摘要：為提升高層建筑消防水平，并減少高層建筑使用過(guò)程中面臨的火災(zāi)隱患，本文以實(shí)際工程案例為研究立足點(diǎn)，分析了該建筑的消防防排煙設(shè)計(jì)要點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，在高層建筑消防防排煙設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要注重自然排煙和機(jī)械排煙的有機(jī)結(jié)合，提升防排煙系統(tǒng)的消防能力。根據(jù)建筑內(nèi)部空間的特點(diǎn)，合理設(shè)置防排煙系統(tǒng)參數(shù)，提升防排煙系統(tǒng)性能，確保高層建筑具備較強(qiáng)的防火能力。

關(guān)鍵詞：高層建筑；消防；防排煙

引言

隨著城市化建設(shè)水平的提升，高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，火災(zāi)隱患較多，發(fā)生火災(zāi)事故后往往會(huì)造成嚴(yán)重后果[1]。在眾多高層建筑火災(zāi)事故案例中，造成人員死亡的原因往往是人員吸入過(guò)量煙霧導(dǎo)致的一氧化碳中毒。因此，在高層建筑的消防設(shè)計(jì)中，防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)是重要的內(nèi)容。

一、高層建筑的火災(zāi)特征

（一）火災(zāi)隱患多

高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樓層較高，內(nèi)部功能完善、多樣，會(huì)布置大量電氣設(shè)備，人員與各類物資相對(duì)集中，因人為因素、電氣因素導(dǎo)致的火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生。此外，高層建筑內(nèi)部存在許多火災(zāi)監(jiān)控盲區(qū)，在發(fā)生電氣故障后可能無(wú)法第一時(shí)間察覺(jué)隱患，導(dǎo)致火災(zāi)事故，并在較短時(shí)間內(nèi)形成一定規(guī)模。

（二）火勢(shì)發(fā)展迅速

高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，電梯井、排風(fēng)道、樓梯間等豎向管井會(huì)形成煙囪效應(yīng)，再加上高層建筑承受的風(fēng)力遠(yuǎn)高于其他類型的建筑，建筑內(nèi)部大量辦公用品、裝修材料具有易燃特性，在發(fā)生火災(zāi)后火勢(shì)發(fā)展速度較快，撲滅火災(zāi)的難度較大。

（三）人員疏散難度大

高層建筑內(nèi)部的人員密度較高，各區(qū)域人員與安全疏散點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)疏散可能花費(fèi)大量時(shí)間，火災(zāi)事故容易造成嚴(yán)重人員傷亡。此外，高層建筑內(nèi)部人員數(shù)量較多，發(fā)生火災(zāi)后的安全疏散工作量大，進(jìn)一步加大了疏散難度，不利于人員逃生，建筑內(nèi)部人員的安全性很難得到保障。

二、高層建筑消防防排煙設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）項(xiàng)目簡(jiǎn)介

國(guó)內(nèi)某高層建筑占地面積為12662.6m2，建筑高度為31層，該建筑由多層商業(yè)裙房、辦公樓和地下車庫(kù)組成，建筑總面積約343740m2，地面建筑高度約91.6m。

（二）防煙設(shè)計(jì)

1.防煙設(shè)備布置

（1）防煙樓梯間設(shè)置正壓送風(fēng)系統(tǒng)，每間隔1層設(shè)置自垂百葉風(fēng)口，發(fā)生火災(zāi)時(shí)通過(guò)防排煙控制系統(tǒng)啟動(dòng)加壓送風(fēng)機(jī)或者由物業(yè)人員手動(dòng)開啟加壓送風(fēng)機(jī)，對(duì)防煙樓梯間加壓送風(fēng)，防止樓梯間形成煙囪效應(yīng)，在促進(jìn)排煙的同時(shí)控制火勢(shì)蔓延速度。

（2）在防煙樓梯間和消防電梯的合用前室都布置正壓送風(fēng)系統(tǒng)，火災(zāi)時(shí)也由防排煙控制中心或手動(dòng)開啟加壓送風(fēng)機(jī)；在合用前室每層設(shè)置多葉送風(fēng)機(jī)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)電動(dòng)或手動(dòng)將每層與上下層的多葉送風(fēng)口打開，連鎖啟動(dòng)加壓送風(fēng)機(jī)，共同對(duì)合用前室送風(fēng)。在建筑避難層增設(shè)加壓送風(fēng)機(jī)，送風(fēng)量不小于30m3/h；在各層避難間設(shè)置百葉送風(fēng)口，火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)正壓送風(fēng)機(jī)對(duì)避難間送風(fēng)。

（3）在防煙系統(tǒng)中，正壓送風(fēng)機(jī)利用混凝土風(fēng)道送風(fēng)，各樓層設(shè)置適量送風(fēng)口，一端與加壓送風(fēng)機(jī)連接，另一端在非火災(zāi)時(shí)封閉，正壓送風(fēng)風(fēng)道見(jiàn)圖1[2]。

2.送風(fēng)量計(jì)算

發(fā)生火災(zāi)時(shí)，所需送風(fēng)量可以采用門洞風(fēng)速法進(jìn)行計(jì)算：

L1=AkvN1（1）

式（1）中，Ak為正壓送風(fēng)風(fēng)道出口的截面面積；N1為設(shè)計(jì)開啟的正壓送風(fēng)風(fēng)道的數(shù)量。正壓送風(fēng)風(fēng)道開啟后，在計(jì)算出正壓送風(fēng)機(jī)的最大送風(fēng)量和區(qū)域所需送風(fēng)量后，可以計(jì)算出各樓層不同區(qū)域所需正壓送風(fēng)機(jī)的數(shù)量，以此可以對(duì)各樓層的正壓送風(fēng)機(jī)、正壓送風(fēng)道的布局進(jìn)行優(yōu)化，最大化提升防煙效果。

3.送風(fēng)口截面尺寸

樓梯間地上部分每3層設(shè)置一個(gè)送風(fēng)口，每個(gè)送風(fēng)口的送風(fēng)量按設(shè)計(jì)送風(fēng)量平均分配；地下部分設(shè)置1個(gè)送風(fēng)口，送風(fēng)口截面面積可按以下公式計(jì)算：

Ad=Qvd×3600（2）

式（2）中，Ad為送風(fēng)口截面面積；Q為設(shè)計(jì)送風(fēng)量；vd為設(shè)計(jì)風(fēng)速。

（三）排煙設(shè)計(jì)

1.排煙形式

（1）自然排煙。該建筑在排煙設(shè)計(jì)中，將自然排煙作為首要選擇，設(shè)計(jì)重點(diǎn)集中在外窗類型、開窗面積上。在每層防煙樓梯間設(shè)計(jì)一層0.8×1.2m的排煙窗戶，確保發(fā)生火災(zāi)后建筑可以通過(guò)自然排煙的方式減少各樓層的煙氣濃度。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）》（GB 50016-2014），建筑自然通風(fēng)口應(yīng)占其所在樓面面積的2%—5%。因此，設(shè)計(jì)者可以按照以下公式確定自然排煙的面積：

mv=（2ρ20gd）1/3Cd，vAv1+C2d，vA2vC2d，iA2i[T0（T-T0）T2]1/2（3）

式（3）中，mv表示自然排煙口的流速；ρ0表示，空氣密度；g表示自由落體加速度；Cd為排放系數(shù)；Av為排煙口面積；Ai表示補(bǔ)風(fēng)口面積；T0表示環(huán)境溫度；T表示煙層溫度；d表示煙層厚度。

（2）機(jī)械排煙。該項(xiàng)目的機(jī)械排煙采用局部排煙和集中排煙相結(jié)合的形式。前者為直接排煙，需要在每個(gè)需要排煙的部位設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)；后者將建筑物劃分為若干區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的排煙風(fēng)機(jī)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)管道排除火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙氣。在排煙設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)計(jì)算各區(qū)域的排煙量。對(duì)本項(xiàng)目中排煙風(fēng)機(jī)只負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的排煙任務(wù)時(shí)，按區(qū)域面積每平方米不小于60m3/h計(jì)算，對(duì)負(fù)責(zé)兩個(gè)或以上區(qū)域的排煙風(fēng)機(jī)，按每平方米不小于120m3/h[3]。倘若一個(gè)排煙系統(tǒng)需要負(fù)責(zé)幾個(gè)區(qū)域的排煙任務(wù)，將設(shè)置最大排煙量為60000m3/h，最小排煙量為7200m3/h。風(fēng)道內(nèi)通過(guò)的風(fēng)量，需要按照排煙系統(tǒng)中最大排煙口的2倍進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)要選擇合適的排煙風(fēng)道材質(zhì)，不同材質(zhì)的風(fēng)速見(jiàn)表1。

在機(jī)械排煙過(guò)程中，設(shè)計(jì)者可以結(jié)合煙氣通過(guò)排放口有效斷面時(shí)速度不超過(guò)10m/s來(lái)計(jì)算。本文的疏散樓梯間每層的體積約36.445m3，占地空間較小，因此只考慮在每層設(shè)置兩個(gè)排煙口。由于排煙口風(fēng)速不宜超過(guò)10m/s，設(shè)置一個(gè)排煙口時(shí)排煙口面積可以按各排煙分區(qū)的最小規(guī)定值7200m3/h來(lái)計(jì)算，同時(shí)還要考慮有效面積系數(shù)，合理確定排煙口的面積。

（3）地下室排煙。本項(xiàng)目地下室部分的排煙，主要在地下室設(shè)備用房設(shè)置機(jī)械排煙裝置，用于地下室設(shè)備用房及各類房間的通風(fēng)換氣以及火災(zāi)事故發(fā)生后的消防排煙，設(shè)計(jì)排風(fēng)換氣次數(shù)為4次/h—12次/h。地下室機(jī)械排煙時(shí)，利用低噪聲的排煙機(jī)組，將各房間內(nèi)的渾濁空間排出。在高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，通過(guò)遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場(chǎng)操作的方式開啟排煙機(jī)組，將區(qū)域內(nèi)的煙氣排出。一旦排煙風(fēng)機(jī)前的煙氣溫度超過(guò)設(shè)計(jì)閾值，排煙系統(tǒng)可以自動(dòng)將排煙風(fēng)機(jī)前的防火閥關(guān)閉，連鎖控制排煙風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。對(duì)地下車庫(kù)部分的排煙設(shè)計(jì)，將排煙次數(shù)控制在6次/h左右，利用低噪聲排煙風(fēng)機(jī)日常排出汽車尾氣和渾濁氣體，發(fā)生火災(zāi)時(shí)利用機(jī)械補(bǔ)風(fēng)的方式排煙。

（四）防排煙控制系統(tǒng)

由于高層建筑發(fā)生火災(zāi)后火勢(shì)蔓延速度較快，物業(yè)人員無(wú)法在第一時(shí)間通過(guò)手動(dòng)操作全部將防排煙風(fēng)機(jī)打開，因此需要設(shè)計(jì)一套防排煙控制系統(tǒng)。一方面，監(jiān)測(cè)整個(gè)防排煙系統(tǒng)的運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)防排煙系統(tǒng)的運(yùn)行故障；另一方面，通過(guò)遠(yuǎn)程下達(dá)控制指令，自動(dòng)控制各類防排煙裝置的啟停[4]。根據(jù)防排煙系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文提出基于IOT技術(shù)建立防排煙控制系統(tǒng)的觀點(diǎn)，通過(guò)在防排煙系統(tǒng)中增設(shè)采集防排煙裝置狀態(tài)信息和捕捉現(xiàn)場(chǎng)圖像的監(jiān)測(cè)設(shè)備，分別與送風(fēng)/排煙、消防風(fēng)機(jī)等設(shè)備連接，實(shí)時(shí)獲取各類設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和信號(hào)數(shù)據(jù)。利用NB-IOT無(wú)線通信模塊與消防控制中心連接，從消防控制中心的顯示大屏了解建筑火災(zāi)狀況、防排煙系統(tǒng)現(xiàn)狀等，在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患或者故障隱患后及時(shí)預(yù)警，提醒相關(guān)人員及時(shí)處理問(wèn)題。

三、高層建筑消防防排煙設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議

（一）防排煙系統(tǒng)優(yōu)化

在消防防排煙系統(tǒng)中，主要排煙方式有自然排煙和機(jī)械排煙兩種。在自然排煙設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要確保各排煙窗口朝向的差異性，合理計(jì)算排煙開口面積，確定排煙敞口的開啟方式，保證自然排煙效果和排煙效率。在對(duì)防排煙系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)控制好防排煙管道的設(shè)計(jì)參數(shù)，如材質(zhì)、規(guī)格、布局、排煙量等，合理設(shè)置防排煙口位置，控制好各類管道的橫截面積。在防排煙設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要注意優(yōu)化排煙口的位置，盡量在建筑的下風(fēng)口設(shè)置排煙口，確保在發(fā)生火災(zāi)后可以有效地將煙氣排出。在對(duì)防排煙系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)者要盡量擴(kuò)大防排煙系統(tǒng)的消防防排煙能力，在符合國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)的前提下，適當(dāng)提高各節(jié)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提升系統(tǒng)處理煙氣的能力，避免發(fā)生火災(zāi)后防排煙系統(tǒng)失效。

（二）風(fēng)管密封設(shè)計(jì)

在高層建筑防排煙設(shè)計(jì)中，風(fēng)管是防煙和排煙的主要通道，也是風(fēng)機(jī)送風(fēng)的主要通道，風(fēng)管的密封性是決定防排煙系統(tǒng)應(yīng)用效果的關(guān)鍵。因此，在防排煙設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)管密封性的問(wèn)題，合理選擇風(fēng)管連接方式、密封方式，合理設(shè)置風(fēng)道外部附加支撐結(jié)構(gòu)，防止外部荷載導(dǎo)致風(fēng)道接口密封失效，保證高層建筑發(fā)生火災(zāi)后風(fēng)道的使用性能[5]。

（三）地下建筑防排煙設(shè)計(jì)優(yōu)化

地下建筑防排煙設(shè)計(jì)是本文研究的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)者要注意提升地下建筑的防排煙性能，合理設(shè)置排煙天井位置，將地下室內(nèi)空間與室外空間自然連通，在引入室外光線的同時(shí)為火災(zāi)煙氣的控制創(chuàng)造良好條件。在確定排煙天井位置時(shí)，設(shè)計(jì)者要盡量將其設(shè)置在不影響地面交通、外部環(huán)境的位置，盡量設(shè)置在室內(nèi)煙氣最容易達(dá)到的部位，提升地下室煙氣排出能力，并考慮防火間距需要，調(diào)查排煙天井周邊是否存在相鄰建筑。排煙天井與相鄰建筑的間距應(yīng)滿足《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50098-2009）的要求[6]。此外，設(shè)計(jì)者要注意天井構(gòu)造的設(shè)置。排煙天井的主要作用是排煙、通風(fēng)和采光。設(shè)計(jì)者要根據(jù)室內(nèi)采取的防排煙方式確定好天井的尺寸，如采用機(jī)械排煙的方式，設(shè)計(jì)者只需要考慮排煙天井的通風(fēng)與自然采光要求；倘若室內(nèi)只采用自然排煙的形式，設(shè)計(jì)者必須保證排煙天井壁面及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料具有較強(qiáng)耐火性，并在排煙天井周邊砌筑一定高度的防火墻，避免排煙天井構(gòu)造設(shè)計(jì)不合理影響室內(nèi)自然排煙的效果[7]。

在地下室建筑防排煙設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要合理規(guī)劃疏散通道和出口等疏散節(jié)點(diǎn)，在各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排煙處理。在地下建筑的防排煙設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要先掌握地下建筑各疏散節(jié)點(diǎn)的布局，重點(diǎn)在疏散出口和疏散通道設(shè)置排煙裝置，避免在安全疏散時(shí)煙氣彌漫導(dǎo)致人員失去方向感。例如，設(shè)計(jì)者可以采用出入口煙流與人流分離的排煙方式，使火災(zāi)發(fā)生后煙氣的運(yùn)動(dòng)方向與人員逃生方向相反。在出入口周邊設(shè)置內(nèi)部排煙口、擋煙墻，并在地面出入口附近設(shè)置排煙出口，盡量選擇下風(fēng)向設(shè)置，防止排煙出口處的煙氣因外部風(fēng)流重新返回地下空間。地下建筑的排煙口可以布置在地平面上，采用機(jī)械鼓風(fēng)聯(lián)合自然排煙相結(jié)合的方式，滿足大規(guī)模地下空間的排煙需求[8]。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層建筑面臨的火災(zāi)隱患較多，要想減少火災(zāi)事故造成的生命財(cái)產(chǎn)損失，為建筑內(nèi)部人員提供足夠的安全疏散時(shí)間，必須做好高層建筑的防排煙設(shè)計(jì)。在高層建筑的防排煙設(shè)計(jì)中，不僅要合理布置防煙和排煙系統(tǒng)，還要注意對(duì)防排煙設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，注重對(duì)防火單元格、風(fēng)管密封設(shè)計(jì)的優(yōu)化，注意地下建筑防排煙設(shè)計(jì)，盡量滿足高層建筑的防排煙需求。

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作者簡(jiǎn)介：楊思浩（1994— ），男，漢族，廣東高州人，本科，助理工程師，研究方向：建筑消防。