淺談高層建筑火災特征及防火策略

李 冰，顏曉光，張麗麗

(四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都610065)

近年來，隨著經濟、社會的快速發(fā)展和科學技術水平的不斷提高，高層建筑在我國各地猶如雨后春筍般林立而起，其高度、數(shù)量和規(guī)模已經成為城市現(xiàn)代化的標志之一。高層建筑節(jié)約了城市用地，提升了城市空間的利用率，改善了人們的居住條件，并以其豐富的空間造型改變了城市的風景線，給城市增添了現(xiàn)代化的亮麗光彩。但高層建筑的增多，也給城市居民的生存安全帶來了新的挑戰(zhàn)。

與低層建筑相比，由于高層建筑的特殊體形、人員聚居、高度機械化、對周圍環(huán)境影響較大等特點，以及新技術、新工藝、新材料、新能源在高層建筑中的廣泛應用，誘發(fā)高層建筑火災的因素更多、發(fā)生火災的危險性更大，火災所造成的人身安全和財產損失事故更為嚴重。據統(tǒng)計，2007年至2008年，我國共發(fā)生高層建筑火災990起，直接經濟損失達到3.3億元人民幣。

其實，現(xiàn)代化的進程原本就是這樣，在舊的問題解決的同時，新的問題也會出現(xiàn)。既然我們選擇了高層建筑作為工作、生活之地，我們也會找到應對它的“軟肋”的方式。如何采取科學有效的防火技術措施，將對預防火災和及時撲滅初期火災，保證人民生命安全、減少火災損失具有重要意義。

1 高層建筑火災的特征及危險性

高層建筑由于層數(shù)多、建筑高，因此，在火災的的蔓延和撲救等方面，與多層建筑相比都有所不同。高層建筑發(fā)生火災的危險性更大，往往具有以下特征。

1.1 火災隱患多、火種多

高層建筑功能復雜，人流頻繁、量大，不便管理，火災隱患不易發(fā)現(xiàn)。樓內裝修所采用的木質材料及有機塑料制品等可燃物較多，如吊頂、家具、窗簾、地毯和各類紙質辦公耗材等。內部設備較多，如在寫字樓內大量增設各類電器設備和辦公設備，從而引起用電負荷增加，線路長期過載運行極易導致絕緣層老化，產生電火花、短路等，從而引發(fā)火災。另外，高層建筑在外墻節(jié)能保溫設計中，廣泛采用聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等有機高分子材料，由于這類材料具有易燃且燃燒生成有毒氣體的特點，從而使由節(jié)能保溫材料所引發(fā)的火災事故頻繁發(fā)生。如2010年11月15日上海靜安區(qū)膠州路一正在進行外墻保溫節(jié)能改造的28層公寓突發(fā)大火，據事故調查組認定，該火災是由電焊火花引燃外墻保溫材料聚氨酯泡沫所致;2009年2月9日北京央視新大樓北配樓發(fā)生火災，火災系燃放焰火引燃新址大樓外墻的保溫材料所致。

1.2 火勢猛、蔓延快

高層建筑由于其內部的樓梯間、管道井、電纜井、排風道等各種豎井較多，失火時拔火效應十分強烈;以及高層建筑高度高、體量大的特點，一旦發(fā)生火災，在高空強勁風力的作用下，極易對周圍的空間環(huán)境帶來威脅。因此，高層建筑火災蔓延速度之快、火勢之猛烈往往是難以控制的。

1.2.1 豎向蔓延

據實驗資料證明，在火災初期階段，因空氣對流產生的煙氣，向水平方向擴散的速度為0.3m/s;火災猛烈燃燒階段，熱對流產生的煙氣擴散速度為0.5～0.8m/s。而煙氣沿梯間豎向管井擴散的速度高的3～4m/s，一座高為100m的建筑，在無阻擋的情況下，煙氣依靠縱向管井擴散至頂層僅需30 s，由此整幢建筑頃刻間就會變成“立體火場”。如央視新址北配樓火災，從開始著火到整個大樓被火勢全部吞沒只用3min左右的時間，可燃物“立體燃燒”速度之快，令人驚嘆。

1.2.2 橫向蔓延

建筑物越高，風速越大，火災擴散速度越迅猛。一般情況下，10m高處的風速為5m/s;30m高處為8.7m/s;60m高處為12.3m/s;90m高處為15m/s。高層建筑在高空受到的強勁風力送來的大量氧氣助燃，以及在輻射熱的作用下，使火勢更難控制。如巴西圣保羅“安得拉斯”大樓發(fā)生火災時風速為716m/s，火舌從大樓窗口卷出十幾米，使處于下風側面40m處的建筑物相繼起火，連成火海。2010年9月9日，吉林省長春市一座在建樓盤的兩棟32層高樓發(fā)生火災，據調查，事故原因系該樓盤一座高樓的9層至19層苯板發(fā)生火災。受大風影響，火勢迅速蔓延至另一棟在建高樓，導致這棟高樓的9層至32層過火。

1.3 人員疏散困難、傷亡慘重

高層建筑起火時，要使人員迅速疏散到地面或建筑物內不受火災威脅的安全部位，是十分艱難的。這是因為:

(1)建筑物高，樓層多，垂直疏散距離遠，需要疏散的時間長，而人的疏散又與煙火蔓延的方向相反，不得不在煙熏和熱氣流的烘烤中進行疏散，就進一步增加了疏散的艱巨性和危險性。所以人們往往來不及疏散而被煙火熏死、燒死?；馂膶嵗治霰砻?，被煙氣熏死的占火災死亡人數(shù)一半以上，有的高達70%。

(2)人員集中，疏散設施少，高層民用建筑容納人數(shù)多在千人以上，樓梯不可能設置得很多，而普通電梯在火災發(fā)生后，不能作為疏散工具，因此難以在較短的時間內將人員全部撤離危險區(qū)。而且在慌亂中，還難免發(fā)生擠傷、踩傷、摔死等慘劇，甚至出現(xiàn)人員跳樓事故。從而使安全疏散成為一個較難解決的問題。

1.4 消防設施不完善，火災撲救困難

高層建筑高達幾十米，甚至超過二三百米，發(fā)生火災時室外進行撲救相當困難，因此撲救高層建筑火災主要立足于室內消防給水設施，由于受到消防設施條件的限制，常常給撲救工作帶來不少困難。一般高層建筑都有兩套滅火系統(tǒng)，一套是樓梯間的消火栓，另一套是樓梯走廊的頂部自動噴水裝置。

1.4.1 自動噴水裝置

如果整棟樓的自動噴水系統(tǒng)同時工作時，水壓往往是不夠的。樓梯是遭遇火災時逃生的主要通道，面對突如其來的巨大火災，自動噴水系統(tǒng)不能及時有效地起到隔火、隔煙作用，導致火災蔓延至樓道，使樓道煙霧彌漫，從而使人們失去逃生的通道，造成慘重的人身傷亡。

1.4.2 消火栓系統(tǒng)

樓梯間的消火栓系統(tǒng)在高層建筑中很少能夠充分發(fā)揮作用，其原因如下:一方面，整棟樓同時用消防系統(tǒng)水壓就會很小，水量相應的也會很小，需要利用消防車向高樓供水，從而有可能會耽誤最佳的撲火時機，使火災快速蔓延;另一方面，發(fā)生火災時很少有人鎮(zhèn)定地去使用消火栓滅火，而是急著去奔逃。建筑物內如果沒有安裝消防電梯，消防隊員因攀登高樓體力不夠，不能及時到達起火層進行撲救，消防器材也不能隨時補充，均會影響撲救。

2 高層建筑火災的防控對策

2.1 合理進行建筑選址和規(guī)劃布局

2.1.1 應受到城市消防站的有效控制

高層建筑無論設在市區(qū)或是郊區(qū)都應與城市消防站保持便捷聯(lián)系，以便在發(fā)生火災時，城市消防站能迅速出動并有效地組織撲救。

2.1.2 應遠離危險性較高的場所

遠離火災危險性為甲、乙類的廠房，甲、乙、丙類液體和可燃氣體儲罐以及可燃材料堆場，如加油站、儲油罐區(qū)、液化氣站、煙花炮竹廠等。

2.1.3 應設置足夠的防火間距

高層建筑的防火間距要根據火災時建筑輻射熱以及橫向風力作用對相鄰建筑物的影響，滿足撲救要求和節(jié)約用地等因素確定。

2.1.4 應設有消防車道及消防水源

高層建筑宜設置環(huán)形消防車道，高層民用建筑宜與城市主次干道有機相連，使消防車能在最短時間內到達火場。

2.1.5 應合理布局裙房

高層建筑的底邊至少有一個長邊的長度，不應布置高度大于5.00m、進深大于4.00m的裙房，且在此范圍內必須設有直通室外的樓梯間的出口，便于消防隊員、消防車進行滅火救援。

2.2 采取有效的防火設計

高層建筑的防火設計，必須遵循“預防為主，防消結合”的消防工作方針。針對高層建筑發(fā)生火災的特點，應立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全適用、技術先進、經濟合理。

2.2.1 防火分區(qū)的設計

在高層建筑設計中，合理的防火分區(qū)能把火勢控制在一定范圍內，減少損失，并為人員逃生滅火提供時間。因此，進行科學合理的防火分區(qū)設計，發(fā)生火災后盡可能將火災局限在起火地點，是建筑防火設計人員必須注意的事項。防火墻和住宅的單元墻是水平方向阻止火災蔓延的主要設施，樓板是垂直方向阻止火災蔓延的主要設施，為了滿足防火性能要求，即設法將火限制在起火房間內和防止由于結構局部破壞導致整個結構體系的破壞。建筑結構或構件必須具有承重功能和適當?shù)姆指艄δ?，這兩種功能都和受火時間或規(guī)定的某一極限時間有關，以確保發(fā)生火災時有足夠的疏散和救援時間。另外防火分區(qū)、防火墻、防火門、防火卷簾、豎井的分隔，以及送風排風管上的防火閥等都是設計人員要加以注意的。

2.2.2 消防電梯和避難層的設計

2.2.2.1 消防電梯

消防電梯是在建筑物發(fā)生火災時供消防人員進行滅火與救援使用且具有一定功能的電梯，在發(fā)生火災時工作電梯常常因為斷電和不防煙火等而停止使用，因此設置消防電梯很有必要。根據《高層民用建筑設計防火規(guī)范》對消防電梯的設置范圍作了明確規(guī)定，對于高層類民用公共建筑，十層及十層以上的塔式住宅，十二層及十二層以上的單元式住宅和通廊式住宅，建筑高度超過32m的其他一類公共建筑，當每層建筑面積大于1 500m2時，應設置一臺，當每層建筑面積大于1 500m2但小于4 500m2時，應設置兩臺，大于4 500m2時，應設置三臺。

2.2.2.2 避難層

避難層是保障高層建筑內的人員在火災中安全脫險的一項有效措施。為保證避難層足夠的耐火極限宜采用鋼筋混凝土樓板，在避難層下的樓板上宜設隔熱層，四周的墻體及隔墻其耐火極限不應低于3.00 h，隔墻上的門應采用甲級防火門，在設計避難層時，兩個避難層之間不要超過15層，疏散樓梯必須設計在避難層轉換處，經轉換后的疏散樓梯間不要改變方向，而應直達室外。避難層凈面積按5人/m2以滿足避難人數(shù)的要求。

2.2.3 防排煙設施的設計

防排煙設施與安全疏散和消防撲救關系密切，它能為消防撲救創(chuàng)造有利條件，同時可以控制火勢蔓延擴大，因此在高層建筑設計時必須設計有效的防排煙設施。從確保疏散安全角度考慮，高層建筑的樓梯間要采用防煙樓梯、封閉樓梯間和室外樓梯，保證火災時人員疏散到樓梯間在特定時間內是安全的，又阻止了火勢蔓延。每個防火區(qū)要設置兩部以上的疏散樓梯，每個防煙分區(qū)的面積不得超過500m2。另外，在防煙樓梯間及其前室，避難間(區(qū))應采用正壓送風，在疏散走道采取機械排煙方式。對消防電梯井及其前室應采取正壓送風，防止煙塵及有毒氣體的侵入。

2.3 合理選用裝修和保溫材料

2.3.1 室內裝修及陳設材料方面

在建筑中消除火源是不可能的，但是采用不燃、難燃裝飾或陳設是可能的，盡可能采用不燃材料或難燃材料做好內部裝修。因為可燃性的裝修材料、陳設等是導致火災發(fā)生、迅速蔓延及持續(xù)時間很長的重要因素之一，其危害性甚為嚴重。因此裝修時少用或不用燃燒時產生有毒氣體的可燃材料，盡量避免采用燃燒性能為B2和B3級的材料，這是從根本上減少火災發(fā)生、避免和減少火災傷亡以及財產損失的重要措施之一。

2.3.2 外墻保溫材料方面

從前面提到的例子中可以看出，外墻有機保溫材料由于其易燃且燃燒生成有毒氣體的特點，是引發(fā)火災、導致人身傷亡的重要因素。因此從保溫材料本身進行研究來避免火災發(fā)生具有重要意義。

2.3.2.1 覆蓋防火保護層

將防火保護層覆蓋在可燃保溫層表面，可有效避免由電焊火花、火星等所引發(fā)的火災。防火保護層的厚度和質量穩(wěn)定性，將直接決定系統(tǒng)層面受到量或火焰侵襲時對內側保溫材料的保護能力，各類粘貼外墻外保溫系統(tǒng)的保溫板外應有不小于3mm厚的防火保護層。

2.3.2.2 添加阻燃劑

在外墻保溫材料中添加一定量的阻燃劑，可實現(xiàn)避免火災的發(fā)生或延緩火災的蔓延。而就前面提到的上海公寓大火，從事后對聚氨酯泡沫的檢驗來看，幾乎沒有添加阻燃劑。這是大火蔓延的重要原因。

2.3.2.3 采用難燃保溫材料

根據中國建筑科學研究院防火所對外保溫系統(tǒng)做了火反應性能試驗(分別通過開放式和封閉式實驗)，實驗結果表明，以下三種材料適合用于外墻保溫系統(tǒng):

(1)巖棉礦棉類不燃材料。屬于A級不燃材料，且保溫效果良好，提倡使用。

(2)膠粉聚苯顆粒保溫漿料。它是一種有機無機復合的保溫隔熱材料，導熱系數(shù)0.06 w/m·k，燃燒等級為B1級，屬于難燃材料。該種保溫材料在發(fā)生火災時，可以起到很好的耐火作用，可提倡使用。

(3)酚醛樹脂泡沫材料。是高效保溫材料之一，導熱系數(shù)0.025 w/m·k。該材料遇火源時不易燃燒，在400℃以上時它們只灼燒或陰燃，無火焰。其在燃燒時也無滴落物、發(fā)煙量低，而且?guī)缀醪划a生一氧化碳等有毒氣體，是目前高效有機保溫材料中阻燃性能最優(yōu)的一種材料。

2.4 加強防火管理，嚴格落實管理制度

2.4.1 加強施工現(xiàn)場防火安全管理

要嚴格執(zhí)行省住建廳發(fā)布的《建設工程施工現(xiàn)場消防安全標準》，加強建設工程施工現(xiàn)場的消防安全管理工作。尤其對動用明火必須實行嚴格的消防安全管理。需要進行明火作業(yè)的，動火部門和人員應當按照用火管理制度辦理審批手續(xù)，落實現(xiàn)場監(jiān)護人，在確認無火災、爆炸危險后方可動火施工;動火施工人員應當遵守消防安全規(guī)定，并落實相應的消防安全措施，特別要嚴密高空焊等特殊電焊環(huán)境下的防護要求;電焊、氣焊、電工等特殊工種人員必須持證上崗;將容易發(fā)生火災、一旦發(fā)生火災后果嚴重的部位確定為重點防火部位，實行專人負責，嚴格管理。

2.4.2 嚴格電氣、燃氣等設備管理

要選用安全可靠的電器產品和燃氣設備，不使用明火或電熱絲裸露的電器和燃氣設備器具;其次電器設備及其線路和燃氣設備及其管道要按標準、規(guī)范要求安裝鋪設，不得擅自亂接、亂拉、亂裝。對餐廳、餐館的加熱器具應嚴格限制使用，如使用必須落實專人負責，對吸煙問題應制定有針對性的管理規(guī)定并落實。對電氣設備、燃氣設備等必須定期維持保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)故障及時修復，使其始終處于良好狀態(tài)。

3 結束語

隨著城市人口的不斷增長，土地資源的緊張、工商業(yè)的發(fā)展和城市現(xiàn)代化建設的需要，高層建筑的迅猛發(fā)展已成為社會發(fā)展的必然趨勢。與此同時，高層建筑的防火問題也日益成為人們關注的焦點，高層建筑防火是百年大計，必須防患于未“燃”。鑒于高層建筑火災的復雜特征及嚴重危害性，高層建筑防火需要規(guī)劃、設計、消防、管理等部門的相互協(xié)調和共同努力，嚴格執(zhí)行相關標準，遵照相關規(guī)范，采取先進的建筑防火技術和周密的防火措施，才能避免和減輕高層建筑火災對國家建設和人民生命財產造成的危害。

［1］ GB 50016－2006建筑設計防火規(guī)范［S］

［2］ GB 50045－95高層民用建筑設計防火規(guī)范［S］

［3］ 李亞峰，馬學文，張恒，等．建筑消防技術與設計［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2005

［4］ 張敏．外墻保溫體系防火性能與技術初探［J］．中國科技博覽，2010(30):202－203