超高层建筑防火设计要求及灭火救援研究

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高层灭火救援的实用装备，虽然科技含量不高，但较为实用。最后是将超高层建筑火灾扑救所需的重要装备实施模块化集中管理，避免现场出现装备漏带、装备型号不搭配、装备损耗补充不及时等弊端。

    （二）加强专业队伍建设。

    应对超高层建筑火灾，因有针对性的强化专业队伍建设，一是保证其人员相对稳定，比如，举高车等特种车辆驾驶员要逐步增大培养力度，并保证其服役时间；二是从难从严提高训练要求，保证专业队伍年度的训练时间，尤其是实战演练和开展装备实地测试的时间；三是根据装备情况和超高层建筑的特点不断创新训练科目，对超高层建筑训练科目实施定期考核。

    （三）加强理论知识研究，广泛汲取国内外先进理念和经验。通过学习、参加培训、实地测试、考察等形式，加强官兵对超高层建筑灭火救援理论知识和技、战术方法的研究，重点是汲取国内外火灾案例的成功经验和存在不足，对照自身建设情况，将理论和经验的研究成果运用于实际。

    （四）强化“防消联勤”工作，将防火与灭火工作有机的结合，相互促进相互指导。避免出现防消脱节带来的弊端，从源头入手控制火灾的发生，将火灾扑救工作遇到的实际困难及时反馈，对超高层建筑防火设计的审核、验收提供必要的参考。同时开展“防消联勤”工作也有利于基层中队有针对性的开展超高层建筑“六熟悉”、预案制定和演练工作。

    （五）抓好基础性工作。一是结合人员和装备实际情况编制超高层建筑灭火救援专业队伍的作战编成，明确各组任务分工；二是对超高层建筑开展全面的“六熟悉”，特别是道路交通情况、单位内部基本情况、内部消防设施情况、周边水源情况；三是针对所有超高层建筑分别制定中队、大队、支队三级较大目标保卫对象灭火救援预案。