李 巖

(唐山市公安消防支隊，河北 唐山 063000)

隨著我國城市化建設不斷發(fā)展，城市人口密度不斷增加，城市土地資源緊張，使得城市建筑向規(guī)?；?、集約化方向發(fā)展[1]，高層建筑應運而生。由于高層建筑具有層數(shù)多、人員集中、體量大等特點，一旦發(fā)生火災，會造成嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失[2]。如2009年，央視北配樓大火造成1人死亡，8人受傷，直接經(jīng)濟損失高達1.64億元；2010年，上海膠州路高層公寓樓大火，造成58人死亡，70余人受傷。因此，如何有效預防或控制高層建筑火災已成為建筑防火領域的研究熱點。而有效評估高層建筑火災危險性，提出針對性的措施，才能降低高層建筑火災發(fā)生幾率。

目前，國內(nèi)學者對建筑火災風險評估研究處于起步階段，其研究成果主要集中在某一建筑的火災風險評估，并沒有形成統(tǒng)一的風險評估體系，更沒有提出針對高層建筑的火災風險評估方法。本文以高層建筑為研究對象，利用三類危險源理論及因果分析法，建立高層建筑火災風險評估體系，為高層建筑火災的預防、控制提供理論依據(jù)。

1 高層建筑火災危險性分析

1.1 煙囪效應明顯

高層建筑內(nèi)設有電梯井、樓梯井、管道井、電纜井等豎井道。如井道未做好防火分隔，一旦發(fā)生火災，井道會起到“煙囪效應”，火勢會迅速竄到上層，煙氣也會快速蔓延至頂部[3-4]。中國科學技術大學進行了煙氣流動試驗，結(jié)果表明：一旦發(fā)生火災，煙氣在短短十幾秒內(nèi)就能升到建筑頂部。

1.2 蔓延途徑多

高層建筑火災的蔓延途徑可總結(jié)為水平蔓延和豎向蔓延兩類。水平蔓延主要包括：(1)防火分區(qū)間蔓延，其原因是防火分區(qū)間未設置有效的防火分隔；(2)吊頂間蔓延，其原因是吊頂上部空間未設置防火分隔，仍是大的連通空間[4]。豎向蔓延主要包括：(1)樓梯間蔓延，其原因是部分高層建筑樓梯間未做防火處理，火災后煙氣進入樓梯間并向上蔓延；(2)通過窗口蔓延，火災發(fā)生后，窗口噴出的火舌可能引燃上層建筑的可燃物，使得火災向上蔓延。

1.3 疏散困難

高層建筑發(fā)生火災時，影響人員疏散的主要原因有：(1)高層建筑樓層高，導致垂直疏散距離長，人員安全疏散需要相對較長時間；(2)高層建筑內(nèi)人員密度大，且人員集中，火災時易發(fā)生群聚現(xiàn)象，降低安全疏散出口的有效性；(3)火災發(fā)生后，煙氣會沿著豎井快速向上蔓延，與人員疏散方向相反，導致人員恐慌，降低疏散速度。

1.4 撲救困難

高層建筑火災的撲救困難主要體現(xiàn)在：(1)我國高層建筑滅火系統(tǒng)還不完善，仍以消火栓系統(tǒng)為主，不能滿足火災的撲救要求；(2)高層建筑火災撲救過程需用水量大，僅靠消防水泵和水泵接合器向室內(nèi)供水，其水量遠遠不足。

2 危險源辨識

危險源辨識是進行火災風險評價的首要任務，可為分析火災發(fā)生、發(fā)展提供基礎，為確定建筑火災風險評估指標提供依據(jù)。目前，危險源的劃分方法有二類危險源、三類危險源、本質(zhì)和狀態(tài)危險源等[5-6]，其中三類危險源理論是以二類危險源為基礎，對危險源進行了更加系統(tǒng)、細致的分類，因此本文以三類危險源理論進行火災危險源辨識。

2.1 第一類危險源

高層建筑內(nèi)第一類危險源主要包括可燃物、煙氣及有毒有害氣體。根據(jù)燃燒三角形可知，可燃物是火災發(fā)生的最根本原因[7-8]。而現(xiàn)代高層建筑功能復雜，內(nèi)部空間會使用大量可燃易燃物品，火災荷載密度相對較大；同時為了滿足功能要求，內(nèi)部空間會使用大量的裝修材料，增大了室內(nèi)火災荷載。研究表明，火災中死亡人員主要是由于吸入煙氣或有毒有害氣體所致，比例高達火災死亡人數(shù)的85%[9]。高層建筑一旦發(fā)生火災，會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，且蔓延速度快，會給疏散人員造成心理恐慌，大大降低人員疏散的效率。

2.2 第二類危險源

為了有效控制高層建筑火災的發(fā)生、發(fā)展，人們采取了多種消防措施來限制火災中的可燃物、煙氣等危險源，而根據(jù)安全系統(tǒng)工程理論分析可知，本質(zhì)安全的系統(tǒng)是不存在的[10-11]。因此，第二類危險源是指各種消防對策中存在的火災隱患，其消防對策主要包括主動防火系統(tǒng)、被動防火系統(tǒng)、安全疏散系統(tǒng)及應急救援系統(tǒng)等。

2.3 第三類危險源

研究表明，人為因素是造成建筑火災的最主要原因，人員防火意識的強弱直接決定著建筑消防安全水平的高低[12]。因此，將人員防火意識、安全責任制落實、消防檢查等指標歸為第三類危險源。

根據(jù)以上分析可知，高層建筑三類危險源結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 高層建筑三類危險源結(jié)構(gòu)圖

3 因果分析法分析

3.1 因果分析法簡介

因果分析法可以有效分析高層建筑火災的發(fā)生、發(fā)展、直至整個建筑起火的全過程，可以動態(tài)剖析火災事故的形成原因，進而提出系統(tǒng)、有效的防火措施。本文將高層建筑火災大致分為5個階段，主要包括：(1)火災發(fā)生階段，即可燃物接觸能量足夠大的點火源，發(fā)生有焰燃燒；(2)火災發(fā)展初期，即火災熱釋放速率小，發(fā)展較為緩慢，可以被水噴淋系統(tǒng)有效控制；(3)火災發(fā)展階段，即火災發(fā)展較為迅速，熱釋放速率快速增大，室內(nèi)溫度逐漸升高，水噴淋系統(tǒng)不能有效控制，需要使用消火栓進行滅火；(4)火災全盛階段，即發(fā)生轟燃，室內(nèi)火災熱釋放速率達到最大，火災進一步蔓延至整個防火分區(qū)；(5)形成立體式火災，即火災突破防火分區(qū)，通過豎井等通道向上部樓層蔓延。

3.2 高層建筑火災因果分析

利用因果分析法，針對高層建筑火災的5個階段繪制事件樹或事故樹，并從中提取影響火災發(fā)生、發(fā)展的影響因素。通過分析高層建筑火災全過程，繪制高層建筑火災因果分析圖，如圖2所示。

本文針對火災不同階段繪制事故樹或事件樹，并分析不同火災階段的詳細原因。第一階段火災事故樹如圖3所示。由事故樹圖分析可知，火災的發(fā)生是可燃物與點火源接觸造成的，因此該階段應該嚴格控制可燃物與點火源，才能有效降低火災發(fā)生的概率。對于控制可燃物來說，可以采取的措施有：

圖2 高層建筑火災因果分析圖

圖3 第一階段火災事故樹圖

(1)進行小尺度試驗，詳細了解可燃物的燃燒特性；(2)嚴格控制建筑空間內(nèi)可燃物分布，降低空間內(nèi)火災荷載密度；(3)控制裝修材料的使用量，并嚴格限定裝修材料的燃燒等級。而點火源主要分為建筑內(nèi)點火源和周邊點火源兩類，控制點火源可以采取的措施有：(1)選擇合理的建設位置，遠離庫房、倉庫等火災高危場所；(2)嚴格控制建筑與周邊建筑的防火間距。

第二階段火災事故樹如圖4所示。由第二階段火災特點分析可知，火災發(fā)生后，自動噴水滅火系統(tǒng)能有效開啟或人員使用滅火器成功，均能將火災控制在初期階段，實施有效滅火。由火災事故樹可以看出，自動噴水滅火系統(tǒng)是控制第二階段火災發(fā)展的關鍵因素，而其開啟信號一般由火災自動報警系統(tǒng)發(fā)出，因此該火災階段應該保證火災自動報警系統(tǒng)能有效探測火情并報警，聯(lián)動開啟自動噴水滅火系統(tǒng)，將火災控制在初期階段。

圖4 第二階段火災事故樹圖

第三階段火災事故樹如圖5所示。分析可知，該階段火災處于發(fā)展階段，火勢增長迅猛，熱釋放速率大幅度增大，如消火栓滅火失敗，建筑室內(nèi)可能發(fā)生轟燃而進入下個火災階段?；馂陌l(fā)展階段會產(chǎn)生大量的高溫、有毒有害氣體，排煙系統(tǒng)如不能將煙氣有效排出室外，會影響人員滅火，阻礙人員安全疏散。因此該階段火災的主要影響因素是排煙系統(tǒng)及消火栓系統(tǒng)的有效性。

圖5 第三階段火災事故樹圖

第四階段火災事件樹如圖6所示。建筑室內(nèi)發(fā)生轟燃，火災進入全盛階段，并向該防火分區(qū)內(nèi)其他房間蔓延，導致整個防火分區(qū)同時燃燒。分析可知，防火卷簾的及時關閉成為控制火災向其他防火分區(qū)蔓延的關鍵因素，只有防火卷簾關閉成功，才能將火災有效限制在該防火分區(qū)內(nèi)，而影響該階段火災發(fā)展的其他因素有防火分區(qū)、防煙分區(qū)等因素。

圖6 第四階段火災事件樹圖

火災一旦發(fā)展到第五階段，依靠建筑內(nèi)自救措施已經(jīng)無法控制火災，該階段的首要任務是組織人員安全疏散，因此有效組織人員疏散、建筑內(nèi)安全出口及疏散通道設計合理成為該階段火災的主要影響因素。據(jù)調(diào)查可知，我國部分建筑存在疏散通道設計不合理、通道存放雜物等現(xiàn)象，影響人員有效疏散。

4 高層建筑火災評估體系的建立

建立合理的高層建筑火災風險評估體系，對建筑進行全面的調(diào)查與評估分析，能有效地預防與控制火災的發(fā)生。

4.1 評估體系的結(jié)構(gòu)

通過因果分析法分析高層建筑火災發(fā)生、發(fā)展的全過程，確定每個火災階段的主要影響因素，進而確定每個階段的關鍵控火因素，通過評價建筑內(nèi)關鍵控火因素的能力來評價高層建筑的防火水平。因此確定高層建筑火災風險評估體系的一級指標有主動防火能力、被動防火能力、安全疏散能力、應急救援能力及消防管理水平，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 火災風險評估體系一級指標結(jié)構(gòu)圖

4.2 評估體系的指標

4.2.1 主動防火能力

主動防火能力是指火災發(fā)生時，能通過自動或手動方式開啟的滅火、防排煙、消火栓等系統(tǒng)設備，主要作用是發(fā)現(xiàn)初期火災、及時發(fā)出警報信號，主動開啟滅火或排煙設施，有效控制初期火災的發(fā)展。主動防火能力主要包括火災自動報警系統(tǒng)、自動水滅火系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 主動防火能力結(jié)構(gòu)圖

4.2.2 被動防火能力

被動防火能力是指通過建筑防火間距、建筑內(nèi)防火分隔物、耐火構(gòu)件等起到被動防火作用，使建筑耐火等級符合國家相關規(guī)范規(guī)定，被動防火能力結(jié)構(gòu)如圖9所示。

4.2.3 安全疏散能力

火災發(fā)生后，首要任務是確保人員的疏散安全，保證人員在危險來臨之前全部疏散到安全區(qū)域。影響人員安全疏散的主要因素有疏散路線的快速制定、疏散距離的長短、疏散樓梯的有效性及安全出口的有效寬度，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。

圖9 被動防火能力結(jié)構(gòu)圖

圖10 安全疏散能力結(jié)構(gòu)圖

4.2.4 應急救援能力

火災發(fā)生時采取有效的應急救援措施，可為人員疏散贏得寶貴時間，提高救援人員作戰(zhàn)效率，以降低火災損失。提高應急救援水平可以采取以下措施：(1)針對建筑火災特點，制定專項應急救援預案；(2)定期進行應急預案演習，提高作戰(zhàn)人員的實戰(zhàn)能力；(3)提升消防隊滅火作戰(zhàn)能力，確保火災時能有效撲滅火災；(4)配備應急救援設備設施，為火災救援提供保障。建筑應急救援能力結(jié)構(gòu)圖如圖11所示。

圖11 應急救援能力結(jié)構(gòu)圖

4.2.5 消防管理水平

整個建筑的消防管理水平直接決定著建筑火災危險性的大小，據(jù)調(diào)查可知人為過失和不安全行為造成的火災事故占總數(shù)的85%。建筑內(nèi)消防管理水平的主要影響因素包括管理人員的消防業(yè)務水平、人員的消防素質(zhì)及消防制度的落實情況，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖12所示。

圖12 消防管理水平結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

本文以高層建筑為研究對象，分析了高層建筑內(nèi)火災危險源，采用因果分析法建立了高層建筑火災風險評估體系，主要結(jié)論為：(1)高層建筑火災具有煙囪效應明顯、蔓延途徑多、火災誘因復雜、疏散困難及撲救困難等特點，并利用三類危險源理論分析了高層建筑內(nèi)火災危險源；(2)將高層建筑火災分為5個階段，分析不同階段火災發(fā)生、發(fā)展的根本原因，并建立相應的火災事故樹或事件樹；(3)以危險源辨識為依據(jù)，采用因果分析法分析高層建筑火災每階段的影響因素，建立了以主動防火能力、被動防火能力、安全疏散能力、應急救援能力及消防管理水平為指標的火災風險評估體系。

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