浅谈高层建筑火灾特征及防火策略

李 冰，颜晓光，张丽丽

(四川大学建筑与环境学院，四川成都610065)

近年来，随着经济、社会的快速发展和科学技术水平的不断提高，高层建筑在我国各地犹如雨后春笋般林立而起，其高度、数量和规模已经成为城市现代化的标志之一。高层建筑节约了城市用地，提升了城市空间的利用率，改善了人们的居住条件，并以其丰富的空间造型改变了城市的风景线，给城市增添了现代化的亮丽光彩。但高层建筑的增多，也给城市居民的生存安全带来了新的挑战。

与低层建筑相比，由于高层建筑的特殊体形、人员聚居、高度机械化、对周围环境影响较大等特点，以及新技术、新工艺、新材料、新能源在高层建筑中的广泛应用，诱发高层建筑火灾的因素更多、发生火灾的危险性更大，火灾所造成的人身安全和财产损失事故更为严重。据统计，2007年至2008年，我国共发生高层建筑火灾990起，直接经济损失达到3.3亿元人民币。

其实，现代化的进程原本就是这样，在旧的问题解决的同时，新的问题也会出现。既然我们选择了高层建筑作为工作、生活之地，我们也会找到应对它的“软肋”的方式。如何采取科学有效的防火技术措施，将对预防火灾和及时扑灭初期火灾，保证人民生命安全、减少火灾损失具有重要意义。

1 高层建筑火灾的特征及危险性

高层建筑由于层数多、建筑高，因此，在火灾的的蔓延和扑救等方面，与多层建筑相比都有所不同。高层建筑发生火灾的危险性更大，往往具有以下特征。

1.1 火灾隐患多、火种多

高层建筑功能复杂，人流频繁、量大，不便管理，火灾隐患不易发现。楼内装修所采用的木质材料及有机塑料制品等可燃物较多，如吊顶、家具、窗帘、地毯和各类纸质办公耗材等。内部设备较多，如在写字楼内大量增设各类电器设备和办公设备，从而引起用电负荷增加，线路长期过载运行极易导致绝缘层老化，产生电火花、短路等，从而引发火灾。另外，高层建筑在外墙节能保温设计中，广泛采用聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等有机高分子材料，由于这类材料具有易燃且燃烧生成有毒气体的特点，从而使由节能保温材料所引发的火灾事故频繁发生。如2010年11月15日上海静安区胶州路一正在进行外墙保温节能改造的28层公寓突发大火，据事故调查组认定，该火灾是由电焊火花引燃外墙保温材料聚氨酯泡沫所致;2009年2月9日北京央视新大楼北配楼发生火灾，火灾系燃放焰火引燃新址大楼外墙的保温材料所致。

1.2 火势猛、蔓延快

高层建筑由于其内部的楼梯间、管道井、电缆井、排风道等各种竖井较多，失火时拔火效应十分强烈;以及高层建筑高度高、体量大的特点，一旦发生火灾，在高空强劲风力的作用下，极易对周围的空间环境带来威胁。因此，高层建筑火灾蔓延速度之快、火势之猛烈往往是难以控制的。

1.2.1 竖向蔓延

据实验资料证明，在火灾初期阶段，因空气对流产生的烟气，向水平方向扩散的速度为0.3m/s;火灾猛烈燃烧阶段，热对流产生的烟气扩散速度为0.5～0.8m/s。而烟气沿梯间竖向管井扩散的速度高的3～4m/s，一座高为100m的建筑，在无阻挡的情况下，烟气依靠纵向管井扩散至顶层仅需30 s，由此整幢建筑顷刻间就会变成“立体火场”。如央视新址北配楼火灾，从开始着火到整个大楼被火势全部吞没只用3min左右的时间，可燃物“立体燃烧”速度之快，令人惊叹。

1.2.2 横向蔓延

建筑物越高，风速越大，火灾扩散速度越迅猛。一般情况下，10m高处的风速为5m/s;30m高处为8.7m/s;60m高处为12.3m/s;90m高处为15m/s。高层建筑在高空受到的强劲风力送来的大量氧气助燃，以及在辐射热的作用下，使火势更难控制。如巴西圣保罗“安得拉斯”大楼发生火灾时风速为716m/s，火舌从大楼窗口卷出十几米，使处于下风侧面40m处的建筑物相继起火，连成火海。2010年9月9日，吉林省长春市一座在建楼盘的两栋32层高楼发生火灾，据调查，事故原因系该楼盘一座高楼的9层至19层苯板发生火灾。受大风影响，火势迅速蔓延至另一栋在建高楼，导致这栋高楼的9层至32层过火。

1.3 人员疏散困难、伤亡惨重

高层建筑起火时，要使人员迅速疏散到地面或建筑物内不受火灾威胁的安全部位，是十分艰难的。这是因为:

(1)建筑物高，楼层多，垂直疏散距离远，需要疏散的时间长，而人的疏散又与烟火蔓延的方向相反，不得不在烟熏和热气流的烘烤中进行疏散，就进一步增加了疏散的艰巨性和危险性。所以人们往往来不及疏散而被烟火熏死、烧死。火灾实例分析表明，被烟气熏死的占火灾死亡人数一半以上，有的高达70%。

(2)人员集中，疏散设施少，高层民用建筑容纳人数多在千人以上，楼梯不可能设置得很多，而普通电梯在火灾发生后，不能作为疏散工具，因此难以在较短的时间内将人员全部撤离危险区。而且在慌乱中，还难免发生挤伤、踩伤、摔死等惨剧，甚至出现人员跳楼事故。从而使安全疏散成为一个较难解决的问题。

1.4 消防设施不完善，火灾扑救困难

高层建筑高达几十米，甚至超过二三百米，发生火灾时室外进行扑救相当困难，因此扑救高层建筑火灾主要立足于室内消防给水设施，由于受到消防设施条件的限制，常常给扑救工作带来不少困难。一般高层建筑都有两套灭火系统，一套是楼梯间的消火栓，另一套是楼梯走廊的顶部自动喷水装置。

1.4.1 自动喷水装置

如果整栋楼的自动喷水系统同时工作时，水压往往是不够的。楼梯是遭遇火灾时逃生的主要通道，面对突如其来的巨大火灾，自动喷水系统不能及时有效地起到隔火、隔烟作用，导致火灾蔓延至楼道，使楼道烟雾弥漫，从而使人们失去逃生的通道，造成惨重的人身伤亡。

1.4.2 消火栓系统

楼梯间的消火栓系统在高层建筑中很少能够充分发挥作用，其原因如下:一方面，整栋楼同时用消防系统水压就会很小，水量相应的也会很小，需要利用消防车向高楼供水，从而有可能会耽误最佳的扑火时机，使火灾快速蔓延;另一方面，发生火灾时很少有人镇定地去使用消火栓灭火，而是急着去奔逃。建筑物内如果没有安装消防电梯，消防队员因攀登高楼体力不够，不能及时到达起火层进行扑救，消防器材也不能随时补充，均会影响扑救。

2 高层建筑火灾的防控对策

2.1 合理进行建筑选址和规划布局

2.1.1 应受到城市消防站的有效控制

高层建筑无论设在市区或是郊区都应与城市消防站保持便捷联系，以便在发生火灾时，城市消防站能迅速出动并有效地组织扑救。

2.1.2 应远离危险性较高的场所

远离火灾危险性为甲、乙类的厂房，甲、乙、丙类液体和可燃气体储罐以及可燃材料堆场，如加油站、储油罐区、液化气站、烟花炮竹厂等。

2.1.3 应设置足够的防火间距

高层建筑的防火间距要根据火灾时建筑辐射热以及横向风力作用对相邻建筑物的影响，满足扑救要求和节约用地等因素确定。

2.1.4 应设有消防车道及消防水源

高层建筑宜设置环形消防车道，高层民用建筑宜与城市主次干道有机相连，使消防车能在最短时间内到达火场。

2.1.5 应合理布局裙房

高层建筑的底边至少有一个长边的长度，不应布置高度大于5.00m、进深大于4.00m的裙房，且在此范围内必须设有直通室外的楼梯间的出口，便于消防队员、消防车进行灭火救援。

2.2 采取有效的防火设计

高层建筑的防火设计，必须遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针。针对高层建筑发生火灾的特点，应立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理。

2.2.1 防火分区的设计

在高层建筑设计中，合理的防火分区能把火势控制在一定范围内，减少损失，并为人员逃生灭火提供时间。因此，进行科学合理的防火分区设计，发生火灾后尽可能将火灾局限在起火地点，是建筑防火设计人员必须注意的事项。防火墙和住宅的单元墙是水平方向阻止火灾蔓延的主要设施，楼板是垂直方向阻止火灾蔓延的主要设施，为了满足防火性能要求，即设法将火限制在起火房间内和防止由于结构局部破坏导致整个结构体系的破坏。建筑结构或构件必须具有承重功能和适当的分隔功能，这两种功能都和受火时间或规定的某一极限时间有关，以确保发生火灾时有足够的疏散和救援时间。另外防火分区、防火墙、防火门、防火卷帘、竖井的分隔，以及送风排风管上的防火阀等都是设计人员要加以注意的。

2.2.2 消防电梯和避难层的设计

2.2.2.1 消防电梯

消防电梯是在建筑物发生火灾时供消防人员进行灭火与救援使用且具有一定功能的电梯，在发生火灾时工作电梯常常因为断电和不防烟火等而停止使用，因此设置消防电梯很有必要。根据《高层民用建筑设计防火规范》对消防电梯的设置范围作了明确规定，对于高层类民用公共建筑，十层及十层以上的塔式住宅，十二层及十二层以上的单元式住宅和通廊式住宅，建筑高度超过32m的其他一类公共建筑，当每层建筑面积大于1 500m2时，应设置一台，当每层建筑面积大于1 500m2但小于4 500m2时，应设置两台，大于4 500m2时，应设置三台。

2.2.2.2 避难层

避难层是保障高层建筑内的人员在火灾中安全脱险的一项有效措施。为保证避难层足够的耐火极限宜采用钢筋混凝土楼板，在避难层下的楼板上宜设隔热层，四周的墙体及隔墙其耐火极限不应低于3.00 h，隔墙上的门应采用甲级防火门，在设计避难层时，两个避难层之间不要超过15层，疏散楼梯必须设计在避难层转换处，经转换后的疏散楼梯间不要改变方向，而应直达室外。避难层净面积按5人/m2以满足避难人数的要求。

2.2.3 防排烟设施的设计

防排烟设施与安全疏散和消防扑救关系密切，它能为消防扑救创造有利条件，同时可以控制火势蔓延扩大，因此在高层建筑设计时必须设计有效的防排烟设施。从确保疏散安全角度考虑，高层建筑的楼梯间要采用防烟楼梯、封闭楼梯间和室外楼梯，保证火灾时人员疏散到楼梯间在特定时间内是安全的，又阻止了火势蔓延。每个防火区要设置两部以上的疏散楼梯，每个防烟分区的面积不得超过500m2。另外，在防烟楼梯间及其前室，避难间(区)应采用正压送风，在疏散走道采取机械排烟方式。对消防电梯井及其前室应采取正压送风，防止烟尘及有毒气体的侵入。

2.3 合理选用装修和保温材料

2.3.1 室内装修及陈设材料方面

在建筑中消除火源是不可能的，但是采用不燃、难燃装饰或陈设是可能的，尽可能采用不燃材料或难燃材料做好内部装修。因为可燃性的装修材料、陈设等是导致火灾发生、迅速蔓延及持续时间很长的重要因素之一，其危害性甚为严重。因此装修时少用或不用燃烧时产生有毒气体的可燃材料，尽量避免采用燃烧性能为B2和B3级的材料，这是从根本上减少火灾发生、避免和减少火灾伤亡以及财产损失的重要措施之一。

2.3.2 外墙保温材料方面

从前面提到的例子中可以看出，外墙有机保温材料由于其易燃且燃烧生成有毒气体的特点，是引发火灾、导致人身伤亡的重要因素。因此从保温材料本身进行研究来避免火灾发生具有重要意义。

2.3.2.1 覆盖防火保护层

将防火保护层覆盖在可燃保温层表面，可有效避免由电焊火花、火星等所引发的火灾。防火保护层的厚度和质量稳定性，将直接决定系统层面受到量或火焰侵袭时对内侧保温材料的保护能力，各类粘贴外墙外保温系统的保温板外应有不小于3mm厚的防火保护层。

2.3.2.2 添加阻燃剂

在外墙保温材料中添加一定量的阻燃剂，可实现避免火灾的发生或延缓火灾的蔓延。而就前面提到的上海公寓大火，从事后对聚氨酯泡沫的检验来看，几乎没有添加阻燃剂。这是大火蔓延的重要原因。

2.3.2.3 采用难燃保温材料

根据中国建筑科学研究院防火所对外保温系统做了火反应性能试验(分别通过开放式和封闭式实验)，实验结果表明，以下三种材料适合用于外墙保温系统:

(1)岩棉矿棉类不燃材料。属于A级不燃材料，且保温效果良好，提倡使用。

(2)胶粉聚苯颗粒保温浆料。它是一种有机无机复合的保温隔热材料，导热系数0.06 w/m·k，燃烧等级为B1级，属于难燃材料。该种保温材料在发生火灾时，可以起到很好的耐火作用，可提倡使用。

(3)酚醛树脂泡沫材料。是高效保温材料之一，导热系数0.025 w/m·k。该材料遇火源时不易燃烧，在400℃以上时它们只灼烧或阴燃，无火焰。其在燃烧时也无滴落物、发烟量低，而且几乎不产生一氧化碳等有毒气体，是目前高效有机保温材料中阻燃性能最优的一种材料。

2.4 加强防火管理，严格落实管理制度

2.4.1 加强施工现场防火安全管理

要严格执行省住建厅发布的《建设工程施工现场消防安全标准》，加强建设工程施工现场的消防安全管理工作。尤其对动用明火必须实行严格的消防安全管理。需要进行明火作业的，动火部门和人员应当按照用火管理制度办理审批手续，落实现场监护人，在确认无火灾、爆炸危险后方可动火施工;动火施工人员应当遵守消防安全规定，并落实相应的消防安全措施，特别要严密高空焊等特殊电焊环境下的防护要求;电焊、气焊、电工等特殊工种人员必须持证上岗;将容易发生火灾、一旦发生火灾后果严重的部位确定为重点防火部位，实行专人负责，严格管理。

2.4.2 严格电气、燃气等设备管理

要选用安全可靠的电器产品和燃气设备，不使用明火或电热丝裸露的电器和燃气设备器具;其次电器设备及其线路和燃气设备及其管道要按标准、规范要求安装铺设，不得擅自乱接、乱拉、乱装。对餐厅、餐馆的加热器具应严格限制使用，如使用必须落实专人负责，对吸烟问题应制定有针对性的管理规定并落实。对电气设备、燃气设备等必须定期维持保养，发现故障及时修复，使其始终处于良好状态。

3 结束语

随着城市人口的不断增长，土地资源的紧张、工商业的发展和城市现代化建设的需要，高层建筑的迅猛发展已成为社会发展的必然趋势。与此同时，高层建筑的防火问题也日益成为人们关注的焦点，高层建筑防火是百年大计，必须防患于未“燃”。鉴于高层建筑火灾的复杂特征及严重危害性，高层建筑防火需要规划、设计、消防、管理等部门的相互协调和共同努力，严格执行相关标准，遵照相关规范，采取先进的建筑防火技术和周密的防火措施，才能避免和减轻高层建筑火灾对国家建设和人民生命财产造成的危害。

［1］ GB 50016－2006建筑设计防火规范［S］

［2］ GB 50045－95高层民用建筑设计防火规范［S］

［3］ 李亚峰，马学文，张恒，等．建筑消防技术与设计［M］．北京:化学工业出版社，2005

［4］ 张敏．外墙保温体系防火性能与技术初探［J］．中国科技博览，2010(30):202－203