孫敏捷

摘要：新時(shí)期，城市化進(jìn)程持續(xù)加快，城市建筑工程規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，高層建筑數(shù)量和高度都與日俱增。與普通多層建筑不同，高層建筑通常人員聚集，豎向高度較高、內(nèi)部空間較大、布局復(fù)雜，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，疏散十分困難，且建筑內(nèi)可燃物很多，任何火災(zāi)的發(fā)生都存在較大的救援難度，會(huì)帶來難以估量的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)此，必須加強(qiáng)高層建筑排煙研究，找出科學(xué)的排煙措施。本文以高層建筑火災(zāi)撲救排煙為研究對(duì)象，討論高層建筑火災(zāi)排煙方式對(duì)高層建筑火災(zāi)撲救的影響，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；火災(zāi)撲救；排煙方式

DOI：10.12433/zgkjtz.20232851

據(jù)世界高層建筑與都市人居學(xué)會(huì)2021年發(fā)布的一份關(guān)于世界高層建筑的報(bào)告顯示，目前我國擁有150m以上的高層建筑2581座，200m以上建筑861座，而300m以上的超高層建筑則有99座，這三項(xiàng)指標(biāo)均排在世界前列。

高層建筑起火時(shí)，高溫?zé)煔夂苋菀自诮ㄖ呢Q向通道中縱深擴(kuò)散，加快火災(zāi)蔓延，不利于火災(zāi)撲救及人員逃生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煙氣致死人數(shù)在高層建筑火災(zāi)死亡人數(shù)中的占比高達(dá)82%。高層建筑起火時(shí)，如果能有效排煙，可以提高火場能見度，降低高溫毒氣對(duì)人體的傷害，從而控制火勢(shì)蔓延，提高救人與滅火的效率。本文在總結(jié)高層建筑煙氣流動(dòng)規(guī)律和排煙的方式、特點(diǎn)、缺陷的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地提出了改進(jìn)措施，以期促進(jìn)高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)科學(xué)排煙。

一、高層建筑火災(zāi)排煙的研究背景

（一）高層建筑的火災(zāi)特點(diǎn)

第一，火災(zāi)蔓延迅速、途徑多樣、易形成立體的火災(zāi)。如果防火分隔或者防火處理不當(dāng)，高層建筑內(nèi)的樓梯井、電梯井、管道井、風(fēng)管、電纜井以及排氣管等猶如煙囪，都會(huì)成為火災(zāi)快速傳播的渠道。高端酒店、辦公樓、圖書館、檔案館和科研樓等建筑，一般情況下，室內(nèi)可燃材料較多，有些高層建筑還設(shè)有可燃材料倉庫，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)導(dǎo)致高層建筑的火勢(shì)迅速蔓延。另外，受氣壓、風(fēng)速等因素影響，高層建筑火災(zāi)極易形成全樓三維火場，“風(fēng)助火勢(shì)、火借風(fēng)威”在高層建筑中表現(xiàn)得尤為明顯。風(fēng)在火災(zāi)中的作用強(qiáng)弱是風(fēng)速主導(dǎo)的，在近地面，高度越高，風(fēng)速越大，所以高層建筑火災(zāi)往往比中低層建筑更加猛烈。建筑物著火后，煙霧、火焰沿一定方向擴(kuò)散，先朝上接觸天花板，再轉(zhuǎn)為橫向擴(kuò)散，最后沿墻體上下運(yùn)動(dòng)。

第二，人員疏散難度大。在高層建筑內(nèi)，將人員快速撤離至地面或建筑物內(nèi)不受火災(zāi)威脅的安全場所較為困難。首先，建筑高大、樓層眾多，垂直疏散距離較遠(yuǎn)，疏散時(shí)間較長。其次，人員集中，疏散設(shè)施少。高層民用建筑可容納的人員大多超過千人，很難在短期內(nèi)把人都疏散到安全區(qū)。再次，發(fā)生火災(zāi)后普通電梯無法作為安全疏散的場所，樓梯作為高層建筑中的疏散設(shè)施，如果樓梯間不能有效阻止煙火的入侵，煙氣將被迅速充滿樓梯間，不但無法確保人員的安全撤離，還會(huì)成為火勢(shì)蔓延渠道。因此，高層建筑中因來不及撤離造成的煙熏或火燒致死較常見。

第三，撲救困難。與中低層建筑火災(zāi)相比，高層建筑的火災(zāi)撲救工作更加困難。首先，高層建筑高度會(huì)導(dǎo)致消防供水困難?？刂苹饎?shì)蔓延、消除著火點(diǎn)和冷卻降溫需要大量的水，普通消防車水壓不能滿足高層建筑上部的供水需求，且水帶耐壓的強(qiáng)度有限，也會(huì)限制高層建筑的外部消防供水。當(dāng)建筑物本身供水能力不足時(shí)，需要消防員借助特種登高、排煙消防車輛和搶險(xiǎn)救生裝備進(jìn)行高樓接力供水。其次，由于經(jīng)濟(jì)、空間等因素限制，高層建筑內(nèi)消防電梯設(shè)置的數(shù)目有限，在開展救援作業(yè)時(shí)，消防電梯需要運(yùn)送的設(shè)備和人員多，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，消耗時(shí)間長，往往抓不住控制初期火災(zāi)的有利時(shí)機(jī)。

第四，火災(zāi)隱患眾多。有的建筑設(shè)有商業(yè)營業(yè)廳、可燃物倉庫、人員密集的禮堂、餐廳等，安全管理不統(tǒng)一，潛在火災(zāi)隱患多，一旦起火，容易發(fā)生大面積火災(zāi)，且火勢(shì)蔓延很快，撲救疏散困難，從而造成極大的人員傷亡。

（二）高層建筑火災(zāi)煙氣的危害

第一，缺氧?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，建筑室內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大面積燃燒現(xiàn)象，燃燒需要氧氣，因此會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)缺氧，如果救援不及時(shí)，可能造成嚴(yán)重的窒息，危害人體健康，甚至引發(fā)生命事故。

第二，中毒。眾所周知，建筑室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生后，可燃物燃燒將產(chǎn)生大量的煙霧與其他毒害氣體，包括一氧化碳（CO）、氯化氫（HCl）、氰化氫（HCN）等多種有毒氣體，對(duì)人體的危害極為嚴(yán)重。

第三，高溫灼傷。火災(zāi)中的煙氣溫度可達(dá)到800～1000℃，特別是燃燒中心區(qū)域火焰的溫度更高，對(duì)人的損傷更大。一般來說，火災(zāi)由著火至擴(kuò)散只需6～7min，大部分火場的實(shí)測(cè)溫度在6min內(nèi)可達(dá)300～400℃。公眾聚集場所如果有大量的可燃物，會(huì)加快火災(zāi)蔓延速度，使火場溫度更高，增加人員傷亡的可能性。

第四，減光危害?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，只有當(dāng)疏散的能見距離大于一定的數(shù)值時(shí)，逃生人員才能看清疏散通道中的疏散標(biāo)志和疏散門的位置，因此保障疏散通道上的能見度對(duì)逃生具有重要作用。一般火場中的能見距離低于3m時(shí)，會(huì)降低高層建筑火災(zāi)中逃生的概率。火災(zāi)中煙氣蔓延時(shí)，煙氣中煙塵遮蔽可見光，會(huì)縮短能見距離。因此，逃生人員會(huì)難以辨認(rèn)目標(biāo)和方向，導(dǎo)致原有的事故照明設(shè)施和疏散標(biāo)志難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。

（三）高層建筑火災(zāi)排煙的意義

第一，有助于救援工作順利進(jìn)行。在火場中，可燃物的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的有毒煙氣，導(dǎo)致人窒息、中毒、灼傷，降低逃生能見度，引起心理恐慌，影響消防員的施救。因此，先排煙，再搜救，才能提高救援效率，才能更好地保障被困人員的人身安全。

第二，撲救火災(zāi)?；馂?zāi)中煙氣溫度可達(dá)近千度，排除高層建筑內(nèi)的高溫?zé)煔馐墙o建筑降溫的有效手段。同時(shí)，通過排煙控制煙氣的流動(dòng)方向還可以控制火勢(shì)的蔓延。另外，有效排煙可延長建筑內(nèi)部的能見距離，更有利于滅火工作的開展。

第三，保障消防員的生命安全?；饒鰞?nèi)的煙氣不僅妨礙群眾逃生，也會(huì)在很大程度上降低消防員的可視距離，造成消防員在陌生環(huán)境中迷失方向，或使消防員因跌落隱藏的豎井、被空中墜物砸傷等。因此，排除建筑內(nèi)的高溫?zé)煔飧欣诒Ｕ舷绬T在火場中的安全。

二、高層建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)的規(guī)律及影響因素

（一）高層建筑火災(zāi)煙氣蔓延途徑

建筑火災(zāi)發(fā)生后，煙氣主要沿水平和豎直兩個(gè)方向蔓延。水平的蔓延是著火樓層內(nèi)的蔓延，速度較慢。而豎直的蔓延速度很快，煙氣進(jìn)入樓梯間、電梯井和管道井等建筑豎井后會(huì)迅速向上蔓延擴(kuò)散，速度高達(dá)十幾米每秒，在幾十秒甚至幾秒的時(shí)間內(nèi)可到達(dá)高層建筑頂部。

（二）高層建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)的影響因素

第一，煙囪效應(yīng)。高層建筑的結(jié)構(gòu)特征為：豎直方向會(huì)設(shè)置從上到下的通道，以滿足高層的運(yùn)輸需求，主要的上下豎直通道包括電梯、管道井或者樓梯等。然而，高層建筑室內(nèi)與室外的溫度不同，二者會(huì)有一定的溫度差，從而使上下通道中產(chǎn)生上下流動(dòng)的氣流，出現(xiàn)工業(yè)煙囪效應(yīng)。

第二，氣體受熱膨脹。建筑房間被火災(zāi)侵蝕后，不僅會(huì)出現(xiàn)高溫?zé)煔鈳淼母×?，氣體受熱后也將發(fā)生膨脹，由此帶來壓差，影響煙氣流動(dòng)。如果房間僅設(shè)置一個(gè)通風(fēng)口，并與外部空間相連，會(huì)加劇氣體膨脹的系數(shù)。

第三，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)影響。要想建筑內(nèi)氣壓不受影響，建筑內(nèi)的通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)等換氣設(shè)施的排風(fēng)量應(yīng)與送風(fēng)量相當(dāng)。如果建筑內(nèi)某空間內(nèi)送風(fēng)量低于排風(fēng)量，其他空間的空氣就會(huì)流向此處。相反，如果此處的空氣流向其他空間，可以使換氣系統(tǒng)的送風(fēng)量大于排風(fēng)量。因此，合理控制換氣系統(tǒng)可以控制煙氣在建筑內(nèi)的流向。

第四，室外風(fēng)力、風(fēng)速的影響。風(fēng)對(duì)各個(gè)建筑面的作用不同，迎風(fēng)面的墻壁所受壓力向內(nèi)，兩側(cè)墻壁及背風(fēng)面則相反，而平頂層所受壓力向上。這種承壓方向上的差異導(dǎo)致空氣從建筑的迎風(fēng)面流入，從建筑的背風(fēng)面流出，并在頂層尚未封閉的豎直通風(fēng)管道中產(chǎn)生吸力。

三、高層建筑火災(zāi)不同排煙方式的特點(diǎn)

第一，自然排煙的特點(diǎn)。利用自然力使煙氣不能入侵消防電梯及樓梯間內(nèi)的排煙方式稱為自然排煙。這種方式的效果主要受所處樓層、室外溫度、風(fēng)力特征等因素影響，利用好這些因素，自然排煙也能起到良好的排煙效果。

第二，機(jī)械排煙的特點(diǎn)。機(jī)械排煙系統(tǒng)主要利用排煙風(fēng)機(jī)將著火區(qū)域內(nèi)的高溫有害煙氣從排煙口排出，主要由擋煙垂壁、排煙口、排煙機(jī)以及電氣控制等部分組成。排煙時(shí)，要注意及時(shí)排出人員疏散時(shí)帶入前室的煙。

第三，機(jī)械加壓排煙的特點(diǎn)。機(jī)械加壓排煙是通過使防煙樓梯間及其前室保持足夠的壓力避免煙氣進(jìn)入樓梯間及前室。機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)是一種強(qiáng)制性的防排煙系統(tǒng)，主要由電氣控制設(shè)備控制的防煙部件、送風(fēng)口、送風(fēng)管道和送風(fēng)機(jī)組成，需要電梯前室、樓梯間保持一定的正壓，防止煙氣侵入。在高層建筑起火時(shí)，通過機(jī)械加壓送風(fēng)將一定量的空氣送到樓梯間和前室內(nèi)，可以確保煙氣無法入侵。

四、高層建筑火災(zāi)排煙的常見問題

（一）自然排煙的常見問題

第一，排煙的效果不穩(wěn)定。自然排煙效果容易受室外風(fēng)力特征、季節(jié)變化及高層建筑熱壓作用的影響。

第二，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮自然排煙。自然排煙需要借助外窗或者專用的排煙口，外窗或排煙口要滿足排煙需求。

第三，存在火災(zāi)通過排煙口蔓延到緊鄰上層的危險(xiǎn)性。由排煙口或外窗向外排煙時(shí)，由于排除的煙氣中可燃?xì)怏w未燃盡，且溫度很高，具備燃燒條件，會(huì)繼續(xù)燃燒。燃燒的煙氣火焰周圍的空氣補(bǔ)充條件有差異，火焰內(nèi)側(cè)靠近外墻的部分空氣不足形成負(fù)壓區(qū)，導(dǎo)致火焰有撲向墻壁面的貼壁燃燒現(xiàn)象，進(jìn)而引起上一層可燃物燃燒，增大建筑物的燃燒面積。

（二）機(jī)械排煙的常見問題

第一，排煙口的位置設(shè)置不當(dāng)。機(jī)械排煙設(shè)施不達(dá)標(biāo)，主要的影響因素是排煙口的設(shè)置不合理。排煙口位置設(shè)置不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致排煙設(shè)施難排煙。不合理主要表現(xiàn)為：排煙口設(shè)置高度不夠，部分高層建筑的排煙口設(shè)置在墻下部，一旦發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生煙氣，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械排煙；布局不合理，部分建筑將排煙口設(shè)置在安全出口上方，不僅不能起到排煙的作用，還會(huì)增加安全出口的煙氣，增加安全疏散的難度。

第二，擋煙垂壁設(shè)置不規(guī)范。目前，部分高層建筑為了追求建筑內(nèi)部的美觀效果，未按照相關(guān)要求設(shè)置擋煙垂壁，影響了排煙效果。

第三，防排煙風(fēng)機(jī)供配電與規(guī)范不符。雖然相關(guān)規(guī)定對(duì)防排煙風(fēng)機(jī)的負(fù)荷級(jí)別和敷設(shè)安裝有明確要求，但在實(shí)際施工中仍存在防排煙風(fēng)機(jī)供配電與規(guī)范不符的問題。

第四，維護(hù)保養(yǎng)不到位。防煙排煙系統(tǒng)能否正常使用與系統(tǒng)各組件、配件的現(xiàn)場狀態(tài)密切相關(guān)，很多單位對(duì)防排煙設(shè)施的日常管理維護(hù)很差，有的單位甚至只在消防部門檢查時(shí)才打開防排煙設(shè)施，導(dǎo)致存在嚴(yán)重的排煙隱患。

（三）機(jī)械加壓排煙的常見問題

第一，不合理的風(fēng)機(jī)選配。實(shí)際設(shè)計(jì)機(jī)械加壓送風(fēng)裝備時(shí)，必須參照現(xiàn)實(shí)機(jī)械加壓送風(fēng)量配置風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)選配不合理時(shí)，會(huì)影響排煙，如果加壓風(fēng)機(jī)尺寸超出標(biāo)準(zhǔn)，防煙區(qū)的正壓值會(huì)上升，導(dǎo)致疏散門無法正常打開，如果加壓風(fēng)機(jī)的規(guī)格較小，防煙區(qū)內(nèi)的正壓值也會(huì)較低，無法有效抵擋煙氣擴(kuò)散。

第二，風(fēng)口與風(fēng)閥的選配不科學(xué)。在機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)，如果未能正確選配風(fēng)口與風(fēng)閥，會(huì)影響風(fēng)口面積，加大系統(tǒng)阻力，導(dǎo)致風(fēng)量不足。在建設(shè)高層建筑時(shí)，如果不積極抹光進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)壁或尚未及時(shí)修理腳手架，可能影響風(fēng)閥調(diào)節(jié)，不能正常防煙。

第三，未安壓差調(diào)節(jié)設(shè)備。參照文件條款，在個(gè)別情況下，把防煙樓梯間、前室送風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)一共用，或?qū)翰钫{(diào)節(jié)裝置配設(shè)于前室風(fēng)管支管，如果出現(xiàn)火災(zāi)，可以打開機(jī)械加壓裝置，樓梯間與前室之間構(gòu)成壓差，便于排除煙霧。在現(xiàn)實(shí)中，一些高層建筑沒有配設(shè)壓差調(diào)節(jié)裝置，使得合用室的前壓力高于樓梯間，會(huì)影響防煙效果。

第四，維護(hù)保養(yǎng)不到位。與機(jī)械排煙相似，機(jī)械加壓排煙系統(tǒng)也存在使用單位對(duì)日常維護(hù)保養(yǎng)不到位，甚至在非消防檢查時(shí)不開啟的問題。

五、高層建筑火災(zāi)排煙常見問題的解決對(duì)策

（一）自然排煙的解決對(duì)策

根據(jù)風(fēng)力對(duì)高層建筑自然排煙的影響，在高層建筑防火設(shè)計(jì)上，將進(jìn)風(fēng)口設(shè)在上風(fēng)方向，排煙口設(shè)在下風(fēng)方向。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，室外的風(fēng)順著上風(fēng)方向進(jìn)入建筑物進(jìn)風(fēng)口，將室內(nèi)大量的煙氣通過下風(fēng)方向的排煙口排出室外，具有良好的自然排煙效果。

排煙窗設(shè)置在墻的上部自然排煙效果更佳，最好安排在頂棚或頂板下800mm的距離內(nèi)、中和面的上方。

對(duì)于高層建筑自然排煙而言，能通過自然排煙將建筑內(nèi)煙氣排出室外。實(shí)際上，整個(gè)排煙過程是一個(gè)空氣循環(huán)過程，要加大建筑物室內(nèi)的補(bǔ)風(fēng)量，使煙氣快速從建筑物窗口排出室外，從而有利于人員的逃生和疏散。

（二）機(jī)械排煙的解決對(duì)策

防排煙系統(tǒng)關(guān)系到整個(gè)建筑的消防安全，一般用于緊急狀態(tài)下的安全防護(hù)，關(guān)系到整個(gè)建筑物內(nèi)的人員安全。因此，此系統(tǒng)應(yīng)與配電設(shè)備、空調(diào)、散熱設(shè)備等分離安裝，確保防煙系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)不受到其他設(shè)備的干擾。

排煙口的具體設(shè)計(jì)與布局關(guān)系到整個(gè)建筑物的排煙效果。必須科學(xué)設(shè)計(jì)排煙口的尺寸，做好定位，如果室內(nèi)面積很大，可以增加排煙口的數(shù)量，注意均勻、分開布局。如果室內(nèi)高度達(dá)不到3m，要將排煙口安裝在和室內(nèi)凈高度一半以上的部位，確保排煙口遠(yuǎn)離疏散口，并讓排煙方向和疏散方向反向布設(shè)。如果排煙口配設(shè)于棚頂，與四周可燃物保持1m以上的距離，同時(shí)注意排煙口的形狀應(yīng)為細(xì)長條縫形。

（三）機(jī)械加壓排煙的解決對(duì)策

風(fēng)機(jī)是機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響著防排煙的質(zhì)量以及效果，因此，需要合理選擇風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要滿足排煙需求，排氣口要設(shè)置在墻壁靠近頂棚的位置或直接設(shè)置在頂棚上，以增強(qiáng)排煙效果。

六、結(jié)語

在高層建筑火災(zāi)中，及時(shí)、正確的排煙可以有效排除建筑內(nèi)的煙氣，為消防員的滅火救（下轉(zhuǎn)第157頁）（上接第154頁）援行動(dòng)提供便利，也能使被困人員的疏散更加安全，從而提高被困人員的存活率。在高層建筑物中，主要利用自然排煙系統(tǒng)、機(jī)械排煙系統(tǒng)以及機(jī)械加壓排煙系統(tǒng)排煙，這三種排煙系統(tǒng)各有優(yōu)劣。在實(shí)際的高層建筑火場中，排煙情況復(fù)雜，消防救援人員要綜合考慮可燃物情況、起火部位和被困人員等因素，科學(xué)選擇合理的排煙方法，以獲得最佳的排煙效果。

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