超高层建筑消防安全现状及防火对策

关键词：消防；超高层建筑；防火对策 

　   1 引言 

　　随着经济建设的快速发展，城市人口的持续增长，城市土地资源日趋紧张，城市构造逐步向高空延伸，使得我国城市高层建筑不断地增多。据统计，当前中国正在建设的摩天大楼总数超过200座，相当于美国同类摩天大楼的总数，而总部位于美国芝加哥的国际知名建筑研究机构2011年发布的数据显示，整个后9.11时代，在中国建筑的摩天大楼的数量占全球数量的一半还多。以广州为例，全市大约有7000多栋高层建筑，超高层建筑（指高度超过40 层或高度超过 100m 的高层建筑）就有360栋，其中标志性建筑有广州塔（600m）、广州国际金融中心（高438 m）、中信广场（高391m）、珠江大厦（高309.7m）。 

　　超高层建筑作为一个城市的地标，代表了社会和经济发展水平。高耸入云的摩天大楼部分虽然部分解决了特大城市群中用地紧张的困难，却同时给城市公共安全与可持续发展带来了诸如火灾等灾害防控、建筑结构及安全设计等隐患和难题。如何打造安全、绿色和可持续运营发展的超高层建筑，是所有业内人士关注的话题。 

　　超高层建筑人员与财富集中，一旦发生火灾，将会造成巨大的经济损失，重大的人员伤亡，并引发社会震撼效应。由于近年来重大火灾事故、恐怖袭击以及自然灾害事故呈增长趋势，超高层建筑的火灾安全引起了人们的关注，中央电视台新台址北配楼电视文化中心（TVCC）及广州珠江新城富力盈泰大厦等超高层建筑火灾的发生给城市公共安全管理带来了强烈的警示。 

　　2 超高层建筑的火灾特点及消防难题 

　　超高层建筑由于其特殊的构造和功能要求，致使其内部火灾荷载大，火势蔓延迅速，人员疏散困难，救援难度大，形成重大火灾的隐患大。 

　　2.1 火灾荷载大 

　　火灾荷载是衡量室内可燃物数量的参数，其来源主要包括大量使用的装饰装修材料、电气设备和日常办公生活用品，其中不乏各种高分子材料。火灾荷载大，一方面会增加火灾时最高温度，另一方面也容易产生大量浓烟和有毒有害气体。火灾荷载越大，建筑物内发生火灾后参与燃烧的可燃物就越多，燃烧释放出来的热量就越高，发生轰燃的时间就越短，对建筑物和人员的威胁也就越大。超高层建筑往往内部装修较为豪华，内部设施齐全，电、网络线路密如蛛网，而这些均是易燃物。2009年2月9日，央视新址火灾，就是因为配楼内堆放了大量的装饰材料，均为易燃物，顶层着火后，几分钟就引燃了整座大楼，产生大量的毒气，导致一名消防指挥员牺牲。 

　　2.2 火灾蔓延迅速 

　　由于超高层建筑的结构特点，在其内部势必形成各种纵横交错的连通空间，横向如吊顶、空调风管、排烟管道等，纵向如中庭、楼梯井、电梯井、各类管道电缆井、通风井等。各种管道和竖井在火灾中极易成为火灾蔓延的途径。尤其需要注意的是竖井，如果超高层建筑内的竖井防火分隔存在问题，火灾中这些竖井就如同一座座“烟囱”，高度越高“烟囱”效应越明显。“烟囱”效应具有很大的抽力，使烟火以3～5m/s- 1的速度迅猛向上蔓延，仅需1min就可将烟火蔓延至200m的高度，顷刻间使摩天大楼成为一片火海，建筑的高度越高“烟囱效应”就越明显，有时烟雾扩散的速度可达8m / s。烟雾还会造成建筑物内能见度降低，影响人员逃生。近些年来，新型可燃建筑装饰材料的广泛使用，更是改变了火势蔓延的模式。例如，央视“2. 9”火灾、“3. 2”乌鲁木齐国贸大厦火灾、“11. 15”上海高层火灾都是由于引燃楼体外层保温泡沫板、挤塑板等墙外可燃材料引起的。高层建筑外墙普遍使用的钛锌板，在高温的作用下易融化，会形成高温的流体，自上向下流淌，使火情扩散到下层。通过可燃材料，火灾呈现出自下向上、自上向下、内外蔓延的立体式火情，使火情迅速波及整个建筑。 

　　2.3 人员疏散困难 

　　2.3.1 安全疏散手段有限 

　　超高层建筑平时垂直交通主要依靠电梯，由于普通电梯没有防火、防烟、防水等措施，火灾时不能使用，而消防电梯主要是为消防员扑救火灾设置的，普通人员疏散利用率不高。所以目前发生火灾时，楼梯是人员进行自救逃生、实现安全疏散的重要通道，而要想从摩天大楼中通过楼梯疏散绝非一件容易的事情。 

　　消防登高车是在建筑外部实施被动救援的主要登高设备，但是我国登高车辆数量有限，高度有限目前，就广东省范围内，仅在广州市、深圳市可勉强实现对接近100m超高层建筑实施登高外部救援，对于其他城市而言，救援高度仅能保障三五十米的高度。另外，外部登高救援受环境影响大，实施难度大，效率低，难以成为主要疏散手段。 

　　2.3.2 疏散距离远、时间长 

　　据调查统计，一般的超高层建筑可能容纳数万人。刚建成的上海环球金融中心，可容纳4万人，如同城市中的“垂直街道”。由于楼层多，疏散距离长，疏散通道有限，数万人要从危险区域撤离出来，需要很长时间，且高度越高，人员越多，疏散时间就越长。上海金茂大厦曾做过试验，身强力壮的消防队员从顶楼向下跑，结果最快跑出大厦的队员用时 35min，正常情况下，人流密度为 1 - 5 人/m2时，水平行进速度为 0. 60 -1. 35m/s，在楼梯上垂直行进速度为 1. 5 - 3. 6m/s，明显慢于烟雾垂直方向扩散速度 3 -4m/s，更比不上比超高层建筑中可能出现 8m/s 的烟雾垂直方向扩散速度。 　　2.3.3 疏散人流拥挤 

　　超高层建筑用途多为写字楼、酒店、商厦等用途，容纳的人员较多，人员密度大，在疏散时，人的求生本能及恐惧心理强烈暴露，往往一窝蜂地会向经常使用的出口聚集，行动慌乱，易发生踩踏事件，极易发生拥挤堵塞，降低疏散效率，而且在慌乱中，难免发生踩踏、摔伤等惨剧，严重影响疏散安全。 

　　2.4 火灾救援难度大 

　　一难在进攻难，在超高层建筑的主体建筑周围往往设有裙房，外部灭火进攻受到限制，且超高层建筑大面积玻璃幕墙受高温或火焰作用，易碎裂形成“玻璃刀”，时刻威胁超高层建筑四周参与救灾的消防车、器材装备和救助人员。；二难在登高难消防队员负重登高，人流相对撞，影响登高速度和灭火救援；三难在排烟难，受消防登高设备和玻璃幕墙限制，以及风向风力的影响，难以实施破拆玻璃窗进行自然排烟；四难在供水难，如果大楼停电，消防泵失效或故障，向上供水就极其困难。 

　　3 超高层建筑的防火对策 

　　超高层建筑火灾的特点决定了对其实施外部施救的困难，因此，超高层建筑消防工作的关键之处在于防火，要以实现火灾预防和人员自救为基点和最终目标，立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全使用、技术先进、经济合理。 

　　3.1 合理规划平面布局 

　　一是合理选择位置。根据火灾时辐射热对相邻建筑的影响，易燃易爆场所火灾时对高层建筑的影响，以及消防灭火救援和节约用地等综合因素，超高层建筑与临近建筑必须保持必要的防火间距。二是合理规划消防车道和消防扑救面。由于超高层建筑体量大，高度高，必须设置环形消防车道，主体建筑应满足消防车扑救的需要，尽管目前登高消防车举高能力有限，但在其有限操作范围内还是要为消防部门灭火救助提供有效外围途径。三是合理布置燃油、燃气锅炉、油性变压器、柴油发电机、燃油燃气以及人员密集场所等用房的位置。采用控制和分隔办法把可燃物控制在局部范围内。根据《高层民用建筑设计防火规范》，主要考虑因素如表2所示。 

　　3.2 提高建筑构件的耐火等级 

　　超高层建筑不论采用哪种结构体系，其耐火等级不应低于一级的要求，从消防角度看，钢筋混凝土结构应是最理想的，但由于钢结构施工方便、施工速度快等特点，目前不少超高层建筑采用钢结构。因此，对超高层钢结构建筑防火处理尤为重要，对梁、柱、楼板、屋顶承重构件等应满足一级耐火等级的要求。我国《高层民用建筑防火规范》对高层建筑建筑各个部位的耐火性能及耐火极限作了明确规定。超高层建筑的耐火等级均为一级，并规定墙柱耐火极限和燃烧性能为3h，梁板分别为2h和1.5h。另外，耐火构构造设计应按结构方案选取材料和做法，确保构造厚度保护层厚度高层建筑主要以钢结构和钢筋混凝土结构为主，其中钢结构强度高，但其耐火能力差，从无数火灾案例和科学试验所证明，无防火保护的钢结构在火灾的作用下，15min 左右就会烧损或破坏，因此钢结构建筑必须采取保护措施，如用耐火材料包覆，或者喷涂防火涂料；钢筋混凝土结构，特别是墙柱及现浇整体式梁板具有很好的耐火能力，但预应力构件因其钢筋在高温下变形快，耐火极限相对较差应加厚抹灰或以防火涂料保护。 

　　3.3 处理好水平和垂直方向的防火分隔 

　　一是合理划分防火分区。利用防火墙或防火卷帘等防火分隔物将建筑水平面划分为若干水平防火分区，通过楼板等构件将上、下楼层划分为若干垂直防火分区，即使发生火灾，也不至于蔓延到其它区域，把火灾控制在较小的范围。二是对管井防火分隔的处理。电梯井、电缆井、管道井、排烟道、排气道、垃圾道等竖向管道井应独立设置，井壁除开设门洞外，不应开设其它洞口，其井壁应为耐火极限不低于1. 0h的不燃烧体；电缆井、管道井应每层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体材料或防火封堵材料作防火分隔。三是竖向连通各层的中庭应进行防火处理。房间与中庭回廊相通的门、窗，应设自行关闭的乙级防火门、窗；中庭相通的过厅、通道等，应设乙级防火门或耐火极限大于 3. 0h 的防火卷帘分隔；中庭每层回廊应设有自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统。四是玻璃幕墙与楼板缝隙处应进行防火处理。应设置必要的窗槛墙、窗间墙，其高度不应低于 0. 8m，窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃材料。五是处理好穿越各楼梯的风管分隔。垂直风管应设在管井内，通风、空气调节系统的风管道穿越防火分区处，穿越通风、空气调节机房穿越重要的或火灾危险性大的房间隔墙和楼板处以及垂直风管与每层水平风管交接处应设防火阀进行有效分隔，防止烟火通过风管蔓延。根据《高层民用建筑设计防火规范》，主要考虑因素如表3所示。 

　　3.4 科学合理设置安全疏散设施 

　　对于高层建筑来说，一旦发生火灾，要将建筑内的人员完全疏散到室外是补救第一要务，同时也是非常困难的，所以，超高层建筑的安全疏散设施设计是否科学合理、便利可靠是建筑设计中一项重要内容，决定着人员安全疏散的效率和成败，决定着生命的存亡。 

　　针对超高层建筑的火灾特点，设计上应体现“以人为本”的原则，从严要求，将疏散楼梯、电梯布置在建筑平面中心，围绕疏散楼梯设置环形走道或双向走道，优化安全疏散距离，为人员疏散到安全地方创造条件。一是合理设置防烟楼梯。防烟楼梯应满足防火防烟要求，其防烟设施和排烟设施应满足规范要求，确保逃生通道的安全。二是合理设置避难层或避难间。避难层或避难间是保障超高层建筑内人员发生火灾时安全脱险的一项有效措施，一般避难层的设置，自首层至第一个避难层或两个避难层之间，不宜超过 15 层。三是设置完善的疏散引导系统。目前，发光疏散指示标志主要有两种：一种是电致发光型疏散指示标志；另一种是光致发光型疏散指示标志。超高层建筑疏散诱导系统应以电致发光型疏散指示标志为主，辅以光致发光型疏散指示标志。四是设置屋顶直升飞机停机坪。停机坪的作用主要是抢救屋顶上的逃生人员和运送灭火器材。根据《高层民用建筑设计防火规范》，主要考虑因素如表4所示。 　　特别要提到的是消防电梯是消防员为快速到达起火楼层、展开灭火行动和救援设置的专用电梯，严格意义上说消防电梯不属于人员疏散的垂直交通工具。但考虑到超高层建筑的特殊性以及国外利用消防电梯实施救援的成功案例，消防部门应该根据需要合理利用消防电梯疏散楼内人员，提高疏散效率。 

　　3.5 严格控制易燃材料装修，减少火灾荷载 

　　从控制火灾三要素出发，必须控制超高层建筑内装修材料的使用，严格控制可燃易燃材料的装修，最大限度的减少可燃物。建筑工程中要使用防火材料、防火构件、防火配件，装修工程中采用不燃、难燃性建筑材料，易燃易爆场所强化通风，设置防爆电气，使用不发火地面等。 

　　3.6 配备适应超高层建筑火灾的消防设施及供水设施 

　　一是配备自动报警系统，包括探测器、区域报警器、集中报警器和人工报警电话、按钮等。根据防火分区的划分，合理配置自动喷淋灭火系统，避免出现喷淋盲区。近年新出现的细水雾喷淋技术，与传统的水喷淋相比有用水量小，不会发生可燃液体飞溅，对设备设施损坏程度小，设计实施成本低等优点，是今后水喷淋技术的发展方向。二是根据性能化消防设计的原则，选择了常高压与临时高压相结合、串联式重力供水的新型混合消防给水系统，将火灾延续时间内的全部消防用水置于屋顶的高位消防水池。对绝大多数楼层而言，相当于常高压给水系统，因此无需系统设置水泵，大大缩减了消防加压设备数量和泵房占地面积。另外，系统不受消防供电的影响，平时水量和水压均能满足消防的要求，保证了消防用水的安全性和可靠性。在超高层建筑内部配置适用于高层供水的管路和泵系统，为配合消防车等外部供水设施提供接口。三是要设置可靠的防烟排烟设施。超高层建筑由于高度高，采用自然防烟和自然排烟效果不佳，应采用机械防烟与排烟系统，对疏散楼梯间、前室、合用前室以及封闭的避难层（ 间） 采用机械加压送风的防烟设施，对走道、无窗房间或设置固定窗的房间应设置机械排烟系统，真正提高超高层建筑防烟楼梯间、前室、走道和避难场所的安全性。 

　　4 结束语 

　　从目前我国超高层建筑发展的速度看，现有的消防科技水平和消防装备还不足以应对超高层建筑的大型火灾。因此，在发展超高层建筑时，应考虑现有的技术装备水平，使超高层建筑火灾在可控的范围内。随着科技的不断进步，超高层建筑的防灭火水平必将会随着超高层建筑的高度不断提升。所以，我们针对超高层建筑火灾的特点，应立足于自防自救原则，积极采用可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理，在管理上应积极落实消防安全责任制，对消防设施进行有效维护管理，保证消防设施完好、有效，做到防患于未然。 

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