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从美国 9.11 事件谈 XXCBD 超高层建筑群等 防灾安全问题 摘要：建不建高层、超高层建筑的争论，在国际上已延续 半个多世纪；在 XX 也已争论了二、三十年，但高层、超高 层建筑并未因争论而减少，却越来越多。9.11 事件恐怕也 不会迅速冷却高层、超高层建筑热，XX、上海都在准备要 建世界最高建筑。本文作者曾是我国高层民用建筑设计 防火规范编制组的成员，对高层、超高层建筑的消防问 题深有感触。作为一名消防工作者，需要面对现实。如何 保障高层、超高层建筑的安全，依然是个值得进一步研究 的课题。为此，作者对首都将要建设的 CBD 超高层建筑群 和重要标志性建筑，结合 9.11 事件提出了加强防灾救灾的 若干建议，特别是钢结构防火与安全检测的意见；同时， 对首都现代化建设中城市基础设施防灾方面的许多新问题 也提出了建设性意见。这对城市规范设计、防火减灾和安 全管理等都有参考价值，值得引起有关部门的注意。 震惊世界的 911 恐怖事件，使闻名于世的美国纽约 曼哈顿地区高达 110 层的世界贸易中心等 7 栋建筑轰然倒 塌，在那工作的数千名各国人员和参加救灾的纽约 300 多 名消防队员和警察一起遇难。 当前，美国有关部门正在调查曾经是世界最高的 标志性建筑为什么不堪一击？ 目前，美国和一些国际军政要员都在研究与实施反恐 怖这一 21 世纪的新课题；而工程技术界正在研究分析或讨 论世贸中心轰然坍塌这个对超高层建筑安全具有重大影响 的新问题。本文围绕这一惊天大案，从消防防火角度等谈 谈本市中央商务区超高层建筑群及其他重要标志性建筑等 的防灾问题。 一、钢结构不耐火是纽约世界贸易中心坍塌的重要原 因 纽约世界贸易中心筹建于 20 世纪 60 年代，建成于 20 世纪 70 年代。世贸中心建设时由六栋建筑组成，共 93 万 平方米。其中：两栋姐妹楼为主楼，各有 110 层、高 4115 m，面积各为 446 万平方米，每栋主楼有 99 部电 梯；该中心落成后，有世界 800 多个贸易公司约 5 万人进 入办公，有 100 多个商店及供 2 万人同时用餐的许多餐厅， 还有一个火车站、二个地铁站。纽约世界贸易中心的建成， 代表厂那个时代世界科技与建筑材料、建筑结构和建筑设 备发展的新水平，是著名的日裔美国建筑师雅马萨奇等的 得意之作。据介绍，世贸中心设计时考虑了“飓风”和波 音 707 等当时最大飞机的撞击，但没有想到会被波音 767、757 飞机撞击及大量航空燃料的烧击，致使世贸中心 南北两主楼在恐怖分子飞机撞击后一个多小时相继坍塌。 据报道，整个救灾清理工作要延续到 XX 年，灾后修复重建 需要花费几百亿美元。 国内外一系列城市灾害表明，对房屋建筑而言，最严 重的灾害就是火灾、地震、飓风、台风以及战争等自然与 人为的灾害。现代科技对抵御飓风、台风、地震的能力日 益增强世贸中心的建筑结构为筒中筒钢结构，较好地解 决了抗风、抗震等问题。但从 911 事件看，火灾问题尚 未真正解决。在平时或非常时期，火灾仍是城市诸灾害中 危害频度最大、死伤人员最多的灾害之一。许多火灾案例 说明，建筑火灾人员伤亡以烟害为主；而 9.11 恐怖事件表 明，钢结构不耐火，是世贸中心坍塌、人员大量伤亡的重 要原因。美国防火规范对建筑物的抗火能力的分级为 3 小 时、2 小时两级，对承重墙和支承多层的柱、主梁等承重构 件规定其耐火极限为 4 小时；日本的防火规范要求低些， 其相应构件的耐火极限为 23 小时；我国的高层民用建 筑设计防火规范规定高层民用建筑结构的耐火极限，大 致与美、日相似，但略低于美国的规定，如一级耐火等级 建筑的防火墙、柱和承重墙、楼梯间墙及梁的耐火极限为 3 小时和 2 小时，没有 1 小时的规定。从 911 事件看，虽 然美国有 4 小时的规定，但世贸中心被飞机撞击引发火灾 后，仅一个多小时大楼就坍塌了。为什么世贸中心化火能 力如此之差！我们分析，以下若干因素可能起了重要作用： 一是飞机巨大的撞击力，使钢结构表面的防火保护层发生 松动、开裂以致脱落，使钢结构有直接被火烧的可能；二 是世贸中心建成已近三十年，原有钢结构的防火保护材料 的防火性能可能己经大大减弱；三是大量航空燃料进人大 楼流到那里烧到那里；四是在飞机巨大的撞击下，楼内 的供配电、消防设备等等可能失灵，难以自动灭火、控制 火势蔓延，无法降温和阻止钢结构变形。在上述种种因素 的综合作用下，火灾的高温使钢结构强度迅速下降、变形 扩大，无法支持一百多层建筑自身的重量而迅速下塌。总 之，火灾直接烧烤钢结构和防火保护层被破坏或失效，高 温使钢结构软化，强度丧失，难以支持建筑物的巨大重量， 应是世贸中心轰然坍塌的根本原因。这也是我们在进行现 代化城市建设中特别是在高层、超高层钢结构建筑中应 该认真对待的问题；同时，也是我国建筑设计防人规范 领域有关钢结构防火处理方面值得借鉴的突出的典型案例， 应该深入研究。 二、加强 XXCBD 超高层建筑区域等的防灾规划设计 前些时候，报刊等有关媒体报道了 XX 中央商务区的规 划，其规模约 4 平方公平方公里。居国内之首，世界少有。 但有关 XXCBD 区域或中关村科技园区、奥运村等防灾方而 的规范设计、安全对策等，尚未见报道。结合美国 911 事件，提出几点建议： 1研究与提高我国高层、超高层建筑钢结构的耐火能 力 大家都知道，钢结构具有强度大、重量轻、力学性能 尤其是抗风、抗震好等优点，因而高层、超高层建筑和一 些有特殊要求的工业与民川建筑采用钢结构的不少；但从 防火角度看，钢结构虽然是不燃烧体，但很不耐火、这就 是钢结构的最大弱点，这一结论已被无数火灾案例和科学 试验所证明，无防火保护的钢结构在火灾的作用下约一 刻钟左右就会烧损或破坏。因此，国内外都要求对高层、 超高层建筑以及受高温作用的钢结构的建筑物都要求进行 防火处理。目前，国内外通常是采取对钢结构表面喷或涂 刷防火材料或包裹耐火材料等办法保护钢结构不被火焰直 接烧烤而提高其抗火能力。但现今的防火喷、涂材料，大 多用化学粘结剂使喷、涂材料粘结于钢材表面，随着时间 的延伸其防火性能会逐渐下降以致失效，加上振动、冲击 等影响，加速涂料与结构分离或出现裂缝等，这样钢结构 就有被火直接烧烤的可能或因涂料自身耐火件性能的降低 而影响钢结构建筑的耐火极限以致倒塌。仅京津地区就有 多起钢结构火灾的典型案例，如：1975 年，天津体育馆因 维修通风管道，电气焊引燃风道保温材料而发生大火，致 使体育馆上在失火约一刻钟时就全部倒塌；三年前，XX 玉 泉营环岛家具城因电气设备发生火灾，由于建设时施工单 位听从业主的错误意见，擅自将钢结构防火喷涂的耐火极 限从规定的 1 小时降为 0.5 小时，且喷涂质量又不好，致 使家具城在失火后不到半小时就全部烧塌，造成特大火灾 损失，80 年代末，XX 国贸中心在施可工时中，因电气焊引 发火灾，火灾持续了二个多小时，幸亏国贸中心的钢结构 已进行了防火处理，且喷涂质量较好，钢结构未受大的影 响，得以继续施工。 国内外钢结构建筑火灾正反两方面的经验表明，钢结 构防火喷涂的质量、时效、涂层粘结力、使用中是否有松 动、开裂或是否受到大的冲击、震动等等关系甚大；同时， 建筑物内可燃、易燃液体流淌、可燃气体扩散燃烧等等， 也都会直接影响到钢构件的防火安全，应该引起有关部门 的重视。为此，有关部门应加强研究，进一步采取可靠的 安全措施，保障钢结构建筑物的消防安全。从目前的情况 看。特别要研究耐火性能好、时效长、粘结力高的新的钢 结构防火材料；研制耐高温价廉物美的金属、非金属钢结 构复合防火材料及轻质、高强、耐火的混凝土等新材料， 进一步提高地结构的耐火能力，应是我国建筑界、工程界 和消防界的新课题。 从建筑设计防火规范角度，结合美国 911 事件 是否应对高层、超高层钢结构建筑物的防火构造、耐火极 限等等提出进一步要求，改善与提高钢结构的耐火能力， 适当提高重要钢结构建筑的耐火等级或重要钢结构构件的 耐火极限。 2 钢结构建筑物应定期进行耐火检测 目前，XX 采用防火保护的钢结构建筑物约有数百栋、 近千万平方米。在设计与施工中一般只按照防火规范有 关耐火等级的要求喷规定厚度的防火涂料，但这此建筑物 到底能耐火多少年，或使用多少年应当进行耐火检查或科 学测试，目前国家、地方或行业管理部门均无具体规定。 从美国 911 事件，从保障钢结构建筑物的长远安全看， 应该做出必要的规定。如：1）按照不同的性质，不同耐火 等级，确定经过防火处理的钢结构建筑物定期耐火检查、 测试的年限；2）为方便耐火检查、测试，应在设计、施工 时，对关键构件、节点创造进行耐火检查、测试的条件， 并应设置明显的标志；3）对难以进行检查、测试的重要隐 蔽部位，宜采取做试件的办法，并应将试件放置在与建筑 相同的场所，方便定期进行外观检查与科学测试。为钢结 构建筑物的定期维修年限与耐火的真实能力积累科学数据。 3提高高层、超高层建筑和地下建筑的防灾抗灾能力 当前，城市建筑的发展是向高空和地下两极发展，高 层建筑、地下建筑越来越多；又由于高层建筑、地下建筑 自身的种种特殊性，容易引发火灾等重大灾害事故，因此 要求我们在规划建设 CBD 区域或其他区域的高层建筑、地 下建筑时，要考虑好消防防灾和灭火救灾等有关防灾、救 灾技术措施与对策，从根本上提高高层建筑和地下建筑的 安全度，增强其防灾抗灾能力。除前面涉及的钢结构耐火 问题外，特别要处理好以下有关事项： l）高层建筑、地下建筑的安全疏散设施必须可靠及长 期有效才能确保高楼大厦、地下建筑平时和火灾等非常时 期人员的安全疏散。 防烟楼梯、疏散走道应保持通畅，疏散照明、指示标 志、火灾报警、灭火设施、防烟排烟等等应长期有效；装 修设计、装修施工不应破坏原设计的安全格局及报警、灭 火设施，必须从安全防灾出发，使用不燃、无毒的装修材 料，严格控制可燃、有毒、发烟量大的材料。进行耐火、 阻燃处理时，要选用时效长的材料；要提倡在一栋建筑物 内采用机械防烟与自然防烟相结合的防烟楼梯，真正提高 防烟楼梯的安全度；对超高层建筑，一定要做好避难层和 屋顶停机坪等避难救灾设施；要从严掌握玻璃幕墙的设置， 必要时一定要严密防火措施，如每层外墙应设窗槛墙或相 应的阻止火势蔓延的其它有效设施，幕墙安装必须牢固， 预防或减少因火灾、大风、地震等引发次生灾害。 2）合理安排、处理建筑物所需的热源、冷源、电源、 气源等相关设施的安全防灾问题。 当建设工程不可能利用城市或区域集中采暖、供热设 施，需要自行解决，不论采用燃油、燃气锅炉、直燃机采 暖、供热、制冷或利用燃油、燃气自备发电等，都应合理 布置这些设施，即要有符合防火安全要求的场所。除电制 冷外，这些场所应尽量与主体建筑分开布置；必须布置在 主体建筑时，应考虑燃油、燃气场所自身安全及相应安全 设施的可靠性，特别要避免没有自然通风、采光或没有建 筑防爆泄压条件的场所安排燃气设施、暗厨房等。对盛装 油品等可燃液体设施的场所，要有自动灭火和防止液体流 淌扩大蔓延的措施；对燃气场所，要有建筑防爆泄压、 自动报警、事故排风、电气防爆以及快速切断气源装置； 对建筑物内外输送可燃气体、可燃液体的管道要安全布置， 避开人员集中部位和容易引发火灾等灾害事故的场所，要 增设防护套管、防震伸缩、补偿等设施；对储存可燃液体、 可燃气体的地上金属储罐、容器等，要有自动灭火冷却、 降温、防变形倒塌等措施；在平时或事故时，重要消防用 电设备要保障正常供电，做到末端自投。同时，消防用电 设备的电气线路应与非消防用电线路分开布置，为火灾时 及时切断非消防用电设备电源和防止扩大火灾蔓延、减少 损失以及为消防扑救与安全救灾创造必要条件。 3）CBD 区域、重要公共建筑、城市标志性建筑和居住 区建筑周围等，要有通畅的消防救灾道路和一定的防火安 全距离。 消防救灾道路应成环状，距被保护对象宜为 56m，消 防救灾道路的路面和路下各种沟、管的盖板要有承受大型 消防车等救灾车辆装备的能力，一般不应小于 30 吨。特别 要注意高层主体或裙房建筑周围向外扩展的地下室顶板和 商务区、居住区高架花园顶板的承载能力也应适应大型救 灾车辆装备通行和工作的需要，否则，必将严重影响高层 建筑的灭火、救人等各种救援的需要。上述区域和城市重 要建筑等与有碍其安全、容易引起火灾、爆炸、中毒等大 面积灾害的设施应保持足够的防灾安全距离。特别要注意 个要将重要建筑、居住区等布置在液化石油气储配站附近， 因为这类设施燃烧爆炸波及面很大，一般在几百米至几千 米。目前，本市有些开发项目距离这些设施较近，已存在 一些隐患，应引起规划、设计和城市开发部门的注意。对 市区的危险设施宜采取迁离、改变使用性质或设置绿化安 全隔离区；也可暂缓安排建设邻近项目或停建、改建。总 之，要为现代化、国际化大都市、为人民群众创造优美、 舒适和安全的环境。 4）加强消防站、急救站等城市救灾设施的建设和提高 城市生命线工程的安全度 ACBD、高科技园区、大型商业文化区、居住区和郊 区卫星城及新型城镇等均应同步规划建设消防站、急救站 等城市基础救灾设施。目前，XX 市消防站布点与建设还很 不完善，欠帐很多，与国家消防站建设标准和天津、 上海等城市比较均有较大差距，与国外同等规模现代化城 市比较差距更大，应抓紧落实总体规划防灾建设，不能再 欠新账。 B要提高防灾设施自身的安全度。消防站、急救站等 城市救灾设施，是平时和非常时期进行灭火救灾、救人的 城市基础设施、救灾设施，其重要性决定了这些救灾设施 自身防火防震要求应有别于其他建筑，否则就难以完成国 家所赋予它的救灾使命。历史上有很多深刻教训，如美国 的旧金山大地震，消防站全部倒塌。大火三天三夜不灭； 我国唐山地震，消防站也都倒塌，群众徒步到消防站报警， 到消防站见到房屋倒塌，人员伤亡、车辆砸毁，只能伤心 的走了；XX 远郊区一座大型企业发生重大燃烧爆炸事故， 贮气罐爆炸的冲击波使相距 100 余米处的企业消防站车库 大门变形，消防车无法出动，贻误了灭火战机。为此，我 国现行的消防站建设标准，对城镇消防站的防火、抗 震等防灾要求作出了专门规定：其站房、车库的耐火等级 不应低于二级；抗震设防要求对低烈度地区要求提高 1 度设防；对高烈度地区规定地震力不提高，但其防震构造 要求按提高 1 度处理，并要求对站房、车库的框架、大门 等的变形要进行验算，以保障大震时消防站不倒塌，消防 车库大门不发生大的变形，消防车可以迅速出动投人灭火 救灾工作。 XX 市处于强烈地震区，是个有一千几百万人口的国际 大都市，中央党、政、军所在地，位于我国一百多座设防 城市之首，消防站、急救站等城镇救灾设施的防灾、抗震 极为重要。但目前 XX 的消防站等在自身防震安全方面还存 在不少问题：一是还有一些消防站还未进行全面的抗震加 固，很不安全；二是唐山地震后建设的一些消防站也不符 合现行国家消防站建设标准要求，也要加固；三是有 关部门对救灾设施自身安全的重要性认识不足。今后建设 新消防站等救灾建筑时，要高度重视其自身的防灾抗震能 力，提高施工质量。救灾设施自身的安全直接有关城镇防 灾安全大局，设计、施工和市政管理以及消防部门等均应 抓好此项工作。急救站应同消防站一样要求加强防灾抗震 等自身安全的能力。 C加强城市生命线工程和救灾队伍业务与装备水平 水、电、燃气和油料、热力、通讯是现代化城市正常 运转和人民群众工作生活的必需，亦即人们常说的城市生 命线工程，充分说明了它的重要地位；其中油、气罐站装 置，输油输气管道、设备还往往会引发燃烧爆炸事故和人 员伤亡。因此，城市生命线工程的自身安全与日常运行安 全，防止跑、冒、滴、漏和各种事故，加强与完善这些设 施的防灾工作，特别是提高这些工程在平时及非常时期的 设防安全，提高工程质量、加强运行安全管理具有重要意 义。作为现代化、国际化城市，必须制定生命线工程防灾 规划与救灾预案，加强演练。有关基础信息资料、防灾救 灾对策，各种应急措施方案，救灾机构分工和各有关部门 职责以及参加救灾的军警部队等信息均应输人城市防灾救 灾中心，在城市或地区最高领导或分管市长的统一领导下， 应对可能发生的各种灾害事故，确保城市安全。 b）当前，尤其要加强首都城市高压电缆隧道网的、防 灾与救灾准备。随着城市现代化建设的迅速发展，XX 四环 路以内城市地下高压电缆隧道网已有二、三百公里。连结 30 多座 110 kV 至 220 kV 变电站和二个热电厂，电缆总长 达数千公里。由于种种原因，本市地下高压电缆隧道存在 较多不安全因素，又缺少有效救灾设施、装备。比较突出 的如：高压电缆隧道普遍没有强制通风设备，电缆过热、 绝缘老化、龟裂，电缆油渗漏以及隧道渗水、漏水，金属 材料腐蚀等等，随时都有引发重大事故的可能，迫切需要 加强防火、防灾与综合治理。如：做好通风降温、防水、 防腐和各种有效的防火分隔、封堵，防止延烧等基础性防 灾工作；同时，要加强电缆预测预警工作，将电缆火灾控 制与消灭在孕育阶段，防患于未燃；此外，要加强研究负 荷调整，提高运行安全度。发达国家大多采取较低负荷运 行，安全系数较大，而我们往往是满负荷甚至超负荷运行， 加剧了不安全因素。 D加强救灾业务与装备建设 过去，人们常说 XX 消防防灾救灾有四大难题一即 高层建筑、地下建筑、石油化工油气罐站及古建筑。而现 在的难题已远不止这四方面，如 CBD 超高层区域建设与运 行管理，中关村等高科技园区建设与生产；随着计算机技 术与信息技术的发展，信息中心、网络中心如雨后春笋发 展极为迅速，城市通信方式、通信手段不断更新。首都的 通信中心、信息中心、金融中心、指挥中心以及调度中心 等设施的大量建设，这些中心的地位与作用日益强化。信 息技术使世界变小，使千家万户、使各大企业、世界各国 紧密相连，从研制、开发、生产、销售、供应到维修服务 已连为一体，一些设施如果发生火灾，将造成巨大损失与 影响，真所谓“一发动千金”。如前几年东南某市和西南 某地区通信大楼发生火灾，使整座城市对内对外通信联络 全部中断达数十小时，造成重大损失与无法挽回的影响。 而前述新型产业、新型技术、新型设备，其防灾救灾均不 同于过去，需要新的防灾技术措施，新的救灾装备，都需 要有专业技术知识并经过专门培训的防灾救灾人员。目前 XX 的情况，XX 的防灾救灾设施还很脆弱，还有较大差距， 还不适应信息技术、信息社会、现代高新技术发展的需要。 因此，政府和有关部门应大力加强新兴技术、新兴产业、 信息中心、网络中心防灾救灾的研究和开发新型救灾技术 装备，大力开展专业人才的培养、训练，适应新