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關(guān)鍵詞:超高層建筑防火;滅火救援;新方案;空中輸送通道
1 超高層建筑滅火救援研究的意義及難度
超高層建筑象征著一個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平,近年來一些地標(biāo)性的超高層建筑不斷興建。而隨著城市用地的緊張一些住宅類建筑也逐步向高層甚至超高層方向發(fā)展。但隨著建筑高度的增加,建筑防火問題也就顯得異常嚴(yán)峻。超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi),撲救非常困難,很容易造成重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡,社會影響極大。因此針對超高層建筑的滅火救援研究就顯得十分必要。超高層建筑由于高度的原因,供水較為困難,其次針對火災(zāi)蔓延后的撲滅工作及高處人員救援工作也較難進(jìn)行。對這些問題的研究對超高層建筑的滅火救援工作將有非常大的幫助。
2 超高層建筑群的含義及國內(nèi)分布現(xiàn)狀
通常超高層建筑定義為高度在 100 m以上或?qū)訑?shù)在40層以上的建筑,國際上普遍將高度100 m以上的建筑稱為超高層建筑。而超高層建筑群即多棟聚集在一起的超高層建筑,通常出現(xiàn)在城市的商業(yè)中心,按其分布特點大致可分為一高多矮型、多高多矮型、等高型三種形式。隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展,一些城市的核心地段不斷興建超高層建筑,逐步形成了超高層建筑高度密集聚集于同一小片區(qū)域,從而形成小范圍的超高層建筑群。最具代表性的如上海的陸家嘴地區(qū)由上海環(huán)球金融中心、上海中心大廈和金茂大廈及周邊建筑形成的金三角超高層建筑群。此外一些大型地產(chǎn)項目近年來也開展了眾多超高層建筑群住宅項目,并且規(guī)模和數(shù)量都在逐年增加。
3 現(xiàn)有超高層建筑滅火方法及優(yōu)缺點
眾所周知超高層建筑防火問題是一個世界性的難題,世界各國科技界和工程界在實踐下總結(jié)了許多可靠的經(jīng)驗和方法。
1)建筑自動滅火系統(tǒng)
從結(jié)構(gòu)本身入手,采取不燃或難燃材料進(jìn)行建筑裝飾。完善結(jié)構(gòu)的水滅火系統(tǒng),做好防火規(guī)范要求的內(nèi)容。此方法優(yōu)點是能夠從起源出防止火災(zāi)的發(fā)生,并且將火災(zāi)控制在一定的范圍內(nèi)。缺點為一旦遭遇外部巨大影響如美國911事件中飛機(jī)撞擊等將失去滅火效果。并且其依靠消防員進(jìn)入建筑內(nèi)部進(jìn)行滅火作業(yè),到達(dá)著火點所需時間較長,火勢容易蔓延且一旦失去控制后外部滅火措施很難起到作用。
2)消防水車滅火
消防車具有機(jī)動性強(qiáng),可由消防水池給水,面對較低樓層火災(zāi)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢,且有一定的救援能力等優(yōu)點。但目前舉高消防車的最大舉高高度在100米左右,最大射水距離也不超過150米,這對于超高層建筑的較高樓層來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
3)直升機(jī)滅火
直升機(jī)飛行速度快,機(jī)動性強(qiáng)對于出行受限 、交通擁堵 、無法在第一時間內(nèi)到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場等情況具有獨(dú)特的吸引力和無可比擬的作戰(zhàn)優(yōu)勢但由于運(yùn)量小,且受可視狀況影響較大,晚上作業(yè)風(fēng)險高。
4)火箭彈滅火
目前有研究利用火箭彈精確制導(dǎo),攜帶滅火彈頭進(jìn)行滅火的技術(shù),射程高,穿透力強(qiáng),精確度高等優(yōu)點。但危險系數(shù)高,易誤傷人員安全且不能提供救援手段,目前應(yīng)用不多。
4 以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援新方案的概念及適用條件
以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援新方案即將一定區(qū)域的超高層建筑看做一個體系利用相鄰的高層或超高層建筑的高度優(yōu)勢對起火建筑提供輔助的外部滅火救援的一種滅火思路。此方法突出優(yōu)點是建立了群防的概念,即將一定區(qū)域的房屋看做一個綜合的防火體系,進(jìn)行聯(lián)合防火和救援。此外,由于借助周圍相鄰建筑的高度優(yōu)勢,可以在很大程度上解決超高層建筑因高度而造成的滅火救援難度。建立超高層建筑之間的橫向水平聯(lián)系機(jī)構(gòu),從而實現(xiàn)消防水帶的水平移動,并結(jié)合地面舉高消防車,從而完成對建筑全高度的滅火覆蓋。借助于超高層建筑避難層的設(shè)計,通由水平聯(lián)系機(jī)構(gòu)實現(xiàn)一定人數(shù)的避難人員向相連建筑的緊急逃生。
以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援方案必須滿足一定的適用條件,即對建筑物群內(nèi)各建筑的建筑高度,建筑間水平距離,區(qū)域風(fēng)向,建筑立面及外墻構(gòu)造措施等有一定的要求。首先高度方面,對于等高型超高層建筑群可以等高設(shè)置水平聯(lián)系裝置。對于一高多矮型超高層建筑群在下部可以等高設(shè)置水平聯(lián)系裝置,在上部可以由各較矮建筑樓頂向最高建筑各層設(shè)斜向水平聯(lián)系裝置。而對于多高多矮型超高層建筑群則可根據(jù)情況混合布置兩種水平聯(lián)系裝置。在建筑立面方面需要確定水平聯(lián)系裝置的固定位置,以達(dá)到最少的固定點和覆蓋最大面積的相鄰建筑外立面為最佳。此外,建筑避難層的設(shè)計應(yīng)當(dāng)考慮人員的逃脫出口等問題。
5 以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援方案的構(gòu)成與具體構(gòu)造措施
以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援方案的主要構(gòu)成為建筑群內(nèi)單個建筑內(nèi)部的消防供水系統(tǒng)、聯(lián)系相鄰兩個建筑之間的水平向的聯(lián)系裝置以及其上滅火救援裝置。
以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援方案的前提是建筑群區(qū)域內(nèi)每棟建筑都有完善的水消防系統(tǒng),且能夠保證建筑的中部及頂部相應(yīng)位置擁有足夠的消防用水和供水能力。每棟建筑根據(jù)與相鄰建筑的距離,高度,立面情況及模型分析等情況設(shè)置相應(yīng)的消防供水出口。本部分可結(jié)合超高層建筑的避難層進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計。其次是相鄰超高層建筑之間的聯(lián)系。根據(jù)具體情況的不同,可采用纜索進(jìn)行、鋼桁架等方式進(jìn)行連接。若相應(yīng)條件允許,此連接可永久固定于兩相鄰建筑中。若不允許,則可收納于相應(yīng)建筑內(nèi)部連接點處,待緊急情況下可通由發(fā)射裝置或直升機(jī)等飛行器進(jìn)行快速連接。滅火救援裝置則附在水平聯(lián)系構(gòu)件上,由消防水帶和可遙控的噴頭(可借鑒現(xiàn)有的消防水炮)組成。滅火時可由剛纜索將消防水帶引出到預(yù)訂距離,開通消防閥門,調(diào)整噴頭方向,對著火建筑物進(jìn)行滅火。同樣可在纜索上設(shè)計逃難箱,供人員逃生用。
6 相關(guān)制度的建立及要求
以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援方案必須依賴于相應(yīng)制度的建立。在現(xiàn)有消防體系下,著重建立區(qū)域性超高層建筑群聯(lián)防機(jī)制。在超高層建筑群內(nèi)每棟建筑建立相應(yīng)的消防站點,配備專業(yè)的消防人員,在本棟建筑發(fā)生火災(zāi)后能夠的第一時間進(jìn)行處理并將火災(zāi)的具體情況進(jìn)行匯報。相鄰建筑則隨即進(jìn)入滅火狀態(tài),人員就位并進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試,等待消防指揮部的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作。此法可在最短時間對火災(zāi)進(jìn)行處置并做好了針對火勢擴(kuò)大后的外部救援準(zhǔn)備。與此同時,還必須定期組織防火演練,提高人們的消防意識與火場逃生能力及相應(yīng)設(shè)備的使用熟練度。定期檢測相關(guān)設(shè)備確保所有設(shè)備全天候待命狀態(tài)。
7 結(jié)語
本文提出了一種以超高層建筑群為基礎(chǔ)的滅火救援新方案,此方法巧妙利用了相鄰建筑的高度優(yōu)勢來提供滅火資源。為解決超高層建筑群中超高層建筑的滅火救援提供了一種新的思路和方法。
參考文獻(xiàn)
[1]魏捍東,張智.從央視大火探討超高層建筑滅火對策[J].消防科學(xué)與技術(shù),2010年.
關(guān)鍵詞:消防;超高層建筑;防火對策
1 引言
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,城市人口的持續(xù)增長,城市土地資源日趨緊張,城市構(gòu)造逐步向高空延伸,使得我國城市高層建筑不斷地增多。據(jù)統(tǒng)計,當(dāng)前中國正在建設(shè)的摩天大樓總數(shù)超過200座,相當(dāng)于美國同類摩天大樓的總數(shù),而總部位于美國芝加哥的國際知名建筑研究機(jī)構(gòu)2011年的數(shù)據(jù)顯示,整個后9.11時代,在中國建筑的摩天大樓的數(shù)量占全球數(shù)量的一半還多。以廣州為例,全市大約有7000多棟高層建筑,超高層建筑(指高度超過40 層或高度超過 100m 的高層建筑)就有360棟,其中標(biāo)志性建筑有廣州塔(600m)、廣州國際金融中心(高438 m)、中信廣場(高391m)、珠江大廈(高309.7m)。
超高層建筑作為一個城市的地標(biāo),代表了社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。高聳入云的摩天大樓部分雖然部分解決了特大城市群中用地緊張的困難,卻同時給城市公共安全與可持續(xù)發(fā)展帶來了諸如火災(zāi)等災(zāi)害防控、建筑結(jié)構(gòu)及安全設(shè)計等隱患和難題。如何打造安全、綠色和可持續(xù)運(yùn)營發(fā)展的超高層建筑,是所有業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的話題。
超高層建筑人員與財富集中,一旦發(fā)生火災(zāi),將會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,重大的人員傷亡,并引發(fā)社會震撼效應(yīng)。由于近年來重大火災(zāi)事故、恐怖襲擊以及自然災(zāi)害事故呈增長趨勢,超高層建筑的火災(zāi)安全引起了人們的關(guān)注,中央電視臺新臺址北配樓電視文化中心(TVCC)及廣州珠江新城富力盈泰大廈等超高層建筑火災(zāi)的發(fā)生給城市公共安全管理帶來了強(qiáng)烈的警示。
2 超高層建筑的火災(zāi)特點及消防難題
超高層建筑由于其特殊的構(gòu)造和功能要求,致使其內(nèi)部火災(zāi)荷載大,火勢蔓延迅速,人員疏散困難,救援難度大,形成重大火災(zāi)的隱患大。
2.1 火災(zāi)荷載大
火災(zāi)荷載是衡量室內(nèi)可燃物數(shù)量的參數(shù),其來源主要包括大量使用的裝飾裝修材料、電氣設(shè)備和日常辦公生活用品,其中不乏各種高分子材料。火災(zāi)荷載大,一方面會增加火災(zāi)時最高溫度,另一方面也容易產(chǎn)生大量濃煙和有毒有害氣體?;馂?zāi)荷載越大,建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后參與燃燒的可燃物就越多,燃燒釋放出來的熱量就越高,發(fā)生轟燃的時間就越短,對建筑物和人員的威脅也就越大。超高層建筑往往內(nèi)部裝修較為豪華,內(nèi)部設(shè)施齊全,電、網(wǎng)絡(luò)線路密如蛛網(wǎng),而這些均是易燃物。2009年2月9日,央視新址火災(zāi),就是因為配樓內(nèi)堆放了大量的裝飾材料,均為易燃物,頂層著火后,幾分鐘就引燃了整座大樓,產(chǎn)生大量的毒氣,導(dǎo)致一名消防指揮員犧牲。
2.2 火災(zāi)蔓延迅速
由于超高層建筑的結(jié)構(gòu)特點,在其內(nèi)部勢必形成各種縱橫交錯的連通空間,橫向如吊頂、空調(diào)風(fēng)管、排煙管道等,縱向如中庭、樓梯井、電梯井、各類管道電纜井、通風(fēng)井等。各種管道和豎井在火災(zāi)中極易成為火災(zāi)蔓延的途徑。尤其需要注意的是豎井,如果超高層建筑內(nèi)的豎井防火分隔存在問題,火災(zāi)中這些豎井就如同一座座“煙囪”,高度越高“煙囪”效應(yīng)越明顯?!盁焽琛毙?yīng)具有很大的抽力,使煙火以3~5m/s- 1的速度迅猛向上蔓延,僅需1min就可將煙火蔓延至200m的高度,頃刻間使摩天大樓成為一片火海,建筑的高度越高“煙囪效應(yīng)”就越明顯,有時煙霧擴(kuò)散的速度可達(dá)8m / s。煙霧還會造成建筑物內(nèi)能見度降低,影響人員逃生。近些年來,新型可燃建筑裝飾材料的廣泛使用,更是改變了火勢蔓延的模式。例如,央視“2. 9”火災(zāi)、“3. 2”烏魯木齊國貿(mào)大廈火災(zāi)、“11. 15”上海高層火災(zāi)都是由于引燃樓體外層保溫泡沫板、擠塑板等墻外可燃材料引起的。高層建筑外墻普遍使用的鈦鋅板,在高溫的作用下易融化,會形成高溫的流體,自上向下流淌,使火情擴(kuò)散到下層。通過可燃材料,火災(zāi)呈現(xiàn)出自下向上、自上向下、內(nèi)外蔓延的立體式火情,使火情迅速波及整個建筑。
2.3 人員疏散困難
2.3.1 安全疏散手段有限
超高層建筑平時垂直交通主要依靠電梯,由于普通電梯沒有防火、防煙、防水等措施,火災(zāi)時不能使用,而消防電梯主要是為消防員撲救火災(zāi)設(shè)置的,普通人員疏散利用率不高。所以目前發(fā)生火災(zāi)時,樓梯是人員進(jìn)行自救逃生、實現(xiàn)安全疏散的重要通道,而要想從摩天大樓中通過樓梯疏散絕非一件容易的事情。
消防登高車是在建筑外部實施被動救援的主要登高設(shè)備,但是我國登高車輛數(shù)量有限,高度有限目前,就廣東省范圍內(nèi),僅在廣州市、深圳市可勉強(qiáng)實現(xiàn)對接近100m超高層建筑實施登高外部救援,對于其他城市而言,救援高度僅能保障三五十米的高度。另外,外部登高救援受環(huán)境影響大,實施難度大,效率低,難以成為主要疏散手段。
2.3.2 疏散距離遠(yuǎn)、時間長
據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,一般的超高層建筑可能容納數(shù)萬人。剛建成的上海環(huán)球金融中心,可容納4萬人,如同城市中的“垂直街道”。由于樓層多,疏散距離長,疏散通道有限,數(shù)萬人要從危險區(qū)域撤離出來,需要很長時間,且高度越高,人員越多,疏散時間就越長。上海金茂大廈曾做過試驗,身強(qiáng)力壯的消防隊員從頂樓向下跑,結(jié)果最快跑出大廈的隊員用時 35min,正常情況下,人流密度為 1 - 5 人/m2時,水平行進(jìn)速度為 0. 60 -1. 35m/s,在樓梯上垂直行進(jìn)速度為 1. 5 - 3. 6m/s,明顯慢于煙霧垂直方向擴(kuò)散速度 3 -4m/s,更比不上比超高層建筑中可能出現(xiàn) 8m/s 的煙霧垂直方向擴(kuò)散速度。
2.3.3 疏散人流擁擠
超高層建筑用途多為寫字樓、酒店、商廈等用途,容納的人員較多,人員密度大,在疏散時,人的求生本能及恐懼心理強(qiáng)烈暴露,往往一窩蜂地會向經(jīng)常使用的出口聚集,行動慌亂,易發(fā)生踩踏事件,極易發(fā)生擁擠堵塞,降低疏散效率,而且在慌亂中,難免發(fā)生踩踏、摔傷等慘劇,嚴(yán)重影響疏散安全。
2.4 火災(zāi)救援難度大
一難在進(jìn)攻難,在超高層建筑的主體建筑周圍往往設(shè)有裙房,外部滅火進(jìn)攻受到限制,且超高層建筑大面積玻璃幕墻受高溫或火焰作用,易碎裂形成“玻璃刀”,時刻威脅超高層建筑四周參與救災(zāi)的消防車、器材裝備和救助人員。;二難在登高難消防隊員負(fù)重登高,人流相對撞,影響登高速度和滅火救援;三難在排煙難,受消防登高設(shè)備和玻璃幕墻限制,以及風(fēng)向風(fēng)力的影響,難以實施破拆玻璃窗進(jìn)行自然排煙;四難在供水難,如果大樓停電,消防泵失效或故障,向上供水就極其困難。
3 超高層建筑的防火對策
超高層建筑火災(zāi)的特點決定了對其實施外部施救的困難,因此,超高層建筑消防工作的關(guān)鍵之處在于防火,要以實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防和人員自救為基點和最終目標(biāo),立足自防自救,采用可靠的防火措施,做到安全使用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。
3.1 合理規(guī)劃平面布局
一是合理選擇位置。根據(jù)火災(zāi)時輻射熱對相鄰建筑的影響,易燃易爆場所火災(zāi)時對高層建筑的影響,以及消防滅火救援和節(jié)約用地等綜合因素,超高層建筑與臨近建筑必須保持必要的防火間距。二是合理規(guī)劃消防車道和消防撲救面。由于超高層建筑體量大,高度高,必須設(shè)置環(huán)形消防車道,主體建筑應(yīng)滿足消防車撲救的需要,盡管目前登高消防車舉高能力有限,但在其有限操作范圍內(nèi)還是要為消防部門滅火救助提供有效途徑。三是合理布置燃油、燃?xì)忮仩t、油性變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、燃油燃?xì)庖约叭藛T密集場所等用房的位置。采用控制和分隔辦法把可燃物控制在局部范圍內(nèi)。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》,主要考慮因素如表2所示。
3.2 提高建筑構(gòu)件的耐火等級
超高層建筑不論采用哪種結(jié)構(gòu)體系,其耐火等級不應(yīng)低于一級的要求,從消防角度看,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)是最理想的,但由于鋼結(jié)構(gòu)施工方便、施工速度快等特點,目前不少超高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu)。因此,對超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑防火處理尤為重要,對梁、柱、樓板、屋頂承重構(gòu)件等應(yīng)滿足一級耐火等級的要求。我國《高層民用建筑防火規(guī)范》對高層建筑建筑各個部位的耐火性能及耐火極限作了明確規(guī)定。超高層建筑的耐火等級均為一級,并規(guī)定墻柱耐火極限和燃燒性能為3h,梁板分別為2h和1.5h。另外,耐火構(gòu)構(gòu)造設(shè)計應(yīng)按結(jié)構(gòu)方案選取材料和做法,確保構(gòu)造厚度保護(hù)層厚度高層建筑主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,其中鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,但其耐火能力差,從無數(shù)火災(zāi)案例和科學(xué)試驗所證明,無防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)的作用下,15min 左右就會燒損或破壞,因此鋼結(jié)構(gòu)建筑必須采取保護(hù)措施,如用耐火材料包覆,或者噴涂防火涂料;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),特別是墻柱及現(xiàn)澆整體式梁板具有很好的耐火能力,但預(yù)應(yīng)力構(gòu)件因其鋼筋在高溫下變形快,耐火極限相對較差應(yīng)加厚抹灰或以防火涂料保護(hù)。
3.3 處理好水平和垂直方向的防火分隔
一是合理劃分防火分區(qū)。利用防火墻或防火卷簾等防火分隔物將建筑水平面劃分為若干水平防火分區(qū),通過樓板等構(gòu)件將上、下樓層劃分為若干垂直防火分區(qū),即使發(fā)生火災(zāi),也不至于蔓延到其它區(qū)域,把火災(zāi)控制在較小的范圍。二是對管井防火分隔的處理。電梯井、電纜井、管道井、排煙道、排氣道、垃圾道等豎向管道井應(yīng)獨(dú)立設(shè)置,井壁除開設(shè)門洞外,不應(yīng)開設(shè)其它洞口,其井壁應(yīng)為耐火極限不低于1. 0h的不燃燒體;電纜井、管道井應(yīng)每層在樓板處用相當(dāng)于樓板耐火極限的不燃燒體材料或防火封堵材料作防火分隔。三是豎向連通各層的中庭應(yīng)進(jìn)行防火處理。房間與中庭回廊相通的門、窗,應(yīng)設(shè)自行關(guān)閉的乙級防火門、窗;中庭相通的過廳、通道等,應(yīng)設(shè)乙級防火門或耐火極限大于 3. 0h 的防火卷簾分隔;中庭每層回廊應(yīng)設(shè)有自動噴水滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。四是玻璃幕墻與樓板縫隙處應(yīng)進(jìn)行防火處理。應(yīng)設(shè)置必要的窗檻墻、窗間墻,其高度不應(yīng)低于 0. 8m,窗檻墻、窗間墻的填充材料應(yīng)采用不燃材料。五是處理好穿越各樓梯的風(fēng)管分隔。垂直風(fēng)管應(yīng)設(shè)在管井內(nèi),通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)管道穿越防火分區(qū)處,穿越通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)機(jī)房穿越重要的或火災(zāi)危險性大的房間隔墻和樓板處以及垂直風(fēng)管與每層水平風(fēng)管交接處應(yīng)設(shè)防火閥進(jìn)行有效分隔,防止煙火通過風(fēng)管蔓延。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》,主要考慮因素如表3所示。
3.4 科學(xué)合理設(shè)置安全疏散設(shè)施
對于高層建筑來說,一旦發(fā)生火災(zāi),要將建筑內(nèi)的人員完全疏散到室外是補(bǔ)救第一要務(wù),同時也是非常困難的,所以,超高層建筑的安全疏散設(shè)施設(shè)計是否科學(xué)合理、便利可靠是建筑設(shè)計中一項重要內(nèi)容,決定著人員安全疏散的效率和成敗,決定著生命的存亡。
針對超高層建筑的火災(zāi)特點,設(shè)計上應(yīng)體現(xiàn)“以人為本”的原則,從嚴(yán)要求,將疏散樓梯、電梯布置在建筑平面中心,圍繞疏散樓梯設(shè)置環(huán)形走道或雙向走道,優(yōu)化安全疏散距離,為人員疏散到安全地方創(chuàng)造條件。一是合理設(shè)置防煙樓梯。防煙樓梯應(yīng)滿足防火防煙要求,其防煙設(shè)施和排煙設(shè)施應(yīng)滿足規(guī)范要求,確保逃生通道的安全。二是合理設(shè)置避難層或避難間。避難層或避難間是保障超高層建筑內(nèi)人員發(fā)生火災(zāi)時安全脫險的一項有效措施,一般避難層的設(shè)置,自首層至第一個避難層或兩個避難層之間,不宜超過 15 層。三是設(shè)置完善的疏散引導(dǎo)系統(tǒng)。目前,發(fā)光疏散指示標(biāo)志主要有兩種:一種是電致發(fā)光型疏散指示標(biāo)志;另一種是光致發(fā)光型疏散指示標(biāo)志。超高層建筑疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)以電致發(fā)光型疏散指示標(biāo)志為主,輔以光致發(fā)光型疏散指示標(biāo)志。四是設(shè)置屋頂直升飛機(jī)停機(jī)坪。停機(jī)坪的作用主要是搶救屋頂上的逃生人員和運(yùn)送滅火器材。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》,主要考慮因素如表4所示。
特別要提到的是消防電梯是消防員為快速到達(dá)起火樓層、展開滅火行動和救援設(shè)置的專用電梯,嚴(yán)格意義上說消防電梯不屬于人員疏散的垂直交通工具。但考慮到超高層建筑的特殊性以及國外利用消防電梯實施救援的成功案例,消防部門應(yīng)該根據(jù)需要合理利用消防電梯疏散樓內(nèi)人員,提高疏散效率。
3.5 嚴(yán)格控制易燃材料裝修,減少火災(zāi)荷載
從控制火災(zāi)三要素出發(fā),必須控制超高層建筑內(nèi)裝修材料的使用,嚴(yán)格控制可燃易燃材料的裝修,最大限度的減少可燃物。建筑工程中要使用防火材料、防火構(gòu)件、防火配件,裝修工程中采用不燃、難燃性建筑材料,易燃易爆場所強(qiáng)化通風(fēng),設(shè)置防爆電氣,使用不發(fā)火地面等。
3.6 配備適應(yīng)超高層建筑火災(zāi)的消防設(shè)施及供水設(shè)施
一是配備自動報警系統(tǒng),包括探測器、區(qū)域報警器、集中報警器和人工報警電話、按鈕等。根據(jù)防火分區(qū)的劃分,合理配置自動噴淋滅火系統(tǒng),避免出現(xiàn)噴淋盲區(qū)。近年新出現(xiàn)的細(xì)水霧噴淋技術(shù),與傳統(tǒng)的水噴淋相比有用水量小,不會發(fā)生可燃液體飛濺,對設(shè)備設(shè)施損壞程度小,設(shè)計實施成本低等優(yōu)點,是今后水噴淋技術(shù)的發(fā)展方向。二是根據(jù)性能化消防設(shè)計的原則,選擇了常高壓與臨時高壓相結(jié)合、串聯(lián)式重力供水的新型混合消防給水系統(tǒng),將火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)的全部消防用水置于屋頂?shù)母呶幌浪?。對絕大多數(shù)樓層而言,相當(dāng)于常高壓給水系統(tǒng),因此無需系統(tǒng)設(shè)置水泵,大大縮減了消防加壓設(shè)備數(shù)量和泵房占地面積。另外,系統(tǒng)不受消防供電的影響,平時水量和水壓均能滿足消防的要求,保證了消防用水的安全性和可靠性。在超高層建筑內(nèi)部配置適用于高層供水的管路和泵系統(tǒng),為配合消防車等外部供水設(shè)施提供接口。三是要設(shè)置可靠的防煙排煙設(shè)施。超高層建筑由于高度高,采用自然防煙和自然排煙效果不佳,應(yīng)采用機(jī)械防煙與排煙系統(tǒng),對疏散樓梯間、前室、合用前室以及封閉的避難層( 間) 采用機(jī)械加壓送風(fēng)的防煙設(shè)施,對走道、無窗房間或設(shè)置固定窗的房間應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng),真正提高超高層建筑防煙樓梯間、前室、走道和避難場所的安全性。
4 結(jié)束語
從目前我國超高層建筑發(fā)展的速度看,現(xiàn)有的消防科技水平和消防裝備還不足以應(yīng)對超高層建筑的大型火災(zāi)。因此,在發(fā)展超高層建筑時,應(yīng)考慮現(xiàn)有的技術(shù)裝備水平,使超高層建筑火災(zāi)在可控的范圍內(nèi)。隨著科技的不斷進(jìn)步,超高層建筑的防滅火水平必將會隨著超高層建筑的高度不斷提升。所以,我們針對超高層建筑火災(zāi)的特點,應(yīng)立足于自防自救原則,積極采用可靠的防火措施,做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,在管理上應(yīng)積極落實消防安全責(zé)任制,對消防設(shè)施進(jìn)行有效維護(hù)管理,保證消防設(shè)施完好、有效,做到防患于未然。
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關(guān)鍵詞:高層建筑;防火分區(qū);安全疏散
中圖分類號:TU208文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
引言
近年來,集商業(yè)、餐飲、辦公于一體的超高層建筑如雨后春筍不斷涌現(xiàn),其中,辦公標(biāo)準(zhǔn)層是超高層建筑內(nèi)的核心部分,面積超過2000m2,如按規(guī)范要求劃分防火分區(qū)困難很大,為解決此類消防設(shè)計問題,筆者以某超高層建筑綜合樓為例,通過提高自動滅火設(shè)施和排煙設(shè)施解決防火分區(qū)的設(shè)計難點。
一、建筑防火分隔技術(shù)概述
建筑防火分隔技術(shù)的出現(xiàn)也是隨著高層建筑的崛起而出現(xiàn)的,隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷增長,高層建筑也如雨后春筍般坐落在了世界各地,成為了人們居住、生活和工作的重要場所。然而,對此讓人們不得不考慮它的另一面,如果一旦發(fā)生火災(zāi)將會如何,這些問題是高層建筑所必須考慮的重要問題。從設(shè)計師的角度來講,更多考慮的是如何將建筑設(shè)計的更有藝術(shù)感和空間感,但是往往會忽略了火災(zāi)可能發(fā)生的安全隱患。為了提升建筑空間,通常將走道或通道設(shè)計的較為寬敞,而沒想到的是,這樣的情況在發(fā)生火災(zāi)的時候為火勢的蔓延提供了重要的條件,從而造成更大程度的損失。所以,在這種情況下,必須加強(qiáng)對建筑安全通道的防火設(shè)計,將每個區(qū)域都合理地進(jìn)行防火設(shè)計。所謂的防火分隔,它的實際含義指的就是采用防火分隔的措施,將一定的空間單元給劃分出來,在發(fā)生火災(zāi)的情況下,能夠在一定的時間內(nèi)阻擋火勢向另一地區(qū)的蔓延。在建筑物內(nèi)進(jìn)行防火分隔的措施,不但可以在發(fā)生火災(zāi)的時候起到有效控制火勢的作用,而且還能夠在最大程度上降低火勢對人們的生命和財產(chǎn)的威脅,挽救巨大的損失。同時,還利于人員的安全疏散,為消防的救助提供了重要的條件和安全的通道。
二、高層建筑火災(zāi)存在的特點
(一)高層建筑火災(zāi)蔓延速度快并且途徑多
高層建筑內(nèi)部一旦發(fā)生火災(zāi)、火勢就會順著樓梯間。電纜井。管道井等內(nèi)部通道形成若干個豎向火洞四處蔓延。 高層建筑中豎向火的蔓延比橫向火要快得多、建筑物越高、其火災(zāi)擴(kuò)散速度就越快、 并且在外部風(fēng)力的作用下會很容易引燃鄰近的建筑物。
(二)消防設(shè)施配套欠缺, 管理存在漏洞
高層建筑火災(zāi)發(fā)生后造成人員財產(chǎn)和生命安全損失的一個主要方面則是高層管理業(yè)主缺乏必要的高層防火意識,在管理制度上存在漏洞,如違章關(guān)閉消防設(shè)施等,此外,高層建筑內(nèi)部配備的自動消防設(shè)施等其他消防其他不齊全,人員管理不及時,人員流動性強(qiáng)等特點造成消防設(shè)備形同虛設(shè)。
(三)營救難度大
該類建筑物有較大的和較高的吹拔空間,由于火勢發(fā)展快,蔓延途徑多等,給搶救物資和撲滅火災(zāi)造成了困難,一般情況應(yīng)足于自救,即由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)首先早期發(fā)現(xiàn)火情,然后由聯(lián)動系統(tǒng)直接控制自動和手動滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火。撲救大空間建筑物火災(zāi)往往遇到較大困難,例如:熱輻射強(qiáng),煙霧濃,火勢向上蔓延的速度快和途徑多,消防人員難以堵截火勢蔓延。
三、超高層建筑防火分區(qū)設(shè)計要點分析
(一)設(shè)置防火帶對空間連續(xù)性需求的大空間建筑防火分區(qū)
所謂的防火帶,具體的講是說在放置易燃品的建筑中,布局合理的位置,此位置之中的結(jié)構(gòu)等使用的都是不易燃的物質(zhì),同時其中不能放置易燃品。而且要使用合理的防煙方法,防止一邊的煙霧向著另外的區(qū)域發(fā)展,從而在空間上形成一個無形的防火分隔區(qū)域。如在一些影劇院、體育館、候機(jī)廳、大商場等對建筑物空間連續(xù)性要求較高的建筑物防火分區(qū)劃分中,現(xiàn)在條例中論述的分區(qū)措施,很顯然已經(jīng)無法合乎當(dāng)前的形勢規(guī)定了,使用防火帶不失為一項優(yōu)秀的措施。其寬度要結(jié)合建筑中存放的物質(zhì)的特性來明確,可將防火帶另一側(cè)的物品等同于用這些物品堆建的小型建筑物來考慮,假如其中的物質(zhì)是不易燃的,一般把它當(dāng)成是一、二級耐火等級建筑。結(jié)合條例中的規(guī)定,把其寬度設(shè)置為六米左右。假如其中的是可燃的,則將其視為四級耐火等級建筑,結(jié)合條例中的規(guī)定,把寬度設(shè)置為玖米。其一般是當(dāng)成群眾撤退,特別是車輛通行的關(guān)鍵區(qū)域,它連接到進(jìn)出口,群眾達(dá)到這個地方的時候,能夠看到出口,這樣就能降低其驚恐心理了。
(二)實施性能化的防火設(shè)計方案
性能化的防火設(shè)計指的是建筑群在確定達(dá)到一定的防火標(biāo)準(zhǔn)后,對建筑物在使用性質(zhì)、可燃物量、建筑群內(nèi)人員的數(shù)量以及分布、耐火的等級等多種因素進(jìn)行綜合考慮之后,在對防火的分區(qū)進(jìn)行確定。這種設(shè)計方案是在對隨機(jī)建筑物的綜合防火性能進(jìn)行評定后,然后在設(shè)計出一個特定的符合此建筑群的防火安全系統(tǒng)模式,這樣在火災(zāi)出現(xiàn)的情況下,就可以對人員和火災(zāi)的趨勢進(jìn)行有效的控制。
(三)確定機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)口形式
高層建筑樓梯間的正壓送風(fēng)口一般采用常開型風(fēng)口,前室或合用前室一般采用常閉風(fēng)口。對于帶有地下室的高層建筑,地下室的垂直疏散通道(樓梯)很多都與地上建筑的垂直疏散通道共用一個防煙樓梯間。但根據(jù)規(guī)范規(guī)定,地上部分樓梯與地下部分樓梯應(yīng)被防火門或墻隔成兩個互不通氣的空間,實際上屬于兩個防煙樓梯間。在此情況下,若地上與地下樓梯間共用加壓送風(fēng)系統(tǒng),且采用常開型風(fēng)口。則當(dāng)?shù)叵掳l(fā)生火災(zāi)時,系統(tǒng)中大部分的送風(fēng)量分流到地上,地下層的送風(fēng)量很少,達(dá)不到要求的送風(fēng)量。若建筑布局或是初投資不允許地上地下樓梯間分別設(shè)置防煙系統(tǒng)。加壓送風(fēng)口采用常閉型電控風(fēng)口。地上著火時開啟地上風(fēng)口,地下著火時開啟地下風(fēng)口。至于地上與地下送風(fēng)量不同的情況,可采取地上地下樓梯間合用送風(fēng)豎井。根據(jù)各自風(fēng)量分設(shè)風(fēng)機(jī),或是設(shè)雙速風(fēng)機(jī)以滿足各自風(fēng)量風(fēng)壓的要求。
(四)自然排煙
利用建筑內(nèi)氣體流動的特性,采用靠外墻上的可開啟外窗或高側(cè)窗、天窗、敞開陽臺與凹廊或?qū)S门艧熆?、豎井等將煙氣排除的方式稱之為自然排煙方式。此種排煙方式結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì),不需要電源及專用設(shè)備,且煙氣溫度升高時排煙效果也不下降,具有可靠性高、投資少、管理維護(hù)簡便等優(yōu)點。因此是推薦使用的一種方式,在建筑防火設(shè)計中宜優(yōu)先采用。但自然排煙方式受火災(zāi)時的建筑環(huán)境和氣象條件影響較大,為了更好地發(fā)揮自然排煙方式的排煙作用,設(shè)計時應(yīng)特別關(guān)注兩點問題,其一:外窗面積及窗扇的開啟方式;其二:建筑建設(shè)場地常年主導(dǎo)風(fēng)向?qū)ε艧熜Ч挠绊憽?/p>
(五)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)
火災(zāi)報警技術(shù),目前向智能化和網(wǎng)絡(luò)化形式發(fā)展,其結(jié)構(gòu)、形式和報警精度有了很大提高。而新型火災(zāi)探測系統(tǒng)的出現(xiàn),使我們在大空間建筑物的報警系統(tǒng)可靠性、適用性方面有了很大進(jìn)步,為其實現(xiàn)自防、自救提供了技術(shù)支持,目前適于大空間建筑物的報警系統(tǒng)主要有以下幾種。紅外光束感煙探測系統(tǒng)。紅外光束感煙探測系統(tǒng)適用于屋頂結(jié)構(gòu)無法設(shè)置普通感煙或感溫探頭或空間過大、高度過高,普通探頭不起作用的場合。光截面圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)也可稱為智能型火災(zāi)探測系統(tǒng)。它是用攝像機(jī)對準(zhǔn)被保護(hù)空間的紅外光束源形成的一個多光束的紅外截面,通過數(shù)碼攝像頭成像,并利用計算機(jī)處理圖像,測量紅外截面對光的散射、反射和吸收的情況,利用模式識別、持續(xù)走勢和雙向預(yù)測的方法,實現(xiàn)對火災(zāi)的識別和判斷。
結(jié)束語
隨著防火要求越來越嚴(yán)格,防火分區(qū)設(shè)計在高層建筑中的應(yīng)用也越來越廣泛。合理可靠的防火設(shè)計,將為人們的生命和財產(chǎn)提供有力的保障。
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《財經(jīng)》記者 于達(dá)維
元宵夜央視新址北配樓之大火,再次將超高層建筑的消防難題推向前臺。
《財經(jīng)》記者事發(fā)當(dāng)日在火災(zāi)現(xiàn)場看到,這棟高達(dá)159米的建筑,其東、南兩面均起火,火勢有80米到100米高。但在持續(xù)六個小時的救援中,由于消防車上的水槍只能射到60米高度,因此火勢始終無法完全控制。
在過去幾十年中,高聳入云的超高層建筑(高度在100米以上的,稱為“超高層建筑”),已經(jīng)成為現(xiàn)代都市追求極致、竭盡奢華的象征。它也給消防部門帶來了巨大考驗。從目前的消防能力來看,火災(zāi)發(fā)生時從大樓外面施救,云梯車一般只能達(dá)到50多米的高度;即使是消防水槍,所能射到的高度一般也只有200米。在更高的高度上,除非讓消防人員冒險進(jìn)入火點,并人工啟動大樓內(nèi)部的消防栓,否則只能讓大火自生自滅。
但在中國不少大城市,200米早已不再高不可攀。無論即將啟用的北京央視新址主樓以及國貿(mào)中心三期,還是上海市的金茂大廈、環(huán)球金融中心,都超過了這個高度。
先天缺陷
央視新址火災(zāi),并不是近年來超高層建筑首次遭遇火災(zāi)考驗。
2007年8月14日,總高度達(dá)492米的上海環(huán)球金融中心尚未啟用,就遭遇了火災(zāi)。值得慶幸的是,大火在一個多小時內(nèi)就被撲滅,無一人傷亡。不過,消防官兵亦承認(rèn),上海環(huán)球金融中心火災(zāi)事故的成功撲救是一個奇跡。
2004年10月17日,在委內(nèi)瑞拉首都加拉加斯市,56層高的中央公園東塔樓發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi),大火吞噬了34層以上的建筑物。當(dāng)?shù)貏佑?00多名消防隊員和200多名軍人現(xiàn)場滅火,甚至調(diào)來兩架直升機(jī)向大樓噴水;經(jīng)過近20小時的奮戰(zhàn),大火才被撲滅。
2007年1月18日,阿聯(lián)酋迪拜一座即將竣工的37層高的“財富中心”大樓發(fā)生火災(zāi),造成四人死亡、67人受傷,傷者中包括九名中國工人。
上海市房屋建筑設(shè)計院總工程師沈祖宏告訴《財經(jīng)》記者,超過100米的超高層建筑的防火問題,在國際上也沒有什么有效的辦法。因為云梯和消防水槍都難以企及;即使動用直升機(jī),實際上也是杯水車薪。在這種情況下,防災(zāi)減災(zāi)很大程度上只能依靠大樓自身的消防設(shè)施,如自動報警、自動噴淋系統(tǒng)以及啟動大樓內(nèi)部的消防栓。更直白一點說,就是“靠消防人員往上沖”。
早在1995年,原國家建設(shè)部就將公安部等有關(guān)部門制定的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50045-95)(下稱《規(guī)范》)批準(zhǔn)為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定10層及10層以上居住建筑、建筑高度超過24米的公共建筑適用這一標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)高層建筑的高度超過250米時,建筑設(shè)計防火應(yīng)對特殊的防火措施進(jìn)行專題研究,并應(yīng)提交國家消防主管部門組織專題研究論證。
按照《規(guī)范》要求,高層建筑必須設(shè)計防火分區(qū)、自動消防系統(tǒng)和疏散通道;建筑高度超過100米的公共建筑,應(yīng)設(shè)避難層。建筑高度越高,所使用的裝修材料耐火等級要求也就越高,所要求的消防栓數(shù)量、自動噴水滅火系統(tǒng)用水量以及消防卷盤數(shù)量也就越多。室外則須設(shè)置給水管道、消防水池和室外消火栓。
但據(jù)《財經(jīng)》記者了解,少數(shù)高層建筑依然存在先天設(shè)計缺陷。比如消防布局不合理、裝修材料質(zhì)量參差不齊、耐火極限低,或者吊頂尤其是豪華吊頂可燃物較多;加之缺乏有效管理和監(jiān)督,消防設(shè)施缺乏定期保養(yǎng),都給火災(zāi)的發(fā)生和蔓延帶來了隱患。
實際上,政府在規(guī)劃城市建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時,就應(yīng)將城市消防總體布局、消防通道、消防水源建設(shè)、高層建筑消防自動滅火設(shè)施建設(shè)納入規(guī)劃之中,做到同時設(shè)計、同時施工、同時投入生產(chǎn)和使用,并嚴(yán)格控制建筑消防的審批。但部分設(shè)計人員為追求建筑的個性外觀,忽視了消防安全,容易造成安全隱患。
由于防火設(shè)計屬于高層建筑中不易受到關(guān)注的隱性設(shè)計,而外部和內(nèi)部整體設(shè)計才是業(yè)主更關(guān)注的,因此為了追求整體效果而擠壓消防設(shè)施空間、更改消防防火設(shè)計,嚴(yán)重影響建筑本身的防火性能也并不鮮見。根據(jù)目前公布的情況,央視新址配樓在起火時還處在裝修過程中,消防設(shè)施也尚未啟用。
難題待解
美國“9?11”事件發(fā)生后,遇難消防人員的家屬自發(fā)成立了一個名為“摩天大樓安全運(yùn)動”(Skyscraper Safety Campaign)的民間組織,目的在于推動社會公眾反思摩天大樓何以在大火發(fā)生后難以遏制甚至最后坍塌。
2005年,該組織一位聯(lián)合主席發(fā)表聲明指出,負(fù)責(zé)重建世貿(mào)中心的開發(fā)商拉里西爾維斯坦(Larry Silverstein)對大廈的消防問題仍未給予足夠重視,并批評說“他們從‘9?11’所學(xué)到的東西,顯然沒有消防人員家屬學(xué)到的多”。因此,她把新的世貿(mào)中心稱為新的“死亡陷阱”。
根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)2005年公布的調(diào)查結(jié)果,世貿(mào)中心“雙子樓”的疏散樓梯設(shè)計的數(shù)量、位置及其脆弱的護(hù)墻,都是造成“9?11”事件中大量傷亡的重要原因――每座建筑的疏散樓梯數(shù)量都沒有達(dá)到美國國家標(biāo)準(zhǔn),更沒有達(dá)到紐約市的標(biāo)準(zhǔn),不足以完成上萬人的疏散。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),世貿(mào)中心1號樓疏散一個人的時間為48秒,是目前美國建筑防火設(shè)計手冊中規(guī)定的最長疏散時間的兩倍。調(diào)查結(jié)論還指出,如果大樓梁柱、地板、天花板上的防火材料并未脫落,大樓也不至于在大火中坍塌。而如果大樓設(shè)計有消防電梯和更堅固的疏散樓梯,也可以讓消防人員更順利地到達(dá)起火地點,更順利地救到人。
NIST盡管并未將責(zé)任完全歸咎于大樓的設(shè)計者,但是建議在以后的摩天大樓建設(shè)中,要注意類似的問題,以避免“9?11”悲劇重演。
沈祖宏告訴《財經(jīng)》記者,“9?11”事件之后,建筑界普遍認(rèn)為,純鋼結(jié)構(gòu)在大火中會迅速失去強(qiáng)度,所以盡管純鋼結(jié)構(gòu)大樓具有自重較輕的優(yōu)點,但現(xiàn)在一般摩天大樓都以混凝土為核心,鋼結(jié)構(gòu)上也要用混凝土包裹住。
遺憾的是,高度達(dá)234米的央視新址主樓仍然采取了純鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計,因為其不規(guī)整的造型,只能用鋼結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)。因此,大樓設(shè)計在公布之初就充滿爭議;其抗震問題、造價問題、結(jié)構(gòu)安全問題爭論亦很突出。一位業(yè)內(nèi)專家對《財經(jīng)》記者表示,大火僅襲擊了混凝土結(jié)構(gòu)的北配樓,沒有波及到咫尺之隔的主樓,也算是“不幸中的萬幸”。
根據(jù)世貿(mào)中心的調(diào)查結(jié)論,NIST通過建筑安全小組法案(National Construction Safety Team Act),就高層建筑的安全規(guī)范向建筑和消防機(jī)構(gòu)提出了30條建議,并敦促這些建議迅速落實。NIST的副所長夏姆?桑德(Shyam Sunder)強(qiáng)調(diào),為確保安全方面達(dá)到預(yù)計水平,嚴(yán)格執(zhí)行建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。
實際上,即便推行最嚴(yán)格的消防標(biāo)準(zhǔn),挑戰(zhàn)也仍然嚴(yán)峻。高處畢竟不勝火力,目前中國國內(nèi)消防部門供水能力最高的,是從德國進(jìn)口的一七式壓縮空氣泡沫主戰(zhàn)消防車;該車平均供水高度可達(dá)200米,最大供水高度可達(dá)375米。此外,消防云梯車和曲臂車最高的也可升至90米,相當(dāng)于30層樓高。但這些都不足以追趕上屢創(chuàng)新高的摩天大樓高度。
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隨著我國現(xiàn)代城市化進(jìn)程的加快和城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展,超高層建筑正在不斷涌現(xiàn),特別是在大型城市,很多已經(jīng)成為城市現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。超高層建筑由于其體型巨大、功能復(fù)雜、人員物資相對集中,稍有不慎即可釀成火災(zāi)。近年來,高層、超高層建筑火災(zāi)事故呈明顯上升趨勢,群死群傷事故時有發(fā)生,給國家和人民的生命財產(chǎn)造成了極大的損失。而據(jù)統(tǒng)計資料顯示,在各類的火災(zāi)事故中,絕大多數(shù)的人員傷亡都是因煙氣窒息、中毒不能及時安全疏散所致。因此如何做到火災(zāi)發(fā)生時及時排除煙氣并有效的防止煙氣進(jìn)入安全疏散通道,保證人員在較好的能見度下進(jìn)行安全疏散,同時使消防人員更有效的開展滅火救援工作,最大限度的減少高層民用建筑火災(zāi)事故中的人員傷亡,科學(xué)地進(jìn)行防排煙設(shè)計、施工、管理尤為重要。
超高層建筑火災(zāi)特點
1、火災(zāi)迅速蔓延擴(kuò)大
超高層建筑一旦起火,建筑內(nèi)的樓梯間,管道井、電纜井、風(fēng)道等各種豎井,煙囪效應(yīng)十分顯著。據(jù)實測,火災(zāi)時的煙氣水平流速為0.3-0.8m/s,垂直流速為2-4 m/s。這表明在無阻擋的情況下,對200m高的建筑,垂直方向不到1min,煙氣可到達(dá)頂部。
超高層建筑所承受的風(fēng)力也是火災(zāi)蔓延的主要因素。建筑物越高,風(fēng)速也大,火災(zāi)蔓延越迅速。據(jù)實測,在正常風(fēng)壓狀態(tài)下 ,建筑物高10m處的風(fēng)速為5 m/s,90m高處的風(fēng)速為15 m/s,相應(yīng)在300-400m處,風(fēng)力將更大,可達(dá)到30 m/s以上。風(fēng)力通常能使微弱的火源變得十分危險,可使蔓延可能性很小的火勢迅速擴(kuò)大成災(zāi)。
2、火災(zāi)隱患因素多
越高層建筑功能復(fù)雜,設(shè)備繁多,裝修量大,存在大量引火物和點火源。同時,其電氣化和自動化程度高,用電設(shè)備多,用電量大,漏電、短路等故障幾率增加,容易形成點火源。另外,由于人員密集,人為因素引發(fā)的火災(zāi)幾率也會相應(yīng)增加。
3、人員疏散困難,傷亡慘重
超高層建筑層數(shù)多,垂直疏散距離長,疏散到地面上的時間較長。如果樓梯設(shè)計不合理,煙火竄入后,人員根本無法疏散,往往會造成巨大的傷亡事故。
4、火災(zāi)撲救難度大
(1)進(jìn)攻困難。一方面缺少地面消防行的展開的場地;另一方面,外部滅火進(jìn)攻受到限制。通常配備的消防云梯僅達(dá)53m,若超高層建筑上部樓層發(fā)生火災(zāi),消防隊員則無法進(jìn)行外攻。
(2)登高困難。50m以下樓層發(fā)生火災(zāi),消防隊員可利用消防云梯車登高,在50m以上部位發(fā)生火災(zāi),則存在登高困難。
(3)供水困難。超高層建筑發(fā)生火災(zāi),滅火用水量大,經(jīng)滅火演練測試,三輛大功率消防車串聯(lián),通過水泵結(jié)合器供水,高度智能達(dá)到160m,而水帶供水,高度只有150m。
(4)排煙困難。火災(zāi)發(fā)生時,因受登高設(shè)備和玻璃幕墻的限制以及風(fēng)向風(fēng)力的影響,難以破拆玻璃窗進(jìn)行自然排煙。采用機(jī)械排煙系統(tǒng),也會受到風(fēng)力、氣壓等氣候條件的影響,難以實現(xiàn)設(shè)計理想的排煙效果。
二、超高層建筑火災(zāi)煙氣流動的影響因素
1、高溫引起的煙氣膨脹
高溫引起的氣體膨脹是影響煙氣流動較為重要的因素。根據(jù)氣體膨脹定律和有關(guān)試驗表明,當(dāng)火勢達(dá)到旺盛時期時,著火區(qū)域相對大氣壓可高達(dá)10-20Pa,溫度達(dá)到700℃時,煙氣體積會膨脹3倍。壓力急劇升高,迫使煙氣從著火部位向建筑物的其他部位擴(kuò)散,蔓延。
2、煙囪效應(yīng)
煙囪效應(yīng)是超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時,煙氣向上蔓延的主要因素。超高層建筑室內(nèi)空氣溫度通常比室外溫度高,有與外界相通的開口時,由于內(nèi)外界壓差,空氣通常體現(xiàn)為下進(jìn)上出的流動模式,即室外空氣從下部開口進(jìn)入室內(nèi),而室內(nèi)空氣從上部開口流出室外,這種現(xiàn)象被稱為正熱壓作用。在低處外部壓力大于內(nèi)部壓力,而高處則相反。在中間某一高度,內(nèi)外壓力相等,即存在一個中性壓力面。煙囪效應(yīng)隨建筑物的內(nèi)外壓力差以及建筑物高度的增加而增加,火災(zāi)發(fā)生在較低層時,煙囪效應(yīng)對豎井和較高層的煙污染的影響尤為顯著,此時煙從底層上升到高層內(nèi)的潛力更大。由煙囪效應(yīng)造成的壓力差和氣流分布,以及中性壓力面位置,取決于超高層建筑內(nèi)分隔物的開口對氣流的限制程度。
3、室外風(fēng)力的影響
室外風(fēng)向、風(fēng)速對超高層建筑煙氣的流動有顯著影響。實驗表明,迎風(fēng)面的墻面要經(jīng)受向內(nèi)的壓力,而背風(fēng)面的兩側(cè)墻面則有向外的壓力,而且迎風(fēng)面的壓力最大。由于風(fēng)向的影響會使建筑物的中性面位置發(fā)生變化,正的風(fēng)壓力促使中性面上升,負(fù)的風(fēng)壓力促使中性面下降。風(fēng)力越大,中性面位置受到的影響越大。如果火災(zāi)發(fā)生在中性面以下的房間時,煙氣會通過豎井向上蔓延到中性面以上的整個樓層,此時的危險性很大;若火災(zāi)發(fā)生在迎風(fēng)面中性面以上房間時,在火災(zāi)規(guī)模較小時,煙氣幾乎不會蔓延而直接排出室外,火災(zāi)較大時,將影響到迎風(fēng)面著火點以上的樓層及背風(fēng)面中性面以上相關(guān)樓層。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在背風(fēng)面中性面以上房間時,由于煙氣被局限在很小的區(qū)域內(nèi),而被直接排出室外,因此不會造成很大的危害。
4、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的影響
一方面,通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量比較大,火災(zāi)發(fā)生后新風(fēng)系統(tǒng)不斷向空調(diào)房間輸送大量的新鮮空氣,補(bǔ)充了燃燒所需要的氧氣,造成更大危害。另一方面,火災(zāi)發(fā)生時,煙氣會沿著通風(fēng)管道向其他房間或樓層蔓延,這在具有回風(fēng)系統(tǒng)的空氣系統(tǒng)中表現(xiàn)尤甚。
超高層建筑火災(zāi)煙氣的防排煙措施
超高層建筑火災(zāi)中人員疏散所需時間大致與建筑物高度成正比。一般來說人員疏散時間較長,而在樓梯間和樓內(nèi)遠(yuǎn)離著火區(qū)的其他地方形成難以忍受的煙霧狀況所需時間則較短。因此超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時,要全部撤出室內(nèi)人員是很困難的,如讓人員留著建筑物內(nèi)則必須使某些特定區(qū)域的煙濃度始終保持在人員可耐受水平,這些特定區(qū)域通常是防煙前室、疏散樓梯間、避難層等,這就要求消防系統(tǒng)必須包括對煙和火焰的控制。目前采取的煙霧控制措施主要包括以下內(nèi)容:
控制煙霧產(chǎn)生量
最好的防煙辦法在于消除發(fā)煙源頭。因此,在高層建筑中應(yīng)設(shè)計火災(zāi)報警系統(tǒng)及自動滅火系統(tǒng),以便及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi),在大量產(chǎn)生煙塵前撲滅火災(zāi)或較好的控制火災(zāi)發(fā)展。同時,盡量選擇發(fā)煙量小的建筑及裝修材料,這樣即使發(fā)生火災(zāi),這些材料的發(fā)煙量相對較小,發(fā)煙速度相對較慢,以獲得相對充裕的逃生時間,減少火災(zāi)對生命的威脅。
利用豎井排煙
即利用煙囪效應(yīng)原理,采用開放豎井進(jìn)行排煙。但豎井排煙的排煙井與送風(fēng)井需占用較大空間,需設(shè)計師具有較高水準(zhǔn)。
設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)
其目的是為了在高層建筑發(fā)生火災(zāi)時,提供不受煙氣干擾的疏散路線和避難場所。設(shè)置這種系統(tǒng)的部位應(yīng)視建筑物的實際情況而定,一般有不具備自然排煙條件的防煙樓梯間及其前室、可開窗自然排煙的樓梯間但不具備自然排煙條件的前室,不具備自然排煙條件的消防電梯前室,受樓梯井和消防電梯井煙囪效應(yīng)影響的合用前室,封閉室避難間等。對非火災(zāi)區(qū)域及疏散通道等應(yīng)迅速才用機(jī)械加壓送風(fēng)的措施,使該區(qū)域的空氣壓力高于火災(zāi)區(qū)域的壓力,防止煙氣侵入,控制火災(zāi)蔓延。
利用排風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排煙
所謂機(jī)械排煙,是憑借機(jī)械力強(qiáng)制性的將室內(nèi)煙氣排出,即依靠排煙風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的吸力,將煙氣吸入排煙口,經(jīng)過排煙風(fēng)道排出室外。排煙效果的好壞,取決于排煙口設(shè)置的位置及排煙口的形式。這種排煙方式一般是利用排風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制排煙。利用這種方式進(jìn)行排煙在設(shè)計和使用上應(yīng)劃分防煙分區(qū),合理有效地利用隔墻、擋煙垂壁等進(jìn)行排煙。
5、加強(qiáng)防煙知識宣傳,根據(jù)火災(zāi)時人們在異常心理狀態(tài)下的行動特點,制定相應(yīng)的避難疏散計劃,配備足夠的避難器材也是十分重要的。
四、結(jié)束語
按目前發(fā)展趨勢,超高層建筑將會越來越多。由于影響超高層建筑煙氣流動的因素很多,超高層建筑的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)又各不相同,使得控制超高層建筑中煙氣流動極為困難。因此,對超高層建筑中煙氣流動的機(jī)理、規(guī)律進(jìn)行深入研究和探討極為重要。
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