基于高层建筑火灾特点的防火设计研究

摘要：随着城镇化的不断加快，高层建筑的数量也逐渐增加，虽然高层建筑赋予了城市更多的生命力，但一旦出现火灾，将会带来巨大的人员伤亡和经济损失。这就需要相关人员总结高层建筑火灾救援的难点，找到高层建筑火灾救援的关键，最大限度提高救援质量，减少人员伤亡和经济损失。文章在分析高层建筑火灾成因与特点的基础上，探讨安徽广播电视台的建筑消防设计要点。关键词：高层建筑;火灾特点;建筑消防设计随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，加之城市用地紧张，高层建筑数量不断增加。高层建筑一般都地处繁华地段，人员相对密集，一旦发生火灾，现有的消防设备很难快速开展灭火工作，导致火势进一步蔓延，造成严重的人员伤亡和经济损失。火灾也成为“摩天大楼”致命的隐形“杀手”，高层建筑火灾扑救成为了一个世界性的问题，与此同时，也是城市消防的“软肋”[1]。2010年，上海静安区公寓火灾造成58人死亡、71人受伤，建筑物过火面积12000m2，直接经济损失1.58亿元。2017年，伦敦高层公寓大火共造成81人遇难，是伦敦29年来最惨重的火灾。这些惨痛的案例警示我们不仅要提升高层建筑火灾防控能力，认真执行《中华人民共和国消防法》，严格落实“预防为主，防消结合”的安全工作方针，而且要提升大众的消防安全意识和火灾逃生自救能力。一、高层建筑火灾成因及特点（一）高层建筑火灾成因第一，电气火灾成为高层建筑的最大“杀手”。高层建筑使用大量的电气设备，且用电集中，导线设备长期处于高温的状态，极易造成电缆老化，从而造成因电气线路、用电设备及供配电设备出现故障性释放热能引发的火灾。在实际工作中，安徽广播电视台新中心在进行常规建筑消防设施年检的基础上，新增了“电气防火安全”检测，消除因电气设备短路、发热、漏电等造成的火灾隐患。新中心是一级用电负荷单位，供电设计总容量为40000kVA，强电井有300多个，线缆长度有数百千米，楼内大功率电器负载多，线缆接头也多。针对复杂的供配电系统，我们在电气系统正常运行的状态下，依据国家和行业标准，使用红外测温仪、红外热像仪、超声波泄漏探测仪和真有效值电流表等电工仪表，对配电柜、照明配电箱、照明灯具、插座等实施非接触式检测，快捷地发现过热和火花放电部位，正确判断电气系统不同部位所存在火灾隐患的性质、原因及危险程度。通过测试保证了设施设备符合《电气防火检测技术规范》要求，保障设备安全运行。第二，高层建筑材料的防火性能不足。在实施建设的过程中，部分施工单位为了降低建筑材料成本，选择了一些质量不达标的装饰材料，防火性能的降低提高了火灾发生的可能。另外，在装修的过程中，为了提升视觉和舒适的满意度，也会大量使用易燃可燃的装饰建材，一旦发生火灾，易燃可燃材料会加速火势的蔓延，并且释放出有毒有害气体，增加了消防救援工作的难度[2]。第三，居民的消防知识、防火意识薄弱。家中存放的可燃物、随意丢弃的烟头、用电用气的不規范等，这些因素极易造成火灾的发生。装修过程中，部分人员不按照规定要求进行操作，进行违章作业也会引发火灾。在高层建筑出现火灾以后，初期只是可燃物的燃烧，但如果一氧化碳浓度达到1.3%时足以让人失去知觉，面对突如其来的火情，很多人会失去理智，慌乱中做出一些错误的逃生方法，错过了最佳自救的时间。（二）高层建筑火灾特点第一，火势蔓延速度较快。高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井等竖向井道多，如果防火分隔处理不当或者管道井封堵不严密，发生火灾时，高层建筑就像烟囱一样，导致火势迅速蔓延，而且建筑高度越高，所造成的“烟囱效应”越强烈。实验资料证明，超高层建筑中火灾烟气沿着垂直楼梯间、电梯井等竖向井道垂直上升的速度可达3～4m/s，有时甚至可达8m/s。第二，人员疏散困难。高层建筑的层数较多，垂直地面距离也长，安全疏散逃生的主要途径是消防楼梯，若要将被困人员安全疏散到地面，少则几十分钟，多则几个小时。而且层数越多，人员越多，疏散时间越长。另外，火灾时因受烟气的威胁和断电后黑暗的恐慌，人的本能恐惧心理和逃生欲望会使人们涌向安全通道，大量的人流在有限的楼梯间聚集后，极易造成疏散困难甚至发生拥挤、踩踏等事故。第三，高层建筑钢结构耐火性不足。在高层建筑建设过程中，基本上都采用的钢结构，在强度、塑性、韧性和弹性方面都有很大的优势，但是建筑的防火性能也随之大大降低。钢结构在建筑过程中有着非常良好的热传递性，使得火灾的毁灭性加强。例如：纽约世贸中心大楼在“9·11”事件中倒塌的原因是由于钢结构被烧后支撑力减弱引起的。第四，火灾扑救难度大。高层建筑起火时，若起火点在建筑上部楼层，消防云梯无法到达，消防队员就无法在外部进行灭火。另外，火灾中产生的烟雾较大且火情发展迅速，在消防人员抵达现场后，很难第一时间接近起火点，并受到高层建筑消防用水量不足等因素的影响，给火灾扑救带来了很多阻碍。二、安徽广播电视台建筑消防设计要点作为安徽省合肥市地标的安徽广播电视台新中心，始建于2009年8月，2013年6月正式投入使用。新中心主楼高226.7m，楼顶附属结构高13m，天线发射塔高62m，总高度达301.7m。其中，东区面积24.3445万m2，地上建筑面积为19.478万m2，地下建筑面积为4.8665万m2。新中心是单层、多层和超高层组合的多功能复杂建筑，整栋建筑及各单位均采取回廊设计，按照单多层建筑组合防火设计一致性和主裙楼建筑防火设计一致性原则，按照一类超高层公共建筑进行防火设计，消防防护等级为一级，安徽广播电视台新中心被列为省消防安全重点单位。安徽广播电视台新中心不仅具有办公用途，还有演播厅、各类机房、变配电所等用房，具有结构复杂、可燃物多、功能性布局多样等特点，一旦发生火灾将会迅速蔓延，导致扑救难、逃生难，为了有效发挥新中心消防防火系统作用，在建筑消防设计上具有以下几个要点：（一）建筑总平面布局的消防设计单体建筑防火间距不应小于一级耐火等级建筑要求的13m。建筑外部设计了救援场所和消防通道，其中救援场地的长度和宽度分别不小于20m和10m，可承载70t重型消防车进行作业;建筑内设计了14台消防电梯，作为大楼救援行动的内外部联系通道。另外，合理设计新中心建筑内的防火设施，并且保持消防水源的分布和消防车道的合理性，一旦出现火灾问题，就能在最短时间内展开灭火行动，将火势控制在合理的范围当中，保障人员安全的逃生。（二）建筑结构消防设计建筑内部共划分182个防火分区，其中面积在2000m2以上的为19个，面积在3000m2以上的超大防火分区为12个，防火卷帘、防火门（常开）分别为90台和94樘，各种防火分隔设施的耐火极限均不低于3h。（三）建筑动力消防设计首先是防火调节阀设计。在风管内设计有70℃防火阀，在火灾时阀能自动关闭，对失火房间进行防火隔离。其次是机械防排烟和补风系统设计。竖向防排烟系统以避难层为界分为3段;车库、人防、餐厅等区域沿水平方向布置机械排烟系统，并按照50%排风量设计独立的机械补风系统;演播厅、舞台基坑等按照50%排风量由空调新风管进行机械补风。再次是消防给排水系统设计应独立于生活水、雨水、污水系统，消防给排水设计为临时高压系统，分高、中、低三個区，每区建筑高度不超过100m。最后是消防用电设计，作为一类高层建筑，消防用电为一级负荷中特别重要的负荷，除采用专用回路由两路电源供电外，还需纳入自备柴油发电机的供电范围;消防泵、防排烟风机、消防电梯等重要消防设备的供电采用双电源自投的方式[4]。（四）安全疏散路线的设计首先，消防救援人员根据发生火灾时的火势蔓延情况，或者是烟气传播的情况，进行合理的预测，最大限度分析科学的疏散路线。结合新中心建筑内部结构比较复杂的特点，设计合理的疏散路线，保证从公共走道到疏散楼梯、安全出口的应急照明保障和疏散指示醒目，确保疏散通道畅通。作为全国重要经济目标防护试点单位、省火灾高危单位，新中心自2013年投入运行以来，连续7年进行了安全疏散演练。组织职工学习疏散演练方案，安全员宣讲演示疏散时的注意要点，通过演练，职工安全意识得到了提高，并且熟练掌握了应急疏散预案，增强了应急处置的能力。其次，安全疏散合理布局。在首层布置了68个直通室外的疏散进出口，其中东区地上31个、地下10个;西区地上24个，地下3个。建筑内部设计41个疏散楼梯（其中9个人防楼梯），作为大楼内部各层、各防火分区的疏散出口与首层地面疏散出口的联系通道。最后，安全疏散避难层的设计，这是保障人员安全疏散的有效措施之一。新中心分别在主楼15层、30层和45层设计了3个避难层，高度分别为84.6m、150.8m、214.6m。通过合理的建筑消防设计，可以充分发挥新中心消防防火系统作用，将初起火灾控制在