试论高层建筑消防安全疏散设计应考虑的几个问题
杨伟杰
（哈尔滨市公安消防支队，黑龙江 哈尔滨）
摘要：随着城市化进程的不断加快，城市高层建筑因其特有的优势而迅速崛起，从而有效地改善了人民的居住环境。与此同时，高层建筑的消防安全问题成为不容忽视课题。本文着眼高层建筑的消防安全疏散设计问题进行分析，探讨高层建筑人员疏散设计的科学方式，降低火灾事故对人员疏散的不利因素。
关键词：高层建筑；消防；疏散设计；特点；方式
1 引言
高层建筑有效地缓解了城市用地资源紧张的局面，因其面积相对集中、以高层空间为主、满足多功能需求等特点，逐渐成为城市建筑的主导发展方向。高层建筑的层数多，垂直疏散距离较长，火灾事故发生时，高层建筑的“烟囱效应”作用，为烟气和火势提供了蔓延通道，进一步增加了人员的安全疏散难度。
在对高层建筑消防安全疏散设计时，应充分考虑高层建筑的各方面因素，确保人员的有效疏散时间。
2 高层建筑消防安全疏散设计理念及原则
高层建筑的安全疏散主要是指火灾发生时，提前设计和判定其安全疏散的形式，在设计过程中要充分考虑火势的大小及烟气流动方向等多方面的因素，采取相应措施，确保高层建筑消防安全疏散，保障人员的生命安全。高层建筑消防安全疏散设计应保障建筑内部各个位置的人员都能迅速撤离到安全区域，并结合高层建筑的特点，应对各种突发情况。高层建筑的消防安全疏散设计应避免采用单一的疏散方式，采取多种疏散方式相结合的模式，设计应严格执行《建筑防火设计规范》的要求，明确疏散的安全区域，避免高层建筑中出现不利人员疏散或疏散通道不畅情况。
3 高层建筑消防安全疏散设计方案
本文以某工程为实例，对高层建筑安全疏散设计方案进行讨论，该建筑面积为357252m2，地下部分为50232.87m2，均为高一类住宅楼，耐火等级为一级，建筑高度为98.77m，31层。针对该工程的消防安全疏散设计方案，应充分考虑建筑物的总体高度，及可容纳的人员数量等因素。住宅部分每个单元独立设为一个防火分区，每个防火分区的面积均小于1000m2。针对该建筑的消防安全疏散设计，按照《建筑设计防火规范》的要求，进行如下探讨。
3.1 布置安全疏散路线的方式
以该建筑为例，在设计疏散路线时，应确保疏散路线明确，便于人员尽快明确疏散方向，避免受到阻碍而形成“逆流”情况。在发生火灾时，人员紧急疏散的过程中，人们从着火部位行至公共走廊，再向疏散楼梯间转移，安全性要求一个阶段比一个阶段高。疏散路线的布置应遵循简单明了的原则，疏散楼梯设计在靠近电梯布置较为恰当，因为发生火灾时，人们往往首先考虑并经常使用的路线和火灾时紧急使用的路线相结合起来，有利于迅速而安全的疏散人员。
3.2 走道的布置
高层建筑安全疏散的走道布置应根据建筑物的不同使用性质、结构、类型等因素，以该31层建筑为例，设计者在建筑内布置环形走道或无尽端房间的外廊式或内廊式走道，也可以采取双向走道、无尽端房间的走道及“人”字型走道。该建筑的走道设计方式便于平时使用，火灾发生时，又能迅速形成安全疏散。相对于其他功能的高层建筑，如塔式住宅，根据其特点以电梯、楼梯和公共走道组成一个平面核心，所有的住户都分布在核心的四周的特点，这种平面形式布置紧凑，既方便平时使用，又便于火灾时紧急疏散。相对于办公性质的高层建筑，因其内部有大空间的办公场所，采用环形走道或双向走道的方案更合适。
3.3 疏散出口的设置
高层建筑的疏散出口设计按照规范的要求，应采用两个不同方向进行疏散的方式，出口的位置应设置在靠近主体建筑标准层或其防火分区的两端或接近两端出口处。以上文的高层建筑为例，建筑内部每个防火分区至少设置两个安全出口，且相邻两个安全出口最近边缘之间水平距离不小于5m，这种设计方法保障了疏散的需要，在满足《建筑设计防火规范》相关条例。该建筑为高一类住宅，向前室的户门均设为甲级防火门，若建筑中有商业服务网点的功能，安全疏散距离应小于40m及20m，首层疏散外门及走道，疏散楼梯间及其前室的门净宽不小于1.1m。
建筑内部应同时有两个或两个以上的疏散方向，避免把疏散走道布置成袋形，袋形走道只有一个疏散方向，火灾中出口极易被烟气和火围堵，人员疏散很危险。在条件允许的情况下，疏散楼梯间及其前室，应尽量靠近外墙设置。这样的布置方式可利用在外墙开启窗户进行自然排烟，为人员安全疏散和消防救援提供有利条件。在条件受到限制的情况下，疏散楼梯布置在建筑核心部位时，应设有机械正压送风设施，该建筑的设计条件允许，将疏散楼梯间及其寝室均设置在靠近外墙的地方。但对于高层建筑的其他功能部位的设置应区别对待，如该建筑地下1层、2层为汽车库，地上1～4层为商场，其余为办公和住宅功能，针对功能性复杂的高层建筑，在设计中应保障车流与人流和消防营救安全分隔，商场与其上各层的办公、居民人员分隔。
3.4 疏散楼梯的设计
疏散楼梯作为疏散走道上的第二层安全区域，设置疏散楼梯应有两部不同疏散方向的疏散楼梯。一方面是由于两个不同疏散方向的安全出口可以避免将两个疏散出口（主要是楼梯）布置在建筑物同一层平面相距很近的一侧，导致火灾中人群拥挤而产生疏散混乱的情况，同时也有效地避免了两个出口全部被烟气封堵，保障安全出口的作用；另一方面提升了人们疏散的安全性，例如在火灾发生时，人们的逃生意识往往是以熟悉的路线为主，但由于高层建筑的层数多，人员相对密集，由于惊慌造成的判断失误，易局限在窄狭地点，导致疏散困难，此时，不同疏散方向的安全出口能够更好地提供疏散途径，避免盲目逃生情况的发生，因此设置两个不同方向的安全出口是必要的，而在建筑物或其每个防火分区的走道端部或走道端部的附近，疏散楼梯的设置确保了安全出口的作用。但不是所有高层建筑一律都设置两个或两个以上的双向安全出口，在实际生活中，应区别对待，例如一些塔式建筑和单元式高层住宅的每个单元进行两个出口的设置就较为困难，在具体设计中应执行《高层民用建筑设计防火规范》的相关规定。
建筑平面面积小的高层建筑在设置室内楼梯受限的情况下，可设置一座室外疏散楼梯，或在面积较大的其他公共建筑设置两座及两座以上的室外疏散楼梯。采用室外疏散楼梯既节约了使用面积，降低成本，同时有利于形成自然排烟楼梯，使得烟气在敞开前室的楼梯前室及时得到扩散，室外楼梯的设计应满足最小净宽不应小于0.9m，倾斜度不得大于45°，栏杆扶手的高度不应小于1.1m（按照单个救援人员携带救援工具的所需尺寸计算）。为了防止火灾时火焰从门内窜出而把楼梯烧坏，则室外楼梯和每层处平台，应采用非燃烧材料制作，平台的耐火极限不应低于1h，在楼梯周围2m范围内的墙面上，除了可以设置疏散门外，不应开设其他门洞口，疏散门应采用乙级防火门，且不应正对楼梯段。
3.5 疏散门的设置
高层建筑的疏散门设计应考虑建筑的具体功能，担负的使用功能不同，在具体设计中也应区别对待，如在设计中存在每层人数都与底层人数相同的情况，有的安全出口与楼梯的数量与宽度相同，采用这种方式对整个建筑的消防安全疏散设计较为有利。但高层公共建筑的底层或其上面几层相对人员较为集中，一般以商业、餐饮等功能为主，在设计中应分别设置疏散门，其外门的总宽度要比楼梯总宽度宽，出口数量多。房间的疏散门安全出口的疏散能力，除了与总宽度有关外，还与一个房间的安全出口数有关，如果人员较多的房间，只布置一两个宽大的出口，平时通行不便，火灾时应急困难，容易造成人员伤亡。因此，凡人员较集中的房间，既要考虑平时疏散的方便，又要满足紧急情况下的需要。应在安全出口的数量、分布、距离方面综合考虑确定。
3.6 疏散时间的确定
高层建筑的疏散时间的计算方式通常为两种情况，一种是根据出口容量和人员通过出口的速度计算；另一种则是通过对高层建筑的疏散模型来计算。在计算疏散时间的过程，一般的疏散通常包括连续的多个用门连接的空间，疏散路线包括交叉的线和支线，这样疏散时间和最长等候队伍长度就是疏散路线上疏散距离和门口宽度的函数。
3.6.1 疏散时间的计算方法
人员疏散应考虑从房间到门，从门至走道，从走道到楼梯前室，在到楼梯的整个过程，其中房间、走道、前室、楼梯灯均可以作为一个节点，这些节点相连，形成建筑内人员流动的网格。计算某一单元的人员疏散可与确定每个人通向室外的实践，进一步确定疏散时间。
疏散时间=人流通过出口时间+人员在建筑物内的行走时间，人流速度与人员密度的公式为：v=v0ρ-0.8假定高层建筑各层布置及人数相同，以本文的工程为例，出口拥挤时的疏散时间：
；出口不拥挤的疏散时间为
。
式中：v为人流移动的速度；v0为不发生拥挤时自由移动速度；ρ为人流动速度，n为楼梯所在的高层建筑层数，N'为楼梯流率，取1.1人/（m·min）；tx为通过相邻两层的时间，取16s、b为楼梯的有效宽度；Q为每层人数。
进一步分析最后一人离开每相邻两层所需要时间，可以确定：该建筑内的房间使用率为1人时，最后离开该建筑的人经过相邻两层的时间大致为15s，而在人数较多的使用房间内，时间约为22s，下降到第10层后，速度上升至50s左右，建筑内部房间使用率为3人时，楼梯出现拥挤现象，所以，可以推断最后疏散的人群在经过每相邻两层时所需时间较大，一般为50s左右。
3.6.2 疏散时间的缩短方式
（1）设定合理的控制防火安全距离。高层建筑的疏散时间应在整体设计中进行考虑，该工程的疏散线路较为简洁，组织合理，减少了疏散人员迷路的可能性。
（2）疏散通道的设置要求。由于该建筑的面积大，疏散距离较长，在设计过程中疏散通道呈直线型，尽量避免了弯曲，未进行不必要的阶梯和门槛设置，避免了人员拥挤造成的危害，缩短了疏散时间。
3.7 避难层（间）的设计
高层建筑设计避难层或者避难间可以有效地保障建筑内部人员的安全脱险，就高层公共建筑来说，内部容纳人员多，疏散距离长，以前文为例，当该建筑25层以上为办公、旅馆等公共建筑，适宜设计避难间（层），避难间可以满足安全疏散，同时也减少了投资。按照规范的规定，在通常情况下，建筑高度为超高层（100m以上）的高层建筑应设置避难间（层）。
避难层（间）的高度。设置避难层（间）的高度应将实际使用的登高消防车的作业高度和救援人员的最大体力消耗等因素考虑其中，一般情况下，登高消防车最大作业高度为30～45m之间，极个别的在50m左右，通过对消防队员的个人身体素进行评估，在登高超过10层时，心跳和呼吸次数明显加快，影响救援工作的开展。介于这种因素，通常自地面起到10～15层设为第一避难层。采用较多的避难层的设置形式是与设置层结合，设备、管道应集中布置，并用耐火极限不低于1h的墙围护起来，满足疏散人员的停留面积要求，便于形成连贯的整体。假定前文的高层建筑避难层为15层，平均每层100人，共计1500人。在计算中，应将人均停留占用的面积考虑进去，如果均停留占用面积5人/m2，则需要净面积300m2；另外一种则是专用的避难层，专业避难层对核心部位设备及垂直交通设施的耐火极限要求较高，应采用耐火极限不低于1h的墙围护，其人均占用的面积与一般避难层一致。
4 结论
高层建筑安全疏散设计对火灾发生后的人员生命安全至关重要，也是高层建筑防火和消防安全的重要环节。本文所阐述的是安全疏散设计的基本性原则，着力于减少疏散时间，避免长距离的疏散，以现行的规范要求为依据，对安全疏散的各个环节进行分析，提出了设计中的具有针对性的方法。高层建筑的安全疏散作为一个重要的课题，应不断的探讨和研究，降低火灾中疏散的难度，充分考量各方面的因素，保障高层建筑的消防安全。
参考文献
［1］ GB 50045—95.（2005版）
［2］ GB 50016—2006.
［3］ 胡忠日.安全疏散研究的国内外动态和发展趋势.消防科学与技术，2001.11（6）.