试论高层建筑消防防排烟设计

试论高层建筑消防防排烟设计

郭伟

山西鑫源泰消防工程有限公司

摘要：随着社会经济的发展，城市人口逐步增加，而土地资源有限，此时高层建筑成为解决空间容纳问题的重要途径，同时也是时代发展的标志。高层建筑的规模化特征显著，安全问题突出，消防防排烟作为重要的组成部分，其设计是否合理，质量是否能得到保证？都成为高层居住关心的问题。鉴于此，文章着重围绕高层建筑消防防排烟设计要点展开探讨。

关键词：高层建筑；消防防排烟；设计方法

0引言

现如今，城市的高层建筑，如雨后春笋般涌现。其高度以及建设密度，均逐步增加。每栋建筑可容纳的人员数量较多，虽然给日常的生产、生活提供了便捷条件，但也潜在诸多安全隐患，其中以火灾尤为突出。一旦高层建筑发生火灾，由于竖直方向通道较多，易加速火灾的蔓延，同时高层的救援难度较大，建筑物内部的人员难以高效撤离现场，易造成严重的不良影响。

消防防排烟设计是高层建筑设计工作中的重点部分，诸如合理划分防烟分区、选择合适的排烟方法、适配各类硬件设施、规划加压送风的部位、控制补风量等均是消防防排烟设计阶段需要考虑的工作要点。消防防排烟设计的系统性较强、复杂度较高，必须注重设计方法的应用，保证设计效果。

1.高层建筑火灾特点、防排烟设计概念及要点

1.1高层建筑火灾特点

对于高层建筑而言，如果发生火灾，由于楼层较高、竖向井道较多，楼内人员的逃生难度较大。同时，火势在短时间内快速蔓延，埋下大量的安全隐患，易出现人员伤亡问题。

高层建筑火灾具有以下几个特点:1.火势蔓延快。火灾造成的烟气在水平向扩散速度为0.5—3m/ S ,沿楼层间和竖向关联的扩散速度为3-4m/ S。而在火灾状态下,人的疏散速度仅为 Im / s ;2.烟囱效应,易形成立体火灾。火灾易在高层建筑的竖向管井、玻璃幕墙缝隙、共享空间等部位产生,并加快烟气的蔓延速度,火势发展到一定程度,会形成一种热风压,改变原有空气流动方向，产生逆流，从而加剧火势蔓延。当室内温度随燃烧时间的持续达到600° C 以上时,在有外部新鲜空气进入的情况下发生轰燃;3.疏散困难,扑救难度大。火灾一旦形成，由于建筑内功能结构复杂,空间跨度大,人员众多,加上烟气的毒害，相关数据显示，在因建筑火灾而导致的死亡人数中，约85%均由于窒息和中毒所致。

1.2消防防火排烟设计概念

如何防范高层建筑火灾，消防防排烟设计则是重点工作内容，其对于保障人员安全而言有重要意义。

防排烟系统是防烟系统和排烟系统的总称。防烟系统采用机械加压送风方式或自然通风方式，防止烟气进入疏散通道的系统;排烟系统采用机械排烟方式或自然通风方式，将烟气排至建筑物外的系统。

防排烟设计是建筑消防设计中较复杂的坏节,也是建筑保护人员安全系统的重要一部分,一套科学合理的建筑防排烟系统,能够在火灾时发挥巨大的作用,为火宅时人员疏散提供宝贵的时间。防排烟系统设计人员在充分掌握理解规范要求的同时,需要了解目前防排烟技术的发展情况，针对具体工程应仔细分析其客观特性，检查规范符合性和设计细节诸多容易出现偏差或遗混的问题，最终给出安全可靠的设计。

1.3高层建筑消防防排烟设计要点

（1）防火分区的划分

竖向防火分隔设施可以起到空间分隔作用，阻止火势的蔓延，楼板、避难层、功能转换层等均较为关键。而对于电缆井、管道井等竖向井，则要保证井壁材料以及检查门均具备足够的防火性能，若建筑高度未大于100m，在井内每隔2～3层设不燃烧体，起到防火分隔的作用；若建筑高度在100m以上，出于安全考虑，需分别为每层楼板设防火分隔。随着技术的发展，现阶段水平防火分隔设施趋于多样化，防火墙、防火门、防火卷帘等均是常见的形式，具体需根据实际情况做合理的选择。

（2）防烟分区的划分

分别为各防烟分区适配排烟系统或垂直排烟道，起到排烟的作用。若防烟分区的面积较小，适配的垂直排烟道数量较多，此时建设成本随之提高，工程的经济效益下降；若防烟分区面积偏大，将随之扩大高温烟气的影响范围，不利于人员的安全疏散以及外部救援活动的开展。为此，在划分防烟分区时应遵循“适中原则”，考虑防烟、经济效益双重要求，各防烟分区的建筑面积以不大于500m²为宜，除此之外还需要确保各防烟分区不跨越防火分区。

2. 高层建筑防排烟设施设计的问题及难点

2.1确定合理的设计

部分防烟楼梯间、消防电梯前室兼作疏散通道，此时需配置防烟设施，防烟气窜入；对于其他的房间和走廊，有必要设防烟设施，以便在发生火灾后可以快速排出烟气，为人员的逃生创设良好的条件。高层建筑可容纳的人员数量较多，对于经常有人停留或是地下室（着重指的是存在较多可燃物的地下室），也均要适配排烟设施。部分房间无法设置外开窗、通风井，需采取机械排烟的方法。若单个房间总面积在50m²以上或房间总面积在200m

²以上，采取机械排烟的方法，或是在经常有人停留或可燃物较多的地下室采取机械排烟方法。高层建筑的部分空间（例如防烟楼梯间、消防电梯间前室）无法采取自然排烟的方法时，可设置独立的机械加压送风设施；而对于高层建筑防烟楼梯间采取自然排烟方法但前室不具备采用该方法的条件时，需要设独立的机械加压送风设施。对于防烟楼梯间和合用前室需采取机械加压送风方法的，应根据各空间的特点分别设置独立送风系统。

2.2确定合适的排烟位置

防排烟设计阶段，排烟口、送风口、排烟竖井、送风竖井的位置均要具有合理性，以确保人员可正常疏散为基本前提，开展相应的设计工作。排烟口可布设在防烟分区的中心区域，并且需要同时满足防烟分区最远点的水平距离不大于30m的要求。排烟口的适宜布设位置则在顶棚处，也可以根据实际需求调整在顶棚的墙面上，但应保证排烟口与顶棚距离的合理性（需在800mm以内）。手动开启装置的操作部位应设置在距地面0.8～1.5m处。排烟口和排烟阀应与排烟风机联锁，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机即能立即启动。若室内净高在3.0m以上，可在距离地面2.1m以上的部位设排烟口。为有效规避顶部排烟口烟气溢流现象，可在排烟口的一侧偏上位置设防烟幕墙。排烟面积根据排烟系统的性能而定，重点考虑的是排烟量和排烟速度两个方面。正常状态下，排烟口呈关闭的状态；发生火灾时，开启火灾所在楼层的排烟口，高效排烟。

2.3走道防排烟的精细化设计

根据相关规定，走道长度达到20m以上且无自然通风条件的，或是走道长度达到60m以上的，均要设置机械排烟设施。以如图1所示的走道为例展开分析（其中L_AB=35m，L_Ac=45m），该走道可直接自然通风，但长度在60m以上，结合前述提及的要求，需要设置机械排烟设施。不仅于此，设置在防烟分区内的机械排烟口的位置应具有合理性，该处距最远点的水平距离不可大于30m；除此之外，还需要保证自然排烟口最远水平距离小于机械排烟口的距离，在此空间关系下，可以将窗口作为自然排烟口，但需注意的是，由于L_AB>30m，无法满足最远点A的排烟条件，因此需做将进一步的优化，即在走道上设置机械排烟装置，并且还需要在走道AB间的区域设排烟口。在前述配置方式下，可有效保证排烟效果。

图1走道图

2.4确定合理的内部空间

设计人员需要注重建筑内部各烟雾可排放通道的设计，尽可能保证通道的完整性与畅通性，达到高效排放烟雾的效果。为此，需要做好建筑物内部空间的规划工作：首先，明确各空间和通道的连接关系，经过优化后，为排烟装置提供良好的外部运行环境；其次，设计具有可行性的排烟方案，为排烟建设工作的开展提供清晰的引导；最后，在建筑内部空间规划时应具有统筹兼顾的理念，充分考虑到安全管理、功能、用途等方面的要求。

2.5确定合理的排烟通道

对于各楼层而言，若要保证发生火灾时人员可高效疏散，需要在指定位置设人员疏散通道，同时密切关注各连接部位，将其作为烟雾的排放通道。例如，维护系统应当与建筑框架结构保持连通，同时高效收集烟雾，将其排放至渠道中。对于高低压配电井以及电梯井，为了取得良好的烟雾排放效果，有必要将其与出现火情的楼层予以连接，在此方式下，提高排烟效率，尽可能为人员提供安全层面的保障。

2.6确定合理的消防灭火给水装置

设计人员应综合考虑到高层建筑的实际情况以及现行行业规范。例如，在排布设计消防栓时，应重点根据水柱的长度尺寸开展设计工作。若建筑物的高度≤100m，水柱长度的最小值为10m，否则（建筑高度在100m以上）需要适当增加水柱的长度，即达到12m以上。除此之外，消防电梯也是高层建筑中的重点配置对象，依托于此类设备，起到消防灭火的效果。因此，需要由专员针对消防电梯展开深化设计，最大限度提高消防电梯的运行水平，减小因火灾而造成的不良影响。

3.高层建筑排烟系统的选择及改进策略

3.1选择适合的防排烟系统

3.1.1自然排烟

室内自然排烟时，主要采取的是在室内设对外开口或可开启外窗的方法。对于竖向自然排烟设施的设置，宜将其安排在高层建筑的中间位置，配套排烟竖井，并分别为各层设自动或手动的排烟口，火灾发生时，依托于室内的热压和室外气流的风压产生“烟囱效应”，从而达到排烟的效果。根据相关规定，若为建筑高度在100m以上的居住建筑或是50m以上的一类公共建筑，均不采用自然排烟的方法。因此，在应用自然排烟的方法时，需充分考虑建筑建设规模，予以合理的选择。

3.1.2机械排烟

机械排烟是一种借助机械设备的“外力作用”实现强制性排烟效果的设备。对于高层建筑的机械排烟设计，着重考虑如下几点：

（1）走道的机械排烟。综合考虑自然通风条件以及走道长度，以此来规划走道排烟。随着高层建筑建设规模的扩大，对排烟系统的稳定性提出更高的要求，因此需要加强设计。通常，走道的排烟宜采用竖向排烟系统，在适配排烟管道时，可安装在建筑内临近走道处，排烟口则规划在临近顶棚的区域。

（2）中庭的机械排烟。中庭与相连的各楼层均相通，为了满足采光要求，通常在中庭设采光窗。建筑发生火灾时，中庭可作为排烟通道使用，借助设置在中庭顶棚处的排烟口达到高效排烟的效果。此外，在中庭上部配套风量足够、性能稳定可靠的排烟风机，在其协助下，使火层保持负压，此时有利于控制烟气和火灾。

（3）排烟量的设定。综合考虑排烟系统的部位、防烟分区情况等，合理设定排烟量。此处以走道和房间两处为例，分析排烟量，具体情况如表1所示。

表1走道和房间的排烟量

3.2关注高层建筑消防排烟设计重点

（1）合理设置具有可开启功能的外窗。根据实际情况合理设计，对于自然通风模式的封闭楼梯间或防烟楼梯间，较为合适的是在最高位置设可开启的外窗，面积至少为1m2；若建筑总高度在10m以上，在楼梯间外墙处每5层设一处可开启外窗，面积至少为2.0m2，同时需要保证布置间隔不超过3层。

（2）合理优化机械排烟系统，推荐采用管道排烟的方法，并且配套的管道应具有阻燃、内壁光滑的基本特点，以免影响正常排烟。若工程选用的排烟管道的内壁为金属材质时，管道设计风速不大于20m/s；若为非金属材质，该值不大于15m/s。对于穿过防火分隔区的管道，其耐火要求较高，需要保证材料的耐火极限超过1h。

（3）向消防排烟系统中适配防火阀，此装置包含阀体、传动机构、温度传感器等相关元器件，共同发挥出防火的作用。排烟防火阀应具备远程操控开启的功能，以便减少安全隐患。

（4）严格控制加压送风口、排烟口两处的风速，分别不可超过7m/s、10m/s。在具体的安装工作中，工作人员需要检测风速，在合理的风速条件下完成安装作业。

3.2 选择适合改进策略

（1）在源头上加强防控，无论是新建工程还是改扩建工程，消防监督部门均要积极参与其中，按照规范审核图纸，识别不合理之处，做有效的调整。例如，自然排烟窗的布设位置、排烟口的面积、排烟设施的布设位置等均要得到充分的考虑，各方面均要具有合理性。作为审核人员，需要及时深入施工现场，对各处细节做全方位的检查，做到及时发现问题、以正确的方法解决问题，确保最终建成的高层建筑排烟系统可以有效使用。

（2）排烟系统的建设是一项复杂性的工作，需由设计、施工、监理等人员共同参与其中，而为了保证工作成效，应面向各员工做有效的指导。作为消防部门，需要将各工作人员作为培训对象，定期组织培训，强化员工的工作意识，提高专业水平。培训活动应具有针对性，例如由省级以上消防部门面向设计人员开展培训，地市级消防部门则着重围绕项目负责人以及监理单位两大主体开展培训。除了合理选择培训的形式外，培训的内容也不容忽视，应具有全面化的特征，具体需涵盖法律法规、设计中常见的问题、最新的技术标准规范等，要求参与培训的人员能够有所收获，同时将该部分收获转化至日常工作中，促进工作的高质化开展。

（3）加大监督力度也尤为关键，监督的对象应具有全面性，包含设计单位、建设单位、施工单位以及监理单位，即对各参与主体做全方位的监督。在建筑工程的设计以及建设中，可能存在如下问题：建设单位为了便于施工以及寻求更高的经济效益而要求设计单位降低标准，由此在源头上埋下质量隐患和安全隐患；设计单位的设计工作缺乏合理性，未严格依据消防技术标准进行设计；施工单位的作业方式不合理，未遵循消防技术标准或是随意降低某些工序的施工质量；工程监理单位滥用权力，与建设单位等相关主体串通一气，刻意降低消防质量。为此，必须加大监督力度，及时识别其中的不合规行为，予以有效的处理。唯有如此，才能够保证高层建筑的消防工作效果。

4结束语

综上所述，防排烟技术在高层建筑中取得广泛的应用，选择合理设计消防防排烟系统极具必要性，其是楼内人员安全的重要保障。在具体的设计中，设计人员需要具备足够的专业水平，以相关行业规范为准，结合工程实际施工条件以及使用需求，科学开展设计工作，得到切实可行的消防防排烟设计方案。经过本文的分析，提出一些高层建筑消防防排烟设计的具体要点，希望可为同仁提供参考。

参考文献

[1] 赵辉. 试论高层建筑消防防火排烟设计中的问题及对策[C]// 探索科学学术研讨会. 2016.

[2] 余洋. 试论高层建筑消防防排烟设计要点及注意事项[J]. 建材与装饰, 2014, 000(030):192-193.