高層建筑消防安全疏散

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簡介：高層建筑，尤其是超高層建筑，對占用人員的生命安全方面存在一些非常復(fù)雜的問題。在指令性建筑規(guī)范中，這些問題是通常不能適當(dāng)闡明，好象是天然存在的。因?yàn)橥恋叵∪钡脑?，香港高層建筑林立，這些建筑(有的高度在世界上是數(shù)一數(shù)二的)一般都是按照指令性規(guī)范建造的，如香港建筑署(HongKongBuildingDepartment)制定的《實(shí)用規(guī)范(CodeOfPractice)》就規(guī)定了疏散方法、耐火結(jié)構(gòu)和出口設(shè)計(jì)等。

  關(guān)鍵字：高層建筑消防相關(guān)站中站：安全疏散   現(xiàn)在用兼顧設(shè)計(jì)靈活性和消防安全投入一效果分析的方法，來設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)已成為可能。近來，香港的一些超高層建筑已經(jīng)采用了消防安全設(shè)計(jì)的原則。本文對于"超高層"的定義，是按照《中國國家建筑規(guī)范(ChinaNotionalBuildingCode)》，即高度超過250m。   l疏散策略   保證生命安全或許是建筑規(guī)范最根本的目的。建筑設(shè)計(jì)要求的最完美功能是在發(fā)生緊急情況(如火災(zāi))時(shí)，人員能夠安全撤離。這對高層建筑提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)楦邔咏ㄖ腥藛T眾多，且撤離時(shí)要經(jīng)過垂直方向的較長距離。在香港，原來建筑的疏散方法大多都是遵循"同時(shí)(singlestage)疏散"的原則。利用這個(gè)原則，樓梯就要設(shè)計(jì)得足夠?qū)?，以便于所有人員都能同時(shí)撤離。所謂足夠的樓梯寬度，就是樓梯寬度要符合《英格蘭和威爾士建筑條例(BuildingRegulationofEnglandandWales)許可章節(jié)(ApprovedDocument)B中指令性設(shè)計(jì)表格的規(guī)定，香港目前就是采用該條例。   現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，對于內(nèi)有大量人員的高層建筑，采用"同時(shí)疏散"是行不通的。所以就出現(xiàn)了"階段疏散(phasedevacuation)"系統(tǒng)，也就是在火災(zāi)事故中分不同的階段進(jìn)行疏散。今天，一些國家或一些指令性建筑規(guī)范(包括((NFPA72)和澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)哎AS2200))已經(jīng)開始認(rèn)識到或體現(xiàn)出，階段疏散是高層建筑疏散較恰當(dāng)?shù)姆椒ā?  雖然階段疏散的理念看起來對于多數(shù)緊急事件是一種合適的解決方法，但是對于一些非常極端事件，還是要求建筑能夠滿足同時(shí)疏散的要求。   2避難層的垂直距離   香港的疏散規(guī)范要求，所有高度超過25層的建筑，都要有逃生避難層。在非工業(yè)建筑中，至少每25層就應(yīng)有1個(gè)避難層。   避難層是為疏散中的人群提供休息的場所，它應(yīng)該能夠?yàn)闅埣埠褪軅藛T提供保護(hù)，直到得到消防人員的救助。這些避難層也可以用作救援隊(duì)的疏散指揮點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)的有序疏散。   作為一個(gè)相對安全的區(qū)域，避難層應(yīng)該有足夠大的面積，滿足預(yù)期的避難人數(shù)的要求，有足夠的凈空高度、燈光和信號指示。還應(yīng)當(dāng)有充分的防火分隔、結(jié)構(gòu)耐火和滅火系統(tǒng)，以及防止煙氣滯留的通風(fēng)系統(tǒng)。   3用電梯疏散   和英國一樣，香港也不允許在高層建筑中主要依靠消防電梯來進(jìn)行人員疏散和消防隊(duì)員的移動。但是，對于普通建筑的一般疏散而言，消防電梯仍然有廣泛的用途。對于超高層建筑，人員長距離的垂直行進(jìn)，存在一系列嚴(yán)重的問題：   (1)長時(shí)間的垂直行進(jìn)，可能遭遇煙和火，使人員在疏散過程中造成傷害；   (2)造成疏散過程中人員的疲勞；   (3)老弱病殘幼以及其他無法疏散人員的疏散問題。   BS5588~建筑設(shè)計(jì)、建造和使用中的火災(zāi)預(yù)防方法(Fireprecautionsinthedesign，constructionanduse。fbuildings)》第5部分《消防樓梯和電梯實(shí)用規(guī)范》建議在緊急條件下使用電梯時(shí)需采用的防范火、煙和熱的措施。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以作為電梯轎廂、電梯井和機(jī)械裝置保護(hù)的基本依據(jù)。應(yīng)急電梯的控制程序必須達(dá)到這樣的要求：一旦火災(zāi)警報(bào)啟動，能夠確定使用哪一部電梯。設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)時(shí)必須非常仔細(xì)認(rèn)真，要考慮到增壓、電梯前廳的分隔、建筑管理和出口設(shè)置等許多基本問題。   在非常極端事件中，事故的方式(如碰撞或爆炸)也要事先估計(jì)到?，F(xiàn)在還不知道，面對非常極端事件，電梯提供的快速疏散的輔助疏散能力是否用得上。   4水平行走距離   因?yàn)橄愀鄣某邔咏ㄖ饕糜谵k公，所以里面的人員相對較多，疏散時(shí)排隊(duì)等候的時(shí)間要超過實(shí)際行走的時(shí)間。行走時(shí)間取決于到樓梯的距離和人員行走的速度。指令性建筑規(guī)范對人員到樓梯的距離進(jìn)行了限制，以保證人員在非保護(hù)區(qū)內(nèi)不要走太長的距離。   世界上一些國家的指令性規(guī)范對最長行走距離的規(guī)定。香港的《疏散方法規(guī)范(MeansOfEscapeCode)》對行走距離的要求最高。雖然英國、澳大利亞、新西蘭和美國標(biāo)準(zhǔn)對最長行走距離的要求比香港規(guī)范低，規(guī)定的最長行走距離有的甚至超過香港規(guī)范2倍，但是迄今并沒有明顯的證據(jù)資料證明，按照這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的有噴水保護(hù)的高層辦公建筑內(nèi)人員面對的生命危險(xiǎn)會更大。   如果情況確實(shí)如此，那么對行走距離的限制就或許不是那么重要，香港規(guī)范過于嚴(yán)格的限制就或許需要修改。那么是否可以做出這樣的建議：根據(jù)不同的指令性規(guī)范的要求，將行走距離限制在45m至90m之間，因?yàn)橄愀垡?guī)范對建筑界的要求過于苛刻。   5工程模型   當(dāng)依據(jù)基本原則和模型對煙氣運(yùn)動和結(jié)構(gòu)火災(zāi)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對整個(gè)疏散時(shí)間的預(yù)測就更加不準(zhǔn)確，主要是依靠主觀假設(shè)?，F(xiàn)在已經(jīng)有了先進(jìn)的人員疏散模型，用它來確定疏散時(shí)間相對更好一些。當(dāng)然，為了更好地量化疏散過程，還需要對人員響應(yīng)時(shí)間延遲和人員行為特點(diǎn)進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。   6探測和報(bào)警系統(tǒng)   向建筑內(nèi)人員發(fā)出警報(bào)的典型主動報(bào)警系統(tǒng)包括電鈴信號、自動音響信號、自動記錄信息和文本信息、手持音響報(bào)警信號和可見光信號。   特許建筑服務(wù)工程師學(xué)會(TheCharteredlnstituteOfBuildingServicesEngineer)導(dǎo)則E《消防工程(FireEngineering)》給出了一些數(shù)據(jù)，可以用來估計(jì)發(fā)出各種信號后，人員的響應(yīng)時(shí)間。這些數(shù)據(jù)是比較保守的，但從中可以看出不同報(bào)警系統(tǒng)間響應(yīng)時(shí)間的對比關(guān)系。提示人員的警報(bào)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)有：BS5839((話音報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝和維護(hù)實(shí)用規(guī)范(Code。fpracticeo(thedesign，installationandservicingOfvoicealarmsystems)》第8部分《建筑火災(zāi)探測和報(bào)警系統(tǒng)(FireDetectionandAlarmSystemsforBuildings)》、AS2200《建筑內(nèi)緊急警報(bào)和內(nèi)部通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)(Emergencywarningandintercommunicationsyst-emsinbuildings)》和NFPA72《國家(美國)火災(zāi)報(bào)警規(guī)范手冊(NationalFireAlarmCodeHandbook)》。現(xiàn)在的很多指令性規(guī)范都要求高層建筑結(jié)構(gòu)要有預(yù)先錄制的話音報(bào)警系統(tǒng)。但是，仍然有許多國家對報(bào)警系統(tǒng)的要求很簡單，其中就包括香港。按照香港規(guī)范，只要在靠近防火分隔的疏散樓梯內(nèi)有警鈴就足夠了。這種系統(tǒng)在安全方面可能存在一些隱患，因?yàn)槿藛T的響應(yīng)時(shí)間可能很長，警報(bào)的可知度無法保證，再加上人員不熟悉建筑情況和疏散路線而不知曉有關(guān)信息。采用這種簡單報(bào)警系統(tǒng)的建筑，要想實(shí)現(xiàn)階段疏散和控制疏散過程是不可能的。   7建筑結(jié)構(gòu)消防   全世界對建筑內(nèi)結(jié)構(gòu)消防的要求多種多樣。但多數(shù)建筑規(guī)范都是采用很簡單的分析方法，所有建議都可從數(shù)據(jù)表中獲得。這些有噴水保護(hù)的高層辦公用建筑結(jié)構(gòu)消防規(guī)范中給出的數(shù)據(jù)與BS476((建筑材料和結(jié)構(gòu)火災(zāi)試驗(yàn)(FiretestsOnbuildingmaterialsand：tructures)》第20-30部分有不一致的地方。這說明一個(gè)問題，這些建筑中真正的火災(zāi)危險(xiǎn)等級尚未被正確認(rèn)識。   建筑實(shí)際的保護(hù)能力與試驗(yàn)單元按照BS476第20一22部分規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)保持完整性的時(shí)間有關(guān)。這個(gè)試驗(yàn)包括按照標(biāo)準(zhǔn)ISO溫度曲線(StandardISOtemperaturecurve)(見圖1)對試驗(yàn)單元進(jìn)行加熱。ISO溫度曲線不受火災(zāi)荷載、結(jié)構(gòu)材料、建筑的幾何尺寸和防火分區(qū)的通風(fēng)等因素的影響。這純粹是一個(gè)用于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的通用溫度曲線。所以說，一些建筑規(guī)范和ISO溫度曲線并不能完全真實(shí)地反映出結(jié)構(gòu)狀況和火災(zāi)特性，作為指令性的通用方法，他們僅僅是多種規(guī)定相互矛盾又無法統(tǒng)一時(shí)解決問題的一種方法。   8替代方法   有一些分析設(shè)計(jì)方法要求結(jié)構(gòu)消防要根據(jù)建筑內(nèi)"真實(shí)的(real)"火災(zāi)場景來設(shè)計(jì)，也就是設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到可能發(fā)生的"最壞(worst-case)"火災(zāi)場景。這種方法可以使用的溫度曲線有很多，包括歐洲規(guī)范中的溫度曲線和烴類溫度曲線，尤以實(shí)際氣體溫度曲線為代表。   還有一些工程工具可以用來確定"最壞可能，(worstcredible)"火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)的影響。用這種分析方法也能確定結(jié)構(gòu)的消防要求。這些分析方法包括：   (1)確定瞬時(shí)氣體溫度曲線(如用歐洲規(guī)范)   (2)熱分析法(如簡單的數(shù)值法或更復(fù)雜的有限單元法)   (3)結(jié)構(gòu)分析法(如局部或整體坍塌分析)   9煙氣控制   火災(zāi)中煙氣蔓延擴(kuò)散的主要通道是樓梯井或電梯井，因?yàn)樗麄冎苯迂灤┙ㄖ乃袠菍?。煙氣擴(kuò)散主要是由于眾所周知的"煙囪效應(yīng)"。煙囪效應(yīng)是由于內(nèi)外氣候條件不同引起煙氣向上(冬季)或向下(夏季)運(yùn)動，直到達(dá)到一中性平面，然后煙氣開始橫向擴(kuò)散。所以，必須設(shè)法減小煙囪效應(yīng)，組織煙氣從著火樓層向樓梯井或電梯井?dāng)U散，否則就會影響人員疏散或造成煙從樓梯井或電梯井?dāng)U散到其他樓層。   以下舉例說明不同國家使用的3種加壓方法(每個(gè)例子都是用高層建筑中的樓梯井來說明問題)：   香港消防署制定的實(shí)用規(guī)范(Code。fPractice)中要求對樓梯井加壓，使樓梯井和開向樓層空間的門之間形成一個(gè)壓力差，這意味著，火災(zāi)產(chǎn)生的煙會被正壓阻止而不能進(jìn)入樓梯井。雖然這樣可以阻止煙進(jìn)入樓梯井，但卻不能解決煙氣通過樓層之間的其他連接和貫通方式而擴(kuò)散的問題。   在英國，BS5588提出了更進(jìn)一步的建議，在對樓梯井內(nèi)施加正壓的同時(shí)，對著火樓層施加負(fù)壓。這樣就更進(jìn)一步增加了通過孔洞進(jìn)入樓梯井之間的壓力差。與上述香港規(guī)范的方法一樣，這種方法雖然能較好地阻止煙氣進(jìn)入樓梯井，卻仍然不能解決煙氣通過樓層間其他的連接和貫通方式而擴(kuò)散的問題。   澳大利亞更緊了一步，其建筑規(guī)范要求樓梯井加正壓，著火樓層加負(fù)壓，著火樓層的上下樓層也加正壓。澳大利亞規(guī)范對著火樓層的加負(fù)壓和排煙的要求比英國低。這種方法既可以阻止煙進(jìn)入樓梯井，又能解決煙氣通過樓層間其他的連接和貫通方式而擴(kuò)散的問題。   從上面的比較可以看出，在煙氣擴(kuò)散控制方面，香港規(guī)范不如其他國家規(guī)范更嚴(yán)密。但是，香港規(guī)范還有其他方面的規(guī)定來保護(hù)人員免遭煙氣擴(kuò)散帶來的危害，如在建筑中設(shè)置避難層(避難層可以作為疏散樓梯的臨時(shí)中轉(zhuǎn)停歇站)，從而有效地分流人員，并減小煙囪效應(yīng)。