摘要:為提高高層建筑的防火安全性能,減少火災(zāi)帶來的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,本文深入探討了高層建筑火災(zāi)特性、防火設(shè)計(jì)方法及防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。著重闡述結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)、建筑材料的防火性能、疏散設(shè)計(jì)與逃生路徑規(guī)劃、自動(dòng)滅火系統(tǒng)及火災(zāi)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)綜合應(yīng)用。通過綜合應(yīng)用多項(xiàng)防火策略和技術(shù),可以顯著提升高層建筑防火安全性能,減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),并為高層建筑設(shè)計(jì)和管理提供科學(xué)合理的指導(dǎo)和建議。
關(guān)鍵詞:建筑防火設(shè)計(jì);建筑設(shè)計(jì);防火墻
火災(zāi)是高層建筑中最嚴(yán)重的安全威脅之一。高層建筑火災(zāi)導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失往往比其他類型建筑更為嚴(yán)重。由于高層建筑的獨(dú)特性,傳統(tǒng)防火方法和系統(tǒng)往往難以滿足其安全需求。因此,開發(fā)有效的高層建筑防火設(shè)計(jì)策略至關(guān)重要。
一、高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)
(一)對(duì)救援裝備要求較高,撲救難度大
隨著建筑高度的增加,傳統(tǒng)的消防設(shè)施和方法難以適用,直接增加了救援任務(wù)的復(fù)雜性。在高層建筑火災(zāi)中,由于火源可能位于較高層,消防車云梯或水槍往往難以達(dá)到足夠高度進(jìn)行有效撲救,高層建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)和有限入口、出口也給消防隊(duì)員快速進(jìn)入和撤離帶來困難。高層建筑中風(fēng)壓差異、電梯使用安全以及水壓維持等都是影響救援效率的重要因素。這些問題要求救援裝備必須具備高度技術(shù)性能,如更長(zhǎng)云梯、更強(qiáng)大水泵系統(tǒng)以及適用于高空作業(yè)的個(gè)人防護(hù)裝備等。救援人員也需要特別的培訓(xùn)和策略來應(yīng)對(duì)高層建筑火災(zāi)的獨(dú)特挑戰(zhàn)。例如,他們需要了解高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),掌握在高空環(huán)境中進(jìn)行搜救和滅火的技巧以及如何使用特殊裝備進(jìn)行快速、安全救援。因此,提高救援裝備的技術(shù)水平和救援人員的專業(yè)能力,是提升高層建筑火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)效率和成功率的關(guān)鍵。
(二)火災(zāi)蔓延速度較快,蔓延方式多
在高層建筑中,一旦火災(zāi)發(fā)生,火勢(shì)可通過開放門窗、通風(fēng)道、電纜井、垂直管道等途徑迅速蔓延到其他樓層或房間。特別是在使用了大量易燃材料的建筑中,火勢(shì)蔓延尤為迅速。高層建筑內(nèi)部復(fù)雜的空間布局和大量的隔斷墻也可能導(dǎo)致火勢(shì)在建筑內(nèi)部迂回?cái)U(kuò)散,形成多個(gè)火源點(diǎn),增加了火災(zāi)控制和撲救難度。高層建筑通風(fēng)系統(tǒng)和氣流動(dòng)態(tài)也是影響火勢(shì)蔓延的重要因素。例如,通風(fēng)道可以成為火焰和煙霧傳播的渠道,尤其是在強(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)共同作用下,火勢(shì)可以沿著建筑的垂直和水平方向迅速擴(kuò)散。同時(shí),高層建筑特有的“煙囪效應(yīng)”會(huì)使熱氣流和煙霧向上蔓延,加速火勢(shì)向高層擴(kuò)散,對(duì)人員疏散和火災(zāi)控制帶來極大挑戰(zhàn)。因此,了解和控制火災(zāi)蔓延機(jī)理對(duì)高層建筑防火設(shè)計(jì)至關(guān)重要。需要建筑師和工程師在設(shè)計(jì)階段就充分考慮建筑材料選擇、內(nèi)部布局優(yōu)化、防火隔斷設(shè)置以及有效煙霧控制和排煙系統(tǒng)安裝。
(三)建筑內(nèi)部人員集中,疏散難度大
在日常生活中,高層建筑如住宅樓、辦公樓、酒店等,人員密度大,在工作時(shí)間或特定時(shí)段,人流量大大增加。一旦發(fā)生火災(zāi),大量人員在有限時(shí)間內(nèi)同時(shí)疏散,不僅對(duì)疏散通道容量提出了挑戰(zhàn),也增加了恐慌和混亂可能性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)限制疏散路線的數(shù)量和寬度,疏散路徑可因煙霧、火焰或其他障礙物而受阻,這些都進(jìn)一步加劇了疏散難度。特別是行動(dòng)不便人群,如老年人、兒童及殘疾人,在沒有外界援助的情況下,人群疏散更加困難。因此,高層建筑設(shè)計(jì)和管理需要特別考慮疏散安全,包括優(yōu)化疏散路線布局,確保疏散指示清晰可見,提供足夠的疏散指導(dǎo)和訓(xùn)練。高效疏散計(jì)劃和演練能夠幫助人員在緊急情況下快速、有序撤離。安裝智能疏散系統(tǒng),如緊急照明、語(yǔ)音導(dǎo)引系統(tǒng)等,可以在火災(zāi)發(fā)生時(shí)指導(dǎo)人員沿著最安全的路徑迅速疏散,從而減少因恐慌引起的傷亡,提高疏散效率。
二、高層建筑防火設(shè)計(jì)方法
(一)結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)
高層建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)是確保建筑在火災(zāi)情況下保持穩(wěn)定性和完整性的關(guān)鍵,目的是延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的耐火時(shí)間,為人員疏散和火災(zāi)撲救爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)涉及到建筑的材料選擇、構(gòu)件設(shè)計(jì)以及整體建筑的防火策略。首先,建筑材料選擇至關(guān)重要,應(yīng)優(yōu)先使用不易燃或阻燃材料,如耐火性能良好的鋼材、混凝土等,并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火涂料處理或使用防火板材進(jìn)行包覆。其次,構(gòu)件設(shè)計(jì)要考慮到火災(zāi)時(shí)的力學(xué)行為,確保主要承重結(jié)構(gòu)在高溫下仍能保持穩(wěn)定,比如通過增加構(gòu)件的截面尺寸、使用耐火隔離層或設(shè)置防火罩等方式來提高其耐火極限。在整體建筑的防火策略方面,設(shè)計(jì)師需要考慮如何將建筑分區(qū),以防火災(zāi)蔓延。通過設(shè)置防火墻、防煙樓層和防火隔斷來實(shí)現(xiàn),有效切斷火勢(shì)和煙霧的傳播路徑。結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)還需要考慮疏散通道和安全出口布局,確保在緊急情況下人員可以迅速安全撤離。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)兼顧日后的維護(hù)和檢修,確保防火系統(tǒng)的持久有效性。
(二)建筑材料防火性能
建筑材料防火性能是高層建筑防火設(shè)計(jì)的重要方面,直接關(guān)系到火災(zāi)時(shí)建筑的反應(yīng)行為和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。選擇具有良好防火性能的建筑材料可以顯著降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),減緩火勢(shì)蔓延速度,提高結(jié)構(gòu)耐火極限,為人員疏散和火災(zāi)撲救贏得寶貴時(shí)間。在高層建筑中,常用的防火材料包括不燃材料和難燃材料,如耐火磚、混凝土、石膏板、玻璃纖維等。這些材料能夠在高溫下保持穩(wěn)定,不易引發(fā)火勢(shì)蔓延。防火涂料也被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼或木材表面,以提高其耐火性能。這種涂料在遇火時(shí)會(huì)膨脹形成隔熱保護(hù)層,有效隔絕熱量傳遞,保護(hù)結(jié)構(gòu)材料免受高溫?fù)p害。同時(shí),防火隔板、防火窗和防火門等專用防火構(gòu)件也在建筑設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵作用,它們能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)阻擋火勢(shì)和煙霧擴(kuò)散,確保逃生通道和重要區(qū)域安全。在選擇建筑材料時(shí),應(yīng)綜合考慮材料的燃燒性、熱釋放率、煙霧產(chǎn)生量以及毒性等因素,遵循相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。通過科學(xué)合理的材料選擇和應(yīng)用,可以有效提升建筑的防火安全性能,為人員安全和財(cái)產(chǎn)保護(hù)提供堅(jiān)實(shí)保障。因此,建筑材料的防火性能不僅是材料科學(xué)的研究領(lǐng)域,也是建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐的重要考慮因素。
(三)疏散設(shè)計(jì)與逃生路徑
疏散設(shè)計(jì)與逃生路徑在高層建筑防火安全中起著至關(guān)重要的作用。確保在火災(zāi)等緊急情況下,所有人員都能夠快速、有序、安全撤離到安全地帶。有效疏散設(shè)計(jì)需要綜合考慮建筑的使用性質(zhì)、布局結(jié)構(gòu)、人員密度以及火災(zāi)情況等因素,合理規(guī)劃疏散通道、出口數(shù)量和位置、疏散指示標(biāo)志等。疏散通道應(yīng)保持暢通無阻,足夠?qū)挸ǎ匀菁{極短時(shí)間內(nèi)大量人員的疏散,且應(yīng)有明顯標(biāo)識(shí)指引方向。疏散出口設(shè)計(jì)應(yīng)避免死角和瓶頸,確保在緊急情況下可以快速疏散人群。逃生路徑設(shè)計(jì)同樣要考慮多種可能的火災(zāi)場(chǎng)景,確保在不同情況下都有可行的逃生方案。這包括設(shè)置多條疏散路線以分散人流,避免擁堵和混亂以及考慮特殊人群的疏散需要,例如為行動(dòng)不便者設(shè)置疏散椅或安全區(qū)域。
(四)合理規(guī)劃總體布局
疏散設(shè)計(jì)與逃生路徑設(shè)計(jì)旨在確保在火災(zāi)等緊急情況下,所有人員都能夠快速、有序、安全撤離到安全地帶。疏散設(shè)計(jì)還要考慮煙霧控制和排煙系統(tǒng)的配置,因?yàn)闊熿F是導(dǎo)致傷亡的主要原因之一。合適的煙霧控制可以保持逃生路徑的能見度和可通行性,大幅提升疏散效率和安全性。
(五)防火墻設(shè)計(jì)和應(yīng)用
防火墻設(shè)計(jì)是高層建筑防火安全策略中的一個(gè)關(guān)鍵組成部分,其主要功能是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)限制火勢(shì)蔓延,保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)以及確保人員的疏散通道安全。防火墻是一種耐火性能極高的墻體結(jié)構(gòu),能夠在一定時(shí)間內(nèi)抵抗火焰和高溫侵襲,有效隔離火源,減緩或阻止火勢(shì)蔓延。在高層建筑中,防火墻通常用于劃分防火分區(qū),每個(gè)分區(qū)相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的防火單元,即使一部分區(qū)域發(fā)生火災(zāi),也不會(huì)迅速影響到整個(gè)建筑。防火墻設(shè)計(jì)需符合嚴(yán)格的建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),包括材料選擇、墻體厚度、連接方式等[1]。材料通常選擇耐火性能好的混凝土、磚或特定的耐火板材。在建筑中布置防火墻,需要充分考慮建筑整體布局、疏散路線、通風(fēng)系統(tǒng)等因素,以確保其在防火和疏散中發(fā)揮最大效能。例如,防火墻應(yīng)與建筑的主要結(jié)構(gòu)和疏散樓梯井、電梯井等緊密結(jié)合,確?;馂?zāi)時(shí)這些關(guān)鍵部分可以保持穩(wěn)定和安全。
三、高層建筑防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(一)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)
自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是高層建筑中常用的一種主動(dòng)防火系統(tǒng),它能夠在火災(zāi)初始階段自動(dòng)響應(yīng)并噴射水流,以控制甚至熄滅火焰,是保障建筑防火安全的重要設(shè)施。這種系統(tǒng)通常由水源、管道、噴頭和火災(zāi)探測(cè)器組成。當(dāng)探測(cè)器感應(yīng)到火災(zāi)產(chǎn)生的熱量或煙霧時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng),打開相應(yīng)區(qū)域的噴頭釋放水流。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮覆蓋面積、水壓和水流量等因素,以確?;馂?zāi)發(fā)生時(shí)能夠迅速而有效控制火勢(shì)。該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能夠快速反應(yīng)及時(shí)控制火勢(shì),減少火災(zāi)蔓延風(fēng)險(xiǎn),并為人員疏散提供時(shí)間。在高層建筑中,由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,火災(zāi)撲救難度較大,自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)尤為重要,它可以在消防人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之前起到初步控制火勢(shì)的作用。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在平時(shí)不占用空間,對(duì)建筑的美觀和使用功能影響小,維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單,是高效的防火設(shè)施。
(二)火災(zāi)報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)
火災(zāi)報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)在高層建筑防火安全中扮演著至關(guān)重要的角色。這套系統(tǒng)通常由火災(zāi)探測(cè)器、報(bào)警設(shè)備、監(jiān)控中心和相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)組成。火災(zāi)探測(cè)器能夠感應(yīng)到火災(zāi)的初期跡象,如煙霧、異常溫度升高或火焰,一旦探測(cè)到這些信號(hào),系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警裝置,通過聲音和光信號(hào)快速提醒建筑內(nèi)的所有人員,并將火災(zāi)信息傳遞到監(jiān)控中心和消防部門,以便迅速采取應(yīng)對(duì)措施?;馂?zāi)報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮多種因素,包括建筑規(guī)模、結(jié)構(gòu)、用途以及內(nèi)部人員分布等,以確保系統(tǒng)覆蓋所有關(guān)鍵區(qū)域并具有高度的靈敏度和可靠性。系統(tǒng)中的火災(zāi)探測(cè)器類型多樣,包括煙霧探測(cè)器、溫度探測(cè)器和火焰探測(cè)器等,它們可以單獨(dú)使用也可以組合使用,以提高探測(cè)精度和防誤報(bào)能力。報(bào)警裝置需要明顯且能覆蓋到每一個(gè)角落,無論人員在建筑的哪個(gè)位置都能聽到警報(bào)聲或看到警示信號(hào)[2]。除及時(shí)報(bào)警外,現(xiàn)代火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)還具有高度的智能化和網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn),可以實(shí)時(shí)監(jiān)控建筑內(nèi)的環(huán)境變化,自動(dòng)分析火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),并與消防部門、安保系統(tǒng)和建筑管理中心等進(jìn)行信息共享和協(xié)調(diào)。這些特點(diǎn)使得火災(zāi)報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)不僅在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能提供及時(shí)響應(yīng),還能通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)警功能增強(qiáng)建筑防火安全性。
(三)煙霧控制與排煙系統(tǒng)
在高層建筑設(shè)計(jì)中,煙霧控制與排煙系統(tǒng)是防火安全體系的重要組成部分。煙霧控制與排煙系統(tǒng)的主要任務(wù)是在火災(zāi)發(fā)生時(shí),控制引導(dǎo)煙霧流動(dòng)方向,降低煙霧對(duì)人員疏散、消防救援行動(dòng)的影響。煙霧控制與排煙系統(tǒng)由煙霧檢測(cè)模塊、控制中心、排煙風(fēng)扇及煙霧導(dǎo)流排放設(shè)施等關(guān)鍵功能模塊組成。煙霧檢測(cè)模塊是煙霧控制與排煙系統(tǒng)的前哨,負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)煙霧水平。檢測(cè)器通常安裝在建筑關(guān)鍵區(qū)域,如走廊、大廳、房間內(nèi),確保一旦有煙霧產(chǎn)生,系統(tǒng)能迅速響應(yīng)。煙霧檢測(cè)器通過分析空氣中顆粒物濃度來判斷是否發(fā)生火災(zāi),從而啟動(dòng)煙霧控制與排煙過程??刂浦行哪K是系統(tǒng)的大腦,它接收來自煙霧檢測(cè)模塊的信號(hào),并根據(jù)預(yù)設(shè)程序、算法,自動(dòng)激活排煙設(shè)施。控制中心還能實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),確保排煙通道暢通無阻。排煙風(fēng)扇和煙霧導(dǎo)流設(shè)施模塊是執(zhí)行機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)物理移動(dòng)與排出煙霧。排煙風(fēng)扇根據(jù)控制中心指令,以適當(dāng)速度運(yùn)轉(zhuǎn),在建筑內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū),引導(dǎo)煙霧向指定排煙口移動(dòng)。煙霧導(dǎo)流設(shè)施如排煙道、煙霧閘門,確保煙霧被從建筑內(nèi)部導(dǎo)出,通過屋頂或建筑側(cè)面排煙口排入空氣中[3]。煙霧控制與排煙系統(tǒng)應(yīng)與建筑其他防火和安全系統(tǒng)(如自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng))集成,以實(shí)現(xiàn)最大程度的防火安全保護(hù)。高層建筑的煙霧控制與排煙系統(tǒng)通過多個(gè)功能模塊協(xié)同工作,能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)保護(hù)人員安全,減少財(cái)產(chǎn)損失,為消防救援提供有利條件。
結(jié)語(yǔ)
高層建筑防火安全是一個(gè)系統(tǒng)工程,要求建筑師、工程師、管理者和使用者等多方共同努力,從科學(xué)研究到技術(shù)應(yīng)用,從日常管理到緊急響應(yīng),形成一個(gè)全方位、多層次的防火安全網(wǎng)絡(luò)。隨著科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步,新防火材料、技術(shù)和管理策略將不斷涌現(xiàn),為高層建筑防火安全提供更加堅(jiān)實(shí)的保障,使高層建筑成為更安全、更可靠、更宜居的空間。
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作者簡(jiǎn)介:劉海靜(1988- ),男,漢族,四川宜賓人,碩士研究生,講師,研究方向:傳統(tǒng)村落保護(hù)與發(fā)展。