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

超高層建筑消防安全對策案例分析

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

文章總結最近幾年因建筑超高引發(fā)的火災事故的原因，并對建筑施工過程中存在的技術難題進行分析。參照國內(nèi)建筑施工中建筑超高時的消防設計和性能化論證項目，根據(jù)大城市的超高層建筑技術解決策略：對設定防火功能分區(qū)、電梯使用的應用、重力給水等方面，同時結合消防安全的整體理念設計，為防火技術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；火災荷載

目前，我國大城市超高層建筑越來越多，城市的構造逐漸向高空延伸，究其原因，主要是因為迅速發(fā)展的經(jīng)濟以及呈直線上升的城市人口導致城市土地資源匱乏。大城市中緊張的用地難題通過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題，其中，消防安全問題尤為突出，亟需解決。

1 超高層建筑的火災特點及消防難題

1.1 火災荷載大

在室內(nèi)，可燃物數(shù)量的衡量參數(shù)是火災荷載，室內(nèi)的火災載荷大不僅會使火災發(fā)生時的溫度達到最高，同時還會導致有毒、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)部相應的設施如水、電、網(wǎng)也應有盡有，密密麻麻似蜘蛛網(wǎng)的電線和網(wǎng)絡線路都是火災發(fā)生的易燃物。

1.2 火災蔓延迅速

超高層建筑的結構分為橫向和縱向兩種，橫向結構包括吊頂、空調(diào)風管、排煙管道，縱向結構包括中庭、樓梯井、電梯井、各類管道電纜井、通風井等，這些連通空間在內(nèi)部縱橫交錯，一旦火災發(fā)生，這些內(nèi)部的連通空間就成為了火勢蔓延的主要通道。此外，尤其要注意縱向結構（豎井），當超高層建筑發(fā)生火災時，火勢會順著豎井蔓延形成“煙囪”，且“煙囪”效應與豎井的高度成正比；“煙囪”效應抽力非常大，致使煙火向上蔓延的速度可達3～5m/s，在1min內(nèi)，煙火順著豎井蔓延的高度可達到200m，高聳入云的摩天大樓在瞬間就會變成火海；“煙囪效應”與建筑物的高度成正比，當建筑物足夠高時，煙霧順著豎井擴散的速度高達8m/s，此時煙霧還會降低室內(nèi)的能見度，減少人員的逃生機會

2 超高層建筑的火災特點及消防難題

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行被動救援常用的登高設備就是消防登高車，但當前我國的登高車輛數(shù)量不多且高度還受到局限，在廣東省內(nèi)，能夠勉強對超高層建筑（高度≥100m）進行登高救援的只有廣州市和深圳市，對于其他城市來說，能夠保障的救援高度僅僅為30m左右。不過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、時間長。超高層建筑的室內(nèi)可容納數(shù)萬人，加上建筑物中樓層較多，延長了疏散的距離，疏散通道也十分有限，數(shù)萬人從建筑物中安全疏散需花很長時間。一般情況下，1～5人 /m2是人流密度，0.60～1.35m/s是水平行進的速度，1.5～3.6m/s是人在在樓梯上垂直行進的速度，3～4m/s是煙霧垂直方向擴散的速度，人員垂直行進的速度明顯慢于煙霧垂直方向擴散的速度，而超高層建筑中8m/s的煙霧垂直方向擴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字樓、酒店、商廈，這種場所本身的人流量就大，在發(fā)生火災進行疏散時，人本能的求生欲望和恐懼心理會導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 火災救援難度大

火災發(fā)生時，救援的難度一般都比較大，主要表現(xiàn)在：進攻難，一般在超高層建筑的主體建筑周圍都會建裙房，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，當受到火焰炙烤時，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重的威脅；登高難，在實施登高救援時，消防員都是負重登高，且總是與人流對撞，嚴重降低登高速度，影響滅火救援的效果；排煙難，火災發(fā)生時由于登高設備以及玻璃幕墻的影響，增大了破拆玻璃窗進行自然排煙；供水難，火災發(fā)生時，極易導致大樓斷電、消防泵失效，增大了向上供水的困難[2]。

3 超高層建筑消防對策案例

3.1 電梯疏散在超高層建筑中的應用

目前我國針對建筑層高達440m以上的超高層建筑的性能化應用了不同形式的結合方法，即電梯結合方法與不同區(qū)域不同階段的結合策略，也就是說，在每一層有失火情況的時候，最先對本樓層的人員及與之相關樓層的人員進行撤離，使用電梯進行人員撤離的前提是已確定本次災情會影響到人身財產(chǎn)安全；并對采用電梯結合疏散樓梯疏散的人員運動情況進行了計算模型和實體實驗。針對以上現(xiàn)象，主要應用STEPS行人仿真軟件與有關標準、相關數(shù)據(jù)共同模擬計算完成。同時，設定3個本次實驗需要的模擬場景。現(xiàn)場一：只允許使用樓梯進行全部人員的撤離?，F(xiàn)場二：全體人員可以共同使用疏散所用的電梯和樓梯進行安全撤離。但是，為了讓最終的兩種疏散人群的整體所用時間是相同的，需通過軟件模擬和控制使用電梯和使用樓梯的人?，F(xiàn)場二是本次實驗所需要的最好場景?，F(xiàn)場三：全體人員進行撤離時，需共同使用疏散電梯和樓梯，但是，在此場景中，撤離的人員需由軟件隨機選擇撤離通道。為了取得疏散時間相近的真實情況。所得結論：在疏散開始的90min后，僅用樓梯疏散時，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，時間減少14min，縮短到76min，這樣不但提高了疏散的及時性，而且提高了安全性。

3.2 重力供水的應用

以珠江新城西塔設計的具有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)可同時使用該高位消防水池里的水，在火災延續(xù)時間內(nèi)，在底下四層有容積為150m3的消防水池，可以用于轉輸水泵抽水及水泵接合器供水。分區(qū)減壓水箱和消防轉輸水水箱有效容積均為60m3，并分別設置在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置兩根DN200出水管，為了在火災延續(xù)時間內(nèi)將高壓消防水池注滿全部的消防用水，設計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高壓相結合、串聯(lián)式重力供水的原理，這是根據(jù)性能化消防設計所作出的對策。對于絕大多數(shù)的樓層來講，可不用水泵，這可減少建造泵房所用面積和消防設備數(shù)量，因為絕大多數(shù)的樓層，相當于常高壓給水系統(tǒng)。在我國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，滑動路線安裝在水箱下面。在整個重力供水消防系統(tǒng)，其作為重要組成部分，當樓下斷電，火災發(fā)生的時候，其可像平時一樣正常運行的這套設備，依靠自身重力，水同樣可以到達消防水管，這也就是其特殊之處[3]。為了實現(xiàn)供電線路的溫度及通電情況的預警和監(jiān)測，為這套系統(tǒng)的供電線路接入了特殊的電路監(jiān)測系統(tǒng)。許多專家表示：對于超高層建筑而言，依靠重力實現(xiàn)高位水箱供水，這樣會更加可靠、安全。

4 結束語

以超高層建筑目前在我國發(fā)展的速度來看，當其發(fā)生大型火災時，現(xiàn)有的消防設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，為了使超高層建筑火災的發(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帶動超高層建筑消防水平的提升。為了解決火災發(fā)生時，因高度問題在超高層建筑中造成的消防撲救受限的問題，為了給所用滅火劑提高傳輸高度，需對現(xiàn)有的系統(tǒng)、車輛等的性能提升和改進。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的撲救及監(jiān)控，可使用無人旋翼飛行機器人，因其可靠性高、可自主飛行控制、并能在復雜的城市環(huán)境中定位和導航，同時為了形成統(tǒng)一化、一體化的集成系統(tǒng)，可以融合先進的火情監(jiān)測系統(tǒng)、撲救技術指導。

[1]司可.塔式高層建筑火災應急管理機制研究[D].北京：中國礦業(yè)大學，2016.

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

[3]王艷，張亞鋒.高層建筑幕墻火災特性與防治對策[J].合肥工業(yè)大學學報（社會科學版），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