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浅谈高层建筑防火与疏散设计

发布时间:2016-12-17      文章来源:未知

摘要:随着我国经济的不断发展与繁荣,高层建筑不断增多,但高层建筑重大火灾也时有发生。而造成这一情况的原因,往往与高层建筑数量多、体量大并且功能也越来越复杂的特点息息相关。由于不同类型的高层建筑是人们生活和生产的主要场所,同时更是财产高度集中的场所,因此可以说对人们的危害是最直接、最严重的就是高层建筑火灾,所以近年来火灾防治的主要方面就是高层建筑火灾。近年来火灾的发生随着商业建筑的不断增多,组件呈现出上升的趋势。给而商业建筑的防火和安全疏散设计在其大规模、大空间、多功能的特点下往往会比普通建筑的更加的困难。因此,社会目前对商业建筑防火与疏散设计的关注重点就是如何预防和减少火灾的损失。因此,研究高层建筑防火与疏散设计,具有十分重要的意义。
 
关键词:高层建筑 防火 疏散设计
 
Abstract: As China's economy continues to develop and prosper, high-rise buildings continue to increase, but the major high-rise building fires have also occurred. The reasons for this result are often associated with high-rise buildings quantity, body mass and functions are more complex features are closely related. Because different types of high-rise buildings are people's lives and production of the main sites, it is also the property of the highly centralized place, it can be said that the harm to people is the most direct, the most serious is the high-rise building fires, so in recent years a major fire prevention aspect is the high-rise building fire. With fires in recent years the growing number of commercial buildings, components, showing a rising trend. To the commercial building fire and safety evacuation design in its large-scale, big space, multi-functional characteristics often under more than ordinary construction difficulties. Thus, social current commercial building fire safety and evacuation design focus is how to prevent and reduce fire losses. Therefore, the study design of high-rise building fire safety and evacuation, has very important significance.
 
Key words: High-rise building; Fire; Evacuation Design
 
 
1.引言
        2010年11月15日,上海市静安区一高层居民住宅楼发生特大火灾,造成53人死亡、70人受伤。年前,国务院办公厅下发了《关于进一步做好消防工作坚决遏制重特大火灾事故的通知》,对加强消防安全工作提出了要求。我国绝大部分高层建筑都是改革开放以后才建起来的,高层建筑在消防问题上也一直是人们关注的焦点。在业内,高层建筑被称为“灾害放大器”,它有竖向的各种通道,这些内部通道会在火灾时形成若干个竖向火洞,火灾时烟气一定向上升腾,就在建筑里面形成了烟囱效应,助长了火势蔓延。高层建筑火灾救援是世界难题,现有消防装备对高楼火灾望而兴叹,直升机灭火又鲜少用于城市救援,由此,高层建筑从根源上防火尤为重要。
2.高层建筑的火灾危险性及火灾特点
        高层建筑的火灾危险性比一般建筑大得多,楼层高、人员多、蔓延快,扑救和疏散难度大,一旦发生火灾,极易造成重大人员伤亡和财产损失。
2.1火势迅猛,蔓延途径多
        高层建筑内的楼梯间、管道井、电缆井、排气道等各种竖向管井,就像一座座高耸的烟囱,易形成“烟囱”效应,使火势迅速蔓延扩大。另外,高层建筑特别是有豪华装修的建筑,其内部陈设和装修材料大多是可燃或易燃材料;燃烧后产生有毒的气体。建筑物内起火后烟火先是向上扩散,遇到顶棚等转向水平方向,再沿着墙壁向上、下运动,随着空气的对流,愈烧愈烈。一旦烧透房顶、门窗或设备孔洞等,就会迅速向外蔓延。据测试,火灾时烟火水平方向的流动速度为0.3~0.8米/秒;垂直方向为2.4米/秒。烟气在无阻挡的情况下,对一座长百米左右的建筑物,只要2~5.5分钟就可以从一端扩散到另一端;在垂直方向不到1分钟就可以蔓延几十层,不要很长时间,整座大楼就可能形成一片火海。
2.2人员疏散困难,伤亡严重
        高层建筑一旦发生火灾,人员疏散比较困难,往往会造成大的人员伤亡,这是因为:一是楼层多,建筑物高,垂直疏散距离远,需要疏散的时间长。而且人的疏散正好与烟火蔓延的方向相反,不得不在烟熏和热气流的烘烤中进行疏散,进一步增加了疏散的艰巨性和危险性,疏散人员往往会被烟火熏倒。二是人员集中,疏散设施少。由于普通电梯井拔烟火的作用强,容易扩大火势,不能保证疏散安全,只能使用楼梯疏散。高层民用建筑容纳人数较多,要在较短的时间内将人员全部撤离危险区难度很大,而且在慌乱中,难免发生挤伤等惨剧。
2.3高层建筑自动消防设施的运行状况欠佳,存在火灾隐患多
        由于高层建筑的使用管理单位火灾防范意识不强,没有真正将消防安全责任制和消防安全制度落到实处,普遍存在消防设施维护管理不善、违章关闭消防设施等隐患。高层建筑大多数都有自动消防设施,但由于使用单位缺乏技术过硬维护管理人员,日常管理维护不善,再加上人员不固定,流动性强,导致了自动消防设施的运行质量差。
3.高层建筑消防系统设计存在的常见问题
3.1消防给水问题
        消防加压泵的选型必须满足流量和扬程的需要,经计算,消防流量为20L/s,消防泵所需扬程为105m。水泵选型时,很难选到符合设计要求的水泵。
3.2防排烟问题
        对于高层建筑,室外风向、风速对室内烟气流动有显著影响。风力作用在建筑物外墙时,迎风的一面产生正压即压力,背风的一面产生负压即吸力。当着火的房间位于背风面时,房间内烟气在负压作用下沿外墙窗口排出;当着火的房间位于迎风面时,房间内的烟气在正压作用下不能向外排出,而是沿内墙门、窗及通风管道向同楼层其它部位扩散,风速越大,风压越大,扩散的速度就越快。
3.3安全疏散问题
        在消防审核、验收的过程中,凡应设置封闭或防烟楼梯间的建筑,均按照规范要求设置了封闭或防烟楼梯间。但发生火灾时,这些理论上安全的封闭或防烟楼梯间的安全值究竟有多大?因此,对封闭及防烟楼梯间中防火门的设置有必要进行探讨。
4.世界各国与地区高层建筑防火经验
4.1高层建筑防火“三大系统”
        为便于人们了解高层建筑的火灾“免疫力”,也为了便于人民群众更好地监督高层建筑消防设施是否完善,北京市公安消防总队相关负责人介绍了高层建筑防火“三大系统”:
        首先是“神经”,报警系统。报警分为很多种,现在主要有烟感、温感,很多场所还有红外线、空气抽样等智能式报警。它类似于人的神经,连着大脑,也就是与消防指挥中心相连。根据现场反映,确认后传导给指挥中心。这个系统很关键,必须灵敏快捷。
        二是“血脉”,消防水和消防水管。它是维持楼内安全的基本设备。水系统一般有两套,一是自动喷淋系统,它有设定温度的玻璃泡,一般在60度到70度之间,达此温度玻璃泡将融化,水就喷洒下来,水花覆盖一个面。还有消火栓系统,当喷洒还不足以控制火灾的时候,居民和消防员就可启用消火栓。
        三是“心脏”,也就是供水泵。当喷淋和消火栓没有水时,楼顶上的消防水箱就会补水。消防水箱一般容量为18—30立方米,对于灭火,这样的水量显然太少了,不够用。此时启动消防泵,往上供水,以此解决消防栓和喷淋装置水压不足的问题。在一些大型公共场所,如果消防水池能达1000立方米,至少能保证一小时灭火使用。
        除此之外,还要有广播系统、防排烟系统,设立防火卷帘形成防火分区,设有逃生防火门等。高度超过100米的建筑要有避难层,一般每隔三四十米一个。在北京,京广大厦、国贸三期的避难层修建得比较规范。
        “如果这些设施比较完善,高楼和人员的安全是有一定保障的。”北京市公安消防总队相关负责人如是说。
4.2世界各国与地区高层建筑防火经验
4.2.1上海新建超高层住宅将设避难层
        今年11月1日施行的上海市新的《住宅设计标准》,新增了超高层住宅的防火设计,在国内首次系统提出了“避难层”的设置规范:每平方米3人、间隔不超15层。近日,参与标准编制的有关专家,向记者披露了避难层的设置细节。
        新标准规定,自建筑首层至第一个避难层(区)和避难层(区)之间,不宜超过15层或45米,避难区应设在消防登高场地一侧。作为建筑的公共面积,避难层内不得设置居住用房;由于避难层占据整个一层楼面,如果容纳人员避难的避难面积经计算后不需要占据全部楼面,其余面积可作为设备用房,但应采用耐火极限不小于2小时的不燃烧体进行分隔。
        目前,公共建筑的避难层面积标准为每平方米5人,相比之下,此次规定的住宅避难层面积标准更高,为每平方米3人,避难层的净高不得低于2.2米。上海建筑设计研究院资深总建筑师陈华宁解释说,这主要是考虑到住宅建筑每幢房屋中的总人员数量比公共建筑少,而在火灾等灾难性情况下,人的心情必然烦躁不安,在可能条件下适当放宽面积有利于创造较为宽敞舒适的环境,有利于救助。同时,新标准还对避难层(区)的上下窗高度、外墙开口间距等提出具体要求,规定避难层(区)应设消防电梯出口和独立的防烟设施。
4.2.2法国高层建筑分成若干防火区
        法国要求高层建筑划分成若干个防火区,各区间以耐火极限为两小时的隔墙分开。
        在结构布局上,他们还规定如果不能在外立面墙设置消防设施,除主楼梯外还需另外设置疏散用的消防、防烟楼梯。该楼梯宽度相对于主楼梯可稍窄,但位置要求在与主楼梯不会同时受到烟雾包围的地方。
        此外,高层建筑应避免地下室和地上各层直接相通,地下各层的楼梯间应能在一定程度上防止烟火蹿入地上的居住层。如果地上需与地下室直接相通,就要在相通处设置过厅,并安装能自动关闭的实心门和耐火极限为1.5小时的防火装置。为了在火灾初起时能迅速疏散居民,法国还要求在设计中每户出口与最近楼梯间的距离不超过20米。
4.2.3美国超过30层楼顶必设停机坪
        美国在上个世纪建立了世界上第一代火灾模型,并尝试利用大型计算机模拟高层建筑火灾发展。在大量实验研究基础上,美国的高层建筑防火立法已趋完善。
        在建筑设计上,美国规定高层民用建筑必须安装紧急照明设备、紧急排烟设备、感烟火灾自动报警系统、自动灭火装置以及安全疏散设施。超过30层的公共场所,其楼顶必须设置直升机停机坪。在建筑物的室内装修上,美国通过立法限制建筑物的火灾荷载,提高建筑耐火等级。如高层建筑内禁止采用可燃性物质进行装修,禁止铺设可燃性化纤地毯。同时规定室内家具,如沙发、床等,也应具备一定的阻燃功能。
4.2.4香港每25层应有1个避难层
        香港《疏散方法规范》要求,在非工业建筑中,至少每25层应有1个避难层。避难层可以为疏散中的人群提供休息,为残疾和受伤人员提供保护,也可用作救援队的疏散指挥点,便于建筑内人员有序疏散。避难层面积应满足预期避难人数的要求,在结构上具备充分的净空高度、防火分隔、耐火和灭火系统以及防止烟气滞留的通风系统,在设备上具备灯光和信号指示。
4.2.5日本窗帘、展台、地毯必须有阻燃性
        日本法律规定,高层建筑的业主必须指定防火管理人,制定灭火、通报、避难训练等防灾计划书,并向消防机关备案。
为消除火灾隐患,规定高层住宅、宾馆、医院等公共场所使用的窗帘、展台、地毯等,必须使用有阻燃性能的物品。对在《消防法》规范以外的寝具、车罩等,要使用有日本防火协会“防火制品”标志的产品。
        此外,针对厨房浴室器具使用不当可能引发火灾的情况,日本实行内部生活设施定期检查报告制度,由消防机关检查合格后出具符合防火标准的标志。
5.高层建筑的防火安全管理对策
        根据高层建筑的使用特点和火灾危险性,应加强对高层建筑的消防安全管理。
5.1严格把好设计、施工关、验收关
        坚决杜绝高层建筑在设计或施工时留下隐患。严格把好高层建筑的二次装修审批验收关,严格控制可燃、易燃材料装修,防止随意改变使用功能,破坏原建筑消防安全布局。
5.2坚决贯彻“预防为主,防消结合”的消防工作方针
        高层建筑的防火工作,要坚决贯彻“预防为主,防消结合”的消防工作方针,建立健全防火安全责任制,实行责任到人、层层负责的消防管理机制,定期地进行消防模拟演习,加强消防宣传培训,提高员工的消防意识。
5.3高层建筑的消防设施要加强维修保养,确保系统正常运行
        高层建筑内消防设施比较完善,如防排烟系统、火灾自动报警系统、火灾自动喷淋系统、气体自动灭火系统等。这些设施可以及时地发现火灾和尽快地扑灭火灾,减少损失和伤亡,有效地提高高层建筑的自防自救能力。因此加强高层建筑消防设施的维修保养,是确保消防安全的一项重要的工作。
5.4加强用火用电管理,是高层建筑避免和减少火灾事故发生的有效措施
        从历年火灾发生的情况分析,电气火灾发生率占比例最大,因此必须加强高层建筑用电的管理,在用电管理方面,不得随意增加用电设备,不得乱接乱拉临时电线,电器设备的安装要严格按电气安装规程的要求设计施工。在用火方面,必须严格管理,公共场所要防止烟头可引起可燃物起火。酒店的厨房用气用油必须严格遵守安全操作规程,油烟机必须经常清洗,防止积油过多引起火灾。高层建筑的电焊作业应遵循三级动火审批规定,确保动火安全。
        高层建筑的防火安全管理是一个动态过程,要从设计施工入手,避免遗留先天性火灾隐患。在使用过程中还要加强管理,定期维护保养消防设施,提高高层建筑使用人员的消防安全素质,是做好高层建筑防火工作的重要措施。
5.5大力推广使用建筑防火材料
        在传统装修中,内部装修所用建材产品的防火安全问题一直没有引起人们的关注,建材产品的耐火性普遍不高,因此在火灾发生时,建材产品便成为大火的“推手”,普遍使用以木材、板材为代表的建材及装饰用材。我国现行的高层建筑防火法规,关于耐火等级等方面都有严格要求,因受成本及利益驱使,按规定办事的少之又少。只有严格按照标准建设,才能从根本上有效预防超高层建筑火灾。
5.6大力加强工程施工防火监管
        《消防法》和《消防条例》都有相关条文,《建设工程施工现场消防安全管理规定》也对建设工程施工现场有更为明确的管理要求。但施工中经常因缺乏有力监管而存在安全隐患问题。据在建工地火灾案例查阅,一个月内就会发生好几起,可见这类事故的发生机率之大。
5.7大力发展城市防灾救援能力
        俗语“工欲善其事,必先利其器”,城市高层建筑迅速增多,对防灾装备和救援能力都带来了新的挑战。上海火灾中警用直升机也参与了此次救援,但因为现场浓烟太大,无法靠近大楼。原本考虑将楼内居民从楼顶通过直升机疏散的计划没能实现。救援的困难在于云梯难以到达20层以上,20层以上火势难以控制。从周边高楼向该楼喷射的水因力量不足灭火效果不佳。从一个侧面反映出目前消防救援能力与高层建筑发展的失衡问题。我们在不断发展高层建筑的同时,更要重视及时跟进消防安全和救援能力,甚至应该超前发展,以防止出现“有灾救不了”的局面,城市发展与城市防灾需要综合考虑。因此要加大财政投入,研发新型防灾科研成果;配备和更新常用消防救援器材装备;加强消防队伍力量建设;加大消防宣传力度;增加公共消防设施等等。
5.8进一步加强建筑固定消防设施操作方法训练
5.8.1积极开展理论培训
        理论培训要编印相应教材,有针对性地开展研究,进行课堂教学。需要请聘请关消防专业人员作为教员,结合典型案例并结合相关工程图纸与图片等资料进行讲解。这样的培训方式使得理论培训不仅仅是对固定消防设施的相关操作方法进行了系统全面的理论学习,更是结合了本区域的固定消防设施的实际情况。
5.8.2科学、全面地开展固定消防设施训练
        开展固定消防设施训练应该从建筑环境、设备状况出发,因地制宜制定训练计划,虽然没有一个固定的模式,但必须遵循“以固为主,固移结合”的原则。
6.高层商业建筑防火实例分析
6.1商业建筑防护与安全疏散的常规要点
6.1.1正确理解安全出口、疏散出口的概念,重视生命的逃生之门。
  安全出口、疏散出口从建筑消防设计角度来讲,是生命的逃生之门,设计必须要确保安全可靠。消防规范对安全出口的概念作了明确的解释,指的是通向疏散楼梯的出入口或直通室内、外安全区域的出口。室外安全区域,从疏散安全的角度解释就是室外地坪,不能看作安全区域。室内安全区域指的是地下建筑相邻两个防火分区之间,或者是高层建筑中建筑面积之和不超过1400平方米的两个防火分区之间,其中一个可以作为另外一个的安全区域。在设计时,对安全出口的概念要正确理解,绝对不能和平时联系的通道口混为一谈,主要应注意以下问题:首先,室内安全区域概念中两个防火分区之间,其中一个作为另外一个安全区域的情况仅针对地下建筑相邻的两个防火分区和高层建筑中建筑面积之和不超过1400平方米的相邻的两个防火分区而言,并没有延伸到建筑中其他情况的防火分区。其次,即便是地下建筑相邻的两个防火分区或者是高层建筑中建筑面积之和不超过1400平方米的相邻的两个防火分区,把相邻的甲级防火门作为安全出口时,相邻防火分区也必须要有足够的安全疏散条件直接将人员疏散到地面。消防规范对疏散出口的概念没有作明确的解释,笔者认为疏散出口指大开间的出口、房间的房门等直接能通到疏散走道上的出口。开向其它房间的房门不能视为疏散出口。因为通向其它房间的房门很有可能会因为使用者的不同而上锁,或者到另外一个房间之后,由于分隔的阻挡或家具的影响不能通向安全出口等等。在设计时,对疏散出口的设计应注意以下问题:
6.1.2疏散走道的设计必须要简捷,疏散楼梯首层必须要直通室外
 (1)疏散走道、疏散楼梯地面、墙面、吊顶一般均不得采用可燃材料装修,设置自动喷水灭火系统且火灾危险性较小的场所等规范另有规定的除外。
(2)疏散走道必须设置门与房间隔开,起到一定的隔火作用。
(3)走道上距安全出口1.4米范围内不得设置台阶,走道上也应尽量避免设置踏步,宜采用缓坡代替。
(4)疏散楼梯在首层位置宜直接将出口开向室外。建筑中情况比较复杂,疏散楼梯必须设置在建筑中部时,疏散楼梯应设置简短封闭的走道或门厅通出室外。封闭是指与其它部位采用乙级防火门与其它走道或房间隔开。绝对不能将功能复杂的大堂、餐厅、商场营业厅等视为扩大的封闭楼梯间或扩大的前室来对待。
(5)疏散楼梯间内除设置与疏散走道相通的防火门外,开水房、厨房等其它任何房间的门均不得直接开向楼梯间。但大开间办公区、多功能厅、商场等,考虑到多方面因素,可以直接开向楼梯间,但应控制大开间内装修材料的燃烧等级。
6.1.3要严格控制好安全疏散的距离。
         全疏散距离在规范中基本都有明确的规定,但也有一些特殊情况在计算时难以把握。
2.4人员疏散宽度的计算非常重要。
        设计时,对人员疏散宽度中的人数的统计计算应掌握以下要点:
(1)无论高层还是多层,商业营业厅实际人数均可以参照2006年版的《建筑设计防火规范》商业营业厅人数的计算方法确定。
(2)录像厅、放映厅的人数按建筑面积1人/㎡的计算确定,其它歌舞娱乐放映游艺场所按0.5人/㎡确定。
(3)剧院、电影院、体育馆等按总座位数加上实际工作人员最大数量确定。
(4)其它场所按实际统计的最多人员数量确定。
6.2高层商业建筑防火与疏散设计实例——以观演商业建筑为例
         观演建筑的防火设计主要分为三个部分:舞台防火,人流组织,安全疏散。
6.2.1舞台防火
        舞台防火方面主要以下几种技术措施来实现:
    (1)设防火幕。这里的防火幕主要是指防火台幕或是在台口上方的防火水幕,因为舞台范围内包括布景,灯光,设备等易燃物品,按术语来说就是火灾荷载较大,设防火幕可以阻断或延缓火情向敞开的观众席蔓延,利于人员密集的观众厅疏散。
    (2)根据建筑的耐火等级,保证墙体和结构的燃烧性能和耐火极限,由于观演需要,一般观众厅的结构设计上要求跨度大,高度高,所以结构构件遇到火情时,需要有必要的耐火极限承受高温,以保证观众疏散的时间。
    (3)舞台上部设出烟口。按以往经验火灾中,对于人员的最大伤害并非高温,而是烟气,在舞台上部设排烟口,就是为了防止烟气向观众厅扩散。
    (4)设消防控制值班室,这点也是常规建筑所要求的,便于预警火情,以及控制相关消防设备,以及组织扑救和人员疏散。
6.2.2人流组织
    人流组织主要是指平时人流的集散的迅速、方便;剧院人流的特点是人员多,疏散时间集中,多属非常驻人员。这就对于人流组织的提出了如下要求:
    (1)明确、短捷,进出场口要明显,并有足够的数量和宽度;
    (2)厅的布置要合乎人流特点;
    (3)楼座与池座人流分开设置;这时针对有楼座的观众厅提出的要求,需要避免集散人流重叠,造成拥堵。
    (4)要充分发挥中间过道和前厅的作用;在过道和前厅可以充当过渡和集散的作用,需要保持通畅,切忌堆放过多不必要的物品
(5)保证上下场观众的合理组织,最好出口和入口分开,防止上下场的观众人流冲突。
6.2.3安全疏散
    以下是安全疏散的一些一般规定,这其中一些关键数据时需要设计人员牢记的:
    (1)应设置足够数量、足够宽度并分布合理的内、外安全出口和相应的疏散通道、疏散楼梯。出入口人流避免交叉和逆流。
    (2)计算安全出口、疏散通道、楼梯宽度所取人数规定:池座、楼座按满座计算,门厅、休息厅内候场人数计算:
    (3)池座和楼座应分别设置至少2个安全出入口(楼座小于50个可设一个),每个安全出口的平均疏散人数不应超过250人。
    (4)观众厅每个安全口的规定:采用双扇外开,净宽不应小于1.40m,门口正面1.40内不应设踏步;严禁用推拉门、卷帘门、折叠门、转门;应设自动门闪;
    (5)观众厅走道设计规定:布置应有利于分区疏散;袋形走道不宜大于6m;
    (6)室内楼梯净宽不应小于1.40m;
    (7)室外疏散楼梯宽不应小于1.10m;
(8)疏散楼梯要求:踏步宽度不小于0.28m,高度不大于0.16m,连续踏步不超过18步;超过18步,每增加一级踏步放宽0.01m,高度相应降低,但不超过22步,平台宽度不小于梯段宽度,且不小于1.10m。
结语
        综上所述,近年来火灾的发生随着高层建筑的不断增多,组件呈现出上升的趋势。给而高层建筑的防火和安全疏散设计在其大规模、大空间、多功能的特点下往往会比普通建筑的更加的困难。因此,社会目前对高层建筑防火与疏散设计的关注重点就是如何预防和减少火灾的损失。
  
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