監(jiān)理工程師要點(diǎn)
原標(biāo)題：監(jiān)理工程師要點(diǎn)：超高層建筑的消防安全特性及防火設(shè)計(jì)
一、超高層建筑的定義與分類
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口迅速增加，用地緊張的困境日益突出，超高層建筑可以更充分地利用有限空間，節(jié)約土地，通過集中布設(shè)地上、地下的各種管線而降低市政工程的投資。而且超高層建筑匯集了城市在建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、建筑材料和施工技術(shù)等所有科技的最高成就，表現(xiàn)了城市社會、經(jīng)濟(jì)文化程度和現(xiàn)代化步伐，許多超高層建筑更是成為了一個城市或地區(qū)的重要景觀和地標(biāo)。此外，超高層建筑面積大，將多種功能，如辦公、旅館、公寓和購物綜合在一座建筑里，方便了人們的生活。
我國的建筑規(guī)范中并沒有明確的規(guī)定“超高層建筑”的定義，而是把建筑高度超過24米的公共建筑和十層及十層以上的居住建筑均視為“高層民用建筑”。1972年，在美國賓夕法尼亞洲伯利恒市召開的國際高層建筑會議對高層建筑的定義取得了較統(tǒng)一的認(rèn)識，把高層建筑劃分為四類：第一類高層建筑：9～16層(最高到50m);第二類高層建筑：17～25層(最高到75m);第三類高層建筑：26～40層(最高到100m);第四類超高層建筑：40層以上(高度在100m以上)。我國《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對超高層雖無明確規(guī)定，但對于高度超過100m，層數(shù)超過32層的建筑在避難層、停機(jī)坪、消防水壓、滅火設(shè)施、正壓排煙及火災(zāi)自動報警方面都有特殊的要求。
二、超高層建筑的消防安全特點(diǎn)
超高層建筑作為一個地區(qū)和城市的標(biāo)志，建造耗資巨大，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、防火、交通、能源、環(huán)境等一系列的問題，是一個地區(qū)經(jīng)濟(jì)、科技、美學(xué)的綜合結(jié)晶。但是，由于這種建筑物高度高、人員多、設(shè)備及管線系統(tǒng)復(fù)雜，火災(zāi)事故的隱患大，在自然災(zāi)害(地震、強(qiáng)風(fēng))、內(nèi)部設(shè)備系統(tǒng)故障事故、人為火災(zāi)等難以抗拒或防范的情況下，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散與撲救都十分困難，將直接威脅著生命財(cái)產(chǎn)安全，因此火災(zāi)是超高層建筑的頭號大敵，其消防安全成為不可避免的首要問題之一。
(一)功能用途復(fù)雜、點(diǎn)火源多
超高層建筑主體建筑高、功能復(fù)雜，大多數(shù)主體建筑底層建有裙樓，作為商場、餐飲、娛樂等商業(yè)功能使用，主體建筑多數(shù)作為住宅、辦公、賓館等使用。而且超高層建筑的用電設(shè)備種類多，數(shù)量大，超載、短路、發(fā)生小火花的現(xiàn)象增多;車庫停車多、儲油量大;流動人員多，吸煙人多;雷擊現(xiàn)象、周圍環(huán)境飛火等也是超高層建筑可能發(fā)生火災(zāi)的點(diǎn)火源，火災(zāi)荷載密度大。
(二)豎向管井多、可燃物集中，容易形成煙囪效應(yīng)
超高層建筑內(nèi)部垂直的樓梯間、電梯井、管道井、電纜井、排氣道、垃圾道以及其它封堵不嚴(yán)密的各類豎向管井眾多，其陳設(shè)和裝修材料大多是可燃、易燃物品，一旦發(fā)生火災(zāi)，容易沿著這些豎向管井快速蔓延。而且這些豎向管井猶如一座座高聳的煙囪，火災(zāi)時，容易形成煙囪效應(yīng)，助長煙氣火勢的蔓延。建筑高度越高，煙囪效應(yīng)越強(qiáng)烈。實(shí)驗(yàn)資料證明，超高層建筑中火災(zāi)煙氣沿著垂直樓梯間、電梯井等豎向井道垂直上升的速度達(dá)每秒3到4米，有時甚至可達(dá)每秒8米。
(三)安全疏散困難，人員密集，容易造成重大傷亡
40層以上超高層建筑著火時，要使人員迅速疏散到地面或避難空間十分困難。由于火災(zāi)時客用電梯必須停止使用，消防電梯主要為消防隊(duì)員專用，消防云梯車的高度也有極限，所以樓梯間是人員垂直疏散的唯一手段。但超高層建筑的垂直疏散距離長，人員密集，疏散時間也相應(yīng)大幅增加。據(jù)消防部門的測試，一名消防戰(zhàn)士從40層150米的位置下到建筑的第一層需要十幾分鐘，那么普通人員或是老人、小孩等所需要的疏散時間就會更長。而煙氣的垂直流動速度為2～4米/秒，在垂直方向1分鐘就可以蔓延幾十層。人員的疏散速度比煙氣流動速度要慢超過100倍，而且疏散方向與煙火蔓延方向相反，進(jìn)一步增加了人員疏散的艱難和危險性，容易造成重大傷亡。
(四)火災(zāi)撲救難度大，對裝備手段的要求高
超高層建筑與普通建筑相比，其火災(zāi)撲救難度相對較大。由于城市高樓林立，缺乏地面消防行動展開的場地，而且從國內(nèi)現(xiàn)有的超高層建筑來看，外墻大多采用玻璃幕墻，破碎后極易造成地面人員傷亡，并對破壞地面的消防車輛及供水器材，加上外墻采用固定窗，消防人員接近起火點(diǎn)非常困難。此外，現(xiàn)有消防裝備遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足超高層建筑的滅火救援需要。目前，消防登高車的最大救援高度約為100米。超高層建筑發(fā)生火災(zāi)，滅火用水量比較大，有時需要達(dá)到100升/秒以上。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，高度只能達(dá)到160米，通過水帶直接供水，高度只有150米，而消防直升機(jī)尚未得到普遍應(yīng)用。因此，超過150m的樓層幾乎只能主要依靠建筑內(nèi)部自身的消防設(shè)施來保障，外部手段效果甚微。
此外，還有一個經(jīng)常被忽略的火災(zāi)隱患，就是超高層建筑在施工期間的消防安全問題。超高層建筑的施工周期一般都較長，施工現(xiàn)場臨時動火多，用電量大，易燃、可燃材料集中。同時，消防設(shè)施未開通，缺少消防水源和消防通道，只有臨時消防水源，一旦發(fā)生火災(zāi)，不能保證消防用水的水壓和水量，消防撲救難度更大，尤其是在施工后期發(fā)生在中、高層甚至頂層的火災(zāi)。
三、超高層建筑的防火設(shè)計(jì)建議
我國的超高層建筑建設(shè)始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時最典型的就是1976年建成的115米高的廣州白云賓館和1985年在深圳建成的158.95米高的國際貿(mào)易中心。后來，1996年建成的深圳地王大廈達(dá)到了81層，325米高;1998年建成的上海金茂大廈更是88層，高420.5米，成為新一代的地標(biāo)性建筑。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國現(xiàn)有百米以上的超高層已經(jīng)接近1000棟。但是，由于我國超高層建筑起步晚，加之過去執(zhí)行規(guī)范不嚴(yán)，目前的超高層建筑存在許多消防安全方面的問題，例如防火防煙分區(qū)不當(dāng)，分隔不嚴(yán)，封閉或防煙樓梯間的問題較多;安全疏散樓梯安全出口存在數(shù)量不足、通道不暢的問題;普遍存在消防水池容量偏小的問題，消防水源不足，消防專用電源沒有保障;室內(nèi)裝修的防火安全問題突出;消防設(shè)施使用管理上存在許多問題，維護(hù)保養(yǎng)無章可循。
就超高層建筑而言，香港是一個非常典型的發(fā)展案例。作為一個高速發(fā)展的城市，香港人口密集，用地緊張，其高層建筑的密度堪稱世界之最，超高層建筑也比比皆是。因此，為了有效地保證這些高層建筑的消防安全，香港在超高層建筑的防火設(shè)計(jì)時會特別注意以下幾個問題：
1.設(shè)置環(huán)形消防車道，至少確保建筑物的一個主要立面前可通行消防車輛，且應(yīng)能保證救生與滅火操作的順利展開;
2.保證附近有充足的水源滿足滅火用水的需要，消火栓的供水能力不得低于4000L/min，城市主管道的供水壓力不得小于170千帕，沒有條件的地區(qū)則應(yīng)貯備充足的消防用水;
3.注重建筑結(jié)構(gòu)的耐火性，大多數(shù)建筑都采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，耐火極限的要求為l到4個小時。
4.保證逃生通道，進(jìn)行安全疏散。由于用地緊張，任何建筑商都不愿讓逃生通道占過多的面積。但香港的消防法規(guī)有明確的要求，必須保證足夠的逃生通道。此外，高層建筑中每隔15層設(shè)置有避難層，可使人員處于暫時的安全狀態(tài)，然后在消防隊(duì)的組織指揮下，有秩序地疏散到最終的安全區(qū)域。
結(jié)合先進(jìn)國家和地區(qū)的超高層建筑消防安全的經(jīng)驗(yàn)，我們應(yīng)遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針，在防火設(shè)計(jì)時就把握好以下幾個方面：
1.采用混合結(jié)構(gòu)。從防火性能的角度出發(fā)，超高層建筑的結(jié)構(gòu)采用混合結(jié)構(gòu)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)。高溫下，全鋼結(jié)構(gòu)受熱后，很快會出現(xiàn)塑性變形，從而降低結(jié)構(gòu)的承載能力，溫度達(dá)到500℃時，強(qiáng)度會降低50%，超過1000℃時，強(qiáng)度呈幾何級數(shù)下降，建筑的強(qiáng)度降低，加快了坍塌的速度。“9.11”事件中，世貿(mào)大廈南部塔樓在被撞后僅小時，即轟然倒塌，與其采用全鋼結(jié)構(gòu)大有關(guān)系。
2.從全局出發(fā)考慮超高層建筑的選址和總平面設(shè)置。從消防角度，超高層建筑一定要遠(yuǎn)離火災(zāi)危險性為甲、乙類廠(庫)房，甲、乙、丙類液體和可燃?xì)怏w儲罐以及可燃材料堆物。總平面設(shè)置上要充分考慮防火間距、消防車道、消防撲救面及特殊房間的位置等。
3.綜合考慮超高層建筑防排煙設(shè)計(jì)，最大限度地減少火災(zāi)時煙氣的生成量，并使火災(zāi)時產(chǎn)生的煙氣迅速排出，從而有效地防止煙氣從著火區(qū)向非著火區(qū)蔓延擴(kuò)散，特別是防止侵入作為疏散通道的走廊、樓梯間及其前室，以確保有一個安全的疏散通道和安全疏散所需要的時間。只有合理劃分防煙分區(qū)，才能有效阻止煙霧擴(kuò)散，將生命財(cái)產(chǎn)的損失降到最低。
4.安全疏散應(yīng)成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。超高層建筑的垂直疏散距離遠(yuǎn)、人員高度集中，需要疏散的時間長。而且火災(zāi)中，人流疏散的速度遠(yuǎn)慢于煙氣流動的速度，加之疏散方向與煙火蔓延的方向、救援人員的前進(jìn)方向相反，增加了疏散的困難和危險。超高層建筑防火設(shè)計(jì)中，應(yīng)將疏散列為重中之重，應(yīng)在建筑物的某一部分或樓層設(shè)置絕對安全區(qū)，如防煙樓梯間、避難層或避難間、疏散平臺等，并設(shè)置消防應(yīng)急照明和安全疏散指示標(biāo)志，引導(dǎo)人員安全疏散和逃生自救。
5.按要求設(shè)置消防電梯，并對電梯井進(jìn)行有效防火。防煙分隔電梯是人員垂直通行的主要途徑，防煙樓梯間的設(shè)置尤為重要。為確�；馂�(zāi)時不使高溫?zé)煔膺M(jìn)入電梯井內(nèi)，消防電梯應(yīng)設(shè)前室，設(shè)置面積符合規(guī)范要求，門口宜設(shè)擋水設(shè)施。出于自然排煙的考慮，消防電梯間前室宜靠外墻設(shè)置。為便于消防人員迅速而有效地利用消防電梯，在首層應(yīng)設(shè)直通室外的出口，設(shè)置專供消防隊(duì)員使用的操作按鈕。
此外，還應(yīng)加大建筑的消防科技含量，采取先進(jìn)科技手段，設(shè)置自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)、人員疏散誘導(dǎo)系統(tǒng)、居住者探測系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，以確�；馂�(zāi)時的人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。
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