超高層建筑火場供水研究

吳斌

摘要：超高層建筑因高度高、玻璃幕墻應(yīng)用廣泛、消防設(shè)施復(fù)雜等特點(diǎn)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)容易快速蔓延，人員疏散和滅火救援都相對困難。因此，保障超高層建筑的消防供水對于火災(zāi)撲救至關(guān)重要。應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的科技手段，創(chuàng)新固定消防設(shè)施供水和移動(dòng)供水方式，培養(yǎng)消防隊(duì)伍應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)的專業(yè)素養(yǎng)，有助于快速撲滅火災(zāi)，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；火場供水；火災(zāi)撲救

超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能否及時(shí)、足量、不間斷供水，與火災(zāi)救援效率密切相關(guān)，是超高層建筑消防應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)問題。筆者介紹了超高層建筑的火災(zāi)特點(diǎn)、供水方式、供水難點(diǎn)，并提出相應(yīng)的火場供水對策，為超高層建筑火場供水提供參考。

1 超高層建筑特點(diǎn)

1.1? 超高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜

在我國的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中，超高層建筑為高度超過100m的建筑[1]。超高層建筑除高度高外，還具有體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。超高層建筑承擔(dān)著景觀功能，有些超高層建筑甚至?xí)蔀橐粋€(gè)國家或城市的地標(biāo)建筑。為了避免同質(zhì)化，建筑設(shè)計(jì)師注重超高層建筑的造型差異，為配合獨(dú)特、復(fù)雜的造型，超高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也相對更加復(fù)雜和多樣化。包容性強(qiáng)大的超高層城市綜合體通常集服務(wù)業(yè)、商業(yè)、展覽中心等功能于一體，建筑面積往往超過10萬m2，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜[2]。建筑內(nèi)部電氣管線貫穿整棟建筑，錯(cuò)綜復(fù)雜。近年來新建的超高層建筑及裙房與商業(yè)綜合體通過連廊、地下通道相連，建筑結(jié)構(gòu)多為中間鋼筋混凝土加外圍鋼結(jié)構(gòu)框架，承重墻、剪力墻等墻體力學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑內(nèi)部疏散樓梯、消防電梯、普通電梯、轉(zhuǎn)換電梯眾多，電梯數(shù)量甚至可達(dá)六七十部。

1.2? 超高層建筑玻璃幕墻應(yīng)用廣泛

超高層建筑承擔(dān)了城市一部分的景觀功能，而玻璃幕墻作為外立面裝飾可以大幅度提高建筑美感，同時(shí)加強(qiáng)建筑采光、減輕建筑承重，因此在超高層建筑中被廣泛應(yīng)用。玻璃幕墻由支承結(jié)構(gòu)體系和面板兩部分組成，它相對于主體結(jié)構(gòu)有一定的位移能力，不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的荷載。雖然玻璃幕墻在超高層建筑設(shè)計(jì)過程中備受青睞，但在建筑設(shè)計(jì)中通常存在土建設(shè)計(jì)與幕墻設(shè)計(jì)割裂的情況，在外立面造型要求較高的情況下第三方幕墻設(shè)計(jì)單位可能會犧牲玻璃幕墻的消防功能，出現(xiàn)外立面幕墻和內(nèi)部墻體上土建設(shè)計(jì)的滅火救援窗的位置不匹配、雙層幕墻之間的空腔防火封堵不完整等問題，給火災(zāi)救援造成隱患。

1.3? 超高層建筑消防設(shè)施復(fù)雜

平房和多層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以依靠消防車的高壓噴霧水作為消防水源，消防救援時(shí)只需架設(shè)高壓噴水管架。由于高度高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超高層建筑僅依靠消防車水源不能滿足火災(zāi)撲救需求，還必須依靠建筑自身的消防系統(tǒng)開展火災(zāi)撲救工作，因此超高層建筑的消防系統(tǒng)要更加復(fù)雜[3]。根據(jù)《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計(jì)加強(qiáng)性技術(shù)要求（試行）》的要求，高度超過250m的超高層建筑應(yīng)采取高位消防水池和地面（地下）消防水池雙向供水，即由高位消防水池、轉(zhuǎn)輸泵等聯(lián)合供水[4]。高度在100m～250m之間的超高層建筑則常采用一次加壓減壓（減壓閥）給水、串聯(lián)加壓給水、臨時(shí)高壓消防給水等方式進(jìn)行火場供水。為保障水量和不間斷供水以及較高樓層的水壓，供水方式更加復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制消防水池的數(shù)量，引入循環(huán)水泵和導(dǎo)流墻，避難層要設(shè)置中轉(zhuǎn)傳輸水箱，每兩層設(shè)置變頻加壓供水系統(tǒng)。所涉及的水池、水箱、水泵或泵組、閥門、管網(wǎng)數(shù)量多，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)也更加困難。

這些特點(diǎn)導(dǎo)致了超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢若無法在初期得到有效控制，將迅速蔓延，且火災(zāi)撲滅、人員疏散與救援困難。

2 超高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)

2.1? 火災(zāi)蔓延快易形成立體燃燒

超高層建筑中火災(zāi)一旦發(fā)生，蔓延迅速，極易形成立體燃燒。因?yàn)槌邔咏ㄖ墓艿谰翘蓍g、風(fēng)道、電梯間等縱向井道多且相互連通，當(dāng)劇烈火災(zāi)發(fā)生時(shí)，若建筑的防火封堵、分割不到位，火勢和煙霧易沿各縱向井道以及玻璃幕墻縫隙迅速蔓延至各個(gè)樓層，助推火勢蔓延，形成“煙囪效應(yīng)”。研究表明，高溫狀態(tài)下的熱對流所產(chǎn)生的水平方向的煙氣擴(kuò)散速度僅為0.5～3m/s，但在“煙囪效應(yīng)”的作用下，煙氣在縱向管井中的擴(kuò)散速度高達(dá)8m/s，高溫?zé)煔夂陀卸練怏w極易對被困人員造成嚴(yán)重?fù)p傷[5-7]?；馂?zāi)發(fā)生的位置越高，風(fēng)速越大，在高風(fēng)速的影響下，超高層建筑火災(zāi)的火勢勢必更容易蔓延。

2.2? 人員疏散與搜救要求高

消防疏散問題對于超高層建筑非常重要，在此問題上，設(shè)計(jì)者已經(jīng)在基礎(chǔ)建筑材料、疏散路線排布等方面多花了很多心思，但超高層建筑本身依然存在容納人數(shù)過多、火災(zāi)安全事故頻率較高、火勢控制難度大等問題，導(dǎo)致人員疏散和搜救困難[8]。與常規(guī)建筑相比，超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)對人員疏散和搜救的要求更高。主要體現(xiàn)在疏散距離遠(yuǎn)、待疏散人數(shù)多。首先，由于超高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑面積大，水平和豎直疏散的距離長，人員疏散所需時(shí)間要比普通低層建筑更長。訓(xùn)練有素的消防員從150m高的樓層抵達(dá)地面需要至少10min的時(shí)間，而超高層建筑內(nèi)的普通群眾要完成此過程需要的時(shí)間更長[9]。在爭分奪秒的火災(zāi)現(xiàn)場，疏散時(shí)間越長，人員面臨的風(fēng)險(xiǎn)越高。其次，超高層建筑容納的人口眾多，尤其是在工作日的工作時(shí)間段內(nèi)，人員流量大、密度高，易出現(xiàn)安全出口、疏散門的堵塞，甚至出現(xiàn)人員踩踏事故，進(jìn)一步加劇了人員疏散任務(wù)的艱巨性。另外，超高層建筑的高樓層的風(fēng)速過快，這不但導(dǎo)致火災(zāi)蔓延迅速，還會產(chǎn)生大量煙霧，減弱人們的逃生能力，增加消防員的搜救難度[10]。消防員在進(jìn)行人員疏散的同時(shí)要兼顧控火滅火，不經(jīng)過針對性訓(xùn)練容易顧此失彼，難以進(jìn)行科學(xué)高效的疏散和搜救。

2.3? 火災(zāi)撲救與救援難度高

由于超高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可燃材料眾多，發(fā)生火災(zāi)時(shí)易持續(xù)燃燒，甚至出現(xiàn)二次燃燒乃至樓體變形、坍塌的情況。墻體采用大理石和玻璃結(jié)構(gòu)的超高層建筑較多，一旦玻璃幕墻坍塌，會破壞道路交通，阻礙消防車進(jìn)入火場救援。并且，目前消防救援設(shè)施可以滿足結(jié)構(gòu)簡單的低層建筑的火災(zāi)救援要求，但無法滿足超高層建筑上層區(qū)域的救援。超高層建筑本身的“超高”特點(diǎn)決定了其火災(zāi)撲救與救援的難度更高，例如，當(dāng)前消防舉高車的極限高度為101m，而超高層建筑的高度都超過100m，高度超過100m的樓層不能通過消防舉高車進(jìn)行外部疏散。超高層建筑高度高、建筑面積廣也導(dǎo)致了進(jìn)行滅火和疏散的消防員體力消耗大、消防設(shè)備得不到及時(shí)補(bǔ)充等問題。這些問題都導(dǎo)致超高層建筑火災(zāi)的撲滅與救援難度較大，此時(shí)為保障火場安全，足量供水更加重要。

3 超高層建筑火場供水方式

根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，火場供水方式宜以“以固為主，顧移結(jié)合”為原則[11]。“固”指的是利用超高層建筑內(nèi)及建筑附近的固定消防設(shè)施進(jìn)行供水，“移”則指火災(zāi)發(fā)生后消防員在救援過程中鋪設(shè)消防水帶供水，并充分發(fā)揮移動(dòng)消防車的作用。

3.1? 利用固定消防設(shè)施供水

用建筑物本身的固定消防供水系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)供水控制目標(biāo)是超高層建筑滅火救援的優(yōu)先選擇。固定消防設(shè)施的水源儲存于地面（地下）消防水池、高位消防水箱，消火栓內(nèi)部供水主要來自消防水箱與水池，火災(zāi)初期若火勢尚未擴(kuò)大，直接啟動(dòng)消防水泵向消火栓供水是最有效的供水方式。但靠固定消防設(shè)施提供的建筑消防用水量有限，難以滿足火勢較大時(shí)的供水需求。

3.2? 鋪設(shè)移動(dòng)供水線路

當(dāng)固定消防設(shè)施出現(xiàn)故障或者火災(zāi)在初期階段沒有得到有效控制、固定消防設(shè)施已無法滿足滅火需求時(shí)，就不得不依靠移動(dòng)供水裝備來提高供水能力。通過鋪設(shè)移動(dòng)管路可將消防車作為直接水源，將水供應(yīng)到著火點(diǎn)。移動(dòng)管路鋪設(shè)的方式有沿樓梯蜿蜒鋪設(shè)、沿樓梯內(nèi)部夾縫垂直鋪設(shè)、沿建筑外立面垂直鋪設(shè)等，可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活選擇合適的鋪設(shè)方式。沿樓梯蜿蜒鋪設(shè)水帶的方式由于水帶鋪設(shè)路線長，容易爆裂，費(fèi)時(shí)費(fèi)力較多，故在超高層建筑火災(zāi)中一般不予使用。

4 超高層建筑火場供水難點(diǎn)

4.1? 固定消防設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)不到位

一些較為老舊的超高層建筑在建設(shè)過程中為了節(jié)約成本，存在消防設(shè)施投入不足的現(xiàn)象，部分老舊的消防系統(tǒng)難以適應(yīng)新的消防需求。在超高層建筑使用過程中，由于使用者缺乏消防知識、消防意識薄弱，存在擅自停用消防設(shè)施的現(xiàn)象，如違反要求關(guān)閉消防水泵出水閥門，雖然有些違規(guī)要求是無意識的，但依然會造成重大消防隱患；由于相關(guān)責(zé)任人心懷僥幸心理或缺乏維保資金等因素，有時(shí)會對固定消防設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)、不到位、不深入，出現(xiàn)消火栓難以及時(shí)供水等現(xiàn)象，這往往會導(dǎo)致錯(cuò)過火災(zāi)初期的最佳撲救時(shí)間，造成火災(zāi)大規(guī)模擴(kuò)散。

4.2? 鋪設(shè)移動(dòng)供水線路與疏散救人之間的矛盾

若火勢已經(jīng)擴(kuò)大，固定消防設(shè)施已無法滿足供水需求，不得不使用鋪設(shè)移動(dòng)供水線路的方法供水，就需要考慮管線鋪設(shè)與人員疏散、搜救之間的矛盾。在短時(shí)間內(nèi)可以趕到火場的消防員戰(zhàn)力有限，難以分身，疏散大量被困人員和鋪設(shè)移動(dòng)供水線路都需要消防員參與；同時(shí)樓梯間既是重要的疏散通道也是鋪設(shè)供水線路的可用空間，容易造成忙亂和擁擠。

4.3? 鋪設(shè)移動(dòng)供水線路難度大

水帶的鋪設(shè)及固定需要時(shí)間，在鋪設(shè)移動(dòng)供水線路時(shí)，消防人員需要攜帶較多水帶、水帶接口、水帶加固件、水帶固定器具等消防裝置，在超高樓層進(jìn)行長距離鋪設(shè)操作時(shí)存在水帶鋪設(shè)固定慢、消防員體力消耗大的問題，進(jìn)而加長了水源到達(dá)火場的時(shí)間，易錯(cuò)過滅火的最佳時(shí)機(jī)。同時(shí)受玻璃幕墻和建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響，鋪設(shè)移動(dòng)供水管線要比在常規(guī)建筑中更加困難，且在超高層建筑中使用這種方式供水存在消防車的供水高度不夠高、水帶的耐壓強(qiáng)度不足等問題，對供水設(shè)備和設(shè)備操作的要求更高[12]。

5 超高層建筑火災(zāi)火場供水應(yīng)對措施

5.1? 科技賦能，加強(qiáng)裝備創(chuàng)新研發(fā)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在極大解放了生產(chǎn)力的同時(shí)，也助力了消防供水方式的創(chuàng)新。在固定消防設(shè)施供水方面，應(yīng)大力發(fā)展自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)包含在建筑自救系統(tǒng)內(nèi)，此系統(tǒng)檢測到火情后，可以根據(jù)火災(zāi)的情況進(jìn)行區(qū)域噴淋與集中噴淋，可以盡可能地防止火災(zāi)大規(guī)模擴(kuò)散，將火災(zāi)掐滅在初期階段。在移動(dòng)消防供水方面，直升機(jī)、機(jī)器狗等可代替消防員進(jìn)行供水。對于超高層建筑頂部設(shè)有停機(jī)坪或有?？恐鄙龣C(jī)的條件，而煙霧又沒有猛烈到威脅飛機(jī)飛行時(shí)可采取直升機(jī)運(yùn)送吊掛水桶、消防水炮的方式供水。

5.2? 數(shù)據(jù)增效，完善應(yīng)急預(yù)案資料

有清晰的數(shù)據(jù)資料支撐更有利于制定合理的滅火救援方案。完整掌握超高層建筑的供水情況，包括可用水體積、流量、壓力等數(shù)據(jù)，并根據(jù)具體數(shù)據(jù)完善應(yīng)急預(yù)案，可防患于未然，高效應(yīng)對火場情況。在演練中實(shí)測消防員鋪設(shè)移動(dòng)供水線路、利用固定消防設(shè)施供水所用水帶數(shù)量、所用時(shí)間、供水壓力以及遇到的問題，不斷完善滅火救援預(yù)案，針對性解決火場“亂、忙”問題。

5.3? 建強(qiáng)隊(duì)伍，強(qiáng)化專業(yè)隊(duì)建設(shè)

有些消防員參與超高層建筑火災(zāi)救援的經(jīng)驗(yàn)較少，在遇到此類情況的火災(zāi)時(shí)難免出現(xiàn)判斷和操作失誤，給自身生命安全造成威脅，也不利于火災(zāi)迅速撲滅，因此強(qiáng)化專業(yè)人才培養(yǎng)、開展針對性訓(xùn)練，打造素質(zhì)過硬的專業(yè)消防隊(duì)伍十分必要。針對目前消防隊(duì)伍過分依賴消防車直接供水的方式，加強(qiáng)其對固定滅火設(shè)施應(yīng)用知識的培訓(xùn)，以消防重點(diǎn)關(guān)注單位為演練對象，強(qiáng)化消防員及時(shí)檢查固定消防設(shè)施的思維。消防人員應(yīng)開展定期研討，熟悉職責(zé)區(qū)域內(nèi)超高層建筑的火場供水狀況，做到心中有數(shù)，避免真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)的忙亂現(xiàn)象。日常做好與企業(yè)專職隊(duì)、環(huán)衛(wèi)灑水車以及自來水公司的協(xié)調(diào)溝通，以便及時(shí)尋求移動(dòng)調(diào)水、管網(wǎng)加壓等幫助來滿足水量需求較大的情況。此外還可以利用當(dāng)前先進(jìn)的消防疏散模擬技術(shù)，提高消防人員在超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)的疏散能力，盡可能地減少人員傷亡。

6 結(jié)語

超高層建筑在一定程度上緩解了大城市和特大城市對空間的迫切需求，但這類建筑的火災(zāi)具有蔓延速度快、人員疏散難、火災(zāi)撲救難等特點(diǎn)。超高層建筑的火災(zāi)特點(diǎn)對火場供水提出了更高的要求。

消防員在日常工作中充分掌握轄區(qū)超高層建筑的供水狀況、熟悉各種供水方式的操作，做好超高層建筑火災(zāi)的供水預(yù)案，并加大巡查力度，保障建筑內(nèi)外消防供水設(shè)施隨時(shí)在線，才能在真正面臨火情時(shí)做到有條不紊地快速供水。同時(shí)，科研工作者和消防產(chǎn)品研發(fā)單位要?jiǎng)?chuàng)新超高層建筑火場供水方式，提供更加高效、可靠、安全的火場供水設(shè)備，為人民群眾和消防員的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。

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Study on water supply in super high-rise building fires

Wu Bin

（The New Bund Fire and Rescue station， World Expo Detachment， Pudong Fire and Rescue Brigade， Shanghai 200120）

Abstract：Due to the high height of super high-rise buildings， extensive application of glass curtain wall and complex firefighting facilities， fires are prone to spread rapidly， and it is relatively difficult to evacuate people and extinguish fires and rescue them， therefore， it is crucial to ensure the firefighting water supply for super high-rise buildings to fight fires. Applying current advanced scientific and technological means， innovating fixed firefighting facilities water supply and mobile water supply， and cultivating the professionalism of firefighting teams to deal with fires in super high-rise buildings can help to extinguish fires quickly and protect people's lives and properties.

Keywords：super high-rise building; fire water supply; firefighting