■ 景影 貴州省安順市西秀區(qū)消防救援大隊(duì)

從技術(shù)角度來(lái)看，高層建筑通常具有顯著的多功能性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，其維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能較好，立面系統(tǒng)具有創(chuàng)新性。然而最近的許多火災(zāi)事件表明，高層建筑消防安全亟須改進(jìn)外墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的技術(shù)和設(shè)計(jì)步驟。特別是當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目涉及建筑立面改造時(shí)，必須提高建筑質(zhì)量，使相關(guān)的隔熱性能與防火安全性能保持一致[1]。選擇和使用合適的材料，以及優(yōu)化所有能夠滿足項(xiàng)目目標(biāo)的相關(guān)因素，就變得至關(guān)重要。研究建筑外立面的火勢(shì)蔓延，首先要分析建筑外立面火勢(shì)蔓延的規(guī)律，外立面構(gòu)件的組合不僅有助于防止火勢(shì)在外墻蔓延，而且避免了過(guò)度依賴絕緣材料，更有效地防止了火勢(shì)蔓延。因此，對(duì)建筑外立面火災(zāi)蔓延研究以及保障人身和財(cái)產(chǎn)安全具有重要作用。

一、高層建筑外立面火焰蔓延

（一）高層建筑外立面火災(zāi)蔓延的過(guò)程

1.火災(zāi)的形成

建筑外立面發(fā)生火災(zāi)的原因有很多，主要包括相鄰建筑物的外部火源，或施工期間使用的明火，這種火災(zāi)比較偶然，火災(zāi)初期，火勢(shì)相對(duì)較小，熱輻射較弱，如果外立面沒(méi)有易燃材料，則火蔓延性能較弱。因此，這種火災(zāi)對(duì)建筑外立面裝飾、保溫材料的耐火性有較高的要求[2]。建筑外立面的火災(zāi)也可能是由建筑物內(nèi)部的火災(zāi)引起的，一旦建筑室內(nèi)著火，如果房間通風(fēng)良好，燃燒進(jìn)一步增強(qiáng)，很容易達(dá)到轟燃階段。如果建筑物內(nèi)發(fā)生室內(nèi)火災(zāi)，打開(kāi)窗戶會(huì)將室內(nèi)的煙霧釋放到室外，同時(shí)新鮮的室外空氣會(huì)被釋放到室內(nèi)，因此窗戶對(duì)于室內(nèi)燃燒、火勢(shì)蔓延率有非常重要的影響。

2.建筑外部火災(zāi)的蔓延

建筑外立面著火引起的火災(zāi)點(diǎn)燃外墻上的可燃物，并通過(guò)外墻的中空結(jié)構(gòu)和外墻上的可燃材料迅速蔓延到建筑外立面，進(jìn)入火勢(shì)蔓延階段。外墻裝飾和保溫材料的可燃性和結(jié)構(gòu)直接影響火勢(shì)蔓延速度。如果發(fā)生火災(zāi)，立面上的熱塑性絕緣材料會(huì)收縮、熔化甚至燃燒，從而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響并產(chǎn)生火勢(shì)蔓延的空腔，同時(shí)外覆面脫落并造成人員傷亡。并且，火焰從窗外溢出后，向上、向左、向右蔓延，加速火勢(shì)蔓延，造成更大的火災(zāi)損失。

（二）高層建筑外立面火災(zāi)蔓延的特點(diǎn)

1.火焰蔓延速度快，易形成立體火災(zāi)

許多建筑物的外墻保溫材料燃燒率高，釋放出大量的燃燒熱，同時(shí)建筑物外墻保溫材料的連續(xù)分布，由于風(fēng)等天氣因素的影響，建筑外立面的火災(zāi)快速蔓延，容易發(fā)生大規(guī)模的立體火災(zāi)。

2.容易形成二次火災(zāi)

當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰沿外墻向上蔓延，當(dāng)上窗附近的溫度達(dá)到極限溫度時(shí)，窗玻璃破裂并沿破裂的外窗進(jìn)入房間，點(diǎn)燃窗簾、沙發(fā)等易燃材料，形成二次燃燒，因此防止二次火災(zāi)和防止外窗爆裂是防止火勢(shì)蔓延的有效方法。

3.現(xiàn)有外墻保溫材料易燃

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑物的能源消耗問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，由于建筑外立面保溫系統(tǒng)的節(jié)能效果良好，被用于越來(lái)越多的建設(shè)項(xiàng)目中。但是，我國(guó)既有建筑的隔熱材料很多，尤其是EPS和XPS，都是易燃的隔熱材料，雖然它們具有優(yōu)良的隔熱性能和廣泛的應(yīng)用空間，但在使用時(shí)存在火災(zāi)安全隱患。

4.煙氣蔓延迅速

由于火災(zāi)發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，其中含有大量的有毒氣體，可能會(huì)造成大量人身傷害。煙氣水平方向流動(dòng)速度可達(dá)0.3～0.8m/s，垂直方向擴(kuò)散速度可達(dá)1～5m/s，而在樓梯井、管井中，煙囪效應(yīng)的存在會(huì)導(dǎo)致煙氣流速達(dá)到6～8m/s。

二、高層建筑外立面消防安全問(wèn)題分析

降低能源消耗是可持續(xù)發(fā)展和限制溫室氣體排放的首要任務(wù)之一。當(dāng)前，高層建筑隔熱層的厚度在過(guò)去幾年增加了一倍以上，加之部分材料為可燃材料，不可避免地增加了火災(zāi)負(fù)荷。因此，潛在火災(zāi)的持續(xù)時(shí)間和滅火時(shí)間都會(huì)增加，這些因素會(huì)增加火災(zāi)通過(guò)建筑物外墻以及其內(nèi)部，或鄰近建筑物蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。雖然火災(zāi)通過(guò)可燃材料觸發(fā)并在立面上蔓延的情況不頻繁，然而此類火災(zāi)事件一旦發(fā)生，就會(huì)造成嚴(yán)重的威脅。因此，高層建筑立面改造與消防出口的合理有效設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

當(dāng)前，高層建筑外立面普遍存在以下問(wèn)題[3]：（1）在外墻上使用易燃材料；（2）沒(méi)有阻礙火勢(shì)蔓延到外墻或鄰近外墻的障礙；（3）立面上存在通風(fēng)特征，可以促進(jìn)火勢(shì)蔓延，向上傳播，或在水平方向上傳播；（4）被燒毀的外墻部分可能會(huì)脫落，而外墻仍然完好無(wú)損的部分可能會(huì)被卷入其中。

以可燃材料存在為特征的火勢(shì)蔓延到外墻的典型場(chǎng)景主要分為三種類型：（1）通過(guò)對(duì)相鄰獨(dú)立建筑物的熱輻射，外部火勢(shì)蔓延到可燃立面上；（2）由于輻射效應(yīng)或由于立面附近火源的直接火災(zāi)影響（例如，在陽(yáng)臺(tái)上發(fā)生的火災(zāi)或停在立面附近的汽車起火），造成外部火勢(shì)蔓延；（3）發(fā)生在建筑物內(nèi)部空間的火災(zāi)，通過(guò)立面的開(kāi)口（窗戶、門等）蔓延到更高或更低的樓層。對(duì)于第三種情況，如果沒(méi)有快速滅火干預(yù)，火勢(shì)可以到達(dá)“轟燃”，火焰可以通過(guò)開(kāi)口迅速影響外墻。正如一些研究結(jié)果已經(jīng)證明的那樣，在窗戶玻璃破裂后，火焰可以達(dá)到開(kāi)口邊緣以上5m，與特定的氣流條件相關(guān)，而與外墻系統(tǒng)以及使用的材料無(wú)關(guān)。隨后，當(dāng)火焰（無(wú)論是源自建筑物外部還是內(nèi)部）到達(dá)外墻最外層時(shí)，火勢(shì)的進(jìn)一步傳播主要取決于外墻本身的特性，例如，材料、幾何形狀等。

影響火勢(shì)在立面上蔓延的主要因素有：（1）外墻系統(tǒng)材料的火災(zāi)反應(yīng)特性，這會(huì)影響火勢(shì)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的蔓延速度。（2）空洞的存在，這是外墻系統(tǒng)的一部分，或者是由外墻部分在火災(zāi)中分層形成的。如果火焰進(jìn)入空腔，由于煙囪效應(yīng)，無(wú)論面向通風(fēng)層的材料特性如何，火焰都可以以其初始速度的五倍到十倍蔓延。如果不使用特殊的防火屏障，這種效果會(huì)導(dǎo)致快速的垂直火勢(shì)蔓延。（3）立面開(kāi)口（窗戶、門等），使火焰能夠進(jìn)入建筑物的室內(nèi)空間。

建筑外立面火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)取決于許多變量，必須逐個(gè)研究，通過(guò)消防安全分析可知，即使考慮與特定隔熱材料相關(guān)的火災(zāi)載荷，也可以達(dá)到極高的等效燃料載荷值。特別是在塔式建筑改造的情況下，等效荷載燃料載荷值相當(dāng)大，因?yàn)榕c用于立面的特定技術(shù)解決方案相關(guān)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加，通常無(wú)法通過(guò)建筑消防和緊急出口系統(tǒng)的有效改善來(lái)補(bǔ)償[4]。

三、高層建筑外立面的設(shè)計(jì)策略

為了防止和限制立面上的火勢(shì)蔓延，可以在材料選擇和技術(shù)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面采用一些簡(jiǎn)單的解決方案。例如，首要目標(biāo)是在消防隊(duì)介入之前將火勢(shì)蔓延控制在不超過(guò)火災(zāi)發(fā)生地兩層以上的區(qū)域。

減少火勢(shì)蔓延到建筑外立面的風(fēng)險(xiǎn)措施有：（1）控制材料對(duì)火的反應(yīng)，最好使用不燃材料；（2）“防火”元素的設(shè)計(jì)，有助于將建筑物劃分為防火區(qū)間，并詳細(xì)設(shè)計(jì)它們與外墻和屋頂系統(tǒng)的連接；（3）采取相應(yīng)措施，阻止火勢(shì)通過(guò)外墻開(kāi)口（使用“防火”元素、不燃材料屏障等）蔓延到外立面。在兩個(gè)建筑之間設(shè)置絕緣保護(hù)、底層絕緣保護(hù)、窗戶隔間絕緣保護(hù)、使用不燃材料保護(hù)逃生路線。同時(shí)，在窗戶外部設(shè)置不燃絕緣材料。

四、結(jié)語(yǔ)

文章主要對(duì)高層建筑外立面消防安全問(wèn)題進(jìn)行分析，主要結(jié)論包括以下三個(gè)方面：

（1）高層建筑外立面消防安全的主要問(wèn)題為：在外墻上使用易燃材料、沒(méi)有阻礙火勢(shì)蔓延到外墻或鄰近外墻的障礙、立面上存在通風(fēng)特征。

（2）發(fā)生在外立面的火災(zāi)主要通過(guò)熱輻射的方式蔓延到相鄰空間，發(fā)生在建筑內(nèi)部空間的火災(zāi)主要通過(guò)立面的開(kāi)口蔓延到相鄰樓層。

（3）在高層建筑外立面設(shè)計(jì)方面，最好使用不燃材料，并進(jìn)行防火區(qū)間劃分，同時(shí)采取相應(yīng)措施，阻止火勢(shì)通過(guò)外墻開(kāi)口蔓延。