浅谈超高层建筑火灾防排烟管理

摘要：针对现代超高层建筑火灾的危害特点，阐述了防排烟设计在超高层建筑防火设计中的重要性，分析了超高层建筑火灾烟气蔓延的影响因素，提出了超高层建筑火灾防排烟的措施。

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

随着我国现代城市化进程的加快和城市建设的蓬勃发展，超高层建筑正在不断涌现，特别是在大型城市，很多已经成为城市现代化程度的重要标志之一。超高层建筑由于其体型巨大、功能复杂、人员物资相对集中，稍有不慎即可酿成火灾。近年来，高层、超高层建筑火灾事故呈明显上升趋势，群死群伤事故时有发生，给国家和人民的生命财产造成了极大的损失。而据统计资料显示，在各类的火灾事故中，绝大多数的人员伤亡都是因烟气窒息、中毒不能及时安全疏散所致。因此如何做到火灾发生时及时排除烟气并有效的防止烟气进入安全疏散通道，保证人员在较好的能见度下进行安全疏散，同时使消防人员更有效的开展灭火救援工作，最大限度的减少高层民用建筑火灾事故中的人员伤亡，科学地进行防排烟设计、施工、管理尤为重要。

超高层建筑火灾特点

1、火灾迅速蔓延扩大

超高层建筑一旦起火，建筑内的楼梯间，管道井、电缆井、风道等各种竖井，烟囱效应十分显著。据实测，火灾时的烟气水平流速为0.3-0.8m／s，垂直流速为2-4 m／s。这表明在无阻挡的情况下，对200m高的建筑，垂直方向不到1min，烟气可到达顶部。

超高层建筑所承受的风力也是火灾蔓延的主要因素。建筑物越高，风速也大，火灾蔓延越迅速。据实测，在正常风压状态下 ，建筑物高10m处的风速为5 m／s，90m高处的风速为15 m／s，相应在300-400m处，风力将更大，可达到30 m／s以上。风力通常能使微弱的火源变得十分危险，可使蔓延可能性很小的火势迅速扩大成灾。

2、火灾隐患因素多

越高层建筑功能复杂，设备繁多，装修量大，存在大量引火物和点火源。同时，其电气化和自动化程度高，用电设备多，用电量大，漏电、短路等故障几率增加，容易形成点火源。另外，由于人员密集，人为因素引发的火灾几率也会相应增加。

3、人员疏散困难，伤亡惨重

超高层建筑层数多，垂直疏散距离长，疏散到地面上的时间较长。如果楼梯设计不合理，烟火窜入后，人员根本无法疏散，往往会造成巨大的伤亡事故。

4、火灾扑救难度大

（1）进攻困难。一方面缺少地面消防行的展开的场地；另一方面，外部灭火进攻受到限制。通常配备的消防云梯仅达53m，若超高层建筑上部楼层发生火灾，消防队员则无法进行外攻。

（2）登高困难。50m以下楼层发生火灾，消防队员可利用消防云梯车登高，在50m以上部位发生火灾，则存在登高困难。

（3）供水困难。超高层建筑发生火灾，灭火用水量大，经灭火演练测试，三辆大功率消防车串联，通过水泵结合器供水，高度智能达到160m，而水带供水，高度只有150m。

（4）排烟困难。火灾发生时，因受登高设备和玻璃幕墙的限制以及风向风力的影响，难以破拆玻璃窗进行自然排烟。采用机械排烟系统，也会受到风力、气压等气候条件的影响，难以实现设计理想的排烟效果。

二、超高层建筑火灾烟气流动的影响因素

1、高温引起的烟气膨胀

高温引起的气体膨胀是影响烟气流动较为重要的因素。根据气体膨胀定律和有关试验表明，当火势达到旺盛时期时，着火区域相对大气压可高达10-20Pa，温度达到700℃时，烟气体积会膨胀3倍。压力急剧升高，迫使烟气从着火部位向建筑物的其他部位扩散，蔓延。

2、烟囱效应

烟囱效应是超高层建筑发生火灾时，烟气向上蔓延的主要因素。超高层建筑室内空气温度通常比室外温度高，有与外界相通的开口时，由于内外界压差，空气通常体现为下进上出的流动模式，即室外空气从下部开口进入室内，而室内空气从上部开口流出室外，这种现象被称为正热压作用。在低处外部压力大于内部压力，而高处则相反。在中间某一高度，内外压力相等，即存在一个中性压力面。烟囱效应随建筑物的内外压力差以及建筑物高度的增加而增加，火灾发生在较低层时，烟囱效应对竖井和较高层的烟污染的影响尤为显著，此时烟从底层上升到高层内的潜力更大。由烟囱效应造成的压力差和气流分布，以及中性压力面位置，取决于超高层建筑内分隔物的开口对气流的限制程度。

3、室外风力的影响

室外风向、风速对超高层建筑烟气的流动有显著影响。实验表明，迎风面的墙面要经受向内的压力，而背风面的两侧墙面则有向外的压力，而且迎风面的压力最大。由于风向的影响会使建筑物的中性面位置发生变化，正的风压力促使中性面上升，负的风压力促使中性面下降。风力越大，中性面位置受到的影响越大。如果火灾发生在中性面以下的房间时，烟气会通过竖井向上蔓延到中性面以上的整个楼层，此时的危险性很大；若火灾发生在迎风面中性面以上房间时，在火灾规模较小时，烟气几乎不会蔓延而直接排出室外，火灾较大时，将影响到迎风面着火点以上的楼层及背风面中性面以上相关楼层。当火灾发生在背风面中性面以上房间时，由于烟气被局限在很小的区域内，而被直接排出室外，因此不会造成很大的危害。

4、通风空调系统的影响

一方面，通风空调系统的新风系统的新风量比较大，火灾发生后新风系统不断向空调房间输送大量的新鲜空气，补充了燃烧所需要的氧气，造成更大危害。另一方面，火灾发生时，烟气会沿着通风管道向其他房间或楼层蔓延，这在具有回风系统的空气系统中表现尤甚。

超高层建筑火灾烟气的防排烟措施

超高层建筑火灾中人员疏散所需时间大致与建筑物高度成正比。一般来说人员疏散时间较长，而在楼梯间和楼内远离着火区的其他地方形成难以忍受的烟雾状况所需时间则较短。因此超高层建筑发生火灾时，要全部撤出室内人员是很困难的，如让人员留着建筑物内则必须使某些特定区域的烟浓度始终保持在人员可耐受水平，这些特定区域通常是防烟前室、疏散楼梯间、避难层等，这就要求消防系统必须包括对烟和火焰的控制。目前采取的烟雾控制措施主要包括以下内容：

控制烟雾产生量

最好的防烟办法在于消除发烟源头。因此，在高层建筑中应设计火灾报警系统及自动灭火系统，以便及时发现火灾，在大量产生烟尘前扑灭火灾或较好的控制火灾发展。同时，尽量选择发烟量小的建筑及装修材料，这样即使发生火灾，这些材料的发烟量相对较小，发烟速度相对较慢，以获得相对充裕的逃生时间，减少火灾对生命的威胁。

利用竖井排烟

即利用烟囱效应原理，采用开放竖井进行排烟。但竖井排烟的排烟井与送风井需占用较大空间，需设计师具有较高水准。

设置机械加压送风系统

其目的是为了在高层建筑发生火灾时，提供不受烟气干扰的疏散路线和避难场所。设置这种系统的部位应视建筑物的实际情况而定，一般有不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室、可开窗自然排烟的楼梯间但不具备自然排烟条件的前室，不具备自然排烟条件的消防电梯前室，受楼梯井和消防电梯井烟囱效应影响的合用前室，封闭室避难间等。对非火灾区域及疏散通道等应迅速才用机械加压送风的措施，使该区域的空气压力高于火灾区域的压力，防止烟气侵入，控制火灾蔓延。

利用排风机进行机械排烟

所谓机械排烟，是凭借机械力强制性的将室内烟气排出，即依靠排烟风机产生一定的吸力，将烟气吸入排烟口，经过排烟风道排出室外。排烟效果的好坏，取决于排烟口设置的位置及排烟口的形式。这种排烟方式一般是利用排风机进行强制排烟。利用这种方式进行排烟在设计和使用上应划分防烟分区，合理有效地利用隔墙、挡烟垂壁等进行排烟。

5、加强防烟知识宣传，根据火灾时人们在异常心理状态下的行动特点，制定相应的避难疏散计划，配备足够的避难器材也是十分重要的。

四、结束语

按目前发展趋势，超高层建筑将会越来越多。由于影响超高层建筑烟气流动的因素很多，超高层建筑的外形、内部结构又各不相同，使得控制超高层建筑中烟气流动极为困难。因此，对超高层建筑中烟气流动的机理、规律进行深入研究和探讨极为重要。

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