應對超高層建筑消防逃生難題的建筑設計構想

陶品莊 殷 新 何 泳

（1.蘇州科技學院設計研究院有限公司，江蘇 蘇州215011；2.北京市規劃委員會朝陽分局，中國 北京100126）

高層建筑尤其是超高層建筑一旦發生火災往往造成群死群傷及重大財產損失、環境危害。超高層建筑是指100米及以上的建筑或相當于33層以上的住宅。高樓火情在我國及許多國家時有發生，而其消防逃生至今仍是一個世界性的難題［1-2］。其中突出的難點主要有二，即：高樓自身的各類豎井式設施能在火災中形成“煙囪”效應且隨樓體高度升高而增強；高樓消防技術要求及逃生難度與樓體高度成正比。這兩大難點，是相關行業專家、管理人士及一線工作人員所公認的，也是為國內外眾多高樓火災救助案例所實證的［3-4］。

為助力超高層建筑消防逃生難題的破解或難度的降低，本文在下面提出兩個具可行性的建筑設計構想并給出相應的分析及建議。

1 應對高樓消防安全難題的兩個建筑設計構想

那種東西南北四面全是帶窗的房間且圍合起來、將各種豎井式設施都集中布設在樓體中央“核心筒”中、以內包式走廊為公共通道、外觀既洋氣現代又高貴氣派的“回”字型超高層建筑，既可用作高級寫字樓、賓館、酒店又可用作高級公寓和綜合商住樓，故于公元2000年后紛紛在我國一二三線城市甚至經濟發達的鄉鎮崛起。下面，即以用作寫字樓的“回”字型高層建筑為例（見圖1），展開兩個助力破解摩天大樓消防安全難題的建筑設計構想。

圖1 高層建筑平面示意圖

1.1 “隱身式消防云梯通天道”設計構想

1.1.1 “消防小屋”構造及構件設計構想——

“消防小屋”是指：分散在“回”字型超高層建筑四個角所處方位的從地面首層至頂層的各層面積不大、相對獨立、且專用于消防救火方面的建筑空間。高樓四個角中任一方位的各層“消防小屋”經由“天窗”（首層地板和頂層天花板除外）和消防云梯而上下相通、與同一層鄰室則由鋼混墻隔斷、但均有二個方向的外窗供外立面火情發生時進行專業消防操作（見圖2）。

每個單元“消防小屋”建筑及火警安全配套設施、構件之構造、室內裝飾材料、消防設施與器材具類型及布置方式等的建筑設計構想如下：

（1）其層高約為4.2米（為一般高層寫字樓層高）、進深2.4米、開間2.4米，即面積約為5.8平方米。（2）其呈垂直關系的兩側外墻面金屬框玻面外窗，均采用一種可沿著左右玻璃幕墻墻面平行拉移的推拉窗形式（可使開窗時，不妨礙消防工作；不影響其它消防設施的安裝與使用）。其與整幢樓的外窗風格、形狀稍有不同，但力求協調、耐看且密封性能更好，以保持室內防煙排煙及除濕保溫等設施運作功效。（3）此超高層“回”字型寫字樓從地面首層起，除了每隔10層的“消防小屋”安裝一扇專供消防設施維護人員和消防人員滅火時進出的消防安全門外，其余的單元“消防小屋”只有此兩外窗與外界相通，故而在消防工作需要時此兩個外窗也是兩個門，供消防人員進出，且其堅固的金屬窗框則是消防操作的“借力點”及架設消防設施的“支點”之一。（4）在兩窗臺下窗框等高處的室內一側安裝一個能順著“單杠式”支架頂端圓柱形心軸上下前后翻轉的“消防棧橋”（比較短的“棧橋”架設在消防云梯正對面的窗框上）或“折疊式消防棧橋”（這里簡稱“長棧橋”，架設在消防云梯側面的窗框上。其有一部分在室內，從此處上下相對方便、安全一點且“長棧橋”有利于另一消防隊員上橋協助滅火）。（見圖2和圖3所示）。“長棧橋”構造及構件系統如下：①此長約150厘米、寬為80厘米的不銹鋼“長棧橋”，平面為長方形一頭改為兩個圓角的形狀。無垂直上翻邊的、處于室內的一個平邊則牢牢地焊接在支架頂端圓柱形心軸上，從而使“棧橋”連著心軸一起轉動（見圖3）。②平面展開時的“長棧橋”順著心軸翻轉到窗臺上時其直上翻邊即“圍墻”的一面是朝著天空的,有此“圍墻”后可對站在“棧橋”上進行外墻面滅火工作的消防人員起到一定的防滑保護作用。另外，心軸距離窗臺約50厘米，“長棧橋”進行開合或折轉的部位（亦即裝有3個較大金屬合頁的部位）就處在玻窗的金屬下框上，從而當“長棧橋”翻到窗臺上后就有了下窗框和“單桿式”支架頂端二個支撐點，使站在其上工作的消防人員感覺更牢靠；而且將其折疊后順著心軸內轉下垂時，由于單杠式”支架兩立柱的下部裝有一高度合適的金屬擋板或橫向擋條，故而不會因偶而用力過猛而將玻璃幕墻砸壞（見圖3）。對“長棧橋”作了以上一系列構造和構件上的處理后，就可以避免其在平日里處于折疊收放狀態時，與“消防小屋”內作固定式安裝的“天窗”邊高約100厘米的護欄及相近設施在狹小室內空間中擱著、碰著或“爭空間”現象。③在靠近“長棧橋”帶兩圓角的一端約10厘米高的“圍堤”內側，按一般消防人員站立滅火時雙腳站姿分開的尺寸、安裝一個面向高樓同一外立面墻體另一端的三連孔式鋁合金工作鞋套扣（見圖3），以防消防人員全神貫注站在“棧橋”上滅火救災時腳下打滑。④在上窗框上預先澆鑄5個牢固的“∪”型碳鋼扣，即圖3中“掛鉤環”，供消防人員腰跨間的安全繩抓扣掛用、以及供裝滿水等滅火劑的沉重的消防水帶套上帶鉤的不銹鋼鏈條后吊用，從而從細節上助力滅火工作安全以及緩解消防隊員體力透支狀況。⑤碳鋼心軸固定在由碳鋼基座支撐的2個碳鋼豎桿上，基座用螺栓固定在樓板上。“單杠式”支架的基座長度約120厘米，其面板寬20厘米。距其兩端各5厘米處居中安裝的2個正方形豎桿之橫斷面寬或長均為10厘米。2豎桿長度加基座面板厚度的尺寸比窗戶下框至地板的高度高約3厘米，即約為103厘米，且豎桿上端往下約3厘米處（即與窗臺等高處）開一直徑8厘米不穿底的圓洞，再將直徑為6厘米的園柱型心軸插入左右兩豎桿圓洞并在兩洞口套上金屬圓口套箍以防心軸帶動“棧橋”轉動時從洞內滑脫。⑥兩豎桿間距為90厘米〔即120厘米-（5厘米+5厘米〕-（10厘米+10厘米）〕，“長棧橋”寬80厘米，因此“長棧橋”套在園柱型心軸上后其兩端各有富余尺寸5厘米〔即（90厘米﹣80厘米）÷2〕。再在心軸外露部分的兩端各套一個防止心軸從洞口滑逃的高度為5厘米的圓圈形金屬套箍，這樣當80厘米寬的“棧橋”平板之上下二面牢牢焊接在直徑為6厘米的心軸上后，心軸外露部分基本無富余尺寸，從而當心軸轉動時，“棧橋”會因在心軸上被左右卡牢“給力”而在轉動中少一些對焊接處牢固度的影響。（5）在每個單元“消防小屋”地板（高樓首層地板除外）和天花板（高樓頂層天花板除外）的兩面鋼混墻垂直而成的墻角方位、各開一個110厘米（長）×100厘米（寬）的長方孔洞（即“天窗”），孔洞無墻體的兩邊裝高約100厘米的方管狀碳鋼護欄，以適度保證安全并供掛靠由電動或手動操作的“天窗”口防火蓋板及勾掛消防器具用（見圖2）（其中一側與消防云梯頂端接近的護欄，是由一寬60厘米、帶滑輪和鎖扣的柵欄式平移碳鋼門與兩段分設兩頭的固定碳鋼欄桿組合而成的。（6）為節約消防資源的占用，且我國合資生產的消防云梯車舉高已達72米、水槍所噴水柱高度約20米，故而可從第19層起在與同層樓其它房間相鄰的一面鋼混墻體上與另一鋼混墻體所成的直角處安裝消防水管、火栓，并在此處消防云梯后墻的合適處一段鋼混墻上，裝2—3排帶圍欄的尺寸合適的金屬擱架放置消防水帶、水槍、滅火器、滅火劑等消防器材具（見圖2）。另外，每隔10層樓（即第1層、第11層、第22層、第33層等等）的高樓四個角上的“消防小屋”都在未裝消防器材具金屬網欄的一面墻上，開一門洞并安裝一寬約100厘米高約200厘米的甲級防火門，且在此門外留一條約120厘米、長度直達回字型內走廊、其內設施及裝修等同前室的“消防專用通道”。“消防小屋”裝此防火門有一個明顯的好處，即當起火點位于高樓35層以上外立面時，消防隊員可先乘消防電梯到達33層，然后通過“消防專用通道”、“防火門”、“消防云梯”進入室內展開滅火救助工作。從而掄得滅火的“第一時間”或救火“先機”，也使消防隊員具備起碼的、必需的體力和氣力開展后續滅火救災工作（實踐及科學檢驗證明：消防隊員身穿厚重的防火服、全身上下裝備專用工具及儀器、且背挎手提沉重的滅火器材具時，其所具有的體力和氣力最多只能供爬10層樓，否則精疲力竭甚至出嚴重的健康狀況）。（7）天花板上安裝照明設施、“電子眼”、煙感器以及與中央設備系統聯網的自動排煙防煙設備、除濕設備、空氣調節設備（此為防止寒冬時水管凍裂及濕氣等造成設備功能受影響）。（8）“消防小屋”除玻璃幕墻和玻窗外的墻壁及吊頂裝飾材料皆采用較輕薄的超強防火、防水、防腐材料。1.1.2 “隱身式消防云梯通天道”設計構想

所謂“隱身式”是指其安裝在能遮隔外界視線的室內（這里指前文所述“消防小屋”）而有別于廠房、侖庫外墻的筒式金屬消防明梯而言。“通天道”則指此處構想的消防云梯在摩天大樓首層至頂層同一方位的豎井式空間內，直上直下地層層相接、層層貫通（見圖2）。而且不管高層建筑長到多高，哪怕是阿塞拜疆擬建的超1000米的摩天大樓，消防云梯也能追隨著增高至頂層。即高樓能“摩天”，那么這里構想的消防云梯就能直通到“摩天”之處，就能“通天”。

關于此種消防云梯的設計構想如下：即在每個單元上下“天窗”之寬度為100厘米的一面鋼混墻上安裝一直上直下、類似工廠檢修用的90°作業鋼梯。此鋼梯踏步高30厘米、與后墻有一定間距且通過數根金屬撐桿固定在墻體上，因此消防人員可安全地攀爬而上。另外，為預防高樓火情發生時引起層層相通的“天窗”造成“煙囪”效應，故而此處的各個“天窗”口安裝使用電動或手動操縱的折疊式防火蓋板，其折疊后可通過電磁設施自動掛靠在“天窗”邊的高約100厘米的欄桿上（見圖2）。超高層建筑從地面首層至頂層的每個“消防小屋”之消防云梯如此層層相通而成“消防安全通天道”（見圖2）。

圖2

圖3

1.2 “雙孔洞柔性逃生滑道間”設計構想

“雙孔洞柔性逃生滑道間”筒稱“滑道間”。其設計構想如下：

（1）“滑道間”設在地面首層至頂層的前室內，其與疏散樓梯（即“消防安全樓梯”）以及“消防兼日常用電梯間”（簡稱“混用電梯間”，但火警發生時只能消防用）、“消防專用電梯間”等共用相對安全的消防空間即“前室”。“滑道間”實際上是圖1中一個相應方位普通電梯間的反向開門，其門開在前室、但不裝梯廂，而且也像“消防小屋”一樣的每層上有鋼混天花板、下有鋼混地板且上下裝有垂直相通的滑道孔的特別建筑空間。“滑道間”的電子自控門在平日里是處于關閉狀態的。（2）“滑道間”層高亦為4.2米，開間為2.1米，進深為2.4米，即面積約為5平方米。（3）在高樓首層至頂層的每個“滑道間”地板（首層地板不在內）和天花板（頂層天花板不在內）的對著門的一面墻壁并列安裝二個帶電控掀蓋板的“柔性逃生滑道”。這里可采用消防部門介紹的尺寸，即滑道口直徑為60厘米，正方形的掀蓋板的邊長可為80厘米（見圖4）。（4）在每個“滑道間”對著門的鋼混墻上距地面70厘米處安裝一個“人體熱敏傳感器”，這樣，當從滑道內下滑逃生者的體熱發散最多之處即口鼻呼出的熱氣被此傳感器捕捉到時，就會通過其內設裝置而將信息傳導至“消防控制中心”；“消防控制中心”同時還接到了“滑道間”天花板上“電子眼”傳回的信息，在通過電腦高速地綜合運算、分析、疾速判斷等處理后，迅即將指令輸出到執行機構即“滑道間”天花板上的語音提示器，“滑道間”電動門上的聲控裝置接到此指令后立即開門，于是門外等待的逃生者就可以按先后秩序再進入1～2人從孔道下滑逃生。這樣設置的好處是可以避免后一進孔道者在下滑中踩到前一下滑者的頭。（5）在“滑道間”的一側墻上距門一定距離處裝二排成人伸手夠得著且不易使人碰頭的（其寬度以25厘米左右為好）、帶圍欄的金屬擱架，里面放置若干個“柔性逃生滑道袋”（亦稱“逃生袋”或“逃生滑袋”等）以供發生火災等緊急情況下使用。（6）在天花板上裝“電子眼”、語音提示器、照明設施和排煙設施。（7）其用電設施所需功率及技術水平均等同于“消防專用電梯”，并由高樓“消防控制中心”統一管理調控。 （8）其墻面、地面、天花板裝修要求同“消防小屋”。

圖4

總之，“滑道間”與“消防小屋”在火情發生時加入摩天大樓傳統的火警安全設施系統一起作用，不僅可在一定程度或環節上降低高樓滅火救災（尤其是起火點位于外墻面時）難度，還可供高樓內人員尤其是火警安全弱勢人群多一些逃生的機會和希望，從而也相應減少甚至遏止高樓火災對財產、人員心理、勞動安全以及社會安定、資源、生態等綜合環境因素的損傷。

2 效用分析及相關建議

2.1 效用分析

效用是指一個工程、設備、設施或物品、用具等的功能作用及使用效果。下面擬從技術、功用、實施條件和使用范圍、使用效果、火警安全及管理等角度對上述二個建筑設計構想進行客觀合理的分析：

2.1.1 可行性及效用分析一

“通天道”一旦變為現實即可帶來以下火警安全工作利好：（1）使消防云梯車舉高不夠或升高技術研發遇阻等不再成為一個橫梗在超高層建筑滅火救災工作中的揮之不去的瓶頸問題。即使起火點位于高樓外墻120米以上，哪怕是300米、500米、800米等等高度，神勇的消防隊員也能在“消防電梯”的助力下于第一時間內從“通天道”快速攀爬而上從而遏止“立體火場”的形成。（2）高樓四個角上都設“通天道”的好處是：①高樓外立面起火往往造成重大災情，目前世界上又暫無它法可有效破解這一難題，但在高樓四個角上都設“通天道”則可在相當程度上避免這種情況的發生，因為：不管起火點位于高樓什么高度及東西南北哪面外墻上，消防人員都可以利用同一面墻的一頭或二頭的“通天道”登達起火點所在高度，并利用消防棧橋、繩索及“消防小屋”的其它滅火和救助設施、器材具而將火勢熄滅在初起狀態或非惡性火情狀態，從而避免后續損失。②萬一因地震、雷電、狂風、燃氣管爆炸或極端行為等造成高樓火勢極快蔓延至樓體的1／4或1／3的地方，甚至連消防電梯也損壞時，消防人員仍可利用火勢末到之處的“消防電梯”和“通天道”進行滅火施救而減少樓內人員傷亡及財產損失。（3）樓越高風勢越大。遇到起狂風時，即使消防云梯車所舉高度已夠，站在消防云梯車頂端的消防人員也會“被蕩秋千”，這不僅僅不利于開展滅火救災工作，就連消防人員安全也受到危脅；刮狂風時，直升機也無法降落到樓頂停機坪施救。但借助“消防電梯”并從“通天道”攀爬而上滅火施救則不存在這些問題。（4）從第19層起每層外隔間都安裝消防水管、水栓、消防水帶、水槍及滅火器、滅火劑等，可克服消防隊員拖著沉重的消防水帶從地面逐級攀爬消防樓梯時體力嚴重透支的問題，而且救災中時間就是生命。（5）救災形勢需要時，消防人員可在電控開窗失靈的情況下用鑰匙打開“消防小屋”的玻璃窗，再借助“消防棧橋”、吊梯、繩索等消防設施到達鄰室窗口、進入戶內及內包式走廊施救。甚至可用消防電鉆鉆透“消防小屋”未裝金屬擱架的那面鋼混墻而進入鄰室及走廊施救，使災情不至于擴延成大災大難。（6）每隔10層樓的高樓四個角上的“消防小屋”安裝一寬約100厘米高約200厘米的甲級防火門的好處則可參見第七頁有關敘述。（7）“消防小屋”外窗裝配能遮隔外部視線的與高樓外墻同質的幕墻玻璃，窗戶采用“消防控制中心”電控開合與用手啟動鎖具開合相給合的方式具有以下好處：一是可強化“消防小屋”專用性及整幢樓外觀上盡可能的一致性；二是可增強隱蔽性，不使內部設施暴露在外而影響外部觀瞻及個別人“惦記”。三是可增強安全性，不使其成為作案者逃遁之便道。（8）火災發生時，“消防小屋”一般只有消防人員可進出是為了保證滅火救災效率，而這一點是消防工作規則，也是社會經驗累積的共識。2.1.2 可行性及效用分析二

“柔性逃生滑道”是目前為消防部門所宣介的最便捷、安全、有效且基本無需除人體動能外任何其它電能、機械能等外部功能助力作用的逃生設施。其設在前室內并僅占用一個電梯間的建筑空間的優點是：（1）可避免一般滑道孔安裝位置的不足之處——安裝“柔性滑道”設施逃生主要是為在火災等危情發生時，方便火警安全弱勢人群即老弱病殘孕等人員逃生，但我國一般主張將滑道孔安裝在高樓每戶人家的陽臺上或室內（見圖5），這造成上下住戶平日里安全上的心里陰影，也缺乏隱私保證，故而不易推廣。本文在每層樓每個獨立的“滑道間”設“柔性逃生滑道孔”則可避免這方面的問題。（2）“滑道間”設在前室內的直接好處是：可以和“消防專用電梯間”、“消防混用電梯間”、“消防安全樓梯間”等共享前室的有限空間及前室內所設置的消防設施、器材具等消防資源，從而節省消防安全成本及樓內的用地面積。而當摩天大樓處在寸土寸金的“黃金地段”時，此舉的現實意義當更為明顯。（3）本文在超高層建筑每一層樓的二個以上的前室“滑道間”都設二個“柔性逃生滑道孔”的優點是：不管高樓內包式走廊被哪個方向來的號稱“生命第一殺手”的火災煙氣封堵去路，人們都可疾速去往相反方向的前室“滑道間”逃生。由于平時消防教育到位及火警安全管理科學、嚴謹、規范，此時可逃方向的若干層通往前室“滑道間”的電動門及滑道孔上的蓋板也均已被“消防控制中心”開啟。滑道孔內預先裝有滑道袋，即使未裝也很好辦，因為“逃生袋”就放在旁邊欄架內，只要樓內人員按照平時消防培訓方式即能很方便地將它安置在滑道口上，然后從“逃生袋”中下滑至首層地面出門而逃。而裝二個滑道孔比裝一個滑道孔助逃的人員要多一倍。

圖5

2.2 相關建議

顯然，“消防小屋”、“消防通天道”、“滑道間”和“柔性逃生滑道”等能實實在在地助力克服超高層建筑防火救災中的諸多世界性難題，而在沒有出現更好更有效的救助設施和工具之前，宜視其為超高層建筑必需的消防安全用房和設施，并視其重要性不亞于政策規定的高樓首層“消防控制中心”［7］。因此本文在這里設法助力降低超高層建筑消防逃生難度的兩大消防安全建筑空間及相關設施、相關構件，宜由政府有關部門出面制定并實施如下政策，即：在它們（建議還包含高樓“消防專用電梯間”在內）隨著整幢高樓的建造而建造時，其所占土地租用費及建筑與安裝費用（含其它必需的消防設備、設施安裝及配置消防器材具所發生費用）的50%由政府“埋單”，50%由業主按照各自專有部分建筑面積所占比例分擔，而且建造階段和前期開發、規劃階段相關稅費一律免除。其在使用時期內的消防設施檢測、維修、更新、改造等費用則與政府基本無關，而且需按已出臺的政府消防安全管理規定中界定的付費主體及付費比例嚴格執行。日常的消防安全防范服務及管理也是有償的，而且也要按有關政 策 規 定 執 行［7］。

總之，企盼本文的兩個助力超高層建筑消防逃生難題破解的建筑設計構想及相關建議能轉化為現實的積極作用。

［1］丁國鋒.南京-50層高樓發生火災暴超高層建筑消防軟肋[OL].法制網,2009-04-20.

［2］趙陽.高層建筑火災兩年發生990起[N].法制日報,2009-03-30.

［3］楚天消防.盤點重大高層建筑火災案例[OL].楚天消防網,2011-09-22.

［4］吳啟鴻.透視全球及中國火災[J].水上消防,2003(3):32-35.

［5］朱國新,編輯.高樓越高越能彰顯實力？[N].蘇州日報,2012-06-23.

［6］黃寬.這件“鐵布衫”真是牛：防水防火還防化[N].蘇州日報,2012-05-16.

［7］蘇報訊（蘇消）.高層建筑外墻須用不燃材料[N].蘇州日報,2012-05-16.

［8］蘇消.消防維修資金申請方便多了[N].蘇州日報,2012-05-16.