由于城市用地日趋紧张, 超高层建筑因其节约用地优势, 在城市建设中日益成为一种趋势。尤其是超高层建筑的大体量及建成后的地标效应, 在大城市甚至大中城市中已屡见不鲜。

超高层建筑高度高、体量大、功能复杂、火灾竖向蔓延速度快、人员多、人员疏散时间长, 火灾时消防扑救和消防救援难度大, 是消防设计的难点。

超高层建筑因消防扑救难度大, 建筑本身要求有更强的抗火灾性能, 在满足GB 50016—2014《建筑设计防火规范》 (2018版) 等现行防火规范要求的基础上, 要提高建筑结构尤其是重要结构构件的自身耐火极限, 还要在总平面、建筑、机电等消防设计方面采取加强措施。公安部消防局就此发布了《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求 (试行) 》。结合工程实践, 本文就高度超过250m的超高层建筑消防设计的部分加强措施进行分析。

超高层建筑灭火救援时一般需要出动重型消防车, 所以对消防车道和救援场地的要求相对《建筑设计防火规范》中的要求有所提高, 《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求 (试行) 》对消防车道和救援场地有具体要求。

为便于大型消防车的快速调度和通行, 超高层消防车道的宽度和净高均要求达到4.5m。救援操作场地的长度和宽度分别不应小于25m和15m, 长度不应小于建筑周长的1/3, 且不应小于1个长边长度, 并需要沿不少于2个方向布置, 每个方向的场地都应连续。一些超高层建筑尤其是酒店建筑在主入口前面会布置多条车道, 故首层主入口会设置较大的雨篷, 这些雨篷会对登高救援场地的连续布置有影响。因此, 在总平面布局设计时要综合考虑, 避免因设置大型雨篷等导致救援场地不连续的情况发生。从不同方向设置救援场地, 主要考虑到分散扑救和救援, 另外要避免救援场地处下风向 (见图1) 。

一般登高平台为100m左右的重型消防车的重量约70t, 所以, 超高层建筑的消防车道和救援场地下面的结构及其地下管线、暗沟要能承受70t的消防车荷载。

另外, 超高层建筑灭火救援, 出动的消防车数量较多, 为避免大量消防车聚集导致拥堵、无法调度从而影响有效救援的情况, 有必要在超高层建筑周围或附近适当考虑设置消防车聚集场地, 一般至少要满足5～6辆大型举高消防车的停放要求, 周边的市政道路也可作为应急消防车聚集场地。

目前, 超高层建筑塔楼一般用于办公、公寓、酒店等。作为公寓和酒店时, 人数相对较少, 消防疏散人数计算也相对简单。而用于办公时, 人员密度相对较大, 目前国内超高层建筑设计中办公消防疏散人数计算采用的标准也不相同, 多数超高层建筑的办公消防疏散人数取值参照美国NFPA101《Life Safety Code》中的人员密度表, 取值为9.3m² (建筑面积) /人;也有一些超高层建筑按照消防专家评审意见, 消防疏散人员密度取值采用6.0m² (使用面积) /人。2种计算方法相比较, 按照使用面积计算消防疏散人数更符合实际情况, 人数计算相对合理。因为不同建筑及同一建筑的不同楼层使用面积存在差异, 即相同建筑面积的实际使用人数并不一定相同, 按建筑面积计算消防疏散人员密度会存在偏差。表1是目前国内几个超高层建筑办公功能在计算消防疏散人数时的取值。

除广播电视发射塔建筑外, 建筑高层主体内的安全疏散设施应符合下列要求。

1) 疏散楼梯的设置应保证其中任一部疏散楼梯不能使用时, 其他疏散楼梯的总净宽仍能满足各楼层全部人员安全疏散的需要。需注意, 疏散人员的范围是针对楼层而不是某一防火分区。为节省平面空间, 各楼梯段净宽宜尽量相等或接近。另外, 一般情况下, 在疏散总宽度确定的前提下, 采用梯段净宽相对较窄、数量相对较多的楼梯, 比采用梯段净宽相对较宽、数量相对较少的楼梯更节省平面空间。

2) 同一楼层中, 建筑面积大于2 000m²防火分区的疏散楼梯不应少于3部, 且每个防火分区至少有1部独立的疏散楼梯 (见图2) 。

3) 疏散楼梯间在首层应设置直通室外的出口。当确需利用首层门厅 (公共大堂) 作为扩大前室通向室外时, 疏散距离不应大于30m。超高层疏散楼梯基本布置在核心筒部位, 在首层须借助门厅 (公共大堂) 进行疏散, 所以楼梯尽量布置在核心筒周边, 出口路线不要被电梯井等阻挡, 以免疏散距离超过要求。

除消防电梯外, 建筑高层主体中每个防火分区应至少设置1部火灾时可用于人员疏散的辅助疏散电梯。该电梯应符合下列规定:火灾时, 应仅停靠特定楼层 (一般为避难层) 和首层, 电梯附近应设置明显的标识和操作说明, 载重量不应小于1 300kg, 速度不应低于5m/s, 轿厢内应设置专用电话分机, 电梯的控制与配电设备及其电线电缆应采取防水保护措施。当采用外壳防护时, 外壳防护等级不应低于现行国家标准GB/T4208—2017《外壳防护等级 (IP代码) 》关于IPX6MS的要求;其他要求应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》有关消防电梯设置要求。

一般情况下, 采用符合上述要求的客梯和货梯兼做辅助疏散电梯。为便于疏散, 同时给疏散人员提供不同形式的疏散选择, 辅助疏散电梯应就近设置疏散楼梯, 如图3所示。

1) 避难层超高层避难区避难人数应按照不小于0.25m²/人计算, 避难区对应位置的外墙处不应设置玻璃幕墙, 避难人数应按照该避难层与上一避难层之间所有楼层的全部使用人数计算, 如图4所示。超高层建筑在避难层一般会布置大型桁架结构, 受桁架影响的区域不能计入避难面积。另外, 通往避难区或连接避难区的走廊也不能计入避难面积。

2) 救援窗为便于救援, 救援窗宜设置于公共部位。

3) 屋顶直升机停机坪在建筑的屋顶应设置直升机停机坪, 确因建筑造型难以设置停机坪时, 应配置确保直升机可以安全悬停并进行救援的设施。

超高层建筑应主要在如下方面采取防火分隔加强措施。

1) 建筑的核心筒周围应设置环形疏散走道, 隔墙上的门应采用乙级防火门窗。

2) 建筑内的电梯应设置候梯厅, 避免将电梯直接设置在使用功能空间内。

3) 用于扩大前室的门厅 (公共大堂) , 应采用耐火极限不低于3h的防火隔墙与周围联通空间分隔, 与该门厅 (公共大堂) 相联通的门窗应采用甲级防火门窗。

4) 厨房属于火灾危险性较大的区域, 所以厨房应采用耐火极限不低于3h的防火隔墙和甲级防火门与相邻区域分隔。

5) 防烟楼梯间前室及楼梯间的门应采用甲级防火门, 酒店客房的门应采用乙级防火门, 电缆井和管道井等竖井井壁上的检查门应采用甲级防火门。

6) 为提高防火分隔的可靠性和有效性, 防火墙、防火隔墙不应采用防火玻璃墙、防火卷帘代替。

机械排烟系统竖向应按避难层分段设计, 补风机设于区段下方的机房, 一般排烟机设于区段上方机房;为降低排烟系统的复杂性, 减少排烟阻力, 沿水平方向布置的机械排烟系统, 应按每个防火分区独立设置。机械排烟系统不与通风空气调节系统合用。排烟风机在280℃的环境条件下能连续工作不少于30min。

加压、送风、新风机房及取风口宜设置在主导风向的建筑迎风侧, 排烟、排风机房及相应的排放口应设置在主导风向的建筑背风侧。为避免影响消防扑救和救援, 在与消防扑救救援场地对应的建筑立面的扑救高度范围内, 严禁布置排烟口。

避难层的机械加压送风系统应独立设置, 并应至少在2个方向上设置室外进风口。

为提高消防供水的可靠性, 消防给水系统常采用高压给水方式, 并将消防水池设置在建筑屋顶, 同时消火栓系统及自动喷水灭火系统应采用独立管网和系统。自动喷水灭火系统的洒水喷头由常规喷头提升为快速响应喷头, 不应采用隐蔽性喷头。

提高电气设备防火能力, 加强应急照明和疏散指示系统建设, 提高供电的可靠性。

根据《关于加强超大城市综合体消防安全工作的指导意见》 (公消[2016]113号) 要求, 超大城市综合体应提高微型消防站建设标准和要求, 组织发动员工、安保人员作为兼职消防队员, 分层、分区域设立最小灭火单元, 建立应急通信联络机制, 确保任何位置发生火情可在3min内组织扑救。

按公安部《消防安全重点单位微型消防站建设标准 (试行) 》要求如下。

1) 微型消防站应设置人员值守、器材存放等用房, 可与消防控制室合用, 有条件的微型消防站可单独设置。

2) 微型消防站应根据扑救初期火灾需要, 配备一定数量的灭火器、水枪、水带等灭火器材;配置外线电话、手持对讲机等通信器材;有条件的消防站点可选配消防头盔、灭火防护服、防护靴、破拆工具等器材。

3) 微型消防站应在建筑内部和避难层设置消防器材存放点, 可根据需要在建筑之间分区域设置消防器材存放点。

4) 有条件的微型消防站可根据实际需要选配消防车辆。

微型消防站以“救早、灭小”为目标, 微型消防站宜设置在常年主导风向的上风或侧风方向。

超过250m高的超高层建筑的消防设计要在以下方面采取加强措施: (1) 通过提高结构构件特别是重要结构构件的耐火等级, 提高建筑本身的耐火性能; (2) 加强防火分隔, 防止烟火蔓延, 特别是在烟囱效应下的沿竖向快速蔓延; (3) 采用多种灭火措施, 提高灭火效率; (4) 采取多种疏散救援措施, 提高疏散救援效率; (5) 提高消防供水的可靠性; (6) 提高排烟系统可靠性, 简化排烟系统, 提高排烟效率; (7) 提高供电系统的可靠性和防火性能, 加强疏散指示照明。