城市消防的老大难

济南市消防支队特勤大队 | 王建良 济南市历下区消防大队 | 权向科

随着现代化的发展和生活水平的提高，城市中的高层建筑、地下工程、大型商场、交通枢纽等各类民用建筑、商业建筑、公共建筑不断增多。由于建筑本身及其内部有可燃物存在，特别是装修装饰中大量使用易燃可燃材料及人们用火、用电设备的不断增加，发生火灾的机率也随之增加，火灾对城市的安全造成很大的威胁。高层建筑火灾、地下建筑火灾和化学品火灾是世界火灾消防的三大难点。

目前，我国已全面进入加快推进社会主义现代化的新的历史时期，工业化、城镇化进程在不断加快，人流、物流、资金流均表现活跃，社会财富也在迅速积累。随着城镇化建设的快速发展，大型的高层建筑、特大工矿企业不断呈现，机场、车站、码头等城市设施规模也不断扩大。城镇化在积极推动社会经济发展的同时，也带来一些消极的影响，如城区交通拥堵、环境恶化、住房不足、市政基础设施落后、引发火灾的各种因素激增等等。面对城镇化加速发展的历史机遇和巨大的挑战，如何利用有限的资源，有计划、有步骤地实现社会、经济和环境的持续发展与保障人民群众安居乐业的需求，已成为城市建设急需解决的问题。

1 高层建筑——城市消防的“痛点”

高层建筑、超高层建筑是城市发展的必然产物，也是经济繁荣和社会文明的标志。高层建筑在大城市中密集程度高，建筑体量大，容纳的人数非常多，它们以现代建筑艺术、工艺、美学的结晶，改变着城市的空间特征，成为现代城市发展和科学进步的重要标志。高层建筑的发展加快了中国城市化的进程，扩大了城市的使用空间，增加了更多的绿化面积，丰富了城市的轮廓线。在我们惊羡于高层建筑的同时，万万不能忽视高层建筑背后隐藏的巨大不安全因素：火灾、摇摆、沉陷。

高层建筑火灾的扑救一直是现实的世界性难题。近年来，我国一些城市发生的高层、超高层建筑火灾呈现伤亡人员多、扑灭难度高、经济损失大、社会影响深的特点。例如，2010 年11 月15 日14 时许，上海胶东路一座28 层公寓住宅楼发生重大火灾，造成58 人死亡的惨剧。2011年12 月3 日，位于河南省焦作市工业东路的解放军第九十一中心医院3号病房楼外墙保温层着火。由于扑救及时，火情得到迅速控制。

目前高层建筑发生火灾后，主要还是靠人员自救和高层建筑自身的消防系统设施灭火，虽然可以用云梯车由户外进行灭火救人，但仅限于15 层以下。高层建筑发生火灾，情况错综复杂，扑救难度大，极易引发群死群伤。时代让建筑物越来越高，但是无论是救火的云梯还是水枪的喷射高度都是有限制的，难以跟上楼层向上发展的步伐。

高层建筑火灾的特点

（1）高层建筑烟火蔓延迅速，极易形成立体式火灾。在火灾发生时，高层建筑内的楼梯间、管道井、电缆井、排气通道等竖向管井，就像一座座高耸的烟囱，为火势的迅速燃烧、蔓延、扩大提供了途径。在燃烧猛烈阶段，烟气沿着楼梯间、电梯井、管道井扩散的速度能达到3～4 米/秒，在无阻挡的情况下，一座100 米的高层建筑，只需半分钟左右，烟气就能顺着竖向管井扩散到顶层。此时若加上高楼受气压和风速的影响，使火势更猛烈，蔓延更迅速，极易使整幢建筑形成立体火场。“风助火势，火借风威”，在高层建筑中尤为突出。一旦大火烧透门、窗或设备孔洞等，烟火就会进入疏散通道，使人员的疏散变得难上加难。

（2）高层建筑内部情况复杂，人员疏散困难。高层建筑内人员高度密集，各自的智力、体力和心理承受能力差异很大，一旦发生火灾，往往会出现一片混乱；楼层高，垂直疏散距离比较长，需要的疏散时间也长；加之人的疏散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，这些都就进一步增加了高层建筑人员疏散的艰巨性和危险性。实验表明，一座11 层的建筑物的人员疏散时间需要6 分半钟，18 层为7 分半，50 层为2 小时21 分。而一般火灾从起火到蔓延的时间间隔仅为7 分钟，在6 分钟时，火场的温度已达到300～400℃，因此，火焰发展速度比人员疏散速度快。烟气的毒性和遮光性还会增加疏散人员的恐慌心理，为安全疏散带来极大困难，人员踩踏、摔死、跳楼等惨剧往往是在疏散的慌乱中发生。

（3）高层建筑层面空间狭小，灭火救灾困难。高层建筑的火灾扑救因其建筑特点使得其与普通建筑有很大差别,难度相当大。首先是登高困难,不易接近火点。据测定,年轻的消防人员如携带两盘水带和一支水枪徒步登楼,在24 米高度内,体力尚能保持正常,超过这个高度,体力就难以支持。当高楼失火、消防人员徒步登高,不仅消耗体力,还会与自上而下的疏散人员发生“对撞”,加之热辐射强、烟雾浓、火势蔓延快等,贻误灭火战机。其次是云梯高度受限。目前，全世界消防体系中最高的云梯约130米，北京、上海这类超大型城市消防系统中最高的云梯不过100 米，其他城市的消防云梯大都在20～45 米之间。作业时消防云梯车只能升至限定值的80%左右，当地面风力达到4～5级时，云梯车无法升高作业。第三是用水量大，垂直供水困难。用于灭火、冷却和控制蔓延扩大的消防用水量相当大，除依靠建筑物本身的供水能力外，还要由消防设备千方百计往高楼接力供水。50m 以上部位已超出室外消防设施的供水能力，只能完全依靠“自救”灭火。这些客观情况告诉我们高层建筑火灾救援成为世界性难题的原因所在。

高层建筑火灾的“烟囱效应”

我国和世界各国针对高层建筑的特点，制定了“立足自救”的原则，也就是说要依靠建筑物内的人员，利用建筑物消防设计配备的灭火系统和灭火器等对早期火灾及时扑救。

另外，高层建筑燃烧范围大、火势猛烈时，外墙的采光玻璃、广告牌、空调辅机等会受热脱落，这些坠落物会刺破水带、危及车辆器材、威胁消防人员的作战行动、影响消防作业的顺利进。

（4）高层建筑现代化设施多，电气火灾更为突出。高层建筑内电气设备越来越多，用电量十分惊人。因此，高层建筑中最危险的火源是由用电设备和电气线路引起的电气火灾。导致电气火灾的原因除了设备故障，人员操作不当，或忘关加热器外，主要是线路严重超负荷运行，导线过热，导线的绝缘层遭到破坏或绝缘电阻下降，导致短路；还有接插件，导线连接点的接触电阻增加引起打火，最终导致短路。一旦相线对中线或相线对地线之间短路，就会造成电流突然增大，酿成火灾。

高层建筑存在的消防隐患

高层建筑的“先天不足”足以让人们胆战心惊，而高层建筑在设计、施工、使用、管理中还存在很多隐而未现的问题。

（1）防火设计先天不足

我国1995 出台了《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）（以下简称《高规》），这一规范的出台为高层建筑的消防安全提供了政策保障。但一些缺少火灾自动报警系统，没有设计防火分区，消防布局不合理老式建筑，成了这一规范管理的症结。如何在不符合规范的建筑内创造安全疏散条件重新合理布置安全疏散设施以及防火分区，减少和避免人员伤亡事故的发生成了现在一个重要的研究课题。

我国现行的建筑设计防火规范要求根据建筑物类别定出耐火等级，再根据耐火等级规定结构构件的耐火极限。但是新型结构(如索结构等)并没有涵盖在规范中，目前也没有相应的标准对用在高层建筑中的新结构、新材料的防火性提出要求，实际工程中也常有不同规范标准发生冲突的现象。

高层建筑的防火设计是一个相对复杂的问题。设计人员如果对国家规范和某些设计标准理解不透彻、不全面，就容易导致疏散通道、前室、楼梯间、避难层及合用前室等消防场所的设计出现缺陷，埋下火灾隐患。高层建筑的消防设计水平不可能仅体现在消防的设施上，还体现在建筑的结构、材料的选用、给排水的设计等诸多方面，这一点已经引起建筑设计人员的重视。

（2）高层住宅避难层“空白”

当高层建筑发生火灾时，消防队员想从大楼外实施营救可能性很小，这时一般就需要自救。建筑高度超过100 米的高层建筑，由于楼层很多人员密集，火灾发生时尽管有防烟楼梯间等安全疏散设施，但人员还是很难一下从高层疏散下来，所以在其适当楼层设置一块安全区，也就是避难层，供疏散人员暂时躲避和喘息是极为重要的。我国《高规》中就对高度超过100 米的公共建筑要求设置避难层（间）。据统计，国内许多高层公共建筑都设置了避难层，但多数避难层一般是与设备层、消防给水分区系统和排烟系统分区有机结合设置。现在70～80m 高的住宅楼已比较普遍，超过百米高的超高层住宅也拔地而起。一个不容忽视的问题是《高规》中并没有对高层住宅的避难层作类似规定。

（3）消防设施失效

根据消防工作必须立足预防的需要和《高层建筑防火设计规范》的强制性条文要求，高层建筑内要设置最基本的消防设施包括：设有火灾报警控制设备和消防控制设备的消防控制室、室内消火栓、自动喷淋装置、安全疏散系统、排烟系统、自动防火卷帘系统等。但是，高层建筑的消防系统大都存在设施配备不齐、设施质量不过硬、消防设施失效等诸多问题。消防设施中的“缺斤短两”、质量性能差、功能不全和违规使用比比皆是，火灾时将建筑平面分成若干防火分区或防火单元而设置的防火墙、防火卷帘、防火门及防火水幕，由于人们对这些设施不了解且不注意维护，使这些消防设施损坏或失效，变成了高层建筑的消防摆设。加上在隐蔽工程和材料使用上存在先天性火灾隐患、技术保障不到位、装修时破坏建筑结构和防火分区，将高层建筑打造成一个活在隐患的汇集体。

（4）消防通道不畅

目前供高层建筑火灾扑救的云梯车的回旋半径至少应大于15 米和18米，操作面的长度至少大于扑救面的边长，且不应小于18 米。紧急情况下，消防水灌车、曲臂车和云梯车需要交会，消防车道应为6～7.5 米。高层建筑一旦发生火灾，无论是救人还是灭火，首先要考虑到消防车能开得进，消防队员上得了楼。但实际情况是消防通道和消防登高车操作场地多被停车场、绿化地代替，消防通道也往往被挤占、堵塞。这些问题，严重影响高层建筑的消防灭火救援工作。

（5）消防管理不到位

当前国内高层建筑消防管理中普遍存在3 方面问题：一是人们消防安全意识淡薄，对电、气的安全使用重视不够、缺乏日常消防排查动力，缺乏火灾应急方案，发生火灾时应急措施难以到位；二是高层建筑的管理队伍综合素质不高，难于胜任定期维护、检测各类消防设施的工作，有些管理者甚至不会操作消防设施；三是高层建筑中的人员自救逃生常识相对匮乏，自防自救能力差。这些问题的存在，直接造成火灾时救援难度增大、逃生几率降低、生命财产损失巨大等恶果。

重庆曾对全市5711 栋高层建筑做过一次消防隐患的面上调查，排查出隐患26798 条，见表1。排查中发现，这些问题主要涉及建设源头把关不严格、消防技术规范调整变化较快、建筑消防工程质量无法保证、消防电子产品兼容性差更新频繁、社会单位主体责任未落实等方面。下面以2 个高层火灾的例子说明管理到位与否，消防的结果是不一样的。

表1 排查出的建筑火灾隐患分析

例1：2009 年2 月9 日晚，北京央视高159 米的配楼发生火灾，该建筑东、南两面着火，火势达80～100米高，5 个小时后大楼内14 层以上的火还在燃烧。火势无法完全控制的主要原因是楼内因施工没有灭火水源，消防贮备水挪用、楼内停电消防泵停运、消火栓系统无水、部分管道及喷淋头冻裂，消防车的水枪只能达到60 米。北京市消防总队共调集85台消防车、595 名消防官兵，经过近6 个小时的奋战，才将大火彻底扑灭。除建筑的外立面严重受损外，造成1死7 伤，直接经济损失1.6 亿元。

例2：2007 年8 月14 日当时在建的上海环球金融中心发生火灾。一个多小时后火灾被扑灭，无人员伤亡。上海环球金融中心的灭火奇迹，首先，得益于消防人员在该楼完成的一次测试高层建筑供水高度的消防演习，增添了压缩空气泡沫主战消防车等设备；其次，该工程根据有关规定配备了消防临时供水，大楼内部临时竖管供水系统完好；最后，消防人员在附近的金茂大厦和停车场找到消防栓，铺设了二路供水线路，确保了灭火水源充足，并在一个多小时内，将分布在各楼层的多处起火点扑灭。

超高层建筑限高迫在眉睫

“如果你在大楼第63 层工作，离地面200 米，大楼突然发生火灾，你该怎么办？”这是北京市消防宣传时向在高层建筑上班的人最先提出的问题。遗憾的是几乎没有人想过这个问题，可这个问题却日益威胁着人们的安全。

一名身强力壮的消防员从第33 层跑到第1 层，用时35 分钟。如果是身体素质较差的老弱妇孺，所需时间肯定翻番。而火借风势，30 秒内就可以从第1 层到达第33 层。这样算来，人们跑到楼外逃生的可能性几乎为零。

面对我国不断“长高”的城市，很多专家已经指出，盲目建高楼未必是好事。建筑首先应该强调适用和经济原则，超高层建筑在很多方面存在缺点。首先，超高层建筑必须使用最先进的建筑材料和建筑工艺，成本很高，盖一栋200 米高的大楼的成本，甚至比盖两栋100 米高的大楼成本还要高。虽然中国城市土地资源紧张，可还没有稀少到非要盖超高层大楼来解决的地步。其次，超高层建筑并不适用。楼层越高楼内的人员越多，要到达顶层甚至需要在楼层中间换乘电梯。如果电梯出现故障，给使用者带来的麻烦更大。上下班的人流高峰，会造成楼层拥挤，也会使超高层建筑周围出现人流高峰和车流高峰。中国建筑学会理事长宋春华说，超高层建筑是工业化时代的产物，曾是城市形象的标志，但从安全的角度而言，不应该盲目兴建。每一个超高层建筑都无异于一条竖立起来的街道，存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题，建这样的高楼纯粹是自找麻烦。

有关调查显示，我国高层楼宇日常管理开支十分高昂，一批超高层建筑几乎已经被庞大的开支压垮。建筑高度超过300 米之后，建筑成本很高，同时还带来一系列的安全问题、环境问题、内部交通问题，已经失去了所谓的节约土地的意义。应当承认，超高层建筑技术更复杂，工艺更先进，投入更大。有些开发商、投资商以及政府相关部门把建超高层建筑看成地方性的标志工程、形象工程，作为“宣扬政绩、树碑立传”的大事，在他们做决策时候，恰恰忽略了超高层建筑的安全隐患。

国家提出加快城市化建设步伐，可这个决策在很多地方被曲解为城市规模更大，楼房更高，于是出现了大量超大城市，出现了大批超高层建筑。

限制超高层建筑，已经到了刻不容缓的地步。这不仅是从建筑经济、建筑环境、建筑规划、建筑风格等方面进行权衡，更是从城市安全、消防安全、生命安全方面进行的考虑。限制超高层建筑已经写进了我国城市综合减灾应急体系建设的规划中。

2 地下空间——城市消防的“难点”

城市建筑密集到一定程度，无法再向水平方向和上部空间扩展时，人们开始把目光投向地下空间。这里所提的地下空间包括了3 方面：（1）在原有人防工程基础上改建的地下建筑空间；（2）普通高层建筑的地下空间；（3）地下交通设施。目前地下空间的利用多为公共建筑（如图书馆、体育场所、停车场）；地下商业经营（商场、餐厅/酒吧、健身房/歌舞厅、地下仓库、地下公寓）；交通网（如地铁、隧道、地下通道）；公用服务设施（如各种管道、电缆等）；能源贮存（如地下油库、地下液化石油气库）等。

地下建筑空间在扩大城市使用空间、改善城市景观等方面的优势和潜力逐步被人们所认识。在城市中，有计划地规划营造地下建筑，合理利用地下空间，对节省建筑用地、改善交通状况、扩大城市空间容量、节约能源、改善城市环境等方面效果显著。我国对地下空间的综合开发利用，还具有解决城市就业资源匮乏，缓解交通拥堵、加速人员流动，减少环境污染的作用。

目前北上广深等大城市随着城市地下综合体和地下街的逐步出现，地下空间的开发利用呈现了综合化、深层化的发展趋势。其中仅地下商场，就已逐步从单层发展为多层，建筑规模从最初的几百平米发展到几万平米，甚至十几万平米，使用功能也愈加复杂多样。例如沈阳时尚地下街建筑面积达3 万平米，集购物、餐饮、休闲、娱乐为一体，以经营中、高档商品为主，并设有商务中心，金融网点等配套服务设施，主从业人员达 4000 余人。

地下空间的大面积开发利用，最引起人们关注的当属消防安全。

地下建筑空间的火灾特点

地下建筑空间的最大特点是封闭性，由地下建筑空间与地面相通的门、窗、孔、洞较少，通到地面的途径只有楼梯、电梯等人工设计的通道。“封闭”造成建筑空间天然光线差、只能靠人工照明，通风条件差、潮湿憋闷，对外的通道少、给人负面心理暗示等弊端。由于地下建筑空间的特殊性和使用上的多样性、复杂性，其火灾危险远远大于地上建筑，火灾的预防问题也要比一般建筑困难得多。

随着我国地下建筑空间的广泛利用和不断兴建，有关消防部门对地下空间的分类、分布、建筑特点、通风形式、消防设施等基本情况进行了广泛的调查，发现商用的地下空间普遍存在严重的火灾隐患，其中地下商场（兼具了地下空间和大型商场的双重特点）因其人员流动量大、火灾荷载密度大、用电负荷高、隐蔽工程多，成为发生火灾次数最多，造成人员伤亡、经济损失最严重的场所。

地下建筑空间的火灾是最难扑救的火灾之一，其特点主要有以下几方面。

（1）发烟量大、毒气重

地下空间火灾的发烟量与可燃物物理化学特性、燃烧状态、供气充足程度有关。在同等条件下，地下建筑空间发生火灾时的显著特点是烟量大、烟雾密度高、毒气重。这是因为地下建筑的烟雾扩散渠道有限，火灾产生的烟雾无法有效扩散，都积存在地下有限的空间内（地上建筑火灾产生的烟气有80%可通过破碎的窗户扩散到大气中）；其次是地下建筑空间内的空气流通不畅，固体可燃物阴燃时间稍长，不充分燃烧会导致大量烟雾的出现；第三是地下空间燃烧中产生CO、CO2等有毒气体浓度迅速增加，这是地下建筑火灾中人员伤亡的主要原因。

（2）火场温度高、易发生“轰燃”

当地下建筑空间发生火灾时，由于空间封闭，灼热的烟气很难排出，致使内部空间温度上升很快，烟气和热量的聚集，能使温度在短时间内迅速上升到800～900℃，烟气的温度也可达600～700℃。这种地下空间的高温和高浓度烟气加上阴燃物多、内压大，极易产生十分危险的“爆燃”现象，空间的空气体积急剧膨胀，温度急剧升高，这种情况是地下空间火灾扑救的重大困难。

例如，1984 年山西的某地下仓库火灾，总面积2810 平方米，着火后共延烧了41 天，火灾温度一直维持在1000℃左右，地下空间内CO浓度超过了人体承受浓度值的2000倍，并多次发生典型爆燃现象。燃烧物产出的热量几乎全聚集在建筑物内，除库内可燃物烧毁外，混凝土大面积破坏，局部结构塌方。再如1987 年江西南昌老福山地下商场特大火灾，内部温度达800～900℃，延烧了17 个小时，高温使商场内一切可燃物烧成灰烬，钢筋混凝土的结构大面积爆裂露筋。

(3)泄爆能力差

由于地下建筑基本上是个封闭体，易燃易爆物品发生爆炸时，泄爆能力差。黑龙江省鸡西市的一个人防工程，曾因汽油引起连续爆炸；武汉一座办公楼的地下室内因充满汽油与空气的混合气体而发生爆炸，这2 起事故均使建筑结构受到严重破坏。

（4）人员、物品疏散困难

首先是地下空间发生火灾时，会造成严重缺氧。当空气中含氧量降到15%时，人的肌肉活动能力就会下降；当空气中含氧量降到10%～14%时，人就会四肢无力，产生判断错误；当空气中含氧量降到6%～10%时，人就会晕倒；当空气中含氧量降到5%以下时，人会立即晕倒或死亡。而地下建筑空间火灾造成的缺氧现象要比地面建筑火灾严重得多。

其次是地下建筑空间疏散出口少，人员只能通过楼梯才能到达室外，加上烟气的蔓延速度要比人员疏散速度快得多（烟的水平扩散速度一般为0.5～1.5 米/秒，垂直上升速度比水平扩散快3～4 倍），流动性难以把握，往往与人流方向一致，致使被困人员在能见度极低的环境内难以脱险。人员疏散尚且如此，转移地下空间的物品就更是难上加难了。以地下停车场为例，火灾发生时场内的汽车必须通过人员驾驶才能进行移动，大量的浓烟聚集，降低了司驾人员对视觉距离和方向的敏感性，十分不利于人员逃生和车辆疏散，而且地下停车场火灾还可能因所停车内油料的闪燃点较低，具有助长火势蔓延及爆炸的危险。

（5）可调用的消防力量和装备难以靠近火场

地下建筑空间自然采光差，火灾发生时浓烟弥漫，火场内部能见度极低，加上内部分隔错综复杂，通道弯曲多变，水枪射流往往鞭长莫及或击不中火点。火情不明会影响有效的火场指挥决策和火灾扑救，进出口少又使得可调用的消防扑救装备难以靠近火场。

地下建筑空间的火灾危害

地下建筑空间火灾主要是以防为主，立足自救

在利用地下空间之初，开发商就要安装好火灾自动报警系统、设计好消防分区、合理地设置自动灭火设备。一旦发现初期火灾，就要利用地下建筑设置的各种消防手段将其扑灭，防止蔓延（关闭空调系统，停止送风，防止火势扩大，并迅速报火警；开启排烟设备，排除火场烟雾，防止烟雾扩大蔓延，提高火场能见度；迅速引导人员疏散至防烟安全地段；关闭防火门、防火卷帘，打开室内消火栓喷水灭火等）。这是提高地下空间安全性的积极自救。地下建筑消防系统的基本构成见图1。目前，对地下建筑空间火灾处置原则是救人先于灭火，多种情况下用水进行扑灭，必要情况时采用气体灭火剂或泡沫灭火剂，扑救战术一是选择进风口强攻，二是全面封堵实施窒息灭火。

（1）可引发地面建筑火灾

目前，很多写字楼、大型商场、酒店、高层住宅的地下部分都附建有娱乐场所、停车场、健身房、商业街，这些地下空间大多都设有与地上建筑部分相通的电梯、楼梯、管道井等。地下空间一旦发生火灾，产生的热量和烟气在“烟囱效应”的作用下迅速向地上建筑蔓延，严重的会引发地面建筑火灾。

1999 年圣诞节，长春市夏威夷大酒店地下洗浴中心发生一起特大火灾，大火是由包房中一截未熄灭烟头引燃可燃物导致的。火灾发生时地下洗浴中心一片火海，浓烟将整个15层的酒店全部笼罩，消防队员分成若干小组逐个房间搜寻和营救被困人员。此次火灾过火面积347 平方米，有20 人在大火中丧生。

2000 年12 月25 日晚上，河南省洛阳市东都商厦地下一层进行电焊作业时，电焊熔渣掉在地下二层家具商场的沙发上，引发火灾。发生在地下二层的烈火浓烟很快扩散到地下一层和地上各层，当时，地上4 层的夜总会正有400 多人聚会，下楼的通道被烟雾毒气封闭，一时疏散不力，竟造成309 人死亡，7 人受伤。洛阳大火是我国地下建筑火灾中死伤人数最多的一次。

图1 地下建筑消防系统的基本构成

（2）可威胁建筑基础结构的安全

一般来说，作为建筑物承重和支撑体系的墙、柱、梁、楼板、楼梯、坡道等钢筋混凝土构件，具有很好的耐火性能，火灾对这些构件的破坏有直接灼烧危害，或结构性能受到破坏。钢筋混凝土结构在火灾中严重损伤甚至倒塌的情况并不鲜见。

就地下空间火灾而言，“可威胁建筑基础结构的安全”并不是在危言耸听。尽管处于整个建筑的基础部位的钢筋混凝土更厚重而且热传导系数很小，当发生地下建筑空间火灾时，现场温度比地上建筑火灾的温度要高很多，加之散热困难，钢筋混凝土自然冷却所用的时间会更长，基础构件表面的裂化程度会更严重。这说明建筑构件在温度场作用下，钢筋混凝土材料性能发生严重劣化，导致结构不同程度的损伤和承载力的下降。

决定构件温度场的主要因素是火灾的温度-时间过程、构件的形状、尺寸和混凝土材料的热工性能等。有研究表明，火灾温度超过600℃、采用水冷却的混凝土在工程上已失去利用价值；高性能混凝土在高温作用下，很容易产生爆裂的现象，导致钢筋外露、直接受火，降低承载能力。加上天花板、PVC 下水管道、电线和照明设备的烧毁，地下空间火灾对整个建筑结构安全产生的威胁可想而知。

地下空间火灾向建筑工程、建筑材料、消防技术等领域提出课题

地下建筑空间火灾的严重危害性和后续带来的巨大损失向建筑工程、材料科学、消防技术领域提出了挑战。火灾后人们最关心的问题之一是建筑物过火部分的安全问题，而地下空间火灾过后，因伤及了隐蔽的建筑基础部分，人们更加关心地下和地上整个建筑的安全问题。这是关系到经济发展以及火灾后社会稳定的重大问题，也是火灾工程研究的跨学科重要课题。

对于地上建筑火灾后的工作是组织专业人员对建筑结构和建筑构件的损坏程度做出评价，提出经济合理的拆除或修复加固处理方案，尽快地恢复生产和使用，减少经济损失。对于涉及建筑物基础的地下空间火灾后的评估，由于课题的交叉性和复杂性，针对火灾受损钢筋混凝土结构可靠性评估的研究较少。

对建筑工程领域提出的挑战涉及了钢筋混凝土结构基本理论、结构可靠性理论、优化设计理论、建筑火灾安全设计理论、结构抗火设计研究以及对火灾后受损结构维修加固策略及施工工艺等多个方面。

对材料科学领域提出的挑战涉及了建立对火灾后钢筋混凝土结构及构件有效统一的安全性、适用性、耐久性检测及标准、建筑材料在高温环境下的特性变化、不同的冷却方式对建筑材料的力学性能的影响、火灾后建筑物的加固材料多个方面。

只有从基础理论研究和火灾工程实践的结合中才能制定出能够反映最新科研成果的规范标准，再用于指导工程实践。

3 大型空间建筑综合体——城市消防的“软肋”

大型空间建筑综合体（简称大型综合体）有很多种类：①机场、码头、车站等交通枢纽，其特点是大空间、多层次、立体交集，被称为大体积建筑；②大型购物中心、超级商场，其特点是虽然层间不很高，但平面面积很大，被称为大面积建筑；③写字楼群、综合性剧场、礼堂、展览馆、体育馆，其特点是采用中庭共享空间。这些建筑的共同特点是空间高（单层层高达10 ～16 米甚至更高），面积大（单层面积达2 ～4万平方米甚至更大），与辅助建筑组合在一起共同形成了庞大的建筑综合体（建筑面积达10 多万平方米）。

随着科学技术的不断发展，不仅钢材与混凝土提高了强度，新型建材的种类也大大增加，各种合金钢、特种玻璃、有机材料开始广泛应用，为大空间建筑实现轻质、高强的覆盖屋顶实现了有利条件。在结构体系方面，除了传统的梁架、桁架体系得到了发展，薄壳、折板、网架、悬索，以及张拉、悬挂、充气等新型结构也得以应用，实现大空间建筑的技术手段扩大到了以前根本无法想象的范围，见图2 上海虹桥交通枢纽。

大体量、多功能的大型空间建筑综合体具有客流高度密集、多种系统设备共存、多种交通工具交集、包含着大量的致灾因素的特点。火灾是这种建筑的主要灾害之一，对其的重视程度排在了地震、爆炸和水灾的前面。对这类建筑综合体的消防设计，既具有一般公共建筑消防设计的共性，又因其面积大、空间高、使用功能特殊，消防设计具有一定的个性。

图2 大型综合体——上海虹桥交通枢纽

大型空间建筑综合体的火灾特性

超大空间建筑由于自身的特点决定了其火灾特性与一般建筑不尽相同。

（1）火灾诱因多

大型空间建筑内部人流密集、功能复杂，设备繁多，存在着多种火源和大量的可燃物，不仅起火因素复杂多样，而且危险大。大型空间建筑的起火原因与一般建筑物起火原因相似：有因为使用明火不慎引起的，有因为化学或生物化学的作用造成的，有因为用电电线短路引起的，也有因为人为纵火引起的。

（2）氧气足、燃烧稳定，空间大、烟气扩散弥漫

燃烧能否成灾，在很大程度上依赖于限制火灾生长、扩散的手段及灭火的措施和计划是否完备。大型空间建筑中供氧充足，火源燃烧稳定，烟气产生量取决于可燃物的成分，不会发生轰燃现象。建筑空间高大，一旦火灾发生，烟气容易扩散弥漫；即使着火点所在区域的空调系统联动关闭，但相邻区域的空调系统仍在运行，会造成层化后的烟气加速水平向扩散，未被封闭的楼梯间，自动扶梯，管道井，排气道，均成为火灾蔓延的通道。而且火灾燃烧中的火羽流还会随烟气通过开敞的途径向四周传播，使火灾影响范围扩大。

（3）火灾探测和自动消灭难度大

大型空间建筑普遍具有“高、大”的典型特点。高大的空间导致顶棚处难以聚集足够的烟气、热量，致使常用的点型感烟、感温火灾探测器、普通自动喷水灭火系统难以发挥功效。消防系统的设计是此类建筑消防设计的难点，主要体现在防火分区设计、火灾自动报警系统设计、自动喷水灭火系统设计、防排烟系统设计等几个方面。

（4）人员密度高、疏散困难

超大空间场所多为人员密集的公共场所，绝大多数人对场地疏散路线不熟悉，更不了解建筑布局及周围环境。在火灾情况下，人员容易惊慌，加上空间大、疏散距离长、能见度差、心理恐慌等因素，如果在防火设计上面出现问题，很难做到及时、有序地逃生。

（5）不同功能区域的火灾强度有较大差别

大型空间建筑是将多种使用功能体现在一个封闭的空间内，通过步行道、楼梯、自动扶梯、电梯等相互衔接串联，形成了功能的连续和空间的衔接。由于空间内各功能部分的火灾荷载不同，不同功能区域的火灾强度有较大差别。

大型空间建筑综合体对传统的建筑防火设计提出严峻挑战

由于大型空间建筑综合体在建筑结构和使用功能上的特殊性，其火灾发生发展的规律十分复杂，目前还十分缺乏关于这类火灾的基础资料和实验数据。建筑结构形式和造型的不断创新，功能的越来越复杂和综合化，大大突破了现行国家规范的规定，使传统的建筑防火技术和“处方式”的防火设计方法显露出明显的不足和多方面的局限性。如何有效防治大型空间建筑综合体的火灾，是当前消防领域面临的严峻的挑战。这些挑战主要表现在以下几个方面。

上海虹桥交通枢纽

（1）防火分区划分问题。为了满足建筑物使用功能的完整性要求和结构特点，许多大型空间建筑或其中的某些区域不能按照现行规范标准划分防火分区，防火分区的面积大大超出规范要求。

（2）安全疏散设施问题。由于建筑体量大，需要疏散的人员多，疏散距离过长，安全出口不能直通室外等，使安全疏散设施不能满足规范要求。

（3）防火分隔方式问题。为了满足建筑物的使用功能、结构特点及美观要求，一些大型空间建筑不能按照现行规范进行防火分隔。

（4）结构的抗火设计问题。由于建筑物的使用功能和美观要求，无法对结构进行防火保护或无法达到规范要求的耐火时间。

（5）排烟系统设置问题。对于某些超大空间建筑综合体的防排烟设计现行规范没有涵盖；一些建筑由于体量超大，现行规范规定的排烟量在工程上无法实现；某些建筑或其中的某些局部无法按现行规范规定设置机械排烟系统。

（6）灭火系统设置问题。对于超大空间建筑的灭火措施现行规范没有涵盖；某些具有特殊使用功能的建筑或其中的某些局部无法按照现行规范设置灭火设施。

这些问题都是依据国家现行规范、采用传统防火设计方法无法解决的难题。这也清楚地表明了消防领域当前面临的矛盾，一方面是经济建设发展越来越快，传统和非传统的致灾因素越来越多；而另一方面是消防技术的落后和消防规范的滞后。

随着性能化防火设计方法的引入，相关人员发现若要做好大型空间建筑的消防设计，还有三个方面的问题需要进一步深入研究。

• 大型空间建筑的结构安全性

作为建筑体系中起安全作用的结构，承载着整个建筑的生命，同时也是人们在危险境遇下最后的防线，因此掌握超大空间建筑结构的特点、安全性指标，对结构的防火保护、抗火设计就显得尤为重要。

• 大型空间建筑的火灾发展模型

这是进行性能化防火设计的基础，主要包括火源模型、火羽流模型、顶棚射流模型、轰燃的临界热时放速率模型、烟气流动及其控制模型、以及防排烟设计、人员疏散设计等。现有的火灾发展模型大都是在普通建筑条件下建立的，直接应用于大型空间建筑上未免有些牵强。

• 大型空间建筑内可燃物品的火灾蔓延规律

尤其是对内部可燃物品火灾蔓延的特性、大空间内部的典型部位的燃烧对整个大尺度建筑的影响等问题，还缺乏进一步的理论分析和实验验证。其火灾蔓延规律将直接影响整个大型空间建筑消防设计的效果，是进行性能化消防设计的基础。

当前，大型建筑综合体的消防设计已经受到特殊的重视，相关的工程技术人员，特别是从事消防设计的工程师们，正以大胆的创新精神、严谨的科学态度、认真地面对由于大型空间建筑的特殊性所带来的消防设计的新挑战。