淺議超高層建筑的消防安全特性及防火設(shè)計(jì)

1、淺議超高層建筑的消防安全特性及防火設(shè)計(jì) 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，超高層建筑已從最初的鳳毛麟角而逐漸普及。我國(guó)的改革開放帶來了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的蓬勃發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，但這一時(shí)期的火災(zāi)明顯地呈現(xiàn)了嚴(yán)重化的趨勢(shì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，l991年至2000年十年間，全國(guó)共發(fā)生火災(zāi)888485起，死24564人，傷43422人，直接財(cái)產(chǎn)損失116.4億元。這四項(xiàng)數(shù)字分別占建國(guó)50年火災(zāi)總數(shù)的25.8%、14.7% 、13.6%和58.8%，凸顯了包括超高層建筑在內(nèi)的新的消防安全問題的嚴(yán)重性，急需對(duì)傳統(tǒng)的消防手段進(jìn)行改革，以滿足新時(shí)代形勢(shì)的需要。 一、超高層建筑的定義與分類 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口迅速增加，用地緊張的困境

2、日益突出，超高層建筑可以更充分地利用有限空間，節(jié)約土地，通過集中布設(shè)地上、地下的各種管線而降低市政工程的投資。而且超高層建筑匯集了城市在建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、建筑材料和施工技術(shù)等所有科技的最高成就，表現(xiàn)了城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)文化程度和現(xiàn)代化步伐，許多超高層建筑更是成為了一個(gè)城市或地區(qū)的重要景觀和地標(biāo)。此外，超高層建筑面積大，將多種功能，如辦公、旅館、公寓和購物綜合在一座建筑里，方便了人們的生活。 我國(guó)的建筑規(guī)范中并沒有明確的規(guī)定“超高層建筑”的定義，而是把建筑高度超過24 米的公共建筑和十層及十層以上的居住建筑均視為“高層民用建筑”。1972 年，在美國(guó)賓夕法尼亞洲伯利恒市召開的國(guó)際高層建筑會(huì)議對(duì)高

3、層建筑的定義取得了較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，把高層建筑劃分為四類：第一類高層建筑：916 層（最高到 50m）；第二類高層建筑：1725 層（最高到 75m）；第三類高層建筑：2640 層（最高到 100m）；第四類超高層建筑：40 層以上（高度在 100m 以上）。我國(guó)高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范對(duì)超高層雖無明確規(guī)定，但對(duì)于高度超過 100m，層數(shù)超過 32 層的建筑在避難層、停機(jī)坪、消防水壓、滅火設(shè)施、正壓排煙及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警方面都有特殊的要求。 二、超高層建筑的消防安全特點(diǎn) 超高層建筑作為一個(gè)地區(qū)和城市的標(biāo)志，建造耗資巨大，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、防火、交通、能源、環(huán)境等一系列的問題，是一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)、科技、

4、美學(xué)的綜合結(jié)晶。但是，由于這種建筑物高度高、人員多、設(shè)備及管線系統(tǒng)復(fù)雜，火災(zāi)事故的隱患大，在自然災(zāi)害（地震、強(qiáng)風(fēng)）、內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)故障事故、人為火災(zāi)等難以抗拒或防范的情況下，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散與撲救都十分困難，將直接威脅著生命財(cái)產(chǎn)安全，因此火災(zāi)是超高層建筑的頭號(hào)大敵，其消防安全成為不可避免的首要問題之一。 （一）功能用途復(fù)雜、點(diǎn)火源多 超高層建筑主體建筑高、功能復(fù)雜，大多數(shù)主體建筑底層建有裙樓，作為商場(chǎng)、餐飲、娛樂等商業(yè)功能使用，主體建筑多數(shù)作為住宅、辦公、賓館等使用。而且超高層建筑的用電設(shè)備種類多，數(shù)量大，超載、短路、發(fā)生小火花的現(xiàn)象增多；車庫停車多、儲(chǔ)油量大；流動(dòng)人員多，吸煙人多；雷擊現(xiàn)象、

5、周圍環(huán)境飛火等也是超高層建筑可能發(fā)生火災(zāi)的點(diǎn)火源，火災(zāi)荷載密度大。 （二）豎向管井多、可燃物集中，容易形成煙囪效應(yīng) 超高層建筑內(nèi)部垂直的樓梯間、電梯井、管道井、電纜井、排氣道、垃圾道以及其它封堵不嚴(yán)密的各類豎向管井眾多，其陳設(shè)和裝修材料大多是可燃、易燃物品，一旦發(fā)生火災(zāi)，容易沿著這些豎向管井快速蔓延。而且這些豎向管井猶如一座座高聳的煙囪，火災(zāi)時(shí)，容易形成煙囪效應(yīng)，助長(zhǎng)煙氣火勢(shì)的蔓延。建筑高度越高，煙囪效應(yīng)越強(qiáng)烈。實(shí)驗(yàn)資料證明，超高層建筑中火災(zāi)煙氣沿著垂直樓梯間、電梯井等豎向井道垂直上升的速度達(dá)每秒3到4米，有時(shí)甚至可達(dá)每秒8米 。 （三）安全疏散困難，人員密集，容易造成重大傷亡 40 層以上超

6、高層建筑著火時(shí)，要使人員迅速疏散到地面或避難空間十分困難。由于火災(zāi)時(shí)客用電梯必須停止使用，消防電梯主要為消防隊(duì)員專用，消防云梯車的高度也有極限，所以樓梯間是人員垂直疏散的唯一手段。但超高層建筑的垂直疏散距離長(zhǎng)，人員密集，疏散時(shí)間也相應(yīng)大幅增加。據(jù)消防部門的測(cè)試，一名消防戰(zhàn)士從40層150米的位置下到建筑的第一層需要十幾分鐘，那么普通人員或是老人、小孩等所需要的疏散時(shí)間就會(huì)更長(zhǎng)。而煙氣的垂直流動(dòng)速度為24 米/秒，在垂直方向1 分鐘就可以蔓延幾十層。人員的疏散速度比煙氣流動(dòng)速度要慢超過100 倍，而且疏散方向與煙火蔓延方向相反，進(jìn)一步增加了人員疏散的艱難和危險(xiǎn)性，容易造成重大傷亡。 （四）火災(zāi)撲

7、救難度大，對(duì)裝備手段的要求高 超高層建筑與普通建筑相比，其火災(zāi)撲救難度相對(duì)較大。由于城市高樓林立，缺乏地面消防行動(dòng)展開的場(chǎng)地，而且從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的超高層建筑來看，外墻大多采用玻璃幕墻，破碎后極易造成地面人員傷亡，并對(duì)破壞地面的消防車輛及供水器材，加上外墻采用固定窗，消防人員接近起火點(diǎn)非常困難。此外，現(xiàn)有消防裝備遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足超高層建筑的滅火救援需要。目前，消防登高車的最大救援高度約為100米。超高層建筑發(fā)生火災(zāi)，滅火用水量比較大，有時(shí)需要達(dá)到100升/秒以上。經(jīng)滅火演練測(cè)試，三輛大功率消防車串聯(lián)，通過水泵結(jié)合器供水，高度只能達(dá)到160米，通過水帶直接供水，高度只有150米，而消防直升機(jī)尚未得到普遍應(yīng)

8、用。因此，超過150 m 的樓層幾乎只能主要依靠建筑內(nèi)部自身的消防設(shè)施來保障，外部手段效果甚微。 此外，還有一個(gè)經(jīng)常被忽略的火災(zāi)隱患，就是超高層建筑在施工期間的消防安全問題。超高層建筑的施工周期一般都較長(zhǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)動(dòng)火多，用電量大，易燃、可燃材料集中。同時(shí)，消防設(shè)施未開通，缺少消防水源和消防通道，只有臨時(shí)消防水源，一旦發(fā)生火災(zāi),不能保證消防用水的水壓和水量，消防撲救難度更大，尤其是在施工后期發(fā)生在中、高層甚至頂層的火災(zāi)。 三、超高層建筑的防火設(shè)計(jì)建議 我國(guó)的超高層建筑建設(shè)始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)最典型的就是1976年建成的115米 高的廣州白云賓館和1985 年在深圳建成的158.95米

9、高的國(guó)際貿(mào)易中心。后來，1996 年建成的深圳地王大廈達(dá)到了81 層，325米高；1998 年建成的上海金茂大廈更是88 層，高 420.5米，成為新一代的地標(biāo)性建筑。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)現(xiàn)有百米以上的超高層已經(jīng)接近1000棟。但是，由于我國(guó)超高層建筑起步晚，加之過去執(zhí)行規(guī)范不嚴(yán)，目前的超高層建筑存在許多消防安全方面的問題，例如防火防煙分區(qū)不當(dāng)，分隔不嚴(yán)，封閉或防煙樓梯間的問題較多；安全疏散樓梯安全出口存在數(shù)量不足、通道不暢的問題；普遍存在消防水池容量偏小的問題，消防水源不足，消防專用電源沒有保障；室內(nèi)裝修的防火安全問題突出；消防設(shè)施使用管理上存在許多問題，維護(hù)保養(yǎng)無章可循。 就超高層建筑而言，

10、香港是一個(gè)非常典型的發(fā)展案例。作為一個(gè)高速發(fā)展的城市，香港人口密集，用地緊張，其高層建筑的密度堪稱世界之最，超高層建筑也比比皆是。因此，為了有效地保證這些高層建筑的消防安全，香港在超高層建筑的防火設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)特別注意以下幾個(gè)問題： 1.設(shè)置環(huán)形消防車道，至少確保建筑物的一個(gè)主要立面前可通行消防車輛，且應(yīng)能保證救生與滅火操作的順利展開； 2.保證附近有充足的水源滿足滅火用水的需要，消火栓的供水能力不得低于4000l/min， 城市主管道的供水壓力不得小于170千帕， 沒有條件的地區(qū)則應(yīng)貯備充足的消防用水； 3.注重建筑結(jié)構(gòu)的耐火性，大多數(shù)建筑都采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，耐火極限的要求為l到4個(gè)小時(shí)。

11、4.保證逃生通道，進(jìn)行安全疏散。由于用地緊張， 任何建筑商都不愿讓逃生通道占過多的面積。但香港的消防法規(guī)有明確的要求，必須保證足夠的逃生通道。此外，高層建筑中每隔15層設(shè)置有避難層，可使人員處于暫時(shí)的安全狀態(tài)，然后在消防隊(duì)的組織指揮下，有秩序地疏散到最終的安全區(qū)域。 結(jié)合先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)的超高層建筑消防安全的經(jīng)驗(yàn)，我們應(yīng)遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針，在防火設(shè)計(jì)時(shí)就把握好以下幾個(gè)方面： 1. 采用混合結(jié)構(gòu)。從防火性能的角度出發(fā)，超高層建筑的結(jié)構(gòu)采用混合結(jié)構(gòu)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)。高溫下，全鋼結(jié)構(gòu)受熱后，很快會(huì)出現(xiàn)塑性變形，從而降低結(jié)構(gòu)的承載能力，溫度達(dá)到500時(shí)，強(qiáng)度會(huì)降低50，超過1000時(shí)，

12、強(qiáng)度呈幾何級(jí)數(shù)下降，建筑的強(qiáng)度降低，加快了坍塌的速度。“9.11”事件中，世貿(mào)大廈南部塔樓在被撞后僅小時(shí)，即轟然倒塌，與其采用全鋼結(jié)構(gòu)大有關(guān)系。 2. 從全局出發(fā)考慮超高層建筑的選址和總平面設(shè)置。從消防角度，超高層建筑一定要遠(yuǎn)離火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類廠（庫）房，甲、乙、丙類液體和可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐以及可燃材料堆物?？偲矫嬖O(shè)置上要充分考慮防火間距、消防車道、消防撲救面及特殊房間的位置等。 3. 綜合考慮超高層建筑防排煙設(shè)計(jì)，最大限度地減少火災(zāi)時(shí)煙氣的生成量，并使火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙氣迅速排出，從而有效地防止煙氣從著火區(qū)向非著火區(qū)蔓延擴(kuò)散，特別是防止侵入作為疏散通道的走廊、樓梯間及其前室，以確保有一個(gè)安全的疏散

13、通道和安全疏散所需要的時(shí)間。只有合理劃分防煙分區(qū)，才能有效阻止煙霧擴(kuò)散，將生命財(cái)產(chǎn)的損失降到最低。 4. 安全疏散應(yīng)成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。超高層建筑的垂直疏散距離遠(yuǎn)、人員高度集中，需要疏散的時(shí)間長(zhǎng)。而且火災(zāi)中，人流疏散的速度遠(yuǎn)慢于煙氣流動(dòng)的速度，加之疏散方向與煙火蔓延的方向、救援人員的前進(jìn)方向相反，增加了疏散的困難和危險(xiǎn)。超高層建筑防火設(shè)計(jì)中，應(yīng)將疏散列為重中之重，應(yīng)在建筑物的某一部分或樓層設(shè)置絕對(duì)安全區(qū)，如防煙樓梯間、避難層或避難間、疏散平臺(tái)等，并設(shè)置消防應(yīng)急照明和安全疏散指示標(biāo)志，引導(dǎo)人員安全疏散和逃生自救。 5. 按要求設(shè)置消防電梯，并對(duì)電梯井進(jìn)行有效防火。防煙分隔電梯是人員垂直通行的主要途徑，防煙樓梯間的設(shè)置尤為重