超高层建筑消防安全技术解决策略与典型案例分析（6页）.pdf

1、 超高层建筑消防安全技术解决策略与典型案例分析 技术解决及分析员：陈胜超 摘要：本文从亚洲地区特别是大城市的超高层建筑快速发展趋势出发，分析近年来发生的超高层建筑重大 火灾和其中存在的技术难题和挑战，结合作者曾经参与的国内超高层建筑消防设计与性能化论证项目，详 细论述了广州市等大城市在超高层建筑防火功能分区设定与性能化审核、电梯在人员疏散中应用、超高层 建筑的重力给水等方面的技术解决策略。文章最后根据整体消防安全理念，提出在超高层建筑中应积极发 展新型分布式灭火技术与装备，改进和提高现有消防车、泵、炮等系统灭火装备的功率和效能，研发融新 材料、新工艺、新技术的应用于一体的安全、高效、轻质的防火

2、材料，最终形成带消防直升机、消防机器 人、固定与移动式灭火模块等先进设备于一体的具有综合功能的城市立体化消防灭火、救援、指挥、侦察、 信息传输等灭火技战术及配套装备。 关键词：超高层建筑、电梯疏散、性能化设计、应急装备 Technological strategy for Super High-rise building fire safety and Typical Cases analysis KuangKaiqian, Xiao Bing, Jiang Peng, Liao Guangxuan （Research Center of Urban Public Safety, Instit

3、ute of Industry Technology Guangzhou &Chinese Academy of Sciences. Haibing Road, NanSha District, Guangzhou, Guangdong Province 511458） Abstract：Themajor fires and where there is significant technical difficulties and challengeswere analyzed based on the trends of rapid development of high-rise buil

4、ding in Asian region, particularly in big cities during recent years.With the authors participationin high-rise building fire safety design and performance-based demonstration projects, the fire setting andperformance-based functional zoning,application of elevator evacuation, gravity water supplyan

5、d other aspects of technology solutions strategyin Guangzhou and other big cities were discussed in detail. Finally, under the Total Fire Safety Concept, new technology and equipment such as distributed firefighting systemsshould be developed. Thepower and performance ofexisting fire engines, pumps,

6、 firefighting equipment, artillery and other systemsshould be improved and upgraded.Fireproof materials with the advantage of safe, efficient, lightweight featuresshouldbe researched and developed. Firefighting helicopter, fire robot, fixed and mobile 作者简介:陈胜超(198804),男(汉族),河北保定人, , 兰州军区21集团军68202高原

7、应急机动机械化步兵师, 政治部保卫科干事 少尉军衔. firefighting equipment modules and other advanced features should be applied in a comprehensive three-dimensional firefighting, rescue, command, reconnaissance, information transmission and ancillary techniques and tactics. Keywords：High-rise Buildings，Elevator Evacuation,

8、 Performance based design,Emergency equipment 1 超高层建筑的发展和带来的火灾危害 现代建筑科技的发展使得人类生存活动的空间实现了空前的开拓：正从传统的地上低空 区域，逐步向地下空间和超高层建筑空间发展。 作为拥有全世界人口总数三分之二的亚洲地区，城市化的大规模发展，巨大的人口基数 和持续的经济增长，促使超高层建筑的建设热潮席卷了这一区域。从马来西亚的双子星塔 （452m）、台北 101 大楼（509m）、上海环球金融中心（492m），到2010年刚刚落成的广 州塔（600m）和阿联酋迪拜哈利法塔（818m），以致正在建设和规划中的天津中国117大

9、厦 （高600m左右）、上海中心（600m）、深圳平安国际金融中心（高588m）以及迪拜港口塔 （NakheelHarbour and Tower，超过1000m），摩天大楼的高度已从原来的400多米，向600m， 800m甚至1000m以上发展。而全球已建成最高的200栋摩天大楼中，有超过120座位于亚 洲地区，排名前10位的建筑中，除建成于1931年和1974年的纽约帝国大厦和芝加哥希尔 斯大厦外，其余8栋最高建筑均处于亚洲地区。 随着中国大陆城市化进程的加快，土地资源紧缺的矛盾也日益凸显，特别是在上海、广 州、重庆、深圳这些特大都市群中，高昂的地价、有限的土地资源和快速增长经济对地标性

10、建筑的需求等因素，使得超高层建筑成为解决城市化和经济增长对空间需求的有效手段之 一，不断涌现的超高层建筑，不断增加的建筑高度正在刷新着这些特大都市的天际线。 超高层建筑作为一个城市的地标，代表了社会和经济发展水平。高耸入云的摩天大楼部 分虽然部分解决了特大城市群中用地紧张的困难，却同时给城市公共安全与可持续发展带来 了诸如火灾等灾害防控、建筑结构及安全设计等隐患和难题。如何打造安全、绿色和可持续 运营发展的超高层建筑，是所有业内人士关注的话题。 超高层建筑人员与财富集中，一旦发生火灾，将会造成巨大的经济损失，重大的人员伤 亡，并引发社会震撼效应。由于近年来重大火灾事故、恐怖袭击以及自然灾害事故

11、呈增长趋 势，超高层建筑的火灾安全引起了人们的关注，中央电视台新台址北配楼电视文化中心 （TVCC）及广州珠江新城富力盈泰大厦等超高层建筑火灾的发生给城市公共安全管理带来 了强烈的警示。 表1 近年来超高层建筑火灾典型案例 时间 建筑名称 建筑描述 火灾描述 2009.3.27 广州市海珠区金海湾 居民楼 楼高42层 楼盘B、C栋外墙霓虹灯起火，疑似短路引 起，原因调查中 2009.3.15 广州天河区耀中广场 总楼层43层， 楼高约120m 31楼发生火灾。一人死亡一人重伤。两名死 伤者均为空调维修人员，事故原因调查中， 不排除违章施工及遗留火种 2009.2.20 广州珠江新城 富力盈泰大

12、厦 100m 顶层空调机组完全烧毁 2009.2.9 中央电视台新台址北 配楼电视文化中心 （TVCC） 159m 延烧6个小时，过火面积约10余万平方米， 1名消防官兵牺牲7人受伤，损失超亿元 2008.10.9 哈尔滨 99.8m 过火面积达2000平方米，直接财产损失为 经纬360大厦 215.59万元 2007.12.12 浙江温州 温富大厦 28层 底层花店电线短路引起火灾，浓烟导致21 人遇难 2007.9.4 广州珠江新城 富力中心大厦 248m 17楼的强电房一直延烧到34楼 2007.8.14 上海环球 金融中心 491.9m 电焊火花引燃26 层建筑废料，烟气沿电梯 井蔓延

13、至 80 层，数百工人疏散 2005.2.13 西班牙，马德里 Windsor Building 32层，106m 狂烧6个半小时，大楼顶部6层坍塌 2004.10.17 委内瑞拉 中央公园东塔楼 56层，221m 延烧数十小时，34层以上的建筑物全毁，经 济损失超3亿美元 2001.5.12 台北汐止远东金融中 心大楼 26层，100m 延烧了40 多个小时才被控制，经济损失达 数百亿新台币，宏基电脑公司、顶新集团及 多家网络公司停运 大量事实表明，当前按照现行规范所设置的超高层建筑火灾控制措施已经难以完全满足 安全需求，专家们也提出了许多消防问题，包括：疏散策略、逃生手段、主动消防设施等。

14、 深刻认识包括高层建筑火灾在内的城市重大灾害发生、发展的规律，进而发展控制这类灾害 事故的高新技术是城市公共安全研究的一个新课题。超高层建筑带来的消防安全难题和挑战 需要我们仔细审视。 本论文研究小组结合曾经参与的国内超高层建筑消防设计与性能化论证项目，同时对广 州市典型超高层建筑进行了实地调研，对超高层建筑的消防技术发展和挑战的应对措施提出 了建议。 2超高层建筑消防安全技术发展和挑战 2.1 广州市超高层建筑发展概况 广州市是广东省省会，中国五大中心城市之一，也是我国华南地区第一大城市，是华南 地区政治、经济、科技、教育和文化中心。 作为珠三角地区中心城市，广州市是高层建筑密集的城市。据不

15、完全统计，广州市10 层楼以上的高层建筑有9057栋，高层住宅建筑有6179栋，高层公共建筑有2878栋，100m 以上超高层建筑有近200栋1,2。随着广州都市化进程的加快，越来越多的超高层建筑正在 拔地而起。 目前广州市的超高层建筑主要是围绕广州新中轴线（北起白云山余脉的燕岭公园，往南 经广州火车东站、天河体育中心、珠江新城到达珠江，再经过海珠区到万亩果园保护区，最 后经新客运港达珠江外航道沙丘岛）而建立的。在地域上又划分为北部越秀区、天河区、中 部珠江新城CBD区和南部海珠会展区四个区域： 北部越秀区：主要为酒店和商业类型超高层建筑。代表性的有：中华广场（260m）， 广东国际大厦（20

16、0m），广东亚洲国际酒店（180m）等； 北部天河区：主要集中了商业和办公用写字楼类型超高层建筑。代表性的建筑包括： 中信广场（391m），维多利广场（222m），太古汇（在建，210m），万菱汇新购物 广场（220m），耀中广场（188m）等； 珠江新城CBD中心商务圈：作为城市中轴线和珠江新城景观轴的交汇处，是广州 市规划和建设标志性超高层建筑最集中的地区。到目前为止已经规划了18栋200m 以上的高楼，150m以上的高楼50栋左右。代表性的建筑包括：广州塔（600m）， 广州国际金融中心（珠江新城西塔，432m），周大福中心（珠江新城东塔，530m， 在建）等，这一地区的超高层建筑以实现

17、办公、公寓、娱乐、酒店等多功能于一体 的综合性摩天大楼为主； 海珠会展区：这一地区的超高层建筑主要是为广交会琶洲会展中心的配套商务中心 和酒店，如保利国际广场（160m），广州香格里拉大酒店（158m）等。 经过笔者对广州及其他地区的超高层建筑的调研和消防设计经验，总结出目前在超高层 建筑的消防安全难点和采用的新技术包含了如下的众多内容。 2.2 超高建筑结构复杂，功能区域众多，增加了消防审核和灾害防控的难度 超高层建筑在竖向空间由于得到了有效延伸，使得建筑业主能对超高层建筑内部空间进 行分区域和分功能的布置。 以迪拜哈利法塔为例，楼层总数169层。这个世界最高建筑内部由乔治阿玛尼设计， 一个

18、阿玛尼饭店将座落于37楼以下的楼层，45至108楼将会有高达700间酒店式公寓出售， 一座户外零入口的游泳池将座落于78楼，106楼以上的楼层将为办公室与会议室，124楼预 计会设计观景台（约442m），而顶部的尖塔天线将包含通讯功能3。 而在广州塔中，全塔进行了如下功能区域划分：450m塔顶平台为作为观光球舱和塔顶 速降座椅；E功能段(428m至433.2m)主要为室内观光大厅；E功能段(407.2m至422.8m)设 置为旋转餐厅；D功能段(334m至355m)设置为为高空茶室；C功能段(147m至168m)主要 为旅游观景区和休闲区；B功能段(84m至116m)设置特效电影和高科技游乐厅

19、；A功能段(-5m 至32m)主要为游客大厅、礼仪大厅、旅游商场、多功能厅和停车场等4。 超高层建筑内部用途与功能的分区划为开发商对商业利益和建筑功能最大化的追求提 供了有效的手段，但是此种在建筑内部进行多类功能区划分方法，也给超高层建筑的消防安 全带来了新的难题。超高层建筑的功能分区，一般是按照建筑的层数来划分的，但有些超高 层建筑即使在同一楼层也会划分成不同的功能区。功能区划分方法，使得建筑投入实际运营 后，不同区域的可燃物火灾载荷分布不同，对消防系统的要求也不尽相同，如把应用与高火 灾载荷功能区的消防系统设计应用于较低火灾载荷的分区，会造成消防系统资源的浪费；但 如果采用统一的消防系统配

20、置，则无法保证某些高火灾载荷功能区的消防安全要求，遗留重 大的火灾隐患。 正是因为超高层建筑功能分区的复杂，使得消防建审部门无法按照统一的建筑防火规范 进行设计，而必须针对不同的功能分区采取性能化的设计方法。笔者负责了某超高层建筑的 消防性能化设计，该建筑塔楼总高440m，建筑层数为99层。建筑业主根据使用需求，为塔 楼设计了以下功能区域。底层及平顶层为办公、酒店大堂；2-5层为核心筒（其它区域为裙 楼功能）；6-78层为办公区，拟建为甲级写字楼；81-97层为酒店区，拟建为白金五星级豪 华酒店；15/16、31/32、47/48、63/64、79/80、98/99为机电/避难层（如图1）所示

21、。尤以在 大楼酒店区中，又包含了满足酒店需求的客房、餐厅、厨房、多功能厅、会议室等多类子功 能区。需要对酒店区内的不同功能分区进行明确的情况下，结合人员疏散分析，论证酒店不 同功能区的消防安全性5。 图1 某超高层建筑功能划分 我们对塔楼内办公和酒店两大功能分区危险源和火灾荷载进行详细的调研，并在后续性 能化设计和评估中，针对不同功能分区，设定了不同的火灾场景，针对不同的消防安全系统 设计，进行了严密的分析论证和计算，最终才对不同分区的消防安全性给出了肯定的答案。 由此可见，对超高层建筑的不同功能区的性能化防火设计可以在经济性、施工上的可行 性、技术上实施的难易等方面为工程师和业主提供很多便利

22、。通过采用多种工具用来进行火 灾风险分析，使得工程设计的精确性和可靠性大大增加，从而形成一种综合的防火战略，所 有的消防设施被组合起来运用，而不是单独设计，可以提供更加节省而有效的防火体系。但 是也要注意到性能化设计对设计者、审查者的自身素质以及用以保证设计适当性的质量控制 措施都具有较高的技术要求，同时，性能化设计分析和设计步骤需要更多的工程时间以便进 行分析、计算和准备设计文件，这些都增加了消防审核和灾害防控的难度。 2.3 超高层建筑特有的竖向高度性质，为内部人员运动和灾害时的有效疏散提出 了新的挑战和手段 目前世界上最高的救援云梯高度只能到达130m，加上高压水枪30m的距离，当火灾发

23、 生地点高于160m时，对处在超高层建筑上部，特别是高度超过消防云梯楼层的人群（公司 雇员、酒店住客、住宅居民）来说，他们的逃生疏散手段十分有限。只能通过建筑内部楼梯 进入建筑物顶层或者穿越火灾发生楼层疏散到地面，这两种疏散方法都有可能对人身造成伤 害。 超高层建筑其超高的高度和超大的建筑体量，在正常使用的情况下，建筑中会有非常庞 大的人员数量。发生严重公共安全事件时，对人员的疏散安全将提出很高的要求，会对人员 的体力和心理造成巨大的压力，因此合理的人员疏散策略是人员安全撤离危险环境的重要保 障。对纽约世贸大厦超高层火灾统计的事实表明：发生恐怖袭击和大火后，世贸大厦内部 87%人员成功疏散逃生

24、，在疏散成功的人员中，99%的人所处位置低于撞击楼层。而约20% 的处于撞击楼层及其上高度的即约2567人丧失了生命6,7。 超高层建筑中高速电梯快速的竖向运动特性，为灾害发生时摩天大楼内的人员逃生和疏 散提供了新的途径。早在1974年就有人考虑利用电梯加快疏散速度和疏散残疾人员，1992 年美国的John H. Klote和DanielM. Alvord对利用电梯疏散时人员的运动时间进行了模拟分 析,并提出了EEES电梯紧急疏散系统。2007年9月,上海消防科研所与上海市特种设备监督 检验技术研究院联合召开了“高层建筑火灾情况下电梯疏散国际研讨会”,并和上海消防总队 积极展开合作,取得了初步

25、成果。此外, NIST 2008 年4月举行了“Rethinking Egress”的会议, 主要讨论利电梯进行疏散的优点高层建筑火灾初期利用电梯进行人员疏散的可行性探讨 8。 笔者在承担国内440m高的某超高层建筑的性能化设计时，采用了分区域分阶段和楼梯 结合疏散的策略，即每一楼层发生火灾时，先疏散该楼层及相邻楼层的人员到避难层，人员 疏散到避难层后继续疏散。如确定火势会影响到整个塔楼全体人员的安全时，将结合穿梭电 梯进行塔楼整体疏散5。具体策略如下： 磸 某一楼层发生火灾时，通过火灾探测和报警系统发出警报，先疏散该楼层及相邻楼 层的人员，人员通过疏散楼梯疏散到避难层； 磸 人员疏散到避难层

26、后继续向下疏散至塔楼外安全区域；只有确定无更大火灾危险 时，由塔楼消防控制中心发出通知，着火楼层所在的整个避难区段楼层人员疏散到 避难层为止； 磸 如确定火势会影响到整个塔楼全体人员的安全时，通过疏散楼梯结合穿梭电梯进行 整体疏散。 磸 进行整体疏散时，酒店区段的人员通过楼梯疏散至79/80层避难层后，可以选择继 续通过楼梯疏散或者转乘穿梭电梯继续向下疏散；办公区段位于47/48层以上的人 员通过楼梯疏散至47/48 层避难层后，也可以选择继续通过楼梯疏散或者转乘穿梭 电梯继续向下疏散；办公区段位于47/48 层以下的人员则仅通过楼梯进行疏散。 磸 在发生火灾进行疏散中，塔楼将采用九部穿梭电梯

27、（酒店区段两部，办公区段七部） 进行整体疏散。疏散期间，穿梭电梯仅停靠在避难层（酒店区停靠在79层避难层， 办公区停靠在47层避难层）（见图1）。 笔者对采用电梯结合疏散楼梯疏散的人员运动情况进行了实体试验和计算模拟。首先， 我们选取超高层建筑-上海环球金融中心（SWFC）进行了人员疏散实验，测定了人员楼梯 疏散的速度。疏散实验中，项目组在SWFC共计6层上每层初始安排约30人，疏散开始后 用DV记录整个疏散过程，共计177人参加了该实验。通过每个行人进行跟踪统计，计算得 到每个行人在每段楼梯间内的速度，根据统计行人楼梯疏散速度的平均值是0.62 m/s，标准 差是0.08 m/s。大部分人在楼梯内运动的速度约为0.6 m/s，与NFPA Fire Protection Handbook数据基本相符。 结合实验数据和相关标准规范，采用STEPS（Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movements）行人仿真软件进行模拟计算。 笔者在性能化设计中设定了三个模拟场景：