超高层建筑消防安全对策案例分析

张绍国ZHANG Shao-guo（遵义市公安消防支队）(Zunyi Police Fire Brigade)

超高层建筑消防安全对策案例分析

张绍国
ZHANG Shao-guo
（遵义市公安消防支队）
(Zunyi Police Fire Brigade)

文章总结最近几年因建筑超高引发的火灾事故的原因，并对建筑施工过程中存在的技术难题进行分析。参照国内建筑施工中建筑超高时的消防设计和性能化论证项目，根据大城市的超高层建筑技术解决策略：对设定防火功能分区、电梯使用的应用、重力给水等方面，同时结合消防安全的整体理念设计，为防火技术在超高层建筑的使用明确了新的方向。

超高层建筑；消防安全；火灾荷载

目前，我国大城市超高层建筑越来越多，城市的构造逐渐向高空延伸，究其原因，主要是因为迅速发展的经济以及呈直线上升的城市人口导致城市土地资源匮乏。大城市中紧张的用地难题通过超高层建筑的确可以解决，但是它依然存在很多危及安全的隐患问题，其中，消防安全问题尤为突出，亟需解决。

1 超高层建筑的火灾特点及消防难题

1.1 火灾荷载大

在室内，可燃物数量的衡量参数是火灾荷载，室内的火灾载荷大不仅会使火灾发生时的温度达到最高，同时还会导致有毒、有害气体及其大量浓烟产生。通常高耸入云的摩天大楼往往装修最为豪华，内部相应的设施如水、电、网也应有尽有，密密麻麻似蜘蛛网的电线和网络线路都是火灾发生的易燃物。

1.2 火灾蔓延迅速

超高层建筑的结构分为横向和纵向两种，横向结构包括吊顶、空调风管、排烟管道，纵向结构包括中庭、楼梯井、电梯井、各类管道电缆井、通风井等，这些连通空间在内部纵横交错，一旦火灾发生，这些内部的连通空间就成为了火势蔓延的主要通道。此外，尤其要注意纵向结构（竖井），当超高层建筑发生火灾时，火势会顺着竖井蔓延形成“烟囱”，且“烟囱”效应与竖井的高度成正比；“烟囱”效应抽力非常大，致使烟火向上蔓延的速度可达3～5m/s，在1min内，烟火顺着竖井蔓延的高度可达到200m，高耸入云的摩天大楼在瞬间就会变成火海；“烟囱效应”与建筑物的高度成正比，当建筑物足够高时，烟雾顺着竖井扩散的速度高达8m/s，此时烟雾还会降低室内的能见度，减少人员的逃生机会

2 超高层建筑的火灾特点及消防难题

2.1 人员疏散困难

1）安全疏散手段有限。消防员在建筑外部进行被动救援常用的登高设备就是消防登高车，但当前我国的登高车辆数量不多且高度还受到局限，在广东省内，能够勉强对超高层建筑（高度≥100m）进行登高救援的只有广州市和深圳市，对于其他城市来说，能够保障的救援高度仅仅为30m左右。不过外部登高救援手段易受环境的影响、操作难度大，效率不高，并非安全疏散人群的最佳手段。

2）疏散距离远、时间长。超高层建筑的室内可容纳数万人，加上建筑物中楼层较多，延长了疏散的距离，疏散通道也十分有限，数万人从建筑物中安全疏散需花很长时间。一般情况下，1～5人 /m2是人流密度，0.60～1.35m/s是水平行进的速度，1.5～3.6m/s是人在在楼梯上垂直行进的速度，3～4m/s是烟雾垂直方向扩散的速度，人员垂直行进的速度明显慢于烟雾垂直方向扩散的速度，而超高层建筑中8m/s的烟雾垂直方向扩散速度更是增大了人员安全疏散的难度[1]。

3）疏散人流拥挤。超高层建筑往往用作写字楼、酒店、商厦，这种场所本身的人流量就大，在发生火灾进行疏散时，人本能的求生欲望和恐惧心理会导致人群一窝蜂地聚集在出口处，慌乱中很容易发生踩踏事件，使人员的疏散效率降低。

2.2 火灾救援难度大

火灾发生时，救援的难度一般都比较大，主要表现在：进攻难，一般在超高层建筑的主体建筑周围都会建裙房，从而局限到外部救援；此外超高层建筑都是大面积玻璃幕墙，当受到火焰炙烤时，容易升温、碎裂而形成“玻璃刀”，从而使楼下参与救援的消防车、器材装备和救助人员受到严重的威胁；登高难，在实施登高救援时，消防员都是负重登高，且总是与人流对撞，严重降低登高速度，影响灭火救援的效果；排烟难，火灾发生时由于登高设备以及玻璃幕墙的影响，增大了破拆玻璃窗进行自然排烟；供水难，火灾发生时，极易导致大楼断电、消防泵失效，增大了向上供水的困难[2]。

3 超高层建筑消防对策案例

3.1 电梯疏散在超高层建筑中的应用

目前我国针对建筑层高达440m以上的超高层建筑的性能化应用了不同形式的结合方法，即电梯结合方法与不同区域不同阶段的结合策略，也就是说，在每一层有失火情况的时候，最先对本楼层的人员及与之相关楼层的人员进行撤离，使用电梯进行人员撤离的前提是已确定本次灾情会影响到人身财产安全；并对采用电梯结合疏散楼梯疏散的人员运动情况进行了计算模型和实体实验。针对以上现象，主要应用STEPS行人仿真软件与有关标准、相关数据共同模拟计算完成。同时，设定3个本次实验需要的模拟场景。现场一：只允许使用楼梯进行全部人员的撤离。现场二：全体人员可以共同使用疏散所用的电梯和楼梯进行安全撤离。但是，为了让最终的两种疏散人群的整体所用时间是相同的，需通过软件模拟和控制使用电梯和使用楼梯的人。现场二是本次实验所需要的最好场景。现场三：全体人员进行撤离时，需共同使用疏散电梯和楼梯，但是，在此场景中，撤离的人员需由软件随机选择撤离通道。为了取得疏散时间相近的真实情况。所得结论：在疏散开始的90min后，仅用楼梯疏散时，有99%以上的人员已经成功撤离楼塔，如果再以穿梭电梯辅助，时间减少14min，缩短到76min，这样不但提高了疏散的及时性，而且提高了安全性。

3.2 重力供水的应用

以珠江新城西塔设计的具有103层、432m高的消防给水系统为例。室内消防所用的水源是水池，容积600m3、塔楼102层的高位消防水池。室内消防系统可同时使用该高位消防水池里的水，在火灾延续时间内，在底下四层有容积为150m3的消防水池，可以用于转输水泵抽水及水泵接合器供水。分区减压水箱和消防转输水水箱有效容积均为60m3，并分别设置在66层和30层，为了与各区的消防给水管网连接，各区的消防减压水箱和高位消防水池分别设置两根DN200出水管，为了在火灾延续时间内将高压消防水池注满全部的消防用水，设计者所使用的新型混合消防给水系统，主要是利用常高压与临时高压相结合、串联式重力供水的原理，这是根据性能化消防设计所作出的对策。对于绝大多数的楼层来讲，可不用水泵，这可减少建造泵房所用面积和消防设备数量，因为绝大多数的楼层，相当于常高压给水系统。在我国被称为第一高塔的广州塔中，其消防系统也使用重力消防供水的方法。为了方便年总蓄水量540t、85层的重力水箱滑动，滑动路线安装在水箱下面。在整个重力供水消防系统，其作为重要组成部分，当楼下断电，火灾发生的时候，其可像平时一样正常运行的这套设备，依靠自身重力，水同样可以到达消防水管，这也就是其特殊之处[3]。为了实现供电线路的温度及通电情况的预警和监测，为这套系统的供电线路接入了特殊的电路监测系统。许多专家表示：对于超高层建筑而言，依靠重力实现高位水箱供水，这样会更加可靠、安全。

4 结束语

以超高层建筑目前在我国发展的速度来看，当其发生大型火灾时，现有的消防设备及消防水平还不能满足要求。

所以，在发展超高层建筑时，为了使超高层建筑火灾的发生及危害在可控的范围内，需考虑现有的装备、技术水平。随着科技的发展，超高层建筑的高度不断提升必然会带动超高层建筑消防水平的提升。为了解决火灾发生时，因高度问题在超高层建筑中造成的消防扑救受限的问题，为了给所用灭火剂提高传输高度，需对现有的系统、车辆等的性能提升和改进。从根本上突破灭火高度的限制，更重要的是发展新型的飞行消防装备。例如：为适用超高层建筑火灾的扑救及监控，可使用无人旋翼飞行机器人，因其可靠性高、可自主飞行控制、并能在复杂的城市环境中定位和导航，同时为了形成统一化、一体化的集成系统，可以融合先进的火情监测系统、扑救技术指导。

[1]司可.塔式高层建筑火灾应急管理机制研究[D].北京：中国矿业大学，2016.

[2]王立，况凯骞.超高层建筑消防安全对策案例分析[J].消防科学与技术，2012（2）：143-145.

[3]王艳，张亚锋.高层建筑幕墙火灾特性与防治对策[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2011（4）：72-76.

Case Analysis of Fire Safety Countermeasures for Super High-rise Buildings

This paper sums up the causes of the fire accidents caused by the super high buildings in recent years, and analyzes the technical problems existing in the construction process. Referring to the design of fire protection and performance-based demonstration project in the construction of domestic construction, according to the technology solution strategy of super high-rise building in big city: To set fire function zoning, application of elevator use, gravity water supply and so on, combined with the whole idea of fire safety, the new direction of fire protection technology in super high-rise building is clarified.

super high-rise building; fire safety; fire load