超高层建筑新型安全疏散技术的设想

丁威 刘宏 冯涛

摘要：近年，国内外许多城市涌现出各种地标性建筑，其中大都属于超高层建筑范畴，而我国消防行业现今对超高层建筑安全疏散技术的创新并不是特别关注。本文以实际在建的超高层建筑为例剖析超高层建筑的特点，设想新型的超高层建筑安全疏散技术，即性能化消防水箱和性能化疏散滑梯，为性能化设计的发展提供思路。

关键词：超高层建筑; 新型安全疏散技术; 性能化设计

1   引言

超高层建筑概念最早源于二战后的美国，改革开放至今，中国经济飞速发展，城市化进程加速，新一轮的城市化使城市人口急剧增加。因此，在寸土寸金的市中心地段，地产商建设超高层建筑成为一种双赢选择。

新的国家标准《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）自2015年5月1日起施行，并于2018年10月1日开始实施修订版。本文结合几例超高层建筑，重点构思其安全疏散方面的技术，对未来的安全疏散技术进行设想，希望可以推动中国超高层建筑的安全疏散技术的升级优化，保护人民的生命财产安全。

根据《建筑防火设计规范》（GB50016-2014）中对民用建筑分类的规定，建筑高度超过100 m时为超高层建筑（不论住宅及公共建筑）。结合工程实际，本文中将超高层建筑定义为：层数在40层及以上且高度在100 m以上的建筑。

2   超高层建筑安全疏散现状分析

2.1  超高层建筑优点

超高层建筑作为现代建筑技术的结晶，自然而然地成为展示发展成就的有效手段。超高层建筑的优点主要体现在：超高层建筑具有很好的环境和谐性，具备一定程度的宜居性，居住高度的差异也会提升住户的心理体验。超高层建筑具有综合性聚居的优势。

2.2  超高层建筑安全疏散现行规范

对于现今国内的超高层建筑的安全疏散原则，《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）中规定：①合理布置疏散路线。通常是从着火区域到公共走道，再到疏散楼梯间，最终到达安全区域。②疏散楼梯的位置和数量要设置合理。③禁止设置袋形走道，以免疏散人员被困。④辅助安全疏散设施要安全可靠，如救生软梯、救生绳、救生袋、缓降器等。⑤超高层建筑内部必须要设置避难间或避难层，楼顶要有直升机停机坪。

2.3   超高层建筑安全疏散现状

2.3.1  超高层建筑概述

为方便分析，本文将超高层建筑简单划分为：筒式超高层建筑、锥塔式超高层建筑和性能化超高层建筑三类。

天津高银117大厦，结构总高度为597 m，单体建筑面积为84.7万m2，地下3层，局部4层，地上117层。117大厦首层为4200 m2，并且向上以0.88o的角度逐层缩小至顶层的2100 m2，塔楼顶部为庞大的钻石造型，为典型的筒式超高层建筑。筒式超高层建筑与其它类型超高层建筑最大的不同点在于顶部有大面积的露天平面空间。这样的大空间非常适合建设直升机停机坪，为超高层建筑的直升机救援提供便捷。

正在建的武汉绿地中心大楼可以归类为锥塔式超高层建筑;造型独特的迪拜帆船酒店可以被看作性能化超高层建筑。对于这两类超高层建筑，本文中不作具体分析。

2.3.2  超高层建筑安全疏散方面的不足

第一，电梯。虽然很多高层建筑火灾中都有成功利用电梯疏散的记录，但是火灾发生时，电梯梯井容易产生烟囱效应，并且可能由于电梯断电而困住逃生人员，因此电梯不适合作为逃生疏散工具的首选。

第二，消防云梯。现今国内各大城市中，只有极少数城市的消防队装备了100多米的“最长消防云梯”，而超高层建筑动辄几百米高，消防救援人员很难使用消防云梯来救助全部被困人员。

第三，消防直升机。消防直升机救援是应对超高层建筑火災的一种有效手段，但是受限于救援直升机数量、城市限飞令等因素，国内各城市空中救援力量还未成型。

第四，避难层或避难间。一方面，被困人员可能并不确定避难层或避难间的位置;另一方面，如果避难层或避难间处于火灾现场内部，可能会困住待救人员，并且火灾的高温热效应可能使人员受到伤害。

3   超高层建筑安全疏散技术的设想

3.1  性能化消防水箱设计

一般来说，消防水箱的设置对于扑灭初期火灾的成败有决定性作用。对于超高层建筑，为了留出足够空间的直升机停机坪，建筑顶部一般不会设置传统的消防水箱。本文提出的性能化消防水箱主要是应对筒式超高层建筑的火灾，尤其是建筑外部火灾，必要时，性能化消防水箱也可以发挥应急灭火作用。

性能化消防水箱设计是指将筒式超高层建筑的顶部几层建设出可以作为储水区的独立空间（图1），并通过多种消防系统发挥其消防水箱的作用。设计的具体思路为：

3.1.1  建造与储水

对建筑顶部几层重新设计，按图1所示，内墙体与外玻璃幕墙之间做一个空心圆柱形的储水空间。由于超高层建筑顶层有时难以供水，必要时可以通过排水系统收集储存过滤后的雨水。为保证旱季的储水充足，消防水箱可以使用特制保湿材料。

3.1.2  灭火方式

性能化消防水箱的底部，采用三分甚至多分泄水法。所谓三分泄水法，即通过底部可控闸门，对特定区域进行放水，以使性能化消防水箱能够发挥最好的灭火作用。以2016年5月南京隆盛大厦火灾为例，明火沿外墙在3分钟内从6楼迅速烧至26楼，可以说，高楼外部火灾一般只是沿着某些方位蔓延，进行三分泄水法是达到最佳灭火效果的一种设想。在建造超高层建筑前，工程组可以通过数据模拟来确定达到最佳灭火效果的方式。

3.1.3  消防水箱的安装

对于性能化消防水箱，设计时要注意其重心问题，防止建设完成后，由于消防水箱重心偏移而引发一系列安全问题。由图1来看，可控泄水处的宽度必须小于墙体对装置的承载宽度。

3.1.4  給水模式

现阶段，较为常用的几种超高层建筑分区给水模式主要包括分区串联供水、分区并联供水和分区减压给水。在筒式超高层建筑中，性能化消防水箱宜选择分区并联供水的给水模式。分别在高层建筑低层、中层、高层等区域设置一个水泵、水箱，确保其可以向每一个区域稳定、安全供水。

3.1.5  自动报警系统

性能化消防水箱设计主要是针对筒式超高层建筑的外部火灾，而当前的自动报警系统基本是针对室内火灾，所以需要建造其独立的自动报警系统。一方面，可以在建筑四周的高楼顶层架设至少3部感光火灾探测器（由于空间距离原因，其它类型的火灾探测器难以发挥作用），并通过蓝牙技术与消防控制室相联系，发挥其报警作用;另一方面，可以在建筑外表面合理布置感烟火灾探测器和感温火灾探测器，以便及时向消防控制室传递报警信号，促使性能化消防水箱发挥其灭火作用。

3.2  性能化疏散滑梯设计

性能化疏散滑梯是指在两栋不同高度的建筑间架起一段具有特定疏散功能的滑梯（图2）。设计的具体思路为：

3.2.1  疏散功能

“滑梯”宜建在两栋高低不同的建筑之间，高的一端建在超高层建筑的避难层，方便超高层建筑中高层的逃生人员进行疏散，底部放置在略低的高层建筑的顶部，这样设计可以提供足够的疏散空间，防止疏散时发生拥堵踩踏现象。同时，为了更好地发挥性能化疏散滑梯的疏散功能，“滑梯”必须采用符合力学的建筑结构以支撑疏散时的人员压力。建造前，宜使用数据建模，综合考虑风力、雨水、人员数目等多方面因素，建造结实耐用的性能化疏散滑梯。

3.2.2  环保节能功能

性能化疏散滑梯只具有疏散功能的话，功能过于单一，成本高，不符合当今多元化的设计理念。本设计中采用太阳能电池板作为特殊情况的“滑梯”，太阳能电池板表面光滑，在正常工作时可以为整栋楼提供清洁能源，应急疏散时作为合理快捷的疏散通道，节能环保，并符合时代要求。

3.2.3  安全防护措施

在人员进行安全疏散时，为了防止人员方向偏离，滑出“滑梯”，造成人员伤亡，可以在滑梯两边建造相应的扶手，并将“滑梯”设计成带有微弧度的构造。

3.2.4  排水方式

由于性能化疏散滑梯的外表面铺着太阳能电池板，“滑梯”必然是露天放置，所以相应的排水问题需要考虑。本设计中，“滑梯”的底部设置在一稍低的高楼顶部，故需要考虑增加该高楼的排水预算。

4   结语

综上所述，超高层建筑安全疏散技术的发展更趋向于性能化发展。结合建筑的地理条件、使用功能、外部造型等因素，融入高新技术，做出符合安全要求的性能化设计是消防技术发展的必然趋势。合理的性能化设计不仅要考虑技术施工，还要考虑成本、建筑实际情况和当地消防装备实际水平。消防技术是一个庞大的实用领域，随着各种高新技术的发展和融入而呈现出边缘化、精细化、交叉化和高端化的发展趋势，有着巨大的发展空间。

作者简介：

丁  威（1994-），男，中国矿业大学安全工程学院在读研究生，研究方向：建筑防火及应急救援设计。

冯  涛（1990-），男，浙江省温州市消防救援支队永嘉县消防救援大队，防火参谋。

通讯作者：

刘  宏（1985-），女，中国矿业大学安全工程学院，讲师，硕士生导师。研究方向：建筑用防火保温材料的设计、改进及性能研究;建筑防火及应急救援方法、设备的研究。

参考文献：

[1]    GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].

[2]    曹玉龙.超高层住宅设计的技术对应措施研究[D].湖南大学，2013.

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[4]    张梅红，赵建平.超高层建筑防火设计问题探讨[J].消防科技与技术，2010，29（3）：217.

[5]    司  戈.高层建筑非传统安全疏散理念探讨[J].消防科技与技术，2009，28（6）：404.

基金项目：

国家重点研发计划项目（2016YFC0802907），江苏高校优势学科建设工程资助项目。