超高层建筑防火设计要求及灭火救援研究

超高层建筑防火设计要求及灭火救超高层建筑防火设计要求及灭火救 援研究援研究 近年来 由于新技术 新材料的广泛运用高层建筑建筑高 度呈现不断攀升的趋势 目前国际上最高建筑为哈利法塔 又 名迪拜塔 位于阿联酋迪拜 总高 828 米 160 层 我国大陆 第一高楼为上海环球金融中心 总高 492 米 昆明市已建成第 一高楼为佳华广场酒店 总高 147 8 米 38 层 在建和拟建高 层建筑 527 栋 其中在建高层建筑 327 栋 最高建筑为 欣都隆 城 高度 186 米 拟建高层建筑 200 栋 最高建筑为 南亚之 门 设计高度 333 米 81 层 随之而来相继发生北京 2 09 央视配楼火灾 上海 11 15 高层居民住宅火灾 沈阳 2 03 皇朝万鑫国际大厦等高层建筑火 灾事故 从不同程度反映出高层建筑消防安全现状与消防部队 实际灭火救援能力之间存在不均衡 不对称发展的状况 消防 部队针对高层建筑火灾的扑救能力受到了极大的考验 本文就 昆明市公安消防部队超高层建筑灭火救援能力进行探讨和研究 以期发现问题和不足 寻找解决问题的有效途径 一 超高层建筑定义 建筑材料及结构体系 建筑高度超过 100 米的高层建筑通常称为超高层建筑 超 高层建筑的设计主要考虑竖向和水平荷载的设计 竖向荷载主 要指建筑材料 楼内设备及人员等所带来的重力荷载 水平荷 载主要是指风 地震带来的侧向荷载 目前超高层建筑用于承 受荷载的建筑材料主要有三种 分别为 钢结构 钢筋混凝土 结构 钢混凝土组合结构 超高层建筑的建筑结构体系是指承 受竖向和抵抗侧向荷载的构建组成形式 大致分为 7 种形式 分别是 框架体系 剪力墙结构 框架 剪力墙结构 框架 支撑 结构 筒体结构 巨型结构 其他结构 如空间桁架结构 悬 挂结构等 二 超高层建筑在防火设计上的特殊要求 在我国 高层建筑防火设计规范 有关内容中规定超高层 建筑除执行高层建筑防火设计的有关规定外 对超高层建筑提 出了特殊的防火设计要求 如 一 建筑高度超过 100m 的高层建筑 其应在电缆井 管道井每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分 隔 二 建筑高度超过 100m 的公共建筑 应设置避难层 间 并应符合有关规定 三 建筑高度超过 100m 且标准层建筑面积超过 1000m2 的公共建筑 宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助 的设施 并应符合有关规定 四 当建筑高度超过 100m 时 高层建筑最不利点消火 栓静水压力不应低于 0 15mpa 当高位消防水箱不能满足上述 静压要求时 应设增压设施 五 建筑高度超过 100m 的高层建筑及其裙房 除游泳 池 溜冰场 建筑面积小于 5 00m2 的卫生间 不设集中空调且 户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外 均应设自动喷水灭火系统 通过对规范的研究 可以了解到超高层建筑从内部人员的 逃生疏散 火灾范围的控制 排烟 供水 固定灭火设施上均 提出了具体和更为严格的要求 北京 上海等地相继发生高层建筑外墙火灾后 国家对高 层建筑外墙保温材料的防火等级也提出了更高要求 三 超高层建筑火灾面临的形势和难点 一 高层建筑火灾呈现新特点 目前我国部分高层建筑 外墙大量使用易燃 可燃建筑材料后 火灾发展蔓延的形式不 同于以往常规 呈现由外及内 由高到低的新特点 从而增加 了消防部队扑救高层建筑火灾的难度 从北京央视配楼 上海 高层居民住宅几起火灾来看 均为建筑外墙安装和使用了大量 易燃 可燃建筑材料 如 建筑外墙保温层使用的聚氨酯泡沫 火灾在外部引发后迅速向上或向建筑内部蔓延扩大 甚至从楼 顶向下蔓延 北京央视火灾就属于此类 从而导致整栋建筑 发生立体燃烧 此外 室外火灾一般无明显发展阶段之分 由 于供氧充足 室外火灾发生后很快便会发展到猛烈燃烧阶段 风对火势发展有决定性影响 尤其露天火灾受风的影响更大 而高层建筑外墙火灾更是受风力的影响 风给燃烧区带来大量 新鲜空气 加之高层建筑外墙包裹着大量易燃 可燃材料 促 使燃烧更为猛烈 随着风向的改变 火势蔓延方向会相应改变 大风天气极易形成飞火 迅速扩大燃烧范围 以上因素导致高 层建筑火灾致灾时间的缩短 灾害范围和危害性进一步扩大 从客观上讲对消防部队的反应时间 处置能力也提出了更高的 要求 二 针对超高层建筑火灾呈现的新特点 需要多方面采 取有力措施才能有效控制火灾范围 减少火灾损失和人员伤亡 1 由于火灾蔓延速度极快 第一时间必须要采取扑救措施 第一时间采取扑救措施并非一定要等消防部队到场才能进行 近期几起高层建筑火灾首先从建筑外部引发 由于不像建筑内 部具有完备的防火分隔设施和固定灭火设施 建筑外墙的火势 可以不受任何阻挡 在高空风力的作用下迅速沿高层建筑外墙 向上 向下或向建筑内部蔓延 形成内外同时燃烧的不利局面 此种情况发生后如果第一时间不及时采取扑救措施 往往第一 批消防处置力量到场时已经难于在短时间内控制火势蔓延 昆 明市 2009 年曾经发生过一起在建高层建筑外墙火灾 消防部队 到场时 火灾已经被工地的建筑工人使用楼层内的施工用水进 行了有效控制 火势没有沿建筑外部防护网继续向上和向建筑 内部蔓延 由于起火楼层较低 第一到场的消防中队使用水罐 消防车车载炮对位于 7 层以下的建筑外墙防护网实施了冷却清 理 最终没有酿成大火 2 消防部队灭火救援作战能力还有待进一步改进和提高 这里需要思考如果消防部队到场前建筑工人不及时采取有效扑 救措施 又或者火灾发生或蔓延至高层建筑外墙 100 米以上的 位置 消防部队第一到场力量应如何采取有效的技 战术措施 进行扑救 我们就目前昆明消防部队超高层建筑灭火救援工作面临的 形势进行如下分析 第一种情况 认为消防部队依靠自身配备 的消防装备可以完成所有火灾扑救任务 忽略了高层建筑等场 所内部固定消防设施对完成灭火救援任务起到的重要作用 目 前全国消防部队配备的举高车辆最高举高高度为 101 米 昆明 消防部队配备的举高车辆最高举高高度为 68 米 火灾在建筑外 墙 100 米以上的地方发生或蔓延 要依靠外部移动消防设备进 行扑救几乎是不可能完成的任务 而且也极不安全 此外 由 于受道路宽度 高空障碍物 路面承载能力 风速 出水时反 作用力等关键因素的影响 举高车辆是否能在所有火灾现场举 升到最大高度 这还是个值得商榷的问题 否则媒体和群众都将可能被误导 采用一家新闻媒体对北 京央视火灾的评论词 央视配楼高度 150 米 最高的消防设备 只能达到 100 米 我们的灭火救援能力就差这短短的 50 米 火 势没有得到有效控制 第二种情况 媒体和群众对消防部队到 场时间 力量调集 处置措施的看法 这里我们对一些影响以 上环节的因素进行分析 以探讨如何提高消防部队扑救超高层 火灾的能力 我们可以计算这样一个时间 就是消防指挥中心 从接到报警至调动最近中队到场出水控火的时间 以处置超高 层建筑 100 米以上火灾为例 假设 1 从开始接警至下达出动命令需要 30 秒的时间 指挥 中心采取统一接警 并能同时下达多队出动命令 2 中队接到出动命令至消防车驶离车库需要 1 分钟 3 路途行驶需要时间按照中队辖区 5 分钟内可以抵达 进行计算 这个时间受划分中队辖区的合理性 道路交通实际 情况 驾驶员对道路的熟悉情况等多种因素影响 4 到场后火灾发生在 100 米以上的高层或已经蔓延至 100 米以上时 消防队员遇到最有利的情况 消防电梯和建筑 内部室内消火栓系统可以正常使用 消防队员按预先设定的任 务分工携带水枪 水带 分水器等器材从停车位置进入消防电 梯需要 1 分钟 如果不提前进行实地 六熟悉 和演练 明确任 务分工 停车顺序和停车位置 掌握消防电梯位置 中队很难 做到在停车 1 分钟之内首批内攻人员全部进入消防电梯 5 乘坐消防电梯从地面至 100 米的高度耗时约为 1 分 钟 消防队员需要提前掌握火灾情况 判断起火层位置 并 熟悉消防电梯操作方法 在起火层下层或下 2 层停靠电梯 6 出电梯铺设水带 连接室内消火栓 分水器 水枪 打开室内栓阀门出水需要 1 分钟 消防队员需要掌握楼层室 内消火栓位置 熟练掌握操作室内栓和水带铺设的技能 注意 出水后要按下消火栓按钮启动水泵实施加压供水 按照以上时间计算 消防部队应对超高层建筑火灾第一到 场力量出水控火的正常理论时间为 9 分 30 秒 而且是不发生其 他任何情况下所需要的时间 如果受报警晚 首批力量调集不 及时 道路拥堵 官兵对辖区和重点单位情况不熟悉 作战任 务分工不明确 技战术训练不到位 以及单位内部固定消防设 施故障等多重因素的影响 火灾不受控制的发展时间可能还会 比 9 分 30 秒要长 9 分 30 秒之内一栋包裹着保温层 防护网 等易燃材料的超高层建筑外墙发生火灾 如果不及时组织进行 初期扑救 很难想象火灾将发展至什么状况 消防部队首批力 量到场如果还不能有效控制火势蔓延 再次调集的力量到场将 只能用于清理火场 四 扑救超高层建筑火灾需要注意的几个方面 一 举高车辆的使用 1 举高车辆在扑救高层建筑火灾中发挥了一定作用 但是 作用有限 尤其是针对超高层建筑 100 米以上的部位几乎无能 为力 2 举高车辆同时具备救援和射水功能时 救援和射水的工 作高度需要特别注意 不能一概而论 救援高度条件允许时可以接近最大工作高度 但是射水高 度则必须慎重考虑 操作时应适当降低工作高度 尽量调整转 台位置 从有可能翻倒的一侧射水 减小射水反作用的影响 保证车辆上装部分的稳定性 以免工作斗 梯臂因水流反作用 力产生严重晃动 造成人员和车辆发生危险 3 举高车辆进行射水作业时为达到最大射水高度 应适当 保持与起火建筑的距离 以下是一组举高车射高与建筑距离的 测试数据 车型 举高能力停靠距离 米 作战能力 米 森田 25 米曲臂登高平台消防车 1020 36 205 44 3020 53 森田 30 米曲臂登高平台消防车 105 37 203 51 3010 51 森田 50 米曲臂登高平台消防车 2041 68 3036 81 马基路斯 30 米曲臂登高平台消防车 1026 37 20 地面 51 3023 51 马基路斯 30 米城市抢险救援登高平台消防车 1024 29 2018 42 3024 47 博浪涛 90 米曲臂登高平台消防车 3042 96 4032 109 注 停靠距离为举高消防车转台中心点距目标建筑物的距 离 作战能力指举高臂极限高度下 水炮最大仰俯角射流所及 高度 但是 需要说明举高车在实际作战时停车位置受道路和周 边环境的限制 出水不一定能够达到理想状态中的最大射高 4 举高车进行救援时在考虑到的负重界限 架梯位置的高 度及水平距离 的基础上 只要没有靠近建筑物的障碍物 使 用工作斗的障碍物 打开支脚的障碍物 可以适当靠近建筑物 部署举高车以利于救援 这点与射水应与建筑保持适当距离的 情况刚好相反 二 超高层建筑的供水 1 坚持 以固为主 固移结合 的作战原则 最理想状态是 超高层建筑内部固定消防设施完好 将建筑内的固定消防设施 作为灭火战斗的首选设备 尤其要借助作战登高的消防电梯 灭火用水的室内供水管网系统 众所周知 高层建筑均配置严 格完善的固定消防设施 作为整体建筑安全保证的基本条件 对快速 有效扑救火灾 最大限度地减少人员伤亡和财产损失 起到极其重要的作用 在高层火灾中 通过建筑内部给水系统和消防竖管向火场 供灭火剂 其效率远远高于移动设备供灭火剂 从而大大提高 初战告捷的成功率 2 在充分认识固定消防设施重要性的同时 我们也要注 意 由于固定设施消防泵的数量和扬程大小 室内供水管网形 式和口径大小等因素的限制 一旦火势扩大 发生大面积燃烧 时 仅仅依靠固定设施将无法适应火场实际需要 此时 应充 分发挥消防车等移动式灭火装备的优势 通过消防车与接合器 相结合 消防车与高层建筑底层室内消火栓相结合等方式 提 高高层建筑火灾扑救的供水能力 3 最后才是采用人工登高铺设水带 在登高铺设时 方 法也多种多样 最常用的手段有两种 一是通过建筑内楼梯蜿 蜒铺设水带或沿楼梯缝隙垂直铺设水带向上供水 二是通过外 墙或其它井道垂直铺设水带向上供水 内楼梯是高层建筑中最 安全 最可靠 最能熟悉掌握的通道 在水带铺设上视如平地 不管是利用缝隙垂直铺设还是利用楼梯蜿蜒铺设其技术要求最 低 在 2008 年开展高层建筑供水测试时 特勤大队就使用单车 沿内楼梯垂直铺设水带的方式将 1 条 80mm 水带干线铺设至佳 华广场酒店 147 米的位置 利用分水器出 2 支 19mm 直流水枪 保证了充实水柱到达 10m 期间水带在穿越避难层时还采取了 沿楼梯铺设的方式 内楼梯垂直铺设水带时采取每 5 层施放一 根 20m 水带 每根水带固定的方法 其次可以人员先登高 再 吊升水带后固定 最后说明如果水带在建筑外部垂直施放时一 是要有牵引绳 二是受楼层条件限制 三是受风力影响较大 三 超高层建筑灭火救援战斗的编成 高层建筑发生火灾后 若不能在初期得到有效控制 及时 扑灭 火势将快速蔓延 对一些综合性的高层建筑 更能形成 上下蔓延的高空立体燃烧 因此 立足 打小 打早 打快 的 初战编成 切实提升主管中队初战能力 应该成为高层火灾扑 救 基层一线部队作战编成的主导思路 切忌高层火灾演练仅 有观赏性 没有针对性的弊端 初战编成是作战预案的核心 大战恶战是预案的补充 初战编成就是要做到四个落实 一是 要落实该建筑可用于灭火的固定消防设施的选用 即墙式消火 栓 消防电梯的数量位置以及向室内管网供水的泵浦接合器 二是要落实移动供水途径 内楼梯的分布 形式和建筑内外可 垂直铺设水带的井道 缝隙 墙面 做到内楼梯铺设水带线路 的距离明 外挂垂直水带的固挂点明 三是要落实主管中队力 量分配 着火层和着火层以上层由哪辆车 哪个班负责 救人 与灭火由哪个组负责 指挥员谁在前沿指挥 谁在后方供水 四是落实应援中队水源安排 当然 百密必有一疏 大战恶战 也要有所准备 面临大战时在编成上主要落实指挥体系和 杀手 锏 的力量 一旦高层形成立体燃烧 指挥体系是关键 如何实 现快速有序的上传下达和督战 一是要切实实行各级负责制 做到各负其责 二是要实施分段负责制 场面大 情况复杂 做到责任包干 在 杀手锏 力量的调派上 要重点使用高层专 业队 特勤队力量 以求得事半功倍的作用 切莫盲目派兵 避免无谓伤亡 同时需要特别注意的一个问题 如果火灾发生在超高层建 筑的外墙 从建筑内部登高灭火的消防官兵更多的是阻止火灾 向建筑内部蔓延 要从室内通过外窗等途径控制建筑外墙火灾 的蔓延还需要研究一些特殊的处置手段和方法 五 提高超高层火灾扑救能力的有效途径 一 加强装备建设 根据实战经验的积累 上海 广东等地消防部队已经配备 了较为先进的高层建筑灭火救援装备 具备了应对常规超高层 建筑火灾的必要能力 首先 是压缩空气泡沫车的大量使用 可以有效提升灭火剂供给能力 供给高度大大增加 有利于超 高层火灾的扑救 除车辆之外需要配备一定数量的压缩空气泡 沫 不仅要用于实战 训练也需要使用空气压缩泡沫 其次 根据实际情况开发了大量用于