建筑防火設計在高層建筑設計中的應用研究

摘要：為提高高層建筑的防火安全性能，減少火災帶來的人員傷亡和財產損失，本文深入探討了高層建筑火災特性、防火設計方法及防火系統設計和應用。著重闡述結構防火設計、建筑材料的防火性能、疏散設計與逃生路徑規劃、自動滅火系統及火災監測和報警系統綜合應用。通過綜合應用多項防火策略和技術，可以顯著提升高層建筑防火安全性能，減少火災風險，并為高層建筑設計和管理提供科學合理的指導和建議。

關鍵詞：建筑防火設計；建筑設計；防火墻

火災是高層建筑中最嚴重的安全威脅之一。高層建筑火災導致人員傷亡和財產損失往往比其他類型建筑更為嚴重。由于高層建筑的獨特性，傳統防火方法和系統往往難以滿足其安全需求。因此，開發有效的高層建筑防火設計策略至關重要。

一、高層建筑火災特點

（一）對救援裝備要求較高，撲救難度大

隨著建筑高度的增加，傳統的消防設施和方法難以適用，直接增加了救援任務的復雜性。在高層建筑火災中，由于火源可能位于較高層，消防車云梯或水槍往往難以達到足夠高度進行有效撲救，高層建筑復雜結構和有限入口、出口也給消防隊員快速進入和撤離帶來困難。高層建筑中風壓差異、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性能，如更長云梯、更強大水泵系統以及適用于高空作業的個人防護裝備等。救援人員也需要特別的培訓和策略來應對高層建筑火災的獨特挑戰。例如，他們需要了解高層建筑的結構特點，掌握在高空環境中進行搜救和滅火的技巧以及如何使用特殊裝備進行快速、安全救援。因此，提高救援裝備的技術水平和救援人員的專業能力，是提升高層建筑火災應急響應效率和成功率的關鍵。

（二）火災蔓延速度較快，蔓延方式多

在高層建筑中，一旦火災發生，火勢可通過開放門窗、通風道、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，火勢蔓延尤為迅速。高層建筑內部復雜的空間布局和大量的隔斷墻也可能導致火勢在建筑內部迂回擴散，形成多個火源點，增加了火災控制和撲救難度。高層建筑通風系統和氣流動態也是影響火勢蔓延的重要因素。例如，通風道可以成為火焰和煙霧傳播的渠道，尤其是在強制通風和自然通風共同作用下，火勢可以沿著建筑的垂直和水平方向迅速擴散。同時，高層建筑特有的“煙囪效應”會使熱氣流和煙霧向上蔓延，加速火勢向高層擴散，對人員疏散和火災控制帶來極大挑戰。因此，了解和控制火災蔓延機理對高層建筑防火設計至關重要。需要建筑師和工程師在設計階段就充分考慮建筑材料選擇、內部布局優化、防火隔斷設置以及有效煙霧控制和排煙系統安裝。

（三）建筑內部人員集中，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，在工作時間或特定時段，人流量大大增加。一旦發生火災，大量人員在有限時間內同時疏散，不僅對疏散通道容量提出了挑戰，也增加了恐慌和混亂可能性。高層建筑結構設計會限制疏散路線的數量和寬度，疏散路徑可因煙霧、火焰或其他障礙物而受阻，這些都進一步加劇了疏散難度。特別是行動不便人群，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，高層建筑設計和管理需要特別考慮疏散安全，包括優化疏散路線布局，確保疏散指示清晰可見，提供足夠的疏散指導和訓練。高效疏散計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，如緊急照明、語音導引系統等，可以在火災發生時指導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、高層建筑防火設計方法

（一）結構防火設計

高層建筑結構防火設計是確保建筑在火災情況下保持穩定性和完整性的關鍵，目的是延長建筑結構在火災中的耐火時間，為人員疏散和火災撲救爭取寶貴時間。結構防火設計涉及到建筑的材料選擇、構件設計以及整體建筑的防火策略。首先，建筑材料選擇至關重要，應優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，并對結構進行防火涂料處理或使用防火板材進行包覆。其次，構件設計要考慮到火災時的力學行為，確保主要承重結構在高溫下仍能保持穩定，比如通過增加構件的截面尺寸、使用耐火隔離層或設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，設計師需要考慮如何將建筑分區，以防火災蔓延。通過設置防火墻、防煙樓層和防火隔斷來實現，有效切斷火勢和煙霧的傳播路徑。結構防火設計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。結構設計還應兼顧日后的維護和檢修，確保防火系統的持久有效性。

（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計的重要方面，直接關系到火災時建筑的反應行為和結構穩定性。選擇具有良好防火性能的建筑材料可以顯著降低火災風險，減緩火勢蔓延速度，提高結構耐火極限，為人員疏散和火災撲救贏得寶貴時間。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定，不易引發火勢蔓延。防火涂料也被廣泛應用于結構鋼或木材表面，以提高其耐火性能。這種涂料在遇火時會膨脹形成隔熱保護層，有效隔絕熱量傳遞，保護結構材料免受高溫損害。同時，防火隔板、防火窗和防火門等專用防火構件也在建筑設計中起到關鍵作用，它們能在火災發生時阻擋火勢和煙霧擴散，確保逃生通道和重要區域安全。在選擇建筑材料時，應綜合考慮材料的燃燒性、熱釋放率、煙霧產生量以及毒性等因素，遵循相關的國家標準和行業規范。通過科學合理的材料選擇和應用，可以有效提升建筑的防火安全性能，為人員安全和財產保護提供堅實保障。因此，建筑材料的防火性能不僅是材料科學的研究領域，也是建筑設計實踐的重要考慮因素。

（三）疏散設計與逃生路徑

疏散設計與逃生路徑在高層建筑防火安全中起著至關重要的作用。確保在火災等緊急情況下，所有人員都能夠快速、有序、安全撤離到安全地帶。有效疏散設計需要綜合考慮建筑的使用性質、布局結構、人員密度以及火災情況等因素，合理規劃疏散通道、出口數量和位置、疏散指示標志等。疏散通道應保持暢通無阻，足夠寬敞，以容納極短時間內大量人員的疏散，且應有明顯標識指引方向。疏散出口設計應避免死角和瓶頸，確保在緊急情況下可以快速疏散人群。逃生路徑設計同樣要考慮多種可能的火災場景，確保在不同情況下都有可行的逃生方案。這包括設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，例如為行動不便者設置疏散椅或安全區域。

（四）合理規劃總體布局

疏散設計與逃生路徑設計旨在確保在火災等緊急情況下，所有人員都能夠快速、有序、安全撤離到安全地帶。疏散設計還要考慮煙霧控制和排煙系統的配置，因為煙霧是導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）防火墻設計和應用

防火墻設計是高層建筑防火安全策略中的一個關鍵組成部分，其主要功能是在火災發生時限制火勢蔓延，保護建筑結構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構，能夠在一定時間內抵抗火焰和高溫侵襲，有效隔離火源，減緩或阻止火勢蔓延。在高層建筑中，防火墻通常用于劃分防火分區，每個分區相當于一個獨立的防火單元，即使一部分區域發生火災，也不會迅速影響到整個建筑。防火墻設計需符合嚴格的建筑規范和標準，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、通風系統等因素，以確保其在防火和疏散中發揮最大效能。例如，防火墻應與建筑的主要結構和疏散樓梯井、電梯井等緊密結合，確?；馂臅r這些關鍵部分可以保持穩定和安全。

三、高層建筑防火系統設計

（一）自動噴水滅火系統

自動噴水滅火系統是高層建筑中常用的一種主動防火系統，它能夠在火災初始階段自動響應并噴射水流，以控制甚至熄滅火焰，是保障建筑防火安全的重要設施。這種系統通常由水源、管道、噴頭和火災探測器組成。當探測器感應到火災產生的熱量或煙霧時，系統會自動啟動，打開相應區域的噴頭釋放水流。自動噴水滅火系統的設計需要考慮覆蓋面積、水壓和水流量等因素，以確?；馂陌l生時能夠迅速而有效控制火勢。該系統的優勢在于能夠快速反應及時控制火勢，減少火災蔓延風險，并為人員疏散提供時間。在高層建筑中，由于結構復雜，火災撲救難度較大，自動噴水滅火系統尤為重要，它可以在消防人員到達現場之前起到初步控制火勢的作用。自動噴水滅火系統在平時不占用空間，對建筑的美觀和使用功能影響小，維護相對簡單，是高效的防火設施。

（二）火災報警與監控系統

火災報警與監控系統在高層建筑防火安全中扮演著至關重要的角色。這套系統通常由火災探測器、報警設備、監控中心和相應的通信網絡組成?；馂奶綔y器能夠感應到火災的初期跡象，如煙霧、異常溫度升高或火焰，一旦探測到這些信號，系統會立即啟動報警裝置，通過聲音和光信號快速提醒建筑內的所有人員，并將火災信息傳遞到監控中心和消防部門，以便迅速采取應對措施?；馂膱缶c監控系統設計需考慮多種因素，包括建筑規模、結構、用途以及內部人員分布等，以確保系統覆蓋所有關鍵區域并具有高度的靈敏度和可靠性。系統中的火災探測器類型多樣，包括煙霧探測器、溫度探測器和火焰探測器等，它們可以單獨使用也可以組合使用，以提高探測精度和防誤報能力。報警裝置需要明顯且能覆蓋到每一個角落，無論人員在建筑的哪個位置都能聽到警報聲或看到警示信號^[2]。除及時報警外，現代火災監控系統還具有高度的智能化和網絡化特點，可以實時監控建筑內的環境變化，自動分析火災風險，并與消防部門、安保系統和建筑管理中心等進行信息共享和協調。這些特點使得火災報警與監控系統不僅在火災發生時能提供及時響應，還能通過數據分析和預警功能增強建筑防火安全性。

（三）煙霧控制與排煙系統

在高層建筑設計中，煙霧控制與排煙系統是防火安全體系的重要組成部分。煙霧控制與排煙系統的主要任務是在火災發生時，控制引導煙霧流動方向，降低煙霧對人員疏散、消防救援行動的影響。煙霧控制與排煙系統由煙霧檢測模塊、控制中心、排煙風扇及煙霧導流排放設施等關鍵功能模塊組成。煙霧檢測模塊是煙霧控制與排煙系統的前哨，負責實時監測建筑內煙霧水平。檢測器通常安裝在建筑關鍵區域，如走廊、大廳、房間內，確保一旦有煙霧產生，系統能迅速響應。煙霧檢測器通過分析空氣中顆粒物濃度來判斷是否發生火災，從而啟動煙霧控制與排煙過程?？刂浦行哪K是系統的大腦，它接收來自煙霧檢測模塊的信號，并根據預設程序、算法，自動激活排煙設施?？刂浦行倪€能實時監控整個系統運行狀態，確保排煙通道暢通無阻。排煙風扇和煙霧導流設施模塊是執行機構，負責物理移動與排出煙霧。排煙風扇根據控制中心指令，以適當速度運轉，在建筑內部形成負壓區，引導煙霧向指定排煙口移動。煙霧導流設施如排煙道、煙霧閘門，確保煙霧被從建筑內部導出，通過屋頂或建筑側面排煙口排入空氣中^[3]。煙霧控制與排煙系統應與建筑其他防火和安全系統（如自動噴水滅火系統、火災報警系統）集成，以實現最大程度的防火安全保護。高層建筑的煙霧控制與排煙系統通過多個功能模塊協同工作，能在火災發生時保護人員安全，減少財產損失，為消防救援提供有利條件。

結語

高層建筑防火安全是一個系統工程，要求建筑師、工程師、管理者和使用者等多方共同努力，從科學研究到技術應用，從日常管理到緊急響應，形成一個全方位、多層次的防火安全網絡。隨著科技發展和社會進步，新防火材料、技術和管理策略將不斷涌現，為高層建筑防火安全提供更加堅實的保障，使高層建筑成為更安全、更可靠、更宜居的空間。

參考文獻

[1]王雪松.建筑防火技術在高層建筑設計中的應用探究[J].今日消防，2023，8（10）： 101-103.

[2]楊洋.建筑防火技術在高層建筑設計中的應用[J].工程建設與設計，2023（15）：86-88.

[3]許云杰.淺析建筑防火在高層住宅小區設計中的應用[J].居舍，2023（22）：101-104.

作者簡介：劉海靜（1988- ），男，漢族，四川宜賓人，碩士研究生，講師，研究方向：傳統村落保護與發展。