发现，对于内有大量人员的高层建筑，采用“同时疏散“是行不通的。所以就出现了“阶段疏散”系统，也就是在火灾事故中分不同的阶段进行疏散。要利用好消防电梯。在设计电梯时必须考虑到，应急电梯的控制程序必须达到这样的要求：一旦火灾警报启动，能够确定使用哪一部电梯。设计这种系统时必须非常仔细认真，要考虑到增压、电梯前厅的分隔、建筑管理和出口设置等许多基本问题。
　　另外，设置高层建筑避难层（间）是十分必要的。设置避难层（间）是保障高层建筑内人员在火灾时安全脱险的一项有效的措施。就高层建筑来说，人员众多，紧急疏散是个大问题。层数在25层以上的办公、旅馆等人员较多的高层公共建筑，均宜设置避难层（间），但为既基本满足安全疏散需要，又能节约投资，宜缩小设置范围。设置避难层（间）的歧视高度，主要与当地拥有消防登高车的作业高度和消防队员能承受的最大体力消耗等因素有关
　　四、利用预警系统
　　向建筑内人员发出警报的典型主动报警系统包括电铃信号、自动音响信号、自动记录信息和文本信息、手持音响报警信号和可见光信号。现在的很多指令性规范都要求高层建筑结构要有预先录制的话音报警系统。但是，仍然有许多国家对报警系统的要求很简单。按照有的规范，只要在靠近防火分隔的疏散楼梯内有警铃就足够了。这种系统在安全方面可能存在一些隐患，因为人员的响应时间可能很长，警报的可知度无法保证，再加上人员不熟悉建筑情况和疏散路线而不知晓有关信息。采用这种简单报警系统的建筑，要想实现阶段疏散和控制疏散过程是不可能的。
　　因为高层建筑主要用于办公，所以里面的人员相对较多，疏散时排队等候的时间要超过实际行走的时间。行走时间取决于到楼梯的距离和人员行走的速度。指令性建筑规范对人员到楼梯的距离进行了限制，以保证人员在非保护区内不要走太长的距离。当依据基本原则和模型对烟气运动和结构火灾特性进行设计计算时，对整个疏散时间的预测就更加不准确，主要是依靠主观假设。现在已经有了先进的人员疏散模型，用它来确定疏散时间相对更好一些。
　　本文只是初步探讨了高层建筑消防性能化设计的几个问题，实际上高层建筑消防涉及许多方面，而且不能相互割裂。高层建筑的防火设计是一个持续性的课题，随着近年来超大型建筑的出现，其功能的复杂化和不断出现的新的问题，有待建筑设计人员和消防专业人士做进一步的探讨和研究。