張紹國(guó)ZHANG Shao-guo（遵義市公安消防支隊(duì)）(Zunyi Police Fire Brigade)

超高層建筑消防安全對(duì)策案例分析

張紹國(guó)
ZHANG Shao-guo
（遵義市公安消防支隊(duì)）
(Zunyi Police Fire Brigade)

文章總結(jié)最近幾年因建筑超高引發(fā)的火災(zāi)事故的原因，并對(duì)建筑施工過(guò)程中存在的技術(shù)難題進(jìn)行分析。參照國(guó)內(nèi)建筑施工中建筑超高時(shí)的消防設(shè)計(jì)和性能化論證項(xiàng)目，根據(jù)大城市的超高層建筑技術(shù)解決策略：對(duì)設(shè)定防火功能分區(qū)、電梯使用的應(yīng)用、重力給水等方面，同時(shí)結(jié)合消防安全的整體理念設(shè)計(jì)，為防火技術(shù)在超高層建筑的使用明確了新的方向。

超高層建筑；消防安全；火災(zāi)荷載

目前，我國(guó)大城市超高層建筑越來(lái)越多，城市的構(gòu)造逐漸向高空延伸，究其原因，主要是因?yàn)檠杆侔l(fā)展的經(jīng)濟(jì)以及呈直線上升的城市人口導(dǎo)致城市土地資源匱乏。大城市中緊張的用地難題通過(guò)超高層建筑的確可以解決，但是它依然存在很多危及安全的隱患問(wèn)題，其中，消防安全問(wèn)題尤為突出，亟需解決。

1 超高層建筑的火災(zāi)特點(diǎn)及消防難題

1.1 火災(zāi)荷載大

在室內(nèi)，可燃物數(shù)量的衡量參數(shù)是火災(zāi)荷載，室內(nèi)的火災(zāi)載荷大不僅會(huì)使火災(zāi)發(fā)生時(shí)的溫度達(dá)到最高，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致有毒、有害氣體及其大量濃煙產(chǎn)生。通常高聳入云的摩天大樓往往裝修最為豪華，內(nèi)部相應(yīng)的設(shè)施如水、電、網(wǎng)也應(yīng)有盡有，密密麻麻似蜘蛛網(wǎng)的電線和網(wǎng)絡(luò)線路都是火災(zāi)發(fā)生的易燃物。

1.2 火災(zāi)蔓延迅速

超高層建筑的結(jié)構(gòu)分為橫向和縱向兩種，橫向結(jié)構(gòu)包括吊頂、空調(diào)風(fēng)管、排煙管道，縱向結(jié)構(gòu)包括中庭、樓梯井、電梯井、各類管道電纜井、通風(fēng)井等，這些連通空間在內(nèi)部縱橫交錯(cuò)，一旦火災(zāi)發(fā)生，這些內(nèi)部的連通空間就成為了火勢(shì)蔓延的主要通道。此外，尤其要注意縱向結(jié)構(gòu)（豎井），當(dāng)超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火勢(shì)會(huì)順著豎井蔓延形成“煙囪”，且“煙囪”效應(yīng)與豎井的高度成正比；“煙囪”效應(yīng)抽力非常大，致使煙火向上蔓延的速度可達(dá)3～5m/s，在1min內(nèi)，煙火順著豎井蔓延的高度可達(dá)到200m，高聳入云的摩天大樓在瞬間就會(huì)變成火海；“煙囪效應(yīng)”與建筑物的高度成正比，當(dāng)建筑物足夠高時(shí)，煙霧順著豎井?dāng)U散的速度高達(dá)8m/s，此時(shí)煙霧還會(huì)降低室內(nèi)的能見(jiàn)度，減少人員的逃生機(jī)會(huì)

2 超高層建筑的火災(zāi)特點(diǎn)及消防難題

2.1 人員疏散困難

1）安全疏散手段有限。消防員在建筑外部進(jìn)行被動(dòng)救援常用的登高設(shè)備就是消防登高車，但當(dāng)前我國(guó)的登高車輛數(shù)量不多且高度還受到局限，在廣東省內(nèi)，能夠勉強(qiáng)對(duì)超高層建筑（高度≥100m）進(jìn)行登高救援的只有廣州市和深圳市，對(duì)于其他城市來(lái)說(shuō)，能夠保障的救援高度僅僅為30m左右。不過(guò)外部登高救援手段易受環(huán)境的影響、操作難度大，效率不高，并非安全疏散人群的最佳手段。

2）疏散距離遠(yuǎn)、時(shí)間長(zhǎng)。超高層建筑的室內(nèi)可容納數(shù)萬(wàn)人，加上建筑物中樓層較多，延長(zhǎng)了疏散的距離，疏散通道也十分有限，數(shù)萬(wàn)人從建筑物中安全疏散需花很長(zhǎng)時(shí)間。一般情況下，1～5人 /m2是人流密度，0.60～1.35m/s是水平行進(jìn)的速度，1.5～3.6m/s是人在在樓梯上垂直行進(jìn)的速度，3～4m/s是煙霧垂直方向擴(kuò)散的速度，人員垂直行進(jìn)的速度明顯慢于煙霧垂直方向擴(kuò)散的速度，而超高層建筑中8m/s的煙霧垂直方向擴(kuò)散速度更是增大了人員安全疏散的難度[1]。

3）疏散人流擁擠。超高層建筑往往用作寫(xiě)字樓、酒店、商廈，這種場(chǎng)所本身的人流量就大，在發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行疏散時(shí)，人本能的求生欲望和恐懼心理會(huì)導(dǎo)致人群一窩蜂地聚集在出口處，慌亂中很容易發(fā)生踩踏事件，使人員的疏散效率降低。

2.2 火災(zāi)救援難度大

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，救援的難度一般都比較大，主要表現(xiàn)在：進(jìn)攻難，一般在超高層建筑的主體建筑周圍都會(huì)建裙房，從而局限到外部救援；此外超高層建筑都是大面積玻璃幕墻，當(dāng)受到火焰炙烤時(shí)，容易升溫、碎裂而形成“玻璃刀”，從而使樓下參與救援的消防車、器材裝備和救助人員受到嚴(yán)重的威脅；登高難，在實(shí)施登高救援時(shí)，消防員都是負(fù)重登高，且總是與人流對(duì)撞，嚴(yán)重降低登高速度，影響滅火救援的效果；排煙難，火災(zāi)發(fā)生時(shí)由于登高設(shè)備以及玻璃幕墻的影響，增大了破拆玻璃窗進(jìn)行自然排煙；供水難，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，極易導(dǎo)致大樓斷電、消防泵失效，增大了向上供水的困難[2]。

3 超高層建筑消防對(duì)策案例

3.1 電梯疏散在超高層建筑中的應(yīng)用

目前我國(guó)針對(duì)建筑層高達(dá)440m以上的超高層建筑的性能化應(yīng)用了不同形式的結(jié)合方法，即電梯結(jié)合方法與不同區(qū)域不同階段的結(jié)合策略，也就是說(shuō)，在每一層有失火情況的時(shí)候，最先對(duì)本樓層的人員及與之相關(guān)樓層的人員進(jìn)行撤離，使用電梯進(jìn)行人員撤離的前提是已確定本次災(zāi)情會(huì)影響到人身財(cái)產(chǎn)安全；并對(duì)采用電梯結(jié)合疏散樓梯疏散的人員運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了計(jì)算模型和實(shí)體實(shí)驗(yàn)。針對(duì)以上現(xiàn)象，主要應(yīng)用STEPS行人仿真軟件與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)數(shù)據(jù)共同模擬計(jì)算完成。同時(shí)，設(shè)定3個(gè)本次實(shí)驗(yàn)需要的模擬場(chǎng)景?，F(xiàn)場(chǎng)一：只允許使用樓梯進(jìn)行全部人員的撤離。現(xiàn)場(chǎng)二：全體人員可以共同使用疏散所用的電梯和樓梯進(jìn)行安全撤離。但是，為了讓最終的兩種疏散人群的整體所用時(shí)間是相同的，需通過(guò)軟件模擬和控制使用電梯和使用樓梯的人?，F(xiàn)場(chǎng)二是本次實(shí)驗(yàn)所需要的最好場(chǎng)景。現(xiàn)場(chǎng)三：全體人員進(jìn)行撤離時(shí)，需共同使用疏散電梯和樓梯，但是，在此場(chǎng)景中，撤離的人員需由軟件隨機(jī)選擇撤離通道。為了取得疏散時(shí)間相近的真實(shí)情況。所得結(jié)論：在疏散開(kāi)始的90min后，僅用樓梯疏散時(shí)，有99%以上的人員已經(jīng)成功撤離樓塔，如果再以穿梭電梯輔助，時(shí)間減少14min，縮短到76min，這樣不但提高了疏散的及時(shí)性，而且提高了安全性。

3.2 重力供水的應(yīng)用

以珠江新城西塔設(shè)計(jì)的具有103層、432m高的消防給水系統(tǒng)為例。室內(nèi)消防所用的水源是水池，容積600m3、塔樓102層的高位消防水池。室內(nèi)消防系統(tǒng)可同時(shí)使用該高位消防水池里的水，在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)，在底下四層有容積為150m3的消防水池，可以用于轉(zhuǎn)輸水泵抽水及水泵接合器供水。分區(qū)減壓水箱和消防轉(zhuǎn)輸水水箱有效容積均為60m3，并分別設(shè)置在66層和30層，為了與各區(qū)的消防給水管網(wǎng)連接，各區(qū)的消防減壓水箱和高位消防水池分別設(shè)置兩根DN200出水管，為了在火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)將高壓消防水池注滿全部的消防用水，設(shè)計(jì)者所使用的新型混合消防給水系統(tǒng)，主要是利用常高壓與臨時(shí)高壓相結(jié)合、串聯(lián)式重力供水的原理，這是根據(jù)性能化消防設(shè)計(jì)所作出的對(duì)策。對(duì)于絕大多數(shù)的樓層來(lái)講，可不用水泵，這可減少建造泵房所用面積和消防設(shè)備數(shù)量，因?yàn)榻^大多數(shù)的樓層，相當(dāng)于常高壓給水系統(tǒng)。在我國(guó)被稱為第一高塔的廣州塔中，其消防系統(tǒng)也使用重力消防供水的方法。為了方便年總蓄水量540t、85層的重力水箱滑動(dòng)，滑動(dòng)路線安裝在水箱下面。在整個(gè)重力供水消防系統(tǒng)，其作為重要組成部分，當(dāng)樓下斷電，火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，其可像平時(shí)一樣正常運(yùn)行的這套設(shè)備，依靠自身重力，水同樣可以到達(dá)消防水管，這也就是其特殊之處[3]。為了實(shí)現(xiàn)供電線路的溫度及通電情況的預(yù)警和監(jiān)測(cè)，為這套系統(tǒng)的供電線路接入了特殊的電路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。許多專家表示：對(duì)于超高層建筑而言，依靠重力實(shí)現(xiàn)高位水箱供水，這樣會(huì)更加可靠、安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

以超高層建筑目前在我國(guó)發(fā)展的速度來(lái)看，當(dāng)其發(fā)生大型火災(zāi)時(shí)，現(xiàn)有的消防設(shè)備及消防水平還不能滿足要求。

所以，在發(fā)展超高層建筑時(shí)，為了使超高層建筑火災(zāi)的發(fā)生及危害在可控的范圍內(nèi)，需考慮現(xiàn)有的裝備、技術(shù)水平。隨著科技的發(fā)展，超高層建筑的高度不斷提升必然會(huì)帶動(dòng)超高層建筑消防水平的提升。為了解決火災(zāi)發(fā)生時(shí)，因高度問(wèn)題在超高層建筑中造成的消防撲救受限的問(wèn)題，為了給所用滅火劑提高傳輸高度，需對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)、車輛等的性能提升和改進(jìn)。從根本上突破滅火高度的限制，更重要的是發(fā)展新型的飛行消防裝備。例如：為適用超高層建筑火災(zāi)的撲救及監(jiān)控，可使用無(wú)人旋翼飛行機(jī)器人，因其可靠性高、可自主飛行控制、并能在復(fù)雜的城市環(huán)境中定位和導(dǎo)航，同時(shí)為了形成統(tǒng)一化、一體化的集成系統(tǒng)，可以融合先進(jìn)的火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、撲救技術(shù)指導(dǎo)。

[1]司可.塔式高層建筑火災(zāi)應(yīng)急管理機(jī)制研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2016.

[2]王立，況凱騫.超高層建筑消防安全對(duì)策案例分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012（2）：143-145.

[3]王艷，張亞鋒.高層建筑幕墻火災(zāi)特性與防治對(duì)策[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011（4）：72-76.

Case Analysis of Fire Safety Countermeasures for Super High-rise Buildings

This paper sums up the causes of the fire accidents caused by the super high buildings in recent years, and analyzes the technical problems existing in the construction process. Referring to the design of fire protection and performance-based demonstration project in the construction of domestic construction, according to the technology solution strategy of super high-rise building in big city: To set fire function zoning, application of elevator use, gravity water supply and so on, combined with the whole idea of fire safety, the new direction of fire protection technology in super high-rise building is clarified.

super high-rise building; fire safety; fire load