浅议超高层建筑的消防安全特性及防火设计.docx

浅议超高层建筑的消防安全特性及防火设计 随着经济的快速进展，超高层建筑已从最初的凤毛麟角而渐渐普及。我国的改革开放带来了经济和社会的蓬勃进展，城市建立日新月异，但这一时期的火灾明显地呈现了严峻化的趋势，据统计，l991年至2000年十年间，全国共发生火灾888485起，死24564人，伤43422人，直接财产损失116.4亿元。这四项数字分别占建国50年火灾总数的25.8%、14.7% 、13.6%和58.8%，凸显了包括超高层建筑在内的新的消防安全问题的严峻性，急需对传统的消防手段进展改革，以满意新时代形势的需要。 一、超高层建筑的定义与分类 随着经济的进展，城市人口快速增加，用地紧急的逆境日益突出，超高层建筑可以更充分地利用有限空间，节省土地，通过集中布设地上、地下的各种管线而降低市政工程的投资。而且超高层建筑汇合了城市在建筑、构造、机械设备、建筑材料和施工技术等全部科技的最高成就，表现了城市社会、经济文化程度和现代化步伐，很多超高层建筑更是成为了一个城市或地区的重要景观和地标。此外，超高层建筑面积大，将多种功能，如办公、旅馆、公寓和购物综合在一座建筑里，便利了人们的生活。 我国的建筑标准中并没有明确的规定“超高层建筑”的定义，而是把建筑高度超过24 米的公共建筑和十层及十层以上的居住建筑均视为“高层民用建筑”。1972 年，在美国宾夕法尼亚洲伯利恒市召开的国际高层建筑会议对高层建筑的定义取得了较统一的熟悉，把高层建筑划分为四类：第一类高层建筑：916 层（最高到 50m）；其次类高层建筑：1725 层（最高到 75m）；第三类高层建筑：2640 层（最高到 100m）；第四类超高层建筑：40 层以上（高度在 100m 以上）。我国高层民用建筑设计防火标准对超高层虽无明确规定，但对于高度超过 100m，层数超过 32 层的建筑在避难层、停机坪、消防水压、灭火设施、正压排烟及火灾自动报警方面都有特别的要求。 二、超高层建筑的消防安全特点 超高层建筑作为一个地区和城市的标志，建筑耗资巨大，涉及建筑、构造、设备、防火、交通、能源、环境等一系列的问题，是一个地区经济、科技、美学的综合结晶。但是，由于这种建筑物高度高、人员多、设备及管线系统简单，火灾事故的隐患大，在自然灾难（地震、强风）、内部设备系统故障事故、人为火灾等难以抗拒或防范的状况下，一旦发生火灾，疏散与扑救都非常困难，将直接威逼着生命财产安全，因此火灾是超高层建筑的头号大敌，其消防安全成为不行避开的首要问题之一。 （一）功能用途简单、点火源多 超高层建筑主体建筑高、功能简单，大多数主体建筑底层建有裙楼，作为商场、餐饮、消遣等商业功能使用，主体建筑多数作为住宅、办公、宾馆等使用。而且超高层建筑的用电设备种类多，数量大，超载、短路、发生小火花的现象增多；车库停车多、储油量大；流淌人员多，吸烟人多；雷击现象、四周环境飞火等也是超高层建筑可能发生火灾的点火源，火灾荷载密度大。 （二）竖向管井多、可燃物集中，简单形成烟囱效应 超高层建筑内部垂直的楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排气道、垃圾道以及其它封堵不严密的各类竖向管井众多，其陈设和装修材料大多是可燃、易燃物品，一旦发生火灾，简单沿着这些竖向管井快速扩散。而且这些竖向管井如同一座座高耸的烟囱，火灾时，简单形成烟囱效应，助长烟气火势的扩散。建筑高度越高，烟囱效应越剧烈。试验资料证明，超高层建筑中火灾烟气沿着垂直楼梯间、电梯井等竖向井道垂直上升的速度达每秒3到4米，有时甚至可达每秒8米 。 （三）安全疏散困难，人员密集，简单造成重大伤亡 40 层以上超高层建筑着火时，要使人员快速疏散到地面或避难空间非常困难。由于火灾时客用电梯必需停顿使用，消防电梯主要为消防队员专用，消防云梯车的高度也有极限，所以楼梯间是人员垂直疏散的唯一手段。但超高层建筑的垂直疏散距离长，人员密集，疏散时间也相应大幅增加。据消防部门的测试，一名消防战士从40层150米的位置下到建筑的第一层需要十几分钟，那么一般人员或是老人、小孩等所需要的疏散时间就会更长。而烟气的垂直流淌速度为24 米/秒，在垂直方向1 分钟就可以扩散几十层。人员的疏散速度比烟气流淌速度要慢超过100 倍，而且疏散方向与烟火扩散方向相反，进一步增加了人员疏散的困难和危急性，简单造成重大伤亡。 （四）火灾扑救难度大，对装备手段的要求高 超高层建筑与一般建筑相比，其火灾扑救难度相对较大。由于城市高楼林立，缺乏地面消防行动绽开的场地，而且从国内现有的超高层建筑来看，外墙大多采纳玻璃幕墙，破裂后极易造成地面人员伤亡，并对破坏地面的消防车辆及供水器材，加上外墙采纳固定窗，消防人员接近起火点特别困难。此外，现有消防装备远远无法满意超高层建筑的灭火救援需要。目前，消防登高车的最大救援高度约为100米。超高层建筑发生火灾，灭火用水量比拟大，有时需要到达100升/秒以上。经灭火演练测试，三辆大功率消防车串联，通过水泵结合器供水，高度只能到达160米，通过水带直接供水，高度只有150米，而消防直升机尚未得到普遍应用。因此，超过150 m 的楼层几乎只能主要依靠建筑内部自身的消防设施来保障，外部手段效果甚微。 此外，还有一个常常被忽视的火灾隐患，就是超高层建筑在施工期间的消防安全问题。超高层建筑的施工周期一般都较长，施工现场临时动火多，用电量大，易燃、可燃材料集中。同时，消防设施未开通，缺少消防水源和消防通道，只有临时消防水源，一旦发生火灾,不能保证消防用水的水压和水量，消防扑救难度更大，尤其是在施工后期发生在中、高层甚至顶层的火灾。 三、超高层建筑的防火设计建议 我国的超高层建筑建立始于20世纪70年月，当时最典型的就是1976年建成的115米 高的广州白云宾馆和1985 年在深圳建成的158.95米高的国际贸易中心。后来，1996 年建成的深圳地王大厦到达了81 层，325米高；1998 年建成的上海金茂大厦更是88 层，高 420.5米，成为新一代的地标性建筑。据不完全统计，全国现有百米以上的超高层已经接近1000栋。但是，由于我国超高层建筑起步晚，加之过去执行标准不严，目前的超高层建筑存在很多消防安全方面的问题，例如防火防烟分区不当，分隔不严，封闭或防烟楼梯间的问题较多；安全疏散楼梯安全出口存在数量缺乏、通道不畅的问题；普遍存在消防水池容量偏小的问题，消防水源缺乏，消防专用电源没有保障；室内装修的防火安全问题突出；消防设施使用治理上存在很多问题，维护保养无章可循。 就超高层建筑而言，香港是一个特别典型的进展案例。作为一个高速进展的城市，香港人口密集，用地紧急，其高层建筑的密度堪称世界之最，超高层建筑也比比皆是。因此，为了有效地保证这些高层建筑的消防安全，香港在超高层建筑的防火设计时会特殊留意以下几个问题： 1.设置环形消防车道，至少确保建筑物的一个主要立面前可通行消防车辆，且应能保证救生与灭火操作的顺当绽开； 2.保证四周有充分的水源满意灭火用水的需要，消火栓的供水力量不得低于4000L/min， 城市主管道的供水压力不得小于170千帕， 没有条件的地区则应贮备充分的消防用水； 3.注意建筑构造的耐火性，大多数建筑都采纳的是钢筋混凝土构造，耐火极限的要求为l到4个小时。 4.保证逃命通道，进展安全疏散。由于用地紧急， 任何建筑商都不愿让逃命通道占过多的面积。但香港的消防法规有明确的要求，必需保证足够的逃命通道。此外，高层建筑中每隔15层设置有避难层，可使人员处于临时的安全状态，然后在消防队的组织指挥下，有秩序地疏散到最终的安全区域。 结合先进国家和地区的超高层建筑消防安全的阅历，我们应遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针，在防火设计时就把握好以下几个方面： 1. 采纳混合构造。从防火性能的角度动身，超高层建筑的构造采纳混合构造优于全钢构造。高温下，全钢构造受热后，很快会消失塑性变形，从而降低构造的承载力量，温度到达500时，强度会降低50，超过1000时，强度呈几何级数下降，建筑的强度降低，加快了坍塌的速度。“9.11”大事中，世贸大厦南部塔楼在被撞后仅小时，即轰然倒塌，与其采纳全钢构造大有关系。 2. 从全局动身考虑超高层建筑的选址和总平面设置。从消防角度，超高层建筑肯定要远离火灾危急性为甲、乙类厂（库）房，甲、乙、丙类液体和可燃气体储罐以及可燃材料堆物。总平面设置上要充分考虑防火间距、消防车道、消防扑救面及特别房间的位置等。 3. 综合考虑超高层建筑防排烟设计，最大限度地削减火灾时烟气的生成量，并使火灾时产生的烟气快速排出，从而有效地防止烟气从着火区向非着火区扩散集中，特殊是防止侵入作为疏散通道的走廊、楼梯间及其前室，以确保有一个安全的疏散通道和安全疏散所需要的时间。只有合理划分防烟分区，才能有效阻挡烟雾集中，将生命财产的损失降到最低。 4. 安全疏散应成为设计的重点。超高层建筑的垂直疏散距离远、人员高度集中，需要疏散的时间长。而且火灾中，人流疏散的速度远慢于烟气流淌的速度，加之疏散方向与烟火扩散的方向、救援人员的前进方向相反，增加了疏散的困难和危急。超高层建筑防火设计中，应将疏散列为重中之重，应在建筑物的某一局部或楼层设置肯定安全区，如防烟楼梯间、避难层或避难间、疏散平台等，并设置消防应急照明和安全疏散指示标志，引导人员安全疏散和逃命自救。 5. 按要求设置消防电梯，并对电梯井进展有效防火。防烟分隔电梯是人员垂直通行的主要途径，防烟楼梯间的设置尤为重要。为确保火灾时不使高温烟气进入电梯井内，消防电梯应设前室，设置面积符合标准要求，门口宜设挡水设施。出于自然排烟的考虑，消防电梯间前室宜靠外墙设置。为便于消防人员快速而有效地利用消防电梯，在首层应设直通室外的出口，设置专供消防队员使用的操作按钮。 此外，还应加大建筑的消防科技含量，实行先进科技手段，设置自动报警系统和自动灭火系统、人员疏散诱导系统、居住者探测系统等智能系统，以确保火灾时的人员生命和财产安全。