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【摘要】
超高層建筑高度的不斷攀升所帶來的安全隱患的增加，使得超高層建筑防火設計逐步成為眾人關注的重點。論文從總平面布局、建筑空間設計和耐火構造等三個方面對超高層建筑空間與防火分區、安全疏散等防火設計問題之間的關系進行探討，通過案例分析提供實際的技術策略，以期為今后的超高層建筑設計提供良好的參考借鑒。
【關鍵詞】
超高層建筑；消防安全；建筑空間
0引言
隨著社會經濟的快速發展以及科學技術的巨大進步，建筑高度超過100m的超高層建筑成為現代化城市的獨特標志，創造出嶄新的城市輪廓線。由于超高層建筑體積大、功能復雜，具有火源多、疏散時間長、火災蔓延迅速和消防救援困難等特點[1]，使得消防安全問題一直以來成為困擾及制約其發展的重要因素。GB50016－2014《建筑設計防火規范》提高了以往對超高層建筑的防火要求，探討其建筑空間設計與消防安全的關系顯得尤為重要。
1總平面布局
超高層建筑的總體布局，除應考慮其功能、造型、空間、景觀等之外，在防火上還須嚴格對待。為保證火災時消防車能順利進入場地進行撲救，應在離超高層四周一定距離設置環形消防車道，布置消防撲救場地。消防車道的寬度以及撲救場地的長度和寬度除應符合規范外，還應結合當地消防裝備情況進行合理設計，同時保證云梯車不受阻礙而直接架設到建筑塔樓外墻。超高層建筑主樓是體量、面積龐大的復合功能型建筑，包括辦公、酒店、公寓等，通常采用平面重疊、豎向分區式布局，各種流線呈豎向延長的特點。通常作為商業功能的裙樓、地下商業和車庫，使得各種流線相互交叉、交匯，加上附體每層面積較大，因此，建筑主樓與附體應獨立分區，各自進行疏散設計，在建筑空間、耐火構造等方面進行精心設計，以保證滿足各種使用功能要求和防火安全。深圳平安國際金融中心塔樓高597m，附體高55.8m，在附體兩端及中部共設有5座防煙樓梯間和3部消防電梯以滿足疏散要求。當輔樓與塔樓分離時，除獨立分區各自疏散，還需按實際情況設置消防車道及撲救場地。
2建筑空間設計
超高層建筑主樓通常采用結構筒結系，將建筑空間分為筒體區域和外部功能區域。結構筒不但保證建筑結構的穩定性，而且肩負人員疏散功能，因此，合理設計建筑空間，布置各種功能，與消防安全有著不可分離的關系。
2.1水平空間設計
超高層建筑就其建筑形體而言，可分為塔式與板式。由于塔式建筑在各個方向受力均衡，能夠很好地適應超高層建筑的受力特性，因此在實際工程中超高層建筑多采用塔式形體。塔式建筑根據結構筒的數量和位置分為中心筒、偏置筒、周邊筒、雙側筒和放射筒，交通體布置在其內，疏散水平空間隨著結構筒位置和數量的不同而不同，對疏散時人流的方向和數量起著重要作用。廣州IFC西塔下部為辦公層，上部為酒店層，下部結構體系為中心筒，緊急疏散時四周的人流向中心集聚，上部結構筒則分布在向后消退、分散，形成三個小筒體，疏散時人群向三個疏散樓梯分流。由于塔樓平面面積較大，為避免引起大范圍的失火造成嚴重損失，通常將平面空間用一定耐火能力的墻體、門窗和樓板等構件分隔，形成若干防火區域，使火勢盡量控制在起火區域并加以撲滅。防火分區劃分時應結合考慮平面功能，立面體型轉折及安全疏散流程等因素，保證功能及空間的完整性。規范規定超高層建筑防火分區的最大允許建筑面積為1500m2，當建筑內設置自動滅火系統時，被覆蓋面積的防火分區建筑面積可增加一倍[2]，并且保證每個防火分區設有兩個獨立的安全出口，使得火災時能進行徹底的雙向疏散以確保安全。在超高層建筑中，結構筒中的防煙樓梯間和電梯常比鄰布置，使平時交通流線與緊急避難流線有機結合，符合避難人員的歸巢心理，最常見的是結構筒處于正中，圍繞結構筒形成的環形走道以及貫通電梯廳形成“日”“H”“田”形的疏散通道，不但減少疏散距離，便利平時交通，而且在任一位置均可向兩向或者三向疏散。結構筒位于平面的單側，會造成局部過于擁擠現象；位于兩側、四周或者放射狀布置，理論上可做到雙向疏散，但一方受阻時，會出現人流折回現象發生不安全事故。深圳平安IFC標準層疏散走道呈“日”形布局，當避難人員處于A點可形成雙向疏散，在B點則可形成三向疏散，增加逃生可能性。在設計中應避免袋形走道的出現，一旦被煙火切斷則無路可逃，不能充分保障消防安全。但是在實際工程中有時很難避免，如京基100酒店層平面，兩側均出現了袋形走道，雖然疏散長度滿足規范要求，但成為疏散的安全隱患。
2.2豎向空間設計
火災不僅在起火平面上蔓延，而且還常常沿著建筑物各種豎向通道向上部樓層延燒，超高層建筑功能常具有多功能垂直組合的特點，其豎向空間隨功能的轉變而富有變化，結構筒的大小和位置也隨之有所差異。根據結構筒的變化可分為疊加式和轉換式。其中，疊加式可分為等截面式和收縮式。等截面式的結構筒內部結構形式上下對位，連續性與整體性較好，收縮式結構筒的大小隨建筑高度的增加而呈分段收縮的形式[3]。轉換式指結構筒在某一高度整體改變位置、輪廓、大小等，根據轉換前后的形式不同，又可分為由集中到分散和由分散到集中兩種。廣州IFC西塔的結構筒根據功能空間的要求，由下部辦公層的中心筒轉換為上部酒店層的周邊筒。在外部豎向空間中通常采用耐火樓板、窗檻墻、防火挑檐等進行分隔。在內部豎向空間中，上下連通的井道在相應樓層上采用防火封堵材料進行封堵以防止煙火上竄；具有“煙囪效應”的共享空間將上下連通的各樓層及走廊作為一個防火分區，通常采用防火隔墻、防火卷簾和防火門窗等與周圍空間進行分隔，當上下層疊加計算后的建筑面積大于規定時，還應在其四周回廊設置自動噴水滅火系統和火災自動報警系統以及中庭設置排煙設施等。京基100的酒店客房層和以上的設備層、第5避難層、中餐廳，以及酒店大堂，形成一個內部中庭。設計通過設置防火卷簾將其中庭與其他部位分隔開，以及與中庭回廊相通的酒店客房門、窗設置為可自行關閉的乙級防火門、窗，將酒店中庭與其回廊設為一個防火分區。酒店大堂層、蛋形觀光餐廳與拱形玻璃外幕墻圍合部分的內部空間劃分為一個防火分區。下層餐廳則采用特級防火卷簾與酒店大堂分隔，劃為一個獨立的防火分區。上海中心大廈塔樓豎向空間分為9個區段，包含1個觀光層，在每個區段內含有一個共享空間，與傳統的中庭空間所不同的是，共享空間是由標準層樓板外圍布置呈圓形的玻璃幕墻與建筑外層幕墻形成的高度約80m的豎向空間，設計時將其劃分為一個獨立的防火分區。該共享空間因一面直接為外幕墻，受災影響面會減小。但因其數量較多、特點特殊和其重要性，采用了全方位、立體的中庭消防保護體系，包含內幕墻＋窗玻璃噴頭的防火分隔、中庭大空間灑水保護、中庭大空間分層空氣采樣報警、防排煙、鋼結構抗火設計等措施[4]。超高層建筑高度較高，從上部疏散到室外可能長達1個小時以上，為使受困人員免遭火勢威脅，在垂直方向上形成雙向疏散，上至屋頂平臺，下達底層通到室外，在中部設置若干避難層（間）用以暫時避難，兩個避難層（間）之間的高度≤50m，且第一個避難層（間）的樓地面至滅火救援場地地面的高度≤50m[5]。為避免疏散人員誤入地下層，首層樓梯間平臺應設分隔措施以便下行疏散人員及地下室上行疏散者各自疏散到室外而互不干擾。通向避難層的防煙樓梯應在避難層分隔、同層錯位或上下斷開，通過強制導入避難層（間）的措施保證人員能順利到達避難區，并阻斷煙火貫通。此外，超高層建筑裙樓屋頂也可作為避難區域。結構筒內的電梯是超高層建筑中最重要的垂直運輸工具，由于本身存在的安全問題和煙氣侵害等原因，規范規定電梯不應計作安全疏散措施。但在超高層建筑中已逐漸顯示出其加快疏散和拯救生命的作用，1974年的巴西焦馬大樓因樓梯竄入煙火，利用四部普通電梯救出300多人，后受煙火威脅被迫停開；在9•11災難中，世貿中心南樓內約3000人通過自行疏散和電梯幸存下來。若將來客電梯及其電梯廳能夠做好耐火封閉措施，在火災時用作輔助疏散，則可加快人員安全疏散。目前，國內外已有一些超高層建筑采用穿梭電梯作為輔助疏散方式，如京基100。當火災發生，消防控制中心確定需要采用電梯疏散時，將雙轎箱穿梭電梯轉換為疏散電梯模式，且只采用其中的一層轎箱，同時火災時將不需?？繕菍与娞蓍T口的特級防火卷簾自動放下，疏散人員可在?？繉拥群螂娞菔枭6]。消防電梯在建筑物發生火災時必須停靠所能達到的任何樓層，供消防施救人員交通和運載滅火設施使用，必要時可作為老弱病殘和受傷人員疏散的途徑。在設計時最好將消防電梯與疏散樓梯結合布置，使避難者向救援者靠攏，形成一個可靠的安全區域。
3耐火構造設計
在火災發生時為最大程度控制火勢蔓延，超高層建筑需加強結構耐火能力和保溫材料防火能力，以及封堵建筑縫隙等措施。超高層建筑主體結構應在長時間內保持堅固穩定，為安全疏散提供良好通路。鋼筋混凝土結構材料耐火性能優異，墻柱梁板等滿足耐火要求；鋼結構材料耐火性能較差，必須采取保護措施，如采用耐火材料包覆或者噴涂防火涂料，在空心鋼柱中灌注可防凍結和腐蝕的溶液等。在結構設計中，要全面考慮結構方式與結構材料的安全性。在幾起重大火災之后，外墻保溫系統的防火問題逐步引起注意。在保溫系統中，除應考慮保溫材料的燃燒性能達到A級外，還應設置水平或垂直的帶狀防火構造、擋火梁和考慮使用金屬固件穩固面層等措施，以維持系統穩固性的能力和系統阻止火焰傳播。對于各類管井與房間、走道等相連通的孔洞所形成的空隙也應采用不燃燒材料填塞密實，以防火勢竄行。此外，在超高層建筑中應全面設置自動報警和自動噴水滅火設施，既能及時通知和指揮疏散，又能對疏散通路進行保護。在首層且與室外聯系方便、接近消防車道之處設置消防中心，以便在整個火災過程中，起到撲救的指揮和控制作用。
4結語
超高層建筑空間設計及其消防安全是一個復雜的系統工程，不但要滿足各個功能空間的需求，而且在防火分區、安全疏散、耐火構造等防火設計中，需依據有關防火規范，密切結合實際情況，采用先進技術和設備，維護疏散安全和控制火災蔓延以減少火災危害，為超高層建筑的發展創造更加良好的條件。超高層建筑中，防火設計為空間設計服務，與此同時，空間設計應符合消防安全的相關規定。成功的超高層建筑設計是建筑空間與消防安全的有機結合。
作者：楊得鑫 馬躍峰 張慶順 單位：重慶大學建筑城規學院 山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室
參考文獻
[1]丁建，黃曉家.超高層建筑消防自救和防火設計原則初探[C]//全國第一屆超高層建筑消防學術會議論文集.北京：2014.
[2]公安部天津消防研究所，公安部四川消防研究所.GB50016－2014建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.
[3]萬黎萍.超高層建筑核心筒設計研究——以珠江新城新建超高層建筑為例[D].廣州：華南理工大學，2014.
[4]楊民.窗玻璃噴頭在上海中心大廈防火分隔中的應用[J].給水排水，2015，41（4）：82－83.
[5]郭大剛，文德明，馬莉莉.地標性超高層建筑消防問題探討[J].消防科學與技術，2013，32（4）：389－389.
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