高層建筑消防安全與防火監(jiān)督管理研究

李亞楠，任崇橋，聶兆東，任杰

（北京航天萬源科技有限公司，北京 100076）

1 引言

當(dāng)前城市高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跨度大且面積相對較為集中，導(dǎo)致高層建筑火災(zāi)隱患較大。高層建筑樓層較高，常規(guī)的消防設(shè)備無法滿足消防滅火需求，故需做好消防安全與防火監(jiān)督工作，從而最大限度地保障人民生命財產(chǎn)安全。國外對高層建筑消防安全與防火監(jiān)督管理的研究涉及以下方面：火災(zāi)發(fā)生、火災(zāi)蔓延及火災(zāi)撲滅；我國研究領(lǐng)域主要集中在消防安全技術(shù)及人員疏散規(guī)劃方面，在國外研究成果基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，從而提升高層建筑消防安全與防火監(jiān)督管理工作的質(zhì)量。

2 高層建筑消防綜述

為節(jié)約城市土地資源，城市建筑的發(fā)展趨勢正向“高空”發(fā)展，高層建筑數(shù)量大幅增長，但也引發(fā)了高層建筑消防安全及防火監(jiān)督管理問題，成為當(dāng)前城市化建設(shè)中的難題之一[1]。

以我國北方高層建筑火災(zāi)情況為例，表1為其火災(zāi)情況統(tǒng)計表。

表1 北方高層建筑火災(zāi)情況統(tǒng)計表

統(tǒng)計得知，居住型高層建筑發(fā)生火災(zāi)最多，其次分別為商場、賓館及娛樂場所。由表1可知，我國北方高層建筑每年均發(fā)生火災(zāi)事故，且事故皆造成人員傷亡，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)如下：

1）高層建筑的消防隱患較多。高層建筑功能復(fù)雜且使用人數(shù)較多，建筑中的人員流動性大，導(dǎo)致其存在諸多消防隱患，如個人電氣設(shè)備漏電、廚房明火及未抽完的煙頭等。同時，高層建筑的煙囪效果相對明顯，倘若火災(zāi)發(fā)生，其火勢蔓延速度較快。

2）當(dāng)高層建筑出現(xiàn)火情時，撲救難度較高。在火焰燃燒過程中會生成大量煙塵及熱輻射，增加火災(zāi)撲救難度。由于高層建筑樓層較高，常用消防設(shè)備的供水高度無法滿足滅火高度要求。

3）當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，高層建筑中的人員疏散工作難度較高。高層建筑內(nèi)人員較多，組織疏散難度較大。尤其是賓館等公共性質(zhì)的高層建筑，在不熟悉的環(huán)境中，人員疏散難度更大。濃煙中的人2~3 min會窒息暈倒，且易出現(xiàn)濃煙中毒，危及生命。

4）經(jīng)濟(jì)損失較嚴(yán)重。高層建筑主要為鋼混建材，雖不會燃燒，但當(dāng)火災(zāi)使其溫度達(dá)到一定臨界點(diǎn)時，高層建筑的鋼混建材會出現(xiàn)裂縫，使其整體建筑強(qiáng)度下降，導(dǎo)致高層建筑受損且無法正常使用，進(jìn)而影響當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

3 高層建筑消防安全與防火監(jiān)督管理對策

3.1 高層建筑消防安全技術(shù)

3.1.1 高層建筑內(nèi)部消防栓系統(tǒng)設(shè)計

技術(shù)人員在設(shè)計高層建筑內(nèi)部消防栓系統(tǒng)時，需明晰以下設(shè)計程序：甄選合適的消火栓及水帶型號，并計算水槍的充實(shí)水柱長度及設(shè)計流量；切實(shí)保證高層建筑內(nèi)部的消防用水量，計算消火栓的保護(hù)半徑；明確建筑消防給水管網(wǎng)的管徑，并對消火栓給水系統(tǒng)所需壓力進(jìn)行計算。

消防栓的水槍充實(shí)水柱長度的計算公式為：

式中，SK為消防栓水槍充實(shí)水柱的實(shí)際長度，m；H1為高層建筑的實(shí)際層高，m；H2為高層建筑消防栓的實(shí)際安全高度，通常情況下為1.1 m；α為水槍的上傾斜角度，通常將其設(shè)計為45°，也可根據(jù)實(shí)際情況對其進(jìn)行調(diào)整，但最大傾斜角度不高于60°。高層建筑消火栓布置間距計算公式為：

式中，S為高層建筑消防栓之間的距離，m；R為高層建筑消防栓的保護(hù)距離（半徑），m；C為消防栓水帶展開之后的折減系數(shù)，通常情況下設(shè)置為0.8~0.9；Ld為水帶的實(shí)際長度，m；h為水槍傾斜角的橫向投影間距，m；b為消防栓的最大保護(hù)范圍，m，一般情況下，消防栓的最大保護(hù)范圍為走廊寬度及房間長度的總和。

消防栓的水壓計算公式如下：

式中，Hxh為高層建筑消防栓的實(shí)際水壓，MPa；Hq為水槍噴頭出水壓，MPa；hd為水帶中水頭損失，MPa；Hk為消防栓端口水頭損失，一般為2×10-4MPa；Qxh為水槍流量，m3/s；B為水槍水流系數(shù)；A2為水帶所產(chǎn)生的阻力，N；Ld為水帶長度，m。

3.1.2 高層建筑消防自動噴水系統(tǒng)設(shè)計

技術(shù)人員在對高層建筑消防自動噴水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計過程中，需明確以下設(shè)計原則：明確自動噴水系統(tǒng)所處的場所火災(zāi)危險等級及其系統(tǒng)類型；計算其設(shè)計參數(shù)及管網(wǎng)水力；繪制管網(wǎng)平面設(shè)計圖，對其噴頭進(jìn)行合理布置[2]。

自動噴水系統(tǒng)的噴頭流量計算公式如下：

式中，q為自動噴水系統(tǒng)中噴頭的流量，m3/min；P為自動噴水系統(tǒng)中噴頭的工作壓力，MPa；K為噴頭的實(shí)際流量系數(shù)。

若是對噴頭的理論流量進(jìn)行計算，則可借助以下公式：

式中，QL為自動噴水系統(tǒng)中的理論流量，m3/s；qp為實(shí)際噴水強(qiáng)度，N/m2；F為噴頭的實(shí)際作用面積，m2。

式中，QS為自動噴水系統(tǒng)的設(shè)計流量，m3/s；qi為各個噴頭節(jié)點(diǎn)流量，m3/s；n為作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)量。

噴頭作為高層建筑消防自動噴水系統(tǒng)中的主要構(gòu)件，其在消防安全及防火監(jiān)督管理中發(fā)揮探測及控制作用。根據(jù)系統(tǒng)精密計算得出其噴水強(qiáng)度，以此明確噴頭類型。根據(jù)噴頭的工作壓力范圍明確其最大保護(hù)面積，從而計算噴頭的布置距離，需在自動噴水系統(tǒng)中存有備用噴頭，且備用噴頭數(shù)量不得少于噴頭總數(shù)量的1%。

在自動噴頭系統(tǒng)中，其報警模組也是重要的組成構(gòu)件。通常情況下，由報警閥、延遲器及壓力開關(guān)等構(gòu)件組成。其中報警模組一般可分為濕式、干式以及雨淋3種類型。

3.1.3 高層建筑消防安全管理監(jiān)管平臺

在計算機(jī)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動下，高層建筑消防安全管理平臺得以全面構(gòu)建。當(dāng)高層建筑出現(xiàn)火災(zāi)危險時，該監(jiān)管平臺可調(diào)動高層建筑消防系統(tǒng)，并上報火災(zāi)情況，其信息傳輸形式可分為兩種：（1）雙層集成網(wǎng)絡(luò)模式，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。此網(wǎng)絡(luò)模式主要由管理計算機(jī)控制，計算機(jī)與中央站相互連接，同時下設(shè)分站，借助管理總線以及控制總線，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)督。網(wǎng)絡(luò)模式中，自動化層主要用于發(fā)現(xiàn)異常。而管理層的功能，則在于對異常情況進(jìn)行處理。兩者相互聯(lián)合，可形成一整套高層建筑消防安全監(jiān)督管理流程，使管理工作順利進(jìn)行。（2）3層集成網(wǎng)絡(luò)模式，相較于雙層網(wǎng)絡(luò)模式，其使用了通信協(xié)議，自動化層使用TCP管理協(xié)議，并使其與管理層相連接，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)模式中，分站之下同樣設(shè)置了下屬站，而在管理層以及自動化層的基礎(chǔ)上，又設(shè)置了現(xiàn)場層，使管理更加便利且高效。

圖1 雙層集成網(wǎng)絡(luò)模式

圖2 3層集成網(wǎng)絡(luò)模式

在構(gòu)建高層建筑消防安全監(jiān)管平臺過程中，其邏輯結(jié)構(gòu)是由邏輯層、業(yè)務(wù)層及數(shù)據(jù)層構(gòu)成。邏輯層主要負(fù)責(zé)平臺的前端處理界面；業(yè)務(wù)層主要負(fù)責(zé)監(jiān)管業(yè)務(wù)的規(guī)則處理；數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)對當(dāng)前高層建筑消防安全監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲。

3.2 高層建筑消防安全與監(jiān)督管理辦法

1）切實(shí)做好日常消防檢查，完善高層建筑消防安全與監(jiān)督管理體系，完善高層建筑消防基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建消防安全管理機(jī)制。高層建筑物業(yè)部門需定期檢查建筑內(nèi)部單位的消防工作，聯(lián)合當(dāng)?shù)叵啦块T，開展定期的消防安全整治活動。同時做好消防安全宣傳，以此加強(qiáng)高層建筑使用人員的消防安全意識，使其在日常生活與工作中認(rèn)清高層建筑消防安全與監(jiān)督管理工作的重要性。日常消防檢查頻率需要有效控制，每日，工作人員均需要大面積巡查，確保及時發(fā)現(xiàn)明顯的消防異常。每月，應(yīng)當(dāng)開展一次詳細(xì)的高層建筑消防安全檢查行動，保證能夠發(fā)現(xiàn)細(xì)微的風(fēng)險，并對其進(jìn)行控制，以免風(fēng)險擴(kuò)大化。每年，應(yīng)當(dāng)徹底檢查消防安全設(shè)備性能有無異常，針對需要維修或更換的設(shè)備，需要立即處理，避免影響高層建筑消防效果。上述措施的實(shí)施，均有利于提高消防監(jiān)督管理水平。

2）為切實(shí)保證高層建筑的消防安全，管理人員需充分開展建筑設(shè)計與施工工作，評估高層建筑的防火等級，制訂有效的防火設(shè)計規(guī)劃。要科學(xué)合理地規(guī)劃高層建筑消防布局，在高層建筑內(nèi)部設(shè)置防煙防火區(qū)。同時制定科學(xué)合理的人員疏散及逃生路線，最大限度地縮短逃生距離。在施工過程中可優(yōu)先使用不可燃建材，不可隨意更改建筑消防施工設(shè)計圖紙[3]。

4 結(jié)語

隨著城市化建設(shè)的加快，城市土地資源日趨緊張，使城市建筑向“高空”發(fā)展。高層建筑的發(fā)展代表城市現(xiàn)代化建設(shè)水平，但其自身存在火災(zāi)隱患也是當(dāng)前城市建設(shè)中面臨的重要挑戰(zhàn)。因此，需有關(guān)管理人員積極主動地做好高層建筑消防安全與監(jiān)督管理工作，通過高層建筑消防安全技術(shù)構(gòu)建自動化及現(xiàn)代化的高層建筑消防防火體系，并不斷完善與補(bǔ)充，以此推動我國高層建筑消防安全及監(jiān)管工作的開展。