淺談高層建筑火災(zāi)特征及防火策略

李 冰，顏曉光，張麗麗

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都610065)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，高層建筑在我國(guó)各地猶如雨后春筍般林立而起，其高度、數(shù)量和規(guī)模已經(jīng)成為城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。高層建筑節(jié)約了城市用地，提升了城市空間的利用率，改善了人們的居住條件，并以其豐富的空間造型改變了城市的風(fēng)景線，給城市增添了現(xiàn)代化的亮麗光彩。但高層建筑的增多，也給城市居民的生存安全帶來了新的挑戰(zhàn)。

與低層建筑相比，由于高層建筑的特殊體形、人員聚居、高度機(jī)械化、對(duì)周圍環(huán)境影響較大等特點(diǎn)，以及新技術(shù)、新工藝、新材料、新能源在高層建筑中的廣泛應(yīng)用，誘發(fā)高層建筑火災(zāi)的因素更多、發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性更大，火災(zāi)所造成的人身安全和財(cái)產(chǎn)損失事故更為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年至2008年，我國(guó)共發(fā)生高層建筑火災(zāi)990起，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到3.3億元人民幣。

其實(shí)，現(xiàn)代化的進(jìn)程原本就是這樣，在舊的問題解決的同時(shí)，新的問題也會(huì)出現(xiàn)。既然我們選擇了高層建筑作為工作、生活之地，我們也會(huì)找到應(yīng)對(duì)它的“軟肋”的方式。如何采取科學(xué)有效的防火技術(shù)措施，將對(duì)預(yù)防火災(zāi)和及時(shí)撲滅初期火災(zāi)，保證人民生命安全、減少火災(zāi)損失具有重要意義。

1 高層建筑火災(zāi)的特征及危險(xiǎn)性

高層建筑由于層數(shù)多、建筑高，因此，在火災(zāi)的的蔓延和撲救等方面，與多層建筑相比都有所不同。高層建筑發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性更大，往往具有以下特征。

1.1 火災(zāi)隱患多、火種多

高層建筑功能復(fù)雜，人流頻繁、量大，不便管理，火災(zāi)隱患不易發(fā)現(xiàn)。樓內(nèi)裝修所采用的木質(zhì)材料及有機(jī)塑料制品等可燃物較多，如吊頂、家具、窗簾、地毯和各類紙質(zhì)辦公耗材等。內(nèi)部設(shè)備較多，如在寫字樓內(nèi)大量增設(shè)各類電器設(shè)備和辦公設(shè)備，從而引起用電負(fù)荷增加，線路長(zhǎng)期過載運(yùn)行極易導(dǎo)致絕緣層老化，產(chǎn)生電火花、短路等，從而引發(fā)火災(zāi)。另外，高層建筑在外墻節(jié)能保溫設(shè)計(jì)中，廣泛采用聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等有機(jī)高分子材料，由于這類材料具有易燃且燃燒生成有毒氣體的特點(diǎn)，從而使由節(jié)能保溫材料所引發(fā)的火災(zāi)事故頻繁發(fā)生。如2010年11月15日上海靜安區(qū)膠州路一正在進(jìn)行外墻保溫節(jié)能改造的28層公寓突發(fā)大火，據(jù)事故調(diào)查組認(rèn)定，該火災(zāi)是由電焊火花引燃外墻保溫材料聚氨酯泡沫所致;2009年2月9日北京央視新大樓北配樓發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)系燃放焰火引燃新址大樓外墻的保溫材料所致。

1.2 火勢(shì)猛、蔓延快

高層建筑由于其內(nèi)部的樓梯間、管道井、電纜井、排風(fēng)道等各種豎井較多，失火時(shí)拔火效應(yīng)十分強(qiáng)烈;以及高層建筑高度高、體量大的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，在高空強(qiáng)勁風(fēng)力的作用下，極易對(duì)周圍的空間環(huán)境帶來威脅。因此，高層建筑火災(zāi)蔓延速度之快、火勢(shì)之猛烈往往是難以控制的。

1.2.1 豎向蔓延

據(jù)實(shí)驗(yàn)資料證明，在火災(zāi)初期階段，因空氣對(duì)流產(chǎn)生的煙氣，向水平方向擴(kuò)散的速度為0.3m/s;火災(zāi)猛烈燃燒階段，熱對(duì)流產(chǎn)生的煙氣擴(kuò)散速度為0.5～0.8m/s。而煙氣沿梯間豎向管井?dāng)U散的速度高的3～4m/s，一座高為100m的建筑，在無阻擋的情況下，煙氣依靠縱向管井?dāng)U散至頂層僅需30 s，由此整幢建筑頃刻間就會(huì)變成“立體火場(chǎng)”。如央視新址北配樓火災(zāi)，從開始著火到整個(gè)大樓被火勢(shì)全部吞沒只用3min左右的時(shí)間，可燃物“立體燃燒”速度之快，令人驚嘆。

1.2.2 橫向蔓延

建筑物越高，風(fēng)速越大，火災(zāi)擴(kuò)散速度越迅猛。一般情況下，10m高處的風(fēng)速為5m/s;30m高處為8.7m/s;60m高處為12.3m/s;90m高處為15m/s。高層建筑在高空受到的強(qiáng)勁風(fēng)力送來的大量氧氣助燃，以及在輻射熱的作用下，使火勢(shì)更難控制。如巴西圣保羅“安得拉斯”大樓發(fā)生火災(zāi)時(shí)風(fēng)速為716m/s，火舌從大樓窗口卷出十幾米，使處于下風(fēng)側(cè)面40m處的建筑物相繼起火，連成火海。2010年9月9日，吉林省長(zhǎng)春市一座在建樓盤的兩棟32層高樓發(fā)生火災(zāi)，據(jù)調(diào)查，事故原因系該樓盤一座高樓的9層至19層苯板發(fā)生火災(zāi)。受大風(fēng)影響，火勢(shì)迅速蔓延至另一棟在建高樓，導(dǎo)致這棟高樓的9層至32層過火。

1.3 人員疏散困難、傷亡慘重

高層建筑起火時(shí)，要使人員迅速疏散到地面或建筑物內(nèi)不受火災(zāi)威脅的安全部位，是十分艱難的。這是因?yàn)?

(1)建筑物高，樓層多，垂直疏散距離遠(yuǎn)，需要疏散的時(shí)間長(zhǎng)，而人的疏散又與煙火蔓延的方向相反，不得不在煙熏和熱氣流的烘烤中進(jìn)行疏散，就進(jìn)一步增加了疏散的艱巨性和危險(xiǎn)性。所以人們往往來不及疏散而被煙火熏死、燒死。火災(zāi)實(shí)例分析表明，被煙氣熏死的占火災(zāi)死亡人數(shù)一半以上，有的高達(dá)70%。

(2)人員集中，疏散設(shè)施少，高層民用建筑容納人數(shù)多在千人以上，樓梯不可能設(shè)置得很多，而普通電梯在火災(zāi)發(fā)生后，不能作為疏散工具，因此難以在較短的時(shí)間內(nèi)將人員全部撤離危險(xiǎn)區(qū)。而且在慌亂中，還難免發(fā)生擠傷、踩傷、摔死等慘劇，甚至出現(xiàn)人員跳樓事故。從而使安全疏散成為一個(gè)較難解決的問題。

1.4 消防設(shè)施不完善，火災(zāi)撲救困難

高層建筑高達(dá)幾十米，甚至超過二三百米，發(fā)生火災(zāi)時(shí)室外進(jìn)行撲救相當(dāng)困難，因此撲救高層建筑火災(zāi)主要立足于室內(nèi)消防給水設(shè)施，由于受到消防設(shè)施條件的限制，常常給撲救工作帶來不少困難。一般高層建筑都有兩套滅火系統(tǒng)，一套是樓梯間的消火栓，另一套是樓梯走廊的頂部自動(dòng)噴水裝置。

1.4.1 自動(dòng)噴水裝置

如果整棟樓的自動(dòng)噴水系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，水壓往往是不夠的。樓梯是遭遇火災(zāi)時(shí)逃生的主要通道，面對(duì)突如其來的巨大火災(zāi)，自動(dòng)噴水系統(tǒng)不能及時(shí)有效地起到隔火、隔煙作用，導(dǎo)致火災(zāi)蔓延至樓道，使樓道煙霧彌漫，從而使人們失去逃生的通道，造成慘重的人身傷亡。

1.4.2 消火栓系統(tǒng)

樓梯間的消火栓系統(tǒng)在高層建筑中很少能夠充分發(fā)揮作用，其原因如下:一方面，整棟樓同時(shí)用消防系統(tǒng)水壓就會(huì)很小，水量相應(yīng)的也會(huì)很小，需要利用消防車向高樓供水，從而有可能會(huì)耽誤最佳的撲火時(shí)機(jī)，使火災(zāi)快速蔓延;另一方面，發(fā)生火災(zāi)時(shí)很少有人鎮(zhèn)定地去使用消火栓滅火，而是急著去奔逃。建筑物內(nèi)如果沒有安裝消防電梯，消防隊(duì)員因攀登高樓體力不夠，不能及時(shí)到達(dá)起火層進(jìn)行撲救，消防器材也不能隨時(shí)補(bǔ)充，均會(huì)影響撲救。

2 高層建筑火災(zāi)的防控對(duì)策

2.1 合理進(jìn)行建筑選址和規(guī)劃布局

2.1.1 應(yīng)受到城市消防站的有效控制

高層建筑無論設(shè)在市區(qū)或是郊區(qū)都應(yīng)與城市消防站保持便捷聯(lián)系，以便在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，城市消防站能迅速出動(dòng)并有效地組織撲救。

2.1.2 應(yīng)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)性較高的場(chǎng)所

遠(yuǎn)離火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類的廠房，甲、乙、丙類液體和可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐以及可燃材料堆場(chǎng)，如加油站、儲(chǔ)油罐區(qū)、液化氣站、煙花炮竹廠等。

2.1.3 應(yīng)設(shè)置足夠的防火間距

高層建筑的防火間距要根據(jù)火災(zāi)時(shí)建筑輻射熱以及橫向風(fēng)力作用對(duì)相鄰建筑物的影響，滿足撲救要求和節(jié)約用地等因素確定。

2.1.4 應(yīng)設(shè)有消防車道及消防水源

高層建筑宜設(shè)置環(huán)形消防車道，高層民用建筑宜與城市主次干道有機(jī)相連，使消防車能在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)火場(chǎng)。

2.1.5 應(yīng)合理布局裙房

高層建筑的底邊至少有一個(gè)長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，不應(yīng)布置高度大于5.00m、進(jìn)深大于4.00m的裙房，且在此范圍內(nèi)必須設(shè)有直通室外的樓梯間的出口，便于消防隊(duì)員、消防車進(jìn)行滅火救援。

2.2 采取有效的防火設(shè)計(jì)

高層建筑的防火設(shè)計(jì)，必須遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針。針對(duì)高層建筑發(fā)生火災(zāi)的特點(diǎn)，應(yīng)立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

2.2.1 防火分區(qū)的設(shè)計(jì)

在高層建筑設(shè)計(jì)中，合理的防火分區(qū)能把火勢(shì)控制在一定范圍內(nèi)，減少損失，并為人員逃生滅火提供時(shí)間。因此，進(jìn)行科學(xué)合理的防火分區(qū)設(shè)計(jì)，發(fā)生火災(zāi)后盡可能將火災(zāi)局限在起火地點(diǎn)，是建筑防火設(shè)計(jì)人員必須注意的事項(xiàng)。防火墻和住宅的單元墻是水平方向阻止火災(zāi)蔓延的主要設(shè)施，樓板是垂直方向阻止火災(zāi)蔓延的主要設(shè)施，為了滿足防火性能要求，即設(shè)法將火限制在起火房間內(nèi)和防止由于結(jié)構(gòu)局部破壞導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的破壞。建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件必須具有承重功能和適當(dāng)?shù)姆指艄δ埽@兩種功能都和受火時(shí)間或規(guī)定的某一極限時(shí)間有關(guān)，以確保發(fā)生火災(zāi)時(shí)有足夠的疏散和救援時(shí)間。另外防火分區(qū)、防火墻、防火門、防火卷簾、豎井的分隔，以及送風(fēng)排風(fēng)管上的防火閥等都是設(shè)計(jì)人員要加以注意的。

2.2.2 消防電梯和避難層的設(shè)計(jì)

2.2.2.1 消防電梯

消防電梯是在建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)供消防人員進(jìn)行滅火與救援使用且具有一定功能的電梯，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)工作電梯常常因?yàn)閿嚯姾筒环罒熁鸬榷Ｖ故褂茫虼嗽O(shè)置消防電梯很有必要。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)消防電梯的設(shè)置范圍作了明確規(guī)定，對(duì)于高層類民用公共建筑，十層及十層以上的塔式住宅，十二層及十二層以上的單元式住宅和通廊式住宅，建筑高度超過32m的其他一類公共建筑，當(dāng)每層建筑面積大于1 500m2時(shí)，應(yīng)設(shè)置一臺(tái)，當(dāng)每層建筑面積大于1 500m2但小于4 500m2時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)，大于4 500m2時(shí)，應(yīng)設(shè)置三臺(tái)。

2.2.2.2 避難層

避難層是保障高層建筑內(nèi)的人員在火災(zāi)中安全脫險(xiǎn)的一項(xiàng)有效措施。為保證避難層足夠的耐火極限宜采用鋼筋混凝土樓板，在避難層下的樓板上宜設(shè)隔熱層，四周的墻體及隔墻其耐火極限不應(yīng)低于3.00 h，隔墻上的門應(yīng)采用甲級(jí)防火門，在設(shè)計(jì)避難層時(shí)，兩個(gè)避難層之間不要超過15層，疏散樓梯必須設(shè)計(jì)在避難層轉(zhuǎn)換處，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的疏散樓梯間不要改變方向，而應(yīng)直達(dá)室外。避難層凈面積按5人/m2以滿足避難人數(shù)的要求。

2.2.3 防排煙設(shè)施的設(shè)計(jì)

防排煙設(shè)施與安全疏散和消防撲救關(guān)系密切，它能為消防撲救創(chuàng)造有利條件，同時(shí)可以控制火勢(shì)蔓延擴(kuò)大，因此在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須設(shè)計(jì)有效的防排煙設(shè)施。從確保疏散安全角度考慮，高層建筑的樓梯間要采用防煙樓梯、封閉樓梯間和室外樓梯，保證火災(zāi)時(shí)人員疏散到樓梯間在特定時(shí)間內(nèi)是安全的，又阻止了火勢(shì)蔓延。每個(gè)防火區(qū)要設(shè)置兩部以上的疏散樓梯，每個(gè)防煙分區(qū)的面積不得超過500m2。另外，在防煙樓梯間及其前室，避難間(區(qū))應(yīng)采用正壓送風(fēng)，在疏散走道采取機(jī)械排煙方式。對(duì)消防電梯井及其前室應(yīng)采取正壓送風(fēng)，防止煙塵及有毒氣體的侵入。

2.3 合理選用裝修和保溫材料

2.3.1 室內(nèi)裝修及陳設(shè)材料方面

在建筑中消除火源是不可能的，但是采用不燃、難燃裝飾或陳設(shè)是可能的，盡可能采用不燃材料或難燃材料做好內(nèi)部裝修。因?yàn)榭扇夹缘难b修材料、陳設(shè)等是導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生、迅速蔓延及持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的重要因素之一，其危害性甚為嚴(yán)重。因此裝修時(shí)少用或不用燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體的可燃材料，盡量避免采用燃燒性能為B2和B3級(jí)的材料，這是從根本上減少火災(zāi)發(fā)生、避免和減少火災(zāi)傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失的重要措施之一。

2.3.2 外墻保溫材料方面

從前面提到的例子中可以看出，外墻有機(jī)保溫材料由于其易燃且燃燒生成有毒氣體的特點(diǎn)，是引發(fā)火災(zāi)、導(dǎo)致人身傷亡的重要因素。因此從保溫材料本身進(jìn)行研究來避免火災(zāi)發(fā)生具有重要意義。

2.3.2.1 覆蓋防火保護(hù)層

將防火保護(hù)層覆蓋在可燃保溫層表面，可有效避免由電焊火花、火星等所引發(fā)的火災(zāi)。防火保護(hù)層的厚度和質(zhì)量穩(wěn)定性，將直接決定系統(tǒng)層面受到量或火焰侵襲時(shí)對(duì)內(nèi)側(cè)保溫材料的保護(hù)能力，各類粘貼外墻外保溫系統(tǒng)的保溫板外應(yīng)有不小于3mm厚的防火保護(hù)層。

2.3.2.2 添加阻燃劑

在外墻保溫材料中添加一定量的阻燃劑，可實(shí)現(xiàn)避免火災(zāi)的發(fā)生或延緩火災(zāi)的蔓延。而就前面提到的上海公寓大火，從事后對(duì)聚氨酯泡沫的檢驗(yàn)來看，幾乎沒有添加阻燃劑。這是大火蔓延的重要原因。

2.3.2.3 采用難燃保溫材料

根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院防火所對(duì)外保溫系統(tǒng)做了火反應(yīng)性能試驗(yàn)(分別通過開放式和封閉式實(shí)驗(yàn))，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以下三種材料適合用于外墻保溫系統(tǒng):

(1)巖棉礦棉類不燃材料。屬于A級(jí)不燃材料，且保溫效果良好，提倡使用。

(2)膠粉聚苯顆粒保溫漿料。它是一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合的保溫隔熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.06 w/m·k，燃燒等級(jí)為B1級(jí)，屬于難燃材料。該種保溫材料在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可以起到很好的耐火作用，可提倡使用。

(3)酚醛樹脂泡沫材料。是高效保溫材料之一，導(dǎo)熱系數(shù)0.025 w/m·k。該材料遇火源時(shí)不易燃燒，在400℃以上時(shí)它們只灼燒或陰燃，無火焰。其在燃燒時(shí)也無滴落物、發(fā)煙量低，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，是目前高效有機(jī)保溫材料中阻燃性能最優(yōu)的一種材料。

2.4 加強(qiáng)防火管理，嚴(yán)格落實(shí)管理制度

2.4.1 加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)防火安全管理

要嚴(yán)格執(zhí)行省住建廳發(fā)布的《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)消防安全標(biāo)準(zhǔn)》，加強(qiáng)建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的消防安全管理工作。尤其對(duì)動(dòng)用明火必須實(shí)行嚴(yán)格的消防安全管理。需要進(jìn)行明火作業(yè)的，動(dòng)火部門和人員應(yīng)當(dāng)按照用火管理制度辦理審批手續(xù)，落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)人，在確認(rèn)無火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)后方可動(dòng)火施工;動(dòng)火施工人員應(yīng)當(dāng)遵守消防安全規(guī)定，并落實(shí)相應(yīng)的消防安全措施，特別要嚴(yán)密高空焊等特殊電焊環(huán)境下的防護(hù)要求;電焊、氣焊、電工等特殊工種人員必須持證上崗;將容易發(fā)生火災(zāi)、一旦發(fā)生火災(zāi)后果嚴(yán)重的部位確定為重點(diǎn)防火部位，實(shí)行專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格管理。

2.4.2 嚴(yán)格電氣、燃?xì)獾仍O(shè)備管理

要選用安全可靠的電器產(chǎn)品和燃?xì)庠O(shè)備，不使用明火或電熱絲裸露的電器和燃?xì)庠O(shè)備器具;其次電器設(shè)備及其線路和燃?xì)庠O(shè)備及其管道要按標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求安裝鋪設(shè)，不得擅自亂接、亂拉、亂裝。對(duì)餐廳、餐館的加熱器具應(yīng)嚴(yán)格限制使用，如使用必須落實(shí)專人負(fù)責(zé)，對(duì)吸煙問題應(yīng)制定有針對(duì)性的管理規(guī)定并落實(shí)。對(duì)電氣設(shè)備、燃?xì)庠O(shè)備等必須定期維持保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)修復(fù)，使其始終處于良好狀態(tài)。

3 結(jié)束語

隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)，土地資源的緊張、工商業(yè)的發(fā)展和城市現(xiàn)代化建設(shè)的需要，高層建筑的迅猛發(fā)展已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。與此同時(shí)，高層建筑的防火問題也日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，高層建筑防火是百年大計(jì)，必須防患于未“燃”。鑒于高層建筑火災(zāi)的復(fù)雜特征及嚴(yán)重危害性，高層建筑防火需要規(guī)劃、設(shè)計(jì)、消防、管理等部門的相互協(xié)調(diào)和共同努力，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，遵照相關(guān)規(guī)范，采取先進(jìn)的建筑防火技術(shù)和周密的防火措施，才能避免和減輕高層建筑火災(zāi)對(duì)國(guó)家建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成的危害。

［1］ GB 50016－2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］

［2］ GB 50045－95高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］

［3］ 李亞峰，馬學(xué)文，張恒，等．建筑消防技術(shù)與設(shè)計(jì)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005

［4］ 張敏．外墻保溫體系防火性能與技術(shù)初探［J］．中國(guó)科技博覽，2010(30):202－203