电气助理工程师论文：超高层建筑初期火灾人群疏散分析.doc

电气助理工程师论文：超高层建筑初期火灾人群疏散分析

摘 要: 随着全球经济的迅猛发展，超高层建筑不断增多，超高层建筑的建筑防火技术难点不断出现，结合美国9.11事件等火灾初期人群疏散的重大实例，研究超高层建筑的火灾特点，并根据火灾条件下人群疏散的一般性原则，研究影响人群疏散的因素，进而探索超高层建筑在初期火灾条件下的人群疏散对策，为防火监督工作实践提供一定的依据。
关键词: 超高层建筑；初期火灾；人群疏散

随着各国超高层建筑的大量涌现，9.11事件的惨痛教训再次让人们聚焦超高层建筑的安全问题。在火灾条件下，按照传统消防技术扑救火灾的难度相对较大，在建筑耐火极限范围内以最优化的方式疏散人员，成为当前消防安全研究的重点。
1. 超高层建筑防火及疏散难点
超高层建筑是指40层以上或高度达100米以上的建筑，具有建筑体量大，点火源多，人群聚集等特点，在现有的消防安全技术条件下，防火技术和人员疏散受到严峻考验。
（1）防火难题：① 防火设计与耐火材料:超高层建筑的外立面多以玻璃材料与外界隔离，如遇到撞击易受破坏而形成通风口，加之垂直楼梯间、电梯井、管道井封堵不严，火灾蔓延时“烟囱效应”明显，测算表明火苗沿井道蔓延速度高达8 m/s。超高层建筑多用钢结构材料，而钢材的耐火性能也是有极限的，当温度达600℃时，钢材的结构就会被破坏。② 消防高度:目前国内最好的消防云梯车举高高度为54米(国际上可达70米)，消防水带的直接供水高度为150米。高度超过150米的高层建筑，灭火难度随着火势增大和高度增加而加大。
（2）疏散难题：① 综观纽约贸易中心1993年恐怖袭击的疏散情况，当时恐怖组织在地下车库中设置定时炸弹爆炸时，烟雾迅疾扩散及大楼的最上层。双子塔楼的紧急楼梯各有3把，楼梯的宽度可共成年人排列成2列，但由于无序疏散导致拥堵，平均从楼梯疏散需花费2min/人，大楼内10万人全部安全疏散耗时9小时。1988年5月5日，洛杉矶62层的第一国际银行大楼发生火灾，共5层楼起火，大部分人员疏散是由直升机从高达260多米的楼顶救走。中国也曾在上海金茂大厦做过试验，1名身强力壮的消防队员从85层楼跑至地面，最少耗时也要35分钟。从技术角度看，超过100米的超高层建筑，可能容纳数万人，火灾状态人员疏散极其困难。② 疏散路径难以达到最优化。发生火灾时，安全电梯一般处于停止状态，选择楼梯疏散路径太长，容易受到火灾伤害，加之消防安全疏散演练的不落实，导致人员对避难层位置不熟悉，选择逃生路线不能达到最短，容易造成群死群伤。
2. 超高层建筑的火灾特点
（1）火灾荷载大。火灾荷载是指建筑物内单位面积可燃物的多少，通常折算成千克木材／平方米。超高层建筑往往由于功能复杂，室内装饰装修，因而具有大量的可燃物，即火灾荷载大，火灾荷载大表明火灾燃烧猛烈，燃烧持续时间长。
（2）安全疏散困难。超高层建筑的特点，一是层数多垂直疏散距离远，疏散所需时间长；二是建筑内人员比较多，疏散时容易出现拥挤；三是发生火灾时烟雾和火势蔓延快，烟雾有毒。这些特点就给疏散带来了困难。尤其是公共建筑，内部人员不熟悉疏散路线，这就更加剧了疏散的困难。
（3）烟囱效应明显。超高层建筑中垂直的楼梯间、电梯井、衣物滑槽以及封堵不严密的管道井，犹如烟囱，火灾时，其拔风抽力效应，会助长烟气火势的蔓延。建筑高度越高，烟囱效应越强烈。实验资料证明，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3～4米，有时甚至可达每秒8米。
（4）扑救难度大。进攻困难:由于受高度限制，消防多以内攻为主，外攻灭火受到限制。在现有的消防云梯车高度极限范围内外攻很难奏效。供水困难:超高层建筑发生火灾，灭火用水量比较大，而消防三辆大功率消防车串联供水，高度只能达到160米。排烟困难:因受登高设备和玻璃幕墙限制，以及风向风力的影响，难以实施破拆玻璃窗进行自然排烟，采用机械排烟系统，也会因受风力、气压等气候条件的影响而难以实现设计理想的排烟效果。　　
3. 安全疏散基本原则
安全疏散是指发生火灾时，在火灾初期阶段，建筑内所有人员及时撤离建筑物到达安全地点的过程。能否实现安全疏散，取决于许多因素，但从建筑物本身的构造来说，应坚持以下基本原则：① 合理布置疏散路线：尽量选择最短最优化路径，路径越短越安全，越合理疏散越快。② 疏散楼梯的数量要足够。合理的楼梯布局和足够的数量均成为安全疏散的关键因素。③ 辅助安全疏散设施要可靠、方便使用。消防安全疏散设施不完善往往影响疏散，因此，超高层建筑应根据需要，除设置疏散楼梯外，增设相应的辅助安全疏散设施，如救生软梯、救生绳、救生袋、缓降器等。④ 超高层建筑要设置避难层或避难间，楼顶设直升机停机坪。
4. 影响安全疏散的因素
（1）人员对疏散路线的熟悉情况。建筑内人员对疏散路线是否熟悉，对疏散快慢影响很大。常住人员和对疏散路线熟悉的人员基本能够顺利疏散；暂住人员和不熟悉疏散路线的人员疏散就困难。未经消防培训的疏散，无对老人、残疾和行动不便人员的互助疏散意识均造成无序疏散，都影响疏散速度。
（2）应急照明状况和疏散指示标志明显程度。火灾时往往首先造成断电，因此，超高层建筑尤其公共建筑，必须设置应急照明和疏散指示标志。如果这些设施位置设置不当或亮度不够，或指示方向错误，或维护保养不良，都会对疏散造成严重影响。
（3）疏散通道、安全出口是否畅通。如果疏散通道被占用，被封堵，或者是进行了可燃装修，火灾时都会影响安全疏散，许多群死群伤火灾的教训都是例证。
5. 安全疏散对策
目前，国内外对超高层建筑火灾扑救还有一定的技术难度，无论是从安全出口、疏散通道、防火分区、避难层的工程设计，还是从疏散预案的制定和演练，都认为加强安全疏散是最好的挽救生命财产损失的策略。下面就初期火灾条件下的安全疏散对策做些探讨：
(1) 急用路线与常用路线结合。国外大部分超高层建筑都按组装电梯，以利于达到不同的层次。到达某些层次，仅有其中一部电梯可达。发生火灾，疏散人群可以进入和使用原本不提供出入口给发生火灾层次的电梯。虽然这种以抓紧运用电梯作为疏散人群的思想是不提倡的，但是作为顺应建筑需求的总体疏散战略的还是实用的。
(2) 避难层疏散和停机坪疏散。结合我国特点，考虑我国人员的体型特点，避难层设计人均面积应保证不小于0.2m2/人。考虑到登高车的最大作业高度在40～60米左右，结合消防员体能因素，一般每10层设置避难层，部分超高层建筑屋顶设有停机坪。考虑到初期火灾因素，烟雾浓度低，火灾燃烧面积不大，主体结构不被破坏，建筑倒塌的概率低，选择避难层和停机坪疏散较为科学合理。
（3） 制定应急疏散预案并定期演练。制定应急疏散预案应从下列几个方面着手：(1) 疏散顺序。疏散顺序，就是指先疏散哪部分人群，后疏散哪部分人群。一般原则是先疏散着火层，然后是着火层以上楼层，最后是着火层以下楼层。(2) 疏散路线。疏散路线应选择离安全出口、疏散楼梯最近的路线，一般是沿疏散指示标志所指的方向疏散。但如果是着火层，应考虑着火的位置。着火房间附近房间的人，应向着火相反的方向疏散。竖向疏散一般先考虑向地面疏散，因为疏散到地面是最安全的。但也要考虑到竖向通道万一被封堵，也可以向楼顶疏散。设有避难间、避难层的超高层建筑，可考虑向避难间、避难层疏散。(3) 疏散指挥。整个疏散过程必须在统一指挥下，按照预定的顺序、路线进行，否则，就可能造成混乱，影响疏散。总指挥应当在消防控制室，各楼层或防火分区要有现场指挥员（或称引导员）。现场指挥员要及时向总指挥报告疏散情况。(4) 清点人数。各楼层或防火分区的人员疏散到安全地点后，现场指挥员要及时清点人数，如发现人数不足，要设法找回，或通知消防队帮助查找。(5) 疏散预案的演练与修订。疏散预案制定好后，组织员工进行演练。通过演练发现有不妥之处要及时进行修订。修订好后再进行演练，直至认为方案为最佳为止。
（4） 加强疏散人群的技术定位。结合门禁打卡等技术或手机芯片定位技术，与消防控制室和消防移动指挥平台自动联动，在安全疏散中，可通过消防控制室监控平台检测到人群疏散情况，尤其是对未能疏散的人员进行搜救时，准确定位人员所在楼层和具体位置，为制定最优化搜救路线和最短时间搜救到被困人员提供技术支持。
参考文献:
[1] 建筑设计防火规范(GBJ16-1987).北京：中国计划出版社.2009
[2] 陆云.超高层建筑消防安全对策研究[J].武警学院学报.2009(12)
[3] 王晓华.超高层建筑防火疏散设计研究[硕士学位论文].湖南：湖南大学.2007.6
[4] 郭勇.高层建筑火灾状况下安全疏散性状研究[硕士学位论文].重庆：重庆大学.2001.4
[5] 张叶，何嘉鹏，谢娟.高层建筑火灾中安全疏散的评价分析.中国安全科学学报.2006（8）