高層公共建筑消防安全設(shè)計要點分析

陳 剛

（巢湖市城市防洪排澇管理站，安徽 合肥 238000）

0 引言

近年來，社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，中國棚戶區(qū)改造與城市化進程加快，以多層建筑與低層建筑作為常規(guī)城市建筑的代表，已無法滿足日常生產(chǎn)生活需要，一幢幢高層建筑逐漸成為一個城市的標志，一方面為城市節(jié)省土地資源，另一方面又減輕城市人口住房壓力，給城市綠化及生產(chǎn)生活帶來更大空間。但是在高層建筑日益擴大的今天，它的防火問題卻成了消防領(lǐng)域乃至建筑界急需解決的一個棘手問題。

王夢瑤[1]通過分析高層建筑火災特點指出：高層建筑的建筑高度極高，一旦發(fā)生火災，火災走勢的途徑較多，容易造成立體火災，極容易發(fā)生蔓延。并且火勢蔓延較快的同時，高層建筑由于具有一定的高度，其風速也在逐層加大，因此火勢不易控制，故而提出了完善消防施工質(zhì)量的保障體系的建議。郝廣雨[2]認為高層建筑內(nèi)部復雜，疏散困難。當電梯不能使用時，人們不易逃生，只能躲藏。同時外圍防護物易坍塌，一旦發(fā)生火災，在相應的時間內(nèi)，易失去承重能力而坍塌，對人員造成危險，因此該文對完善消防施工企業(yè)的人才隊伍，進行了強調(diào)。吳振坤[3]經(jīng)實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，救援難度大。撲救高層建筑火災具有較大困難，消防車高度不夠，難以接近起火點，當造成大面積火災時，消防水量容易不足，如果沒有安裝消防電梯，消防人員不易及時到達起火點進行撲救，其火勢會隨時間而加大，其危險系數(shù)也會增加。因此該學者呼吁相關(guān)部門要增強協(xié)調(diào)機制，發(fā)揮監(jiān)理單位職責，并相應地加大政府監(jiān)管力度。通過以上相關(guān)研究可知，目前在學術(shù)上，關(guān)于高層建筑的消防問題已經(jīng)引起不少學者的重視。

但是目前在關(guān)于高層建筑的研究方面，對于公共建筑的研究卻多是從戰(zhàn)略以及政策上提出相關(guān)建議，缺少相關(guān)施工工程中需要注意的事項，基于此，本文主要討論高度超過50m 不超過100m 的公共建筑，系統(tǒng)分析了建筑工程項目的消防安全需求，并在設(shè)計的過程中通過技術(shù)應用的形式確保消防安全需要的全面達成[4]。

1 建筑消防安全的重要性

1.1 工程管理層面

消防安全是一般民用建筑中安全管理的重要一環(huán)，對消防安全相關(guān)設(shè)計開展能夠有利于“預防為主”的目標全面達成。因此定期進行質(zhì)量審查，讓所有參與質(zhì)量控制的員工都會參加會議，可以有效提升管理層對于建筑消防安全的重視；

1.2 建筑經(jīng)濟管理角度

消防安全問題對于建筑整體經(jīng)濟管理而言是尤為重要的，若存在設(shè)計失誤的情況，則后續(xù)進行工程改造或問題處理產(chǎn)生的經(jīng)濟損失不可估量。因此加強質(zhì)量協(xié)調(diào)體系，比如從內(nèi)部協(xié)調(diào)入手，對諸如噴水、氣體滅火、自動火災探測器、連接系統(tǒng)等進行精細化管理，從外部入手，對土建、機電安裝、裝修技術(shù)等相關(guān)實施單位做好協(xié)調(diào)調(diào)動，才可以將財務成本降至最低。

1.3 社會影響角度

建筑消防安全問題一旦發(fā)生則造成的不良社會影響是十分嚴重的，甚至可能引發(fā)大規(guī)模的財產(chǎn)損失和人員傷亡事件。故而規(guī)范質(zhì)量責任制度，明確質(zhì)量驗收制度，對于降低安全事故的發(fā)展尤為重要。

2 消防安全設(shè)計構(gòu)成與技術(shù)內(nèi)容

2.1 建筑工程

在建筑設(shè)計時，高層公共建筑涉及消防安全方面主要有各樓層的平面布置，建筑構(gòu)配件的耐火極限以及建筑保溫等；

其中，建筑各樓層的平面布置設(shè)計尤其重要，因為這是保證火災時人員能夠安全撤離的基本保證。因此在對公共建筑進行設(shè)計前，首先要根據(jù)建筑的使用性質(zhì)來進行總體規(guī)劃，比如商業(yè)建筑和醫(yī)療建筑對人員疏散距離的要求就完全不同。設(shè)計時，要根據(jù)這些功能需求各異的高層建筑綜合考慮建筑內(nèi)的疏散走道寬度、樓梯寬度、各房間的面積及疏散門數(shù)量、各房間最遠點至疏散門的距離、電梯前室或消防電梯前室的使用面積等；

而在關(guān)于建筑構(gòu)配件的選擇上，要充分考慮其建筑材料的耐火極限，尤其要注意疏散走道兩側(cè)的墻體、防火門的選用、消防電梯或普通電梯層門的耐火極限等等；

至于建筑保溫導致的火災風險，更是公共高層建筑進行設(shè)計施工時需要注意的關(guān)鍵點。例如2010 年11 月15 日上海市靜安區(qū)膠州路的教師公寓的火災、2022 年9 月16 日湖南省長沙市芙蓉區(qū)的中國電信大樓火災，都是因為建筑保溫材料選擇不當而導致的火災發(fā)生。所以在設(shè)計時，對于高層公共建筑的外墻保溫材料應該嚴格按照《建筑材料燃燒分級》（GB8624-2012）規(guī)范要求一律選用燃燒性能為A 級的保溫材料[5]。

在對高層公共建筑進行內(nèi)部裝修設(shè)計時，對于有些部位如隔斷、固定家具、裝飾織物等的選擇，不僅要根據(jù)《建筑材料燃燒分級》（GB8624-2012）規(guī)范要求進行規(guī)范施工，同時也要充分考慮到高層公共建筑自身的特點，比如在對醫(yī)院高層建筑進行設(shè)計時，盡量不要選用燃燒性能為B3的裝修材料。

2.2 電氣工程

電氣工程是高層公共建筑的重要組成部分，消防安全設(shè)計部分對弱電工程和強電工程均有涉及。

在設(shè)計過程中需要考慮的是，對于強電部分，首先需要保證消防設(shè)備用電的負荷等級要達到一級。一般來說，正常情況下消防用電設(shè)備和一般的用電設(shè)備使用的是同一路電源，但是當發(fā)生火災時，常用電氣設(shè)備的電源會被切斷，可是消防用電設(shè)備，比如防排煙風機、消防電梯和消防水泵等都卻依舊要保持正常工作，所以對用電負荷的要求比較高，必須做好充足的設(shè)計，由此滿足高層建筑的消防基本需求；

對于弱電部分，主要包括火災自動報警系統(tǒng)和應急照明和疏散指示系統(tǒng)?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)主要實現(xiàn)的是預警和聯(lián)動控制的功能，在發(fā)生火災時，這套系統(tǒng)的作用舉足輕重，所以要特別重視。根據(jù)火災時的實際情況，設(shè)計時為了保證整個系統(tǒng)的正常運行，選用的報警系統(tǒng)的線路均應為耐火及低煙類型；應急照明和疏散指示系統(tǒng)的主要作用是在火災時正常的照明被切斷時，人員能夠安全疏散的重要保證，其作用不言而喻。設(shè)計時尤其要注意應急照明燈具和疏散指示燈具的位置布置應利于人員的緊急疏散以及燈具的電壓等級選用以及供電電源的可靠保證等。

2.3 給排水工程

根據(jù)火災的特點分析可知，火災一般都是在初期還未蔓延開來的時候進行撲滅才能達到最佳的效果，所以如何保證火災初期的消防用水是首先需要考慮的問題。

消防用水主要包括室內(nèi)外消火栓和自動噴淋系統(tǒng)，對于室外消火栓用水，一般都是由市政供水管道進行保證，而室內(nèi)消火栓和自動噴淋系統(tǒng)的用水，考慮到水量和水壓的問題，一般都是通過儲水的方式保證。

對于高層公共建筑來說，整個建筑內(nèi)部的消防用水一般都應采用臨時高壓系統(tǒng)，這套系統(tǒng)中屋頂設(shè)置消防水箱以保證火災初期的消防用水的用水量和水壓，而設(shè)置在建筑內(nèi)的消防水池，則是撲滅火災時的消防用水強有力的保證。所以在進行設(shè)計時，首先要考慮消防用水量來確定消防水池的容積，就本文討論的公共建筑而言，消防用水的用水量需求可參考表1。

表1 消防用水量計算參考值

其次對于自動噴淋系統(tǒng)的系統(tǒng)選型，設(shè)計時一定要注意高層公共建筑所在地的平均氣溫情況來具體選擇濕式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)或預作用系統(tǒng)等；而噴頭在設(shè)計選用也是同樣的道理。

2.4 暖通工程

火災時，對人體傷害很大的就是燃燒時產(chǎn)生的有毒煙氣，從消防設(shè)計的角度來說，防排煙工程的主要作用就是如何防止這些有毒煙氣在火災時對正在疏散的人產(chǎn)生傷害。在設(shè)計之初，首先要全面了解防排煙系統(tǒng)的功能。簡單來說，防排煙系統(tǒng)主要分為防煙系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)。

2.4.1 防煙系統(tǒng)

防煙系統(tǒng)的主要作用是防止火災發(fā)生時煙氣對于人員疏散必須經(jīng)過的前室和樓梯間的侵襲，對于高層公共建筑而言，前室和防煙樓梯間均應設(shè)置機械加壓送風系統(tǒng)，設(shè)計時對送風系統(tǒng)風機的選型，加壓送風口的位置布置都要結(jié)合建筑的布局而進行，設(shè)計時尤其要注意的是機械加壓送風系統(tǒng)的送風量要滿足走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布的要求，同時也要注意余壓值設(shè)計，余壓值過高會對人的健康產(chǎn)生危害，過低又達不到預防煙氣侵擾的要求；通常情況下，前室和走道之間壓差宜為2～30Pa；樓梯間與走道之間的壓差宜為40～50Pa。具體的加壓送風量應經(jīng)過計算確定時，但是計算時要考慮門洞以及常閉送風閥的漏風量。同時設(shè)計送風管道時，對于相關(guān)材料的選擇也需要特別注意，如管道不應使用土建風道且耐火極限要滿足《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB51251-2017）規(guī)范要求。

2.4.2 排煙系統(tǒng)

通常情況下，高層公共建筑地上房間的排煙設(shè)計優(yōu)先采用自然排煙方式。在設(shè)計時，無論采用自然排煙還是機械排煙，應注意同一個防煙分區(qū)應采取同一種排煙方式，同時進行防煙分區(qū)的劃分時，要結(jié)合建筑內(nèi)部的平面布置進行，且防煙分區(qū)不應跨越防火分區(qū)。設(shè)計為自然排煙時，要注意自然排煙窗（口）的設(shè)置位置要能滿足防煙分區(qū)內(nèi)任何一點到最近的自然排煙窗（口）的距離不能大于30m 的要求，且要設(shè)置手動開啟裝置，同時還要注意自然排煙窗（口）的有效開啟面積應該能夠滿足《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB51251-2017）規(guī)范要求[6]。

高層公共建筑有些場所必須設(shè)置機械排煙設(shè)施，比如建筑的地下部分以及大空間辦公或商業(yè)場所。在對以上這些場所進行機械排煙設(shè)計的時候：（1）要明確的是防煙分區(qū)的劃分是通過擋煙垂壁、結(jié)構(gòu)梁還是隔墻進行，儲煙倉的高度是否滿足《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB51251-2017）規(guī)范要求；（2）排煙系統(tǒng)應豎向分段獨立設(shè)置以及固定窗的設(shè)置，至于固定窗的設(shè)計，規(guī)范上有明確的要求；（3）排煙口不宜離安全出口的距離過近。

另外，根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB51251-2017）規(guī)范要求，高層公共建筑除了地上部分的走道和面積小于500m2的房間外，設(shè)置了機械排煙的地方應該設(shè)置補風系統(tǒng)，補風量設(shè)計不應小于機械排煙量的一半；如果補風系統(tǒng)是通過機械補風口而非自然補風的話，還要注意補風口的風速設(shè)計不宜過大，尤其是人員密集場所不宜大于5m/s。

無論是機械排煙系統(tǒng)還是機械補風系統(tǒng)的管道設(shè)計，實際在消防驗收過程中，經(jīng)常發(fā)生防排煙管道的耐火極限不滿足要求，后期整改花費了很大的人力物力財力，所以在設(shè)計時應該重點注意。

3 關(guān)于建筑消防安全設(shè)計的創(chuàng)新思考

對于大型建筑工程項目而言，消防安全是能夠保障建筑在特殊情況下的整體安全性，上文中對于建筑消防安全設(shè)計的相關(guān)技術(shù)要點進行明確，從實際應用的角度來看，仍有相當一部分工程項目存在消防安全設(shè)計不到位，因此筆者在展開研究的過程中，也同步考慮到可針對上述問題提出一定的創(chuàng)新思考。

（1）對于多種新興技術(shù)的應用，我國信息化技術(shù)、計算機科學技術(shù)等前沿技術(shù)形式處于世界領(lǐng)先水平，相關(guān)技術(shù)體系也為各行各業(yè)的多種疑難問題提供了較為完備的應用解決方案。對于建筑工程消防安全的若干問題而言，同樣可利用新型技術(shù)形式優(yōu)化當下管理。譬如BIM 技術(shù)作為建筑工程領(lǐng)域發(fā)展較為成熟的一種信息化管理技術(shù)，實際上可應用在建筑工程消防安全設(shè)計工作當中，其所具有的三維模型轉(zhuǎn)換以及高密度信息管理的能力對于復雜工程項目的消防安全效果評估、平行設(shè)計方案選擇具有指導意義。

（2）從行業(yè)技術(shù)體系以及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）規(guī)范標準的要求，我國具有較為完善的工程技術(shù)管理體系和行業(yè)法規(guī)，但在實際應用過程中，從消防安全設(shè)計的角度來看，技術(shù)體系所指引的一系列內(nèi)容仍然不夠細化，在實際應用當中仍存在參考不充足的問題。這就導致了有相當一部分工程項目從《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）規(guī)范標準的層面上消防安全滿足要求，但在實際應用過程中仍具有一定的表現(xiàn)缺陷，從而造成了安全問題。因此可針對行業(yè)實際應用，細化當下現(xiàn)有技術(shù)標準及行業(yè)規(guī)范，確保在工程項目設(shè)計過程中能夠?qū)ο嚓P(guān)內(nèi)容形成完善參考。

4 結(jié)論

建筑工程項目的消防安全需要多種工程形式的共同保證，在設(shè)計過程中也需按照實際工程項目的需求、應用正確的技術(shù)體系才能夠確保消防安全需求的全面落實，保障建筑整體使用品質(zhì)及人員財產(chǎn)安全。從行業(yè)發(fā)展的角度來看，我國關(guān)于工程安全的重視程度正在逐步提升，同時在建筑工程市場需求方的角度也對安全問題逐漸重視。本文所述內(nèi)容主要是圍繞著建筑工程項目安全設(shè)計所展開的，力求最大限度地保障工程消防安全，為行業(yè)健康發(fā)展保駕護航。