试述对高层建筑火灾危险性及其防治技术的探讨

【摘要】高层建筑是现代社会经济、技术和文化的综合体。由于其楼层高、空间跨度大、功能复杂，且一旦发生火灾，扑救困难，损失巨大，后果惨重。因此，近年来对高层建筑火灾危险性受到了越来越多的关注。本文分析了高层建筑火灾及其火灾危险性的特点，对高层建筑的火灾荷载、火灾自动报警灭火系统、安全疏散系统、消防管理进行了因素分析并提出其防治方法。

【关键词】高层建筑  火灾危险性  防治技术

1.引言

随着我国国民经济和城市化建设的快速发展,大型复杂的现代化高层建筑物越来越多,防火安全面临很多新的问题,现有的处方式建筑防火规范严重滞后于现代建筑对防火设计的要求。近年来,我国的火灾形势比较严峻,重大和特大火灾连续发生.尤其是公众聚集场所发生重、特大火灾的概率有逐渐上升的势头，死亡人数也常常是骇人听闻，这给社会造成了极不良的影响，尽管近几年来我国各级人民政府加大了对商场市场、宾馆饭店、歌厅舞厅、医院学校等公众聚集场所消防安全治理力度，但这类场所的火灾仍然比较突出。

近年来，高层建筑发展速度之快 ，分布范围之广，规模之大，建筑技术之先进和建筑艺术之引人注目，都是过去无法比拟的。根据我国《高层民用建筑防火规范》中规定，凡10层及10层以上的居住建筑（包括首层设置服务网点的住宅）或建筑高度超过24米的公共建筑，都属于高层建筑，超过100米的建筑称为超高层建筑。目前高层建筑迅猛发展，世界上每年都有许多高层建筑开工，每年也有许多高层建筑竣工。因此“最高”二字可能只是暂时的，相对的。

2.高层建筑的火灾特点

高层建筑火灾由其自身特点决定，概况起来有以下六个方面：

 (1)建筑结构跨度大、特性复杂

高层建筑由于采用大跨度框架结构和灵活的环境布置，使建筑物开间和隔墙布置复杂，随着建筑高度增加，在起火前室内外温差所形成的热风压大，起火后由于温度变化而引起烟气运动的火风压大，因而火灾时烟气蔓延、扩散迅速。同时，高层智能建筑室外风速、风压随着建筑物的高度而增大，当建筑物高度为90m时，其顶层的风速达15m/s；室外风速增大，则火灾烟气蔓延速度急剧加快。

此外，高层建筑上下内外联系的主要交通工具是电梯，一旦发生火灾，则疏散困难。当火灾发展而必须切断电源时，普通电梯不能使用，仅能靠疏散楼梯进行安全疏散，费时多。据德国资料，在高度60m的高层建筑内，人员安全疏散的时间需0.5h；在高度150m的超高层建筑中，则需2h以上。

 (2)建筑环境要求高、内部装修材料多

为了加强高层建筑室内空间的艺术效果和实现高层建筑的环境舒适性的要求，满足在其中工作、生活的人们的生理和心里的多种需要，高层建筑中的贴墙面层、天棚吊顶、地毯、灵活和空花隔断、窗帘、家具等均大量采用易燃或可燃材料，且有不少是有机高分子材料，尽管一些可能经过了阻燃处理，但遇火后这些易燃、可燃材料或有机高分子材料将分解出大量的CO、CO2及少量的HCN、H2S、HCL、NH3、HF、SO2等有害的烟气和毒气，直接危机人的生命安全。

(3)电气设备多、监控要求高

在高层建筑中，大量使用各种电气设备，如照明灯具、电冰箱、电视机、电话、自动电梯和扶梯、电炉、空调设备、驱动电机、自备发电机组等，还有通信、广播电视、大型电子计算机等电气设备，电气设备配电线路和信息数据通信布线系统密如蛛网，若一处出现电火花或线路绝缘层老化碰线短路而发生电气火灾，火灾会沿着线路迅速蔓延。

 (4)人员多且集中

一般高层建筑容纳有成百上千甚至数以万计的人员，一旦发生火灾，人的荒乱心里加上建筑通道复杂及楼层多等，使人员疏散难度大，难以安全疏散逃离。

 (5)建筑功能复杂多样

高层建筑多数是多用途的综合性大楼，往往设有办公室、写字间、会议厅、商业贸易厅、饭店、旅馆、公寓、住宅、餐厅、歌舞厅、娱乐场、室内运动场等，以及自身必要的厨房、锅炉房、变配电室、物资保管室、汽车库房、不同功能用房，从而造成安全疏散通道曲折隐蔽。

(6)管道竖井多

高层建筑内部必然设置电梯及楼梯井、上下水管道井、电线电缆井、垃圾井等。这些竖井若未加垂直和水平方向隔断设施，一旦烟火窜入，则会产生“烟囱”效应，使火灾迅速蔓延扩散到上层楼房。

3.高层建筑火灾危险性的特点

在防火条件相同的情况下，高层建筑比低层建筑火灾危害性大，而且发生火灾后容易造成重大的财产损失和人员伤亡。尤其是现代高层宾馆，由于服务对象的不确定性及其使用功能和装饰材料等方面的特殊性，所以，高层宾馆建筑火灾特点有别于其它民用建筑火灾的特点。

(1)功能复杂，起火因素多

随着我国经济的发展和时代的变迁，高层建筑的功能已由单一逐步走向多元化，比如高层建筑除提供本关本身所有的各种餐厅、宴会厅、咖啡酒吧;屋顶风味餐厅或旋转餐厅等服务外，还有格式商店、健身房、美容美发室、娱乐厅、会议室等服务，以满足旅客各方面的需要。因此，高层建筑在设备、设施、装修等方面的特殊的要求，必然增加了可燃和易燃物品等火灾荷载。所以说，高层建筑引起火灾的原因是多种多样的，总结国内外火灾实例，高层建筑火灾原因主要有:电气、吸烟、用火不慎、不明原因等。

 (2)火势迅猛，蔓延途径多

高层建筑的楼梯间，电梯井，管道井，电缆井，风道，排气道等竖向井道很多，如果防火分割或防火处理不好，发生火灾是就像一座座高耸的烟囱，成为或是迅速蔓延的途径。尤其是现代高层宾馆，其功能复杂，多数是集餐饮、住宿、办公、商场和娱乐等功能为一体的综合楼。由于建筑物本身多样而复杂的使用功能，所以现代高层宾馆内的管道线错综复杂，往往是火灾蔓延扩大的途径。据测定，在火灾使烟气在水平方向的流动速度为0.3～0.8m/s;垂直方向的速度为2～4m/s。这表明，烟气在无阻挡的情况下，对一座长百米左右的建筑物，只需2～5. 5分钟就可以从一端扩散到另一端;在垂直方向不到1分钟就可以蔓延几十层，用不了很长时间，整座建筑就可能成为一片“火楼”。火灾初期阶段因空气对流，在水平方向造成的烟气扩散速度为0.3m/s；在火灾燃烧猛烈阶段高温状态下的热对流而造成的水平方向烟气扩散速度为0. 5～3m/s；而烟气沿楼梯间或其它竖向管井扩散速度为3～4m/s。

(3)疏散困难，伤亡严重

高层建筑起火，尤其是高层建筑发生火灾，要使人员能够迅速疏散到地面或建筑物内部不受火灾威胁的安全部位，是十分艰难的，这是因为：

①垂直疏散距离长，需要疏散的时间长

根据实测和调查，50层高的大楼，在一般情况下通过楼梯疏散要2小时11分钟。发生火灾后，由于人员密集，下楼梯的疏散速度按15米/分钟计算，大约需要11分钟，而烟气在垂直方向的扩散速度是180～240m/min(3～4m/s)，11分钟可以蔓延660～880m的高度(假定楼层高度按3.0m计算)。可见，实际疏散速度比烟气流动的速度要慢100多倍，而且人的疏散又与烟气蔓延的方向相反，人们不得不在烟熏和热气流的烘烤中进行，进一步增加了人员疏散的艰巨性和危险性，所以，人们往往来不及疏散到安全地点而在疏散中被烟火熏死、烧死。

②人员集中，疏散设施少

随着社会的发展以及人们生活水平的提高，经济收入的增加和思想观念的改变，在长假和黄金旅游季节，外出到大城市和一些旅游城市旅游、度假的人逐年增多。高层宾馆容纳的人数多在千人以上，甚至高峰期可达数万人。另外，高层建筑发生火灾时，普通电梯必须停止使用。是因为电梯井拔烟抽火的作用很强，容易扩大火势；其次，电梯境内浓烟充塞，不能保证安全:三是为防止电气线路和设备扩火势时，非消防用电均要切断。所以高层建筑发生火灾后楼梯是用于人员垂直疏散的唯一通道，并且在慌乱中，还会发生挤伤、摔死等现象。因此，难以在较短的时间(国内外对高层建筑楼层的允许疏散时间定在3～8分钟)内将人员全部撤离危险区。

 (4)消防设施不够完善扑救困难

现代高层建筑由于功能和使用上的特殊困难，主体建筑下部往往连接附属建筑。尤其是临街宾馆，其附属部分或底层大都作为商场或其它经营活动用，而将主体建筑包裹在其中，这便存在消防通道不畅的问题。火灾发生后消防车不易靠近，降低了火灾后的扑救效率。而且，高层建筑高达几十米，甚至超过二、三百米，发生火灾时从室外进行扑救相当困难，所以说扑救高层建筑火灾主要立足于室内消防给水设施。但是，由于目前我国经济技术条件的限制，高层建筑特别是高层宾馆建筑内部的消防设施还不可能很完善，仍然以消火栓系统扑救为主，常常给消防扑救工作带来较大困难。

4. 高层建筑火灾危险性构成要素

基于火灾危险性在高层建筑安全体系中的重要地位，高层建筑火灾危险性成为国内外研究的热点问题。尽管对火灾危险性评估的具体表达方式不尽相同，但所揭示的内容实质上大致类似，他们几乎一致地把高层建筑火灾危险性看成是一个由若干要素构成的、综合性的系统。由于各自分析问题的视角不同，对高层建筑火灾危险性要素的分解方式也各有差异。本文根据高层建筑火灾危险源辨识的方法，对高层建筑火灾危险性指标进行归纳分类和分解。

根据上述高层建筑火灾特点，高层建筑的火灾危险源可分成两类：第一类危险源包括可燃物、火灾烟气及燃烧产生的有毒、有害气体成分；第二类危险源是人们为了防止火灾发生、减小火灾损失所采取的消防措施中的隐患。

4.1 第一类火灾危险源

建筑内可燃物的存在是火灾发生的根本原因。建筑火灾大多是由可燃材料被引燃而造成的。现代高层建筑，为了满足其使用功能和装饰功能的需要，大量使用新型装饰材料、装修材料和建筑制品，这些材料大多数是易燃或可燃材料，作为室内装饰材料其本身的耐火等级并不是很高所以这些材料不但增大了室内火灾荷载，而且一旦燃烧起来，就会放出大量的热、烟，尤其是合成塑料制品。

4.2 第二类火灾危险源

消防对策与消防管理中的危险源。为了防止建筑火灾的发生、减少火灾损失，人们总要采取各种消防对策和消防管理手段或改变火灾过程。这些消防对策从本质上来说是采取措施来约束、限制火灾中的可燃物、烟气等危险源。一个理想化的情况是这些措施完全能够约束、限制火灾危险源，则采用了这些措施的建筑就不会发生火灾，是安全的。但是，根据系统安全理论，绝对安全的系统是不存在的，这些消防对策和消防管理手段中总会存在一些隐患，这些隐患导致了建筑物发生火灾的可能。这些消防隐患也是建筑物发生火灾的危险源之一。它们包括：

(1)火灾探测报警系统

火灾探测报警系统可在火灾发生早期探测到火情并迅速报警，为人员安全疏散提供宝贵的信息，且可以通过联动系统启动有关消防设施来扑救或控制火灾。但是自动探测报警系统存在一定的故障率，存在勿报的情况；另外如果自动报警系统安装不合理，会出现报警死角，影响自动报警系统的工作。

(2)自动灭火系统

自动灭火系统可以及时将火灾扑灭在早期或将火灾的影响控制在限定范围内，并能有效地保护室内的某些设施免受损坏。同样自动灭火系统存在一定的故障率，这对控制火灾的发展和蔓延影响很大。

 (3)安全疏散

建筑内人员疏散通道的设计和发生火灾时人员疏散的组织对保证人员能在火灾到达危险状态前安全地疏散出建筑物至关重要。目前国内很多建筑中存在疏散通道设计不合理，疏散通道上堆放杂物导致通道不顺畅甚至是堵塞的现象，另外很多建筑的使用人员对建筑内的疏散通道不熟悉，一旦发生火灾，将会导致人员安全疏散无法顺利进行，造成群死群伤的恶性后果。

(4)管理及其它

对于较大型的火灾，一般需要消防队来扑救。消防队到达火灾现场时间越快，越有利于控制火灾。影响消防队到达火灾现场展开扑救的因素包括建筑物与最近的消防队的距离；建筑物与消防队之间的路况；建筑物内消防通道的顺畅情况；建筑物内及周围消火栓的情况等。

5.高层建筑火灾危险性评估技术

高层建筑火灾危险性的综合评估是以高层建筑的消防设备安全状况、消防人员管理、人员安全疏散等方面的安全为目的，加强火灾事故发生的因果关系、影响因素及其相互关系的研究，加强安全的过程管理，实现过程的动态综合评估，通过高层建筑火灾危险性评估，增加防范措施，提高高层建筑对火灾事故的应变能力，提高高层建筑对火灾自身的防范能力，尽量减少伤亡事故的发生。

高层建筑火灾的预测就是依据其因素指标的历史数据寻求它的未来发展趋势，是对该指标未来发展趋势的认识。预测的目的就是根据事物的发展与变化趋势来采取相应的措施，一方面是为了对火灾事故进行预防来早期控制发展势头，另一方面研究其发展特性。高层建筑火灾危险性预测是通过系统现有的或过去的危险信息来预测未来的系统安全状态。有效的管理与控制，必须有完善、可靠的过程检测，而过程控制的成功与否，取决于对高层建筑火灾危险性指标的提前把握，准确的预测是提前把握并采取有效技术和管理措施的先决条件。对于高层建筑应采用定量分析的方法对高层建筑火灾危险性进行评估。

定量分析评估主要步骤如下：

 (1)定义系统，选择方法

高层建筑系统界限和系统水平会对危险性分析的步骤和方法的选择产生重要影响，首先必须分析高层建筑火灾危险性涉及的范围和问题，必须要了解高层建筑这个系统的功能、组成，以及对系统进行操作、检测的程序。此外，还应确定系统与其它有关联的系统及环境之间的关系。

高层建筑具体的危险性评估的范围及特点受到多种因素的影响，其中的主要因素有以下几点：

    ①高层建筑火灾危险分析的目的，如何选择评估方案；

    ②高层建筑的新颖程度和复杂程度；

    ③高层建筑所处的环境和地理位置；

    ④对高层建筑火灾危险性评估结果的置信度要求。

对于高层建筑这个大型的复杂系统，为易于危险性评估，可以将大系统分成若干个子系统进行分析。这种子系统可以是一个区域，比如楼梯间，也可以是一种操作或是一个具有特定功能的子系统，如消防系统，还可以是一种典型的火灾危险等。每一个子系统可以单独分析，并最终加以综合形成对全部危险性的整体描述。

(2)危险源识别

这一步的目的在于找出所有可能的危险，这些潜在的危险往往是导致高层建筑大系

统发生严重火灾事故的诱因，其中某些危险本身可能就是严重的事件。用于识别的方法很多，本文对高层建筑火灾危险源进行分类辨识，大体分成两类，第一类为建筑火灾荷载危险源，第二类是消防系统和管理危险源。

 (3)原因及后果分析

原因分析的目的是估计每一种危险产生的原因及其发生的概率。对于高层建筑来说这一步建立在观测记录、火灾事故调查报告、统计资料和工程检验的基础上。后果分析是要找出由于某种触发事件导致火灾事故的发展历程，形成对每一种火灾事故的描述。在因果分析过程中，对于高层建筑发生可能性很小而且可能造成的后果又很轻微的危险因素，应在进一步分析之前及时排除，减少不必要的工作。

(4)火灾危险性的估算

高层建筑总体的危险性评估要通过综合原因分析和后果分析这两者的结果来进行，一般来说应当建立起对高层建筑火灾危险性的概率描述，火灾事故产生的后果可以分为经济损失、人员伤亡、环境破坏的影响等。

(5)结果输出

火灾危险性评估的结果以图表、报告等形式给出。危险性评估的结果可以提供如下的信息：设计方案是否满足高层建筑一定的火灾危险准则；找出影响高层建筑火灾危险性的主要因素，并且提出改进意见。

6 结论

通过对高层建筑火灾危险性评估，可以使相关部门了解并掌握其危险指数、危险等级等，从而为预防和控制火灾的发生提供科学的依据，以减少相关部门决策过程中的主观性和盲目性。我国的消防方针是“预防为主，防消结合”，消防的重点在“防”。目前，在高层建筑火灾危险性的预测和评估指标体系方面，一种是采用传统的指标体系，另一种是采用国外先进国家的指标体系，如何结合我国当前的实际经济形势，参考国外先进发达国家的研究工作，建立适合于我国高层建筑火灾危险性预测和评估指标体系是一项重要的研究任务。所以开展高层建筑物防火安全评估研究，建立新的评估方法，是我国高层建筑物防火安全发展的迫切需要，也对促进我国高层建筑火灾危险性评估水平提高具有重要作用。

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