高层建筑消防安全疏散

 

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现在用兼顾设计灵活性和消防安全投入一效果分析的方法，来设计高层结构已成为可能。近来，香港的一些超高层建筑已经采用了消防安全设计的原则。本文对于"超高层"的定义，是按照《中国国家建筑规范(ChinaNotionalBuildingCode)》，即高度超过250m。

 

l疏散策略

 

保证生命安全或许是建筑规范最根本的目的。建筑设计要求的最完美功能是在发生紧急情况(如火灾)时，人员能够安全撤离。这对高层建筑提出了严峻的挑战，因为高层建筑中人员众多，且撤离时要经过垂直方向的较长距离。在香港，原来建筑的疏散方法大多都是遵循"同时(singlestage)疏散"的原则。利用这个原则，楼梯就要设计得足够宽，以便于所有人员都能同时撤离。所谓足够的楼梯宽度，就是楼梯宽度要符合《英格兰和威尔士建筑条例(BuildingRegulationofEnglandandWales)许可章节(ApprovedDocument)B中指令性设计表格的规定，香港目前就是采用该条例。

 

现在已发现，对于内有大量人员的高层建筑，采用"同时疏散"是行不通的。所以就出现了"阶段疏散(phasedevacuation)"系统，也就是在火灾事故中分不同的阶段进行疏散。今天，一些国家或一些指令性建筑规范(包括((NFPA72)和澳大利亚标准哎AS2200))已经开始认识到或体现出，阶段疏散是高层建筑疏散较恰当的方法。

 

虽然阶段疏散的理念看起来对于多数紧急事件是一种合适的解决方法，但是对于一些非常极端事件，还是要求建筑能够满足同时疏散的要求。

 

2避难层的垂直距离

 

香港的疏散规范要求，所有高度超过25层的建筑，都要有逃生避难层。在非工业建筑中，至少每25层就应有1个避难层。

 

避难层是为疏散中的人群提供休息的场所，它应该能够为残疾和受伤人员提供保护，直到得到消防人员的救助。这些避难层也可以用作救援队的疏散指挥点，实现建筑内的有序疏散。

 

作为一个相对安全的区域，避难层应该有足够大的面积，满足预期的避难人数的要求，有足够的净空高度、灯光和信号指示。还应当有充分的防火分隔、结构耐火和灭火系统，以及防止烟气滞留的通风系统。

 

3用电梯疏散

 

和英国一样，香港也不允许在高层建筑中主要依靠消防电梯来进行人员疏散和消防队员的移动。但是，对于普通建筑的一般疏散而言，消防电梯仍然有广泛的用途。对于超高层建筑，人员长距离的垂直行进，存在一系列严重的问题：

 

(1)长时间的垂直行进，可能遭遇烟和火，使人员在疏散过程中造成伤害；

 

(2)造成疏散过程中人员的疲劳；

 

(3)老弱病残幼以及其他无法疏散人员的疏散问题。

 

BS5588~建筑设计、建造和使用中的火灾预防方法(Fireprecautionsinthedesign，constructionanduse。fbuildings)》第5部分《消防楼梯和电梯实用规范》建议在紧急条件下使用电梯时需采用的防范火、烟和热的措施。这个标准可以作为电梯轿厢、电梯井和机械装置保护的基本依据。应急电梯的控制程序必须达到这样的要求：一旦火灾警报启动，能够确定使用哪一部电梯。设计这种系统时必须非常仔细认真，要考虑到增压、电梯前厅的分隔、建筑管理和出口设置等许多基本问题。

 

在非常极端事件中，事故的方式(如碰撞或爆炸)也要事先估计到。现在还不知道，面对非常极端事件，电梯提供的快速疏散的辅助疏散能力是否用得上。

 

4水平行走距离

 

因为香港的超高层建筑主要用于办公，所以里面的人员相对较多，疏散时排队等候的时间要超过实际行走的时间。行走时间取决于到楼梯的距离和人员行走的速度。指令性建筑规范对人员到楼梯的距离进行了限制，以保证人员在非保护区内不要走太长的距离。

 

世界上一些国家的指令性规范对最长行走距离的规定。香港的《疏散方法规范(MeansOfEscapeCode)》对行走距离的要求最高。虽然英国、澳大利亚、新西兰和美国标准对最长行走距离的要求比香港规范低，规定的最长行走距离有的甚至超过香港规范2倍，但是迄今并没有明显的证据资料证明，按照这些标准设计的有喷水保护的高层办公建筑内人员面对的生命危险会更大。

 

如果情况确实如此，那么对行走距离的限制就或许不是那么重要，香港规范过于严格的限制就或许需要修改。那么是否可以做出这样的建议：根据不同的指令性规范的要求，将行走距离限制在45m至90m之间，因为香港规范对建筑界的要求过于苛刻。

 

5工程模型

 

当依据基本原则和模型对烟气运动和结构火灾特性进行设计计算时，对整个疏散时间的预测就更加不准确，主要是依靠主观假设。现在已经有了先进的人员疏散模型，用它来确定疏散时间相对更好一些。当然，为了更好地量化疏散过程，还需要对人员响应时间延迟和人员行为特点进行更进一步的研究。

 

6探测和报警系统

 

向建筑内人员发出警报的典型主动报警系统包括电铃信号、自动音响信号、自动记录信息和文本信息、手持音响报警信号和可见光信号。

 

特许建筑服务工程师学会(TheCharteredlnstituteOfBuildingServicesEngineer)导则E《消防工程(FireEngineering)》给出了一些数据，可以用来估计发出各种信号后，人员的响应时间。这些数据是比较保守的，但从中可以看出不同报警系统间响应时间的对比关系。提示人员的警报系统标准有：BS5839((话音报警系统设计安装和维护实用规范(Code。fpracticeo(thedesign，installationandservicingOfvoicealarmsystems)》第8部分《建筑火灾探测和报警系统(FireDetectionandAlarmSystemsforBuildings)》、AS2200《建筑内紧急警报和内部通信联络系统(Emergencywarningandintercommunicationsyst-emsinbuildings)》和NFPA72《国家(美国)火灾报警规范手册(NationalFireAlarmCodeHandbook)》。现在的很多指令性规范都要求高层建筑结构要有预先录制的话音报警系统。但是，仍然有许多国家对报警系统的要求很简单，其中就包括香港。按照香港规范，只要在靠近防火分隔的疏散楼梯内有警铃就足够了。这种系统在安全方面可能存在一些隐患，因为人员的响应时间可能很长，警报的可知度无法保证，再加上人员不熟悉建筑情况和疏散路线而不知晓有关信息。采用这种简单报警系统的建筑，要想实现阶段疏散和控制疏散过程是不可能的。

 

7建筑结构消防

 

全世界对建筑内结构消防的要求多种多样。但多数建筑规范都是采用很简单的分析方法，所有建议都可从数据表中获得。这些有喷水保护的高层办公用建筑结构消防规范中给出的数据与BS476((建筑材料和结构火灾试验(FiretestsOnbuildingmaterialsand：tructures)》第20-30部分有不一致的地方。这说明一个问题，这些建筑中真正的火灾危险等级尚未被正确认识。

 

建筑实际的保护能力与试验单元按照BS476第20一22部分规定进行试验时保持完整性的时间有关。这个试验包括按照标准ISO温度曲线(StandardISOtemperaturecurve)(见图1)对试验单元进行加热。ISO温度曲线不受火灾荷载、结构材料、建筑的几何尺寸和防火分区的通风等因素的影响。这纯粹是一个用于标准试验的通用温度曲线。所以说，一些建筑规范和ISO温度曲线并不能完全真实地反映出结构状况和火灾特性，作为指令性的通用方法，他们仅仅是多种规定相互矛盾又无法统一时解决问题的一种方法。

 

8替代方法

 

有一些分析设计方法要求结构消防要根据建筑内"真实的(real)"火灾场景来设计，也就是设计时要考虑到可能发生的"最坏(worst-case)"火灾场景。这种方法可以使用的温度曲线有很多，包括欧洲规范中的温度曲线和烃类温度曲线，尤以实际气体温度曲线为代表。

 

还有一些工程工具可以用来确定"最坏可能，(worstcredible)"火灾对建筑结构的影响。用这种分析方法也能确定结构的消防要求。这些分析方法包括：

 

(1)确定瞬时气体温度曲线(如用欧洲规范)

 

(2)热分析法(如简单的数值法或更复杂的有限单元法)

 

(3)结构分析法(如局部或整体坍塌分析)

 

9烟气控制

 

火灾中烟气蔓延扩散的主要通道是楼梯井或电梯井，因为他们直接贯穿建筑的所有楼层。烟气扩散主要是由于众所周知的"烟囱效应"。烟囱效应是由于内外气候条件不同引起烟气向上(冬季)或向下(夏季)运动，直到达到一中性平面，然后烟气开始横向扩散。所以，必须设法减小烟囱效应，组织烟气从着火楼层向楼梯井或电梯井扩散，否则就会影响人员疏散或造成烟从楼梯井或电梯井扩散到其他楼层。

 

以下举例说明不同国家使用的3种加压方法(每个例子都是用高层建筑中的楼梯井来说明问题)：

 

香港消防署制定的实用规范(Code。fPractice)中要求对楼梯井加压，使楼梯井和开向楼层空间的门之间形成一个压力差，这意味着，火灾产生的烟会被正压阻止而不能进入楼梯井。虽然这样可以阻止烟进入楼梯井，但却不能解决烟气通过楼层之间的其他连接和贯通方式而扩散的问题。

 

在英国，BS5588提出了更进一步的建议，在对楼梯井内施加正压的同时，对着火楼层施加负压。这样就更进一步增加了通过孔洞进入楼梯井之间的压力差。与上述香港规范的方法一样，这种方法虽然能较好地阻止烟气进入楼梯井，却仍然不能解决烟气通过楼层间其他的连接和贯通方式而扩散的问题。

 

澳大利亚更紧了一步，其建筑规范要求楼梯井加正压，着火楼层加负压，着火楼层的上下楼层也加正压。澳大利亚规范对着火楼层的加负压和排烟的要求比英国低。这种方法既可以阻止烟进入楼梯井，又能解决烟气通过楼层间其他的连接和贯通方式而扩散的问题。

 

从上面的比较可以看出，在烟气扩散控制方面，香港规范不如其他国家规范更严密。但是，香港规范还有其他方面的规定来保护人员免遭烟气扩散带来的危害，如在建筑中设置避难层(避难层可以作为疏散楼梯的临时中转停歇站)，从而有效地分流人员，并减小烟囱效应。