摘 要：从高层建筑火灾成因，烟气危害及蔓延途径等基本原理出发，对高层建筑的火烟控制方法进行了综述。
关键词：高层建筑；火烟控制
当前，高层建筑在世界各地蓬勃发展，方兴未艾，已成为城市现代化程度的标志之一。随着城市中的高层建筑物的数量逐年增加，楼层越建越高，高层建筑的火灾危险性也日显突出。而高层建筑火灾中，烟气是阻碍人们逃生和灭火行动，导致人员死亡的主要原因之一。因此，高层建筑的火烟控制的研究，对于提高建筑抵御火灾的能力和保障人员安全就显得尤为重要。
1 高层建筑存在的防火安全问题的原因分析
通过对全国近年来86起特大火灾事故的研究，建筑火灾发生、发展和蔓延的致灾因素，不仅有可燃物、助燃物和着火源三大要素的各种形成条件因素及转化条件因素，还涉及到建筑结构、火灾荷载、消防报警系统、灭火设施、火灾应急预案和人的消防安全素质等方面。
1．1 设计存在先天不足
前几年，有些高层建筑的消防设计均未引起设计人员的重视，设计人员只是一味地根据甲方要求的建筑布局、设想来设计，并未考虑消防安全，且部分建筑设计未经消防审核、验收就投入使用，存在许多安全问题。而这些问题在形成后就成了极难整改的固疾，一次次地被消防部门列为重大火险隐患，又一次次地无法整改。主要表现在以下几个方面：
(1)未设置火灾自动报警系统和火灾自动喷水灭火系统。
(2)内装修材料不符合防火安全标准
(3)耐火设计不符要求。
(4)无防排烟系统或系统形同虚设。
1．2 消防审核把关难
现在，消防部门在建筑防火审核时仍在遇到种种“难关”。
1．2．1 “三边工程”
建设单位在施工过程中，边设计边施工，甚至擅自更改消防设施。
1．2．2 “—把手工程”
“一把手”拍板，一锤定音，什么防火间距、消防通道、登高设置要求，在“一把手”的权威下均无效，结果造成建筑消防安全的隐患。
1．2．3 边施工边报审
审核未通过，工程已建过半，造成未按要求建设，存在先天隐患，如果要符合消防安全要求，只好局部敲掉重建的局面。
1．3 建筑施工质量不高
不少高层建筑消防工程的施工，中标单位因自己没有消防资质，便挂靠其它有资质的单位，而施工仍旧是原班人马，造成工程施工质量粗劣。有些施工单位还暗地更改图纸，在施工中偷工减料，影响建筑耐火性能。一些消火栓、消防水带、消防水喉、防火门、防火卷帘，以劣质次品充当合格品，给工程带来重大火灾隐。
1．4 高层建筑消防管理难
现代高层建筑内各种消防设施种类繁多，一般高层建筑都有火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、自动防排烟系统、室内外消火栓系统、防火卷帘操作系统，有的还有气体自动灭火系统、雨淋或水幕系统、自动闭门装置系统。而当前建筑内的消防管理人员工作制度仍是沿袭了以往的保安人员工作体制。不要说怎么去定期维护、检测、操作各类消防设施，有些管理人员竟连灭火器是否过期的判断也不懂。
高层建筑管理的另一“隐患”，是领导消防安全意识淡薄，这种淡薄表现在单一使用主体的建筑物上要好一些，若是两个以上单位共租一座高层建筑，建筑使用上各自为政，造成安全门封闭，疏散楼梯堵死，消防问题互相推诿，久拖而不解决。
2 高层建筑火灾烟火的危害
高层建筑自身所具有的楼层多、可燃物多、电器设备多、建筑功能多、楼内人员多的“六多”特点，决定了高层建筑火灾产生的烟气多，需要疏散的人员多，火灾中遇难死亡人员多的“三多”；火烟毒性大，火灾损失大的“二大”；火烟扩散快，火势蔓延快的“二快”；楼内人员疏散难，消防灭火扑救难的“二难”的火灾特性。因此，高层建筑起火后烟火控制不当会造成严重的危害。
2．1 高层建筑火灾蔓延速度快
高层建筑内井道多，如楼梯间、电梯间、电缆井、管道井等，一旦不能很好的控制火灾烟气的蔓延很容易形成竖向的“烟囱效应”，造成火势蔓延途径多、速度快，迅速波及到较高楼层。
2．2 高层建筑火灾持续时间长
高层建筑内设备及构件多，一旦失火，火势迅猛而且燃烧时间长，产生大量有毒烟气。在长时间高温作用下，钢筋混凝土构件和钢结构均会因强度和刚度遭受破坏而出现建筑整体或局部倒塌，造成严重财产损失和人员伤亡。
2．3 高层建筑安全疏散困难
高层建筑内容纳人数多，垂直距离大，加之火灾环境下人们的恐慌心理和火灾烟气的毒害作用，使安全疏散成为一个较难解决的问题。
2．4 高层建筑火灾危害面积大
现代城市规模日益扩大，人口众多，建筑物密集，而高层建筑自身烟火蔓延扩散途径多。一旦起火，火势十分容易向相邻建筑蔓延，造成“火烧连营”恶果。1985年冬，哈尔滨市一座高层建筑起火，当时正遇8级大风，火势迅速蔓延，波及5条街道，数百幢房屋被毁。
3 高层建筑火灾烟气蔓延途径
火灾烟气携带的大量热量可以很快通过各种管道竖井充满整个建筑物，高温的浓烟流窜到哪里，哪里的可燃物就会引起燃烧，加速火势蔓延。烟气在高层建筑中流动、扩散主要有三条途径：着火房间一走道一楼梯间一上部各楼层一室外；着火房间一室外；着火房间相邻上层房间一室外。
火由起火房间向外蔓延是通过可燃物的直接延烧、热传导、热对流和热辐射扩大蔓延的，大量的火灾事例表明，火从房间向外蔓延主要有如下的途径：
3．1 内墙门
建筑物内房间起火，最后蔓延到整个建筑物，原因大多是因为墙上的门未能把火挡住。火通过内门，经走廊再通过相邻房间敞开的门进入房间，把室内可燃物烧着。通常走廊内即使没有任何可燃物，强大热流和未完全燃烧产物的扩散，仍能把火势蔓延到很远的房间。
3．2 外墙窗口
室内火发展到全面燃烧阶段，大量高温烟气、火焰喷出窗口，将会烧坏上层窗玻璃或直接通过打开的窗口引起火势向上层蔓延。外墙窗口涌出的高温烟气、火焰除了造成建筑物层间蔓延之外，高温火焰的热辐射还对相邻建筑物及其它可燃物构成威胁。
3．3 楼板上的孔洞、建筑物内的各种管道竖井
由于建筑物功能的需要，建筑物中设有许多竖向井道，和开口部位，如楼梯井、电梯井、管道井、电缆井、垃圾井、通风和排烟井道等。这些竖井管道和开口部位贯穿若干楼层甚至整个楼层，在建筑物发生火灾时，会产生烟囱效应，导致火势迅速向上层蔓延。实验测得，高温烟气在竖向井道内向上蔓延的速度可达3～5m／s。
3．4 房间隔墙
房间隔墙如果是可燃材料，或者虽是非燃、难燃材料建造的，如果耐火性能差，这样在火灾高温作用下则会被烧穿，使火灾蔓延到相邻房间。
3．5 穿越楼板、墙壁的管线和缝隙
室内发生火灾时室内上半部处于正压状态，会迫使火焰和热气流通过该室管线穿过楼板和墙壁的任何缝隙孔洞，把火灾蔓延出去。此外，穿过房间的金属管线在火灾高温作用下，有时也会因热传导将热量传到相邻房间一侧，引起相邻房间起火。
3．6 闷顶或中庭
由于烟火是向上升腾的，因此吊顶天棚上人孔、通风口等都是烟火窜人的孔洞。闷顶内往往没有防火分隔，空间很大，很容易使火势水平蔓延，并通过闷顶内的孔洞向四周、下面的房间蔓延，且在蔓延的过程中不易发现。因此，高层建筑的闷顶或中庭是火烟垂直蔓延的重要通道。
4 高层建筑火烟控制方法
对高层建筑进行火烟控制是十分复杂的，一方面要消除建筑物在设计、施工、验收和使用管理上的缺陷，另一方面要消除与建筑相联系的人和人与建筑物构成系统的缺陷。
4．1 建筑防火安全技术对策
实现建筑防火安全，首先要从技术上采取措施。根据我国的现状，建筑防火首先要立足于防止初期火灾发生，其次是火灾控制。在现阶段，可以采用以下安全技术对策：
设置火灾自动报警系统、设置火灾自动喷水灭火系统、内装修的不燃化、耐火设计、设计防排烟系统、设计消防楼梯间、设计严密的阻隔火设施、设置消防电梯和避难层。
4．2 建筑防火安全管理对策
(1)把好设计源头关，实行建筑设计资格证书、消防专篇、自审制度。
(2)严把审核关，落实防火安全责任制，切实提高领导专业技术水平。
(3)严抓施工管理，实行施工人员资质证和消防工程施工监理制，并且加强建筑施工检查。
(4)严抓后期管理，实施建筑消防设施检测，签订建筑工程消防验收移交书，加强管理人员的培训工作和建筑消防设施维护管理工作。
5 设置防排烟系统
防排烟系统设置的目的，就是采用一定的手段或措施，控制建筑物内烟气的流动，将火灾产生的烟气在着火房间和着火房间所在的防烟区就地加以排出，防止烟气扩散到疏散通道和其他防烟区中，以确保疏散和扑救用的防烟楼梯间和消防电梯内无烟。
5．1 防排烟的方式
5．1．1 防烟方式：不燃化防烟、密闭防烟、阻碍防烟、加压防烟。
5．1．2 排烟方式
自然排烟方式、机械排烟方式，包括全面通风排烟方式和负压机械排烟方式。
5．2 自然防排烟
自然防排烟方式是在自然力的作用下，使火灾产生的烟气不能侵入到防烟楼梯间和消防电梯内。该方式没有机械通风设备，不受电源中断的影响，简单易行，造价较低。虽然其效果受室外风向、风速、气温和所在楼层的影响较大，但如果处理得当，还是能起到防排烟作用的。对于占数量较多的普通高层住宅，室内装修比较简单，房间小，围护结构耐火等级较高的建筑物，采用自然防排烟方式基本上能够达到保障安全、节省投资的目的，也符合我国目前高层建筑的实际情况。常用的自然防排烟方式有以下几种：
靠建筑物外墙建造的全敞开的室外防烟楼梯、利用阳台或凹廊作为敞开前室的防烟楼梯间、利用前室开窗排烟的防烟楼梯间、不靠外墙的防烟楼梯间或虽靠外墙但不能开窗的前室的自然排烟，一般是设排烟竖井和过风竖井。
5．3 机械防排烟
是利用通风机进行强制的防排烟，它不受室外气象条件影响，排烟效果稳定，但需要有专门的通风设备、可靠的事故用电源，自动控制装置、并需设专人维护管理。因此，造价和维护管理费较高。但由于烟风道所占有效空间小，特别是当楼梯间前室不靠外墙或虽靠外墙却不能开启时，这种方式易被采纳。
5．3．1 机械排烟
排烟是考虑人员进行疏散时带人前室的烟应及时排出。当前室同时设有排烟系统和送风系统时，前室里的正压要由二者的风量比来保证，并要调整好前室内的气流，否则会因送风口与排烟口位置设置的不当而导致烟气不能顺利排出，而难以达到预期的排烟目的。
5．3．2 机械加压防烟
机械加压防烟是在保持防烟楼梯间及其前室有足够压力使火灾期间引起的烟气不能进入楼梯间及前室的基础上提出的。这样，在火灾期间，送入楼梯间及前室一定量的空气，就会将烟气排斥在楼梯间及前室之外。这种系统较简单，但有关风量、风速必须详细计算。
5．4 防烟楼梯间及其前室保持正压的方法
5．4．1 保持正压的部位
从安全角度考虑，楼梯间及其前室都需要保持正压。但对靠外墙且有窗的楼梯间，当火灾发生后，因个别窗子开着或玻璃损坏，就难以保持所需要的正压值；当首层楼梯达不到封闭要求时也难以采用加压防烟的方法，这两种情况不宜采取保持正压方法。
5．4．2 保持的正压值
通过国内外情况介绍和对其进行分析，认为为了防止烟气侵入和在火灾发生时妇女能够推拉开门，楼梯间应保持50pa的压力；前室和消防电梯前室及合用前室保持25pa左右正压较为合适。
5．4．3 门开启时通过门洞处的风速值
对于门开启时通过门洞处的风速值，按我国《高层民用建筑设计防火规范》中推荐选取，该值为0．7～1．2 m／s。
5．4．4 总风量的确定
正压方式的送风量应分别按照门关闭时，保持给定的正压值(包括通过门窗缝隙和孔洞的漏风量)和门开启时，保持门洞处给定的风速值计算所需要的风量，取两者之中较大值。
5．4．5 送风系统和送风方式
楼梯间及其前室、消防电梯前室和合用前室，正压送风系统应单独分开设置。为使楼梯间的压力分布均匀，从顶层开始每隔3～5层设一个送风口，一般多采用一台风机通过竖井，在竖井上开送风口或用分支管的集中送风方法。
大量火灾事故结果表明，烟气是阻碍人们逃生和灭火行动，导致人员死亡的主要原因之一。为了最大限度的减少高层建筑发生火灾后造成的危害，本文从高层建筑火灾成因，烟气产生危害及蔓延途径等基本原理出发，综述了高层建筑的几种火烟控制方法，以期对高层建筑的设计、消防审核、施工管理等消防工作有一定的帮助。
参考文献：
[1] GB 50045—95(2001版)，高层民用建筑设计防火规范．
收稿日期：2004—10-28；修回日期：2004—11—10
【文章出处：《消防技术与产品信息》2004年12期】
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