设计视角看火灾成因与防火策略

一、引言

随着社会经济的发展,人均占地的不断减少,高层建筑将在未来建筑中占有越来越多的比例。在国内,近年经济发展速度逐年增加,而相应的政策却没有跟上发展的步伐,高层建筑防火方面存在着许多空白,给城市发展及人民的人身、财产安全带来消防隐患:

1.建筑防火设计先天不足;

2.忧患意识淡薄;

3.高层住宅避难层“空白”;

4.擅改图纸,重外观不重安全。

高层建筑的防火问题却仍旧是一个“世界性”的难题,笔者旨在针对高层建筑物及其火灾特点,通过建立高层建筑防火安全评价指标体系,提出了实现高层建筑防火安全体系、架构,希望能为高层建筑防火这一难题提供一定的实用价值。

二、高层建筑及其火灾特点

高层建筑由于楼层多、功能复杂、设备繁多、可燃物多,具有较为突出的火灾特点,主要有:1.火势蔓延快。高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井等竖向井道多,如果防火分隔处理不好,发生火灾时就好像一座座高耸的烟囱,成为火势迅速蔓延的途径。尤其是高级宾馆、综合楼和图书馆、办公楼等高层建筑,一般室内可燃物较多,一旦起火,燃烧猛烈,蔓延迅速。据测定,在火灾初期阶段,因空气对流,在水平方向烟气扩散速度为0·3m/s,在火灾燃烧猛烈阶段,各管井烟气扩散速度则可达3-4m/s。假如一座高度为100m的高层建筑发生火灾,在无阻挡的情况下,半分钟左右,烟气就能顺竖向管井扩散到顶层,其扩散速度是水平方向的十倍以上。

2.疏散困难。高层建筑的特点:一是层数多,垂直距离长,疏散到地面或其它安全场所的时间长;二是人员集中;三是发生火灾时由于各竖井空气流动畅通,火势和烟雾向上蔓延快,增加了疏散的难度,我国有些经济较发达城市的消防部门购置了少量的登高消防车,但大多数有高层建筑的城市尚无登高消防车,而且其高度也不能满足安全疏散和扑救的需要。普通电梯在火灾时因不防烟火或停电等原因而无法使用,因此,多数高层建筑安全疏散主要是靠楼梯,而楼梯间内一旦窜入烟气,就会严重影响疏散。这些都是高层建筑发生火灾时进行疏散的不利条件。

3.扑救难度大。高层建筑高达数十米,甚至达数百米,发生火灾时从室外进行扑救相当困难。一般要立足于自救,即主要靠室内消防设施。但由于目前我国经济技术条件所限,高层建筑内部的消防设施还不可能很完善,尤其是二类高层建筑仍以消火栓系统扑救为主,因此,扑救高层建筑火灾往往遇到较大困难。例如:热辐射强、火势蔓延速度、高层建筑的消防用水量不足等。

三、高层建筑防火安全评价指标体系的建立

建立一个准确、完善、有效的防火安全评价指标体系是建筑防火安全评价的关键。而火灾致因因素的分析是建立防火安全评价指标体系的重要组成部分。因此,全面地分析高层建筑火灾致因因素是建立高层建筑防火安全评价指标体系和提出防火对策的必要前提。

因此,以火灾发展的三个阶段为参考,将对高层建筑防火安全评价的对象分为四个部分:建筑的防火能力、建筑的灭火能力、安全疏散能力、安全管理水平。以下结合实例对火灾各阶段的致灾因素进行分析并建立指标体系:

1.建筑起火阶段

燃烧作为火灾的起因,需要三个充分条件:一定的火源,一定的可燃物,一定浓度的助燃物。控制燃烧的发生主要体现在控制火源及可燃物两方面。因此,严格控制可燃物和安全用火是控制火灾发生的最有效途径。具体表现为对建筑装修材料的燃烧等级进行严格限定等。为了减少周边环境的影响,在建筑设计时就应注意其总平面布置,一是不宜布置在火灾危险性为甲、乙类厂房,甲、乙、丙类液体和可燃气体储罐以及可燃材料堆场附近;二是与周边的建筑应有适当的防火间距。建筑物内的火源主要来自两个方面,即设备和人。在高层建筑物内,为了满足各种需要,一般需配备相应的锅炉房、变压器室、柴油发电机房等,而这些都是极易引发火源的地方,应严格按规程布置和操作。而人则是产生火源的最活跃因素,这又取决于完善的安全管理制度、人的安全意识水平和受教育程度等。因此,在本阶段所涉及的影响因素有建筑装修材料的燃烧等级、总平面布置、防火间距、电气设备的防火能力、人们的安全意识水平等。

2.火灾形成、蔓延阶段

建筑内部控制燃烧蔓延成火灾主要体现在两个方面:火灾初期为建筑自身的阻火、灭火能力;火灾后期为室内消防栓和排烟设备的工作状况。高层建筑自身阻火、灭火能力主要表现为火灾预警和火势控制两个方面。在火灾初期,可以被灭火器或自动喷淋系统所控制。因此,火灾能否被及时发现及能否被建筑物内的防灭火设备有效地扑灭是主要影响因素。但一些建筑开发商为了经济效益,在建筑的设计、施工阶段,没有严格按照国家规定做到“三同时”:消防设施与主体工程必须同时设计、同时施工、同时投入生产使用;在设计上存在缺陷:消防设施在火灾发生时无法有效地控制火灾的蔓延;后天上没有对消防设施进行有效地维护;工作人员没经过相关培训,在火灾初期不会使用设备有效控制火灾的蔓延。致使建筑物存在火灾预警、控制的缺陷,造成在火灾发生时无法做到提前预警、及时控制,从而带来人身财产损失。

建筑物在设计时合理地布置建筑结构,在建造、装修时使用合格的材料,也能在火灾初期有效地阻止火势的快速蔓延。

由于高层建筑竖向井道多的特点,在火灾发生时,火势容易迅速向上蔓延。因此,应做好各井道的防火分隔处理。电梯井应独立设置,井内严禁敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体管道,并不应敷设与电梯无关的电缆、电线等。电梯井井壁除开设电梯门洞和通气空洞外,不应开设其它洞口。电梯门不应采用栅栏门。电缆井、管道井、排烟道、垃圾道等竖向管道井,应分别独立设置;其井壁应为耐火极限不低于1·00h的非可燃体;井壁上的检查门应采用丙级防火门。建筑高度不超过100m的高层建筑,其电缆井、管道井应每隔2-3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的非可燃体做防火分隔。

高层建筑的装修面积大,使用的装修材料种类繁多,而防火性能好的材料通常价格昂贵。为节约费用或防火意识差,一些单位往往会私自使用一些未经阻燃处理的木条、墙毯等廉价的不防火、不阻燃的装修材料。由于室内大量可燃物的存在,降低了房屋的耐火等级,为高层建筑埋下火灾隐患。而即使使用了合格的装修材料,但由于大多数装修材料是可燃的,当高层建筑使用中发生火灾后,装修材料自身会增加室内火灾荷载,延长燃烧时间,燃

烧温度升高速度较快,将会导致建筑物内的承重构件垮塌,而增大火灾损失。

在火灾后期,由于高层建筑高达数十米甚至数百米,由于受到消防车水泵压力和水带的耐压强度等限制,很难利用消防车直接从外部消防水源直接抽水对高楼层进行扑救。因此,在火灾发生时,主要通过室内消防栓来提供水源进行灭救。而在火灾发展的后期,室内温度逐渐升高,同时会产生大量高温、有毒的火灾烟气,对人员使用室内消火栓扑救火灾十分不利。所以,排烟设备的及时启动是保证人员使用室内消火栓成功扑灭火灾的关键。

室内消火栓或排烟系统的失效,将导致火势的进一步发展。当火灾发展到盛期之后,就会向同一防火分区的其它房间蔓延,从而导致整个防火分区的其它房间着火。为了防止火灾蔓延出防火分区,需要及时关闭防火卷帘。而如果关闭防火卷帘失败,则主要靠城市消防队来控制火势。从我国目前的消防设备的配备来看,在扑救高层建筑火灾的过程中,能使用的高科技消防设备还较少,如消防直升飞机、空中救护设施等。如果出现因电力中断导致消防电梯无法使用、云梯车的高度又不够的情况,消防人员只能全副武装从室内楼梯间登上楼层进行灭火。由于消防员需要负重登高,体力消耗极大,会严重影响灭火行动速度和效率。

因此,该阶段的主要影响因素为:建筑结构耐火等级、建筑材料耐火等级、建筑自身的灭火能力、建筑所在城市的消防水平。

3.疏散设施及安全管理评价

在火灾蔓延无法得到有效控制时,如何保证人身安全、减少财产损失也是做好消防工作的一个重要方面。在火灾发生时,应及时、有效地疏散人群,最大程度地保证人身安全。在“硬件”方面,建筑体在设计时应考虑各种因素,设置疏散通道。目前国内很多建筑中存在疏散信道设计不合理,疏散通道上堆放杂物导致通行不畅甚至堵塞通道的现象。在“软件”方面,人员对建筑内的疏散通道不熟悉,一旦发生火灾,将会导致无法顺利疏散人员,造成群死群伤的恶性后果。因此,高层建筑相关管理人员应建立火灾疏散紧急预案,并按期进行演练,保证火灾发生时人群疏散的有序性。同时,在保证人身安全的前提下,为在发生火灾时减少财产损失,应在平时加强对财产的有效控制,并制定紧急状况下的转移策略。

因此,该阶段的主要影响因素有:疏散设施、疏散通道、高层建筑管理人员消防知识和技能水平、高层建筑内其他人员的消防演练状况及安全意识水平。

4.高层建筑防火安全评价指标体系

根据现代事故致因理论,导致事故的直接原因是人的不安全行为和物的不安全状态,其基本原因是管理失误。因此,对于影响高层建筑火灾危险的第一层次主要着眼于安全管理制度和建筑物的本身状况。针对高层建筑火灾的特点,对于建筑物本身的状况又从3个方面来考虑,即建筑物本身的防火能力,灭火能力以及发生火灾后的安全疏散能力。基于以上观点,对上面事故分析所得的各影响进行整合分类,构造了高层建筑防火安全评价指标体系,其结构及其相互关系如表1所示。

四、高层建筑防火安全对策

1.高层建筑防火安全体系构成

安全,是“人-机(物、设备等)-环境”系统相互协调的一个最佳“秩序”状态。要实现这一目标,就要求人们在保障自身及“机(物、设备等)-环境”系统的安全时,一方面,要在技术上采取措施,使“机(物、设备等)-环境”系统具有保障安全状态的能力;另一方面,要在管理上协调人的自身及人与“机(物、设备等)-环境”系统的关系。即必须从技术和管理两个方面入手实现系统协调。

高层建筑防火安全工作,是由火灾事故的预防和火灾发生后损失的控制两个方面构成的。从遏制火灾的发生看,防止燃烧发生三条件的相遇是最重要的对策;在相遇不可避免时,则应控制好“环境”条件,以防止三者的相互作用或作用机制的失控。从避免和降低建筑火灾损失看,首先要在时间、空间上控制生命和财产的火场暴露;其次要约束火灾过程中的致灾因素。从前面的分析看出,建筑物的固有防火安全态势是由建筑物及建筑物内部设施、设备等“硬件”条件确定的,并伴随占用者的进入和使用中的改、扩建会发生变化;而且不论火灾的形成,还是火灾的发展,大量的原因是管理缺陷所造成的。因此,建筑防火安全对策应当具有过程性,应当由技术对策和管理对策共同构成,并在这种构成中由于人的特殊属性和作用,加强安全管理应是防护对策的重点。只有通过人们正确的计划、组织、监督、协调等工作,才能使技术设施和各个方面的工作都能发挥作用,共同为建筑物的防火安全服务。针对建筑火灾事故损失分析,笔者提出的基本事件,在现有的技术条件下,大多数均可通过改进、完善防火安全管理工作,达到控制和消除的目的,从而保障了建筑物的防火安全性。

建筑物、建筑物占用者及其内部的各种防火安全设施以及用于建筑物的各类规章及管理制度,就防火安全而言,均是相互关联、互相制约的有机整体。要实现建筑防火安全,必须把建筑物内与防火有关的诸多因素,即包括:人、建筑物(含内部设施、设备等)和相关“环境”因素,以及它们的相互作用间的因素全部控制、协调起来,才能使建筑物火险态势处于安全状态。

2.高层建筑防火安全对策

在我国经济发展尚欠发达的条件下,建立以管理为纲、技术为手段的建筑防火安全体系,突出管理对技术的指导与协调原则,是符合当前国情和切合实际的现代防火安全观。对于现代城市建筑物,要想以最小的投入获得最大的安全效益,必须以安全系统为目标,确定安全管理工作内容和相应的安全技术措施,并在工作中充分发挥人的主观能动性,以补偿受经济基础、技术条件的制约带来的措施的不完善或不协调。因此,在各个时期、各环节就有可能做到,使建筑物具有良好的本质安全化的基础,保持良好的安全态势,是高层建筑防火的最好对策。

人人都了解了高层建筑安全体系的构成,并把体系实际运用,是避免发生火灾的前提,这也是高层建筑防火安全的最好对策,因此,高层建筑防火安全对策,认为主要是:加强“三同时”;加强相关人员安全管理及培养相关人员安全意识;健全火灾应急预案;建立完善的救火系统。另外,让人人都了解高层建筑火灾逃生方法,是火灾发生时,减少人员伤亡的最好方法。

五、结论

以“安全第一,预防为主”的原则,通过了解高层建筑物及其火灾特点,分析高层建筑火灾致因因素并通过建立包含有四个一级指标及各一级指标下的总共十一个二级指标高层建筑防火安全评价指标体系,从“人-机(物、设备等)-环境”即技术(硬件)和管理(软件)的思路入手,提出了针对我国目前经济现状条件下的高层建筑防火安全体系,即:建立以管理为纲目、技术为手段,突出管理对技术的指导与协调原则的高层建筑防火安全体系。本次研究以有效的解决高层建筑防火为目的,并希望为高层建筑的设计、防火安全评价和应急预案制定等方面研究提供一定的实用价值。