超高層建筑新型安全疏散技術(shù)的設(shè)想

丁威 劉宏 馮濤

摘要：近年，國(guó)內(nèi)外許多城市涌現(xiàn)出各種地標(biāo)性建筑，其中大都屬于超高層建筑范疇，而我國(guó)消防行業(yè)現(xiàn)今對(duì)超高層建筑安全疏散技術(shù)的創(chuàng)新并不是特別關(guān)注。本文以實(shí)際在建的超高層建筑為例剖析超高層建筑的特點(diǎn)，設(shè)想新型的超高層建筑安全疏散技術(shù)，即性能化消防水箱和性能化疏散滑梯，為性能化設(shè)計(jì)的發(fā)展提供思路。

關(guān)鍵詞：超高層建筑; 新型安全疏散技術(shù); 性能化設(shè)計(jì)

1 ? 引言

超高層建筑概念最早源于二戰(zhàn)后的美國(guó)，改革開放至今，中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程加速，新一輪的城市化使城市人口急劇增加。因此，在寸土寸金的市中心地段，地產(chǎn)商建設(shè)超高層建筑成為一種雙贏選擇。

新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）自2015年5月1日起施行，并于2018年10月1日開始實(shí)施修訂版。本文結(jié)合幾例超高層建筑，重點(diǎn)構(gòu)思其安全疏散方面的技術(shù)，對(duì)未來的安全疏散技術(shù)進(jìn)行設(shè)想，希望可以推動(dòng)中國(guó)超高層建筑的安全疏散技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

根據(jù)《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50016-2014）中對(duì)民用建筑分類的規(guī)定，建筑高度超過100 m時(shí)為超高層建筑（不論住宅及公共建筑）。結(jié)合工程實(shí)際，本文中將超高層建筑定義為：層數(shù)在40層及以上且高度在100 m以上的建筑。

2 ? 超高層建筑安全疏散現(xiàn)狀分析

2.1 ?超高層建筑優(yōu)點(diǎn)

超高層建筑作為現(xiàn)代建筑技術(shù)的結(jié)晶，自然而然地成為展示發(fā)展成就的有效手段。超高層建筑的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：超高層建筑具有很好的環(huán)境和諧性，具備一定程度的宜居性，居住高度的差異也會(huì)提升住戶的心理體驗(yàn)。超高層建筑具有綜合性聚居的優(yōu)勢(shì)。

2.2 ?超高層建筑安全疏散現(xiàn)行規(guī)范

對(duì)于現(xiàn)今國(guó)內(nèi)的超高層建筑的安全疏散原則，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）中規(guī)定：①合理布置疏散路線。通常是從著火區(qū)域到公共走道，再到疏散樓梯間，最終到達(dá)安全區(qū)域。②疏散樓梯的位置和數(shù)量要設(shè)置合理。③禁止設(shè)置袋形走道，以免疏散人員被困。④輔助安全疏散設(shè)施要安全可靠，如救生軟梯、救生繩、救生袋、緩降器等。⑤超高層建筑內(nèi)部必須要設(shè)置避難間或避難層，樓頂要有直升機(jī)停機(jī)坪。

2.3 ? 超高層建筑安全疏散現(xiàn)狀

2.3.1 ?超高層建筑概述

為方便分析，本文將超高層建筑簡(jiǎn)單劃分為：筒式超高層建筑、錐塔式超高層建筑和性能化超高層建筑三類。

天津高銀117大廈，結(jié)構(gòu)總高度為597 m，單體建筑面積為84.7萬m2，地下3層，局部4層，地上117層。117大廈首層為4200 m2，并且向上以0.88o的角度逐層縮小至頂層的2100 m2，塔樓頂部為龐大的鉆石造型，為典型的筒式超高層建筑。筒式超高層建筑與其它類型超高層建筑最大的不同點(diǎn)在于頂部有大面積的露天平面空間。這樣的大空間非常適合建設(shè)直升機(jī)停機(jī)坪，為超高層建筑的直升機(jī)救援提供便捷。

正在建的武漢綠地中心大樓可以歸類為錐塔式超高層建筑;造型獨(dú)特的迪拜帆船酒店可以被看作性能化超高層建筑。對(duì)于這兩類超高層建筑，本文中不作具體分析。

2.3.2 ?超高層建筑安全疏散方面的不足

第一，電梯。雖然很多高層建筑火災(zāi)中都有成功利用電梯疏散的記錄，但是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電梯梯井容易產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，并且可能由于電梯斷電而困住逃生人員，因此電梯不適合作為逃生疏散工具的首選。

第二，消防云梯?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)各大城市中，只有極少數(shù)城市的消防隊(duì)裝備了100多米的“最長(zhǎng)消防云梯”，而超高層建筑動(dòng)輒幾百米高，消防救援人員很難使用消防云梯來救助全部被困人員。

第三，消防直升機(jī)。消防直升機(jī)救援是應(yīng)對(duì)超高層建筑火災(zāi)的一種有效手段，但是受限于救援直升機(jī)數(shù)量、城市限飛令等因素，國(guó)內(nèi)各城市空中救援力量還未成型。

第四，避難層或避難間。一方面，被困人員可能并不確定避難層或避難間的位置;另一方面，如果避難層或避難間處于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部，可能會(huì)困住待救人員，并且火災(zāi)的高溫?zé)嵝?yīng)可能使人員受到傷害。

3 ? 超高層建筑安全疏散技術(shù)的設(shè)想

3.1 ?性能化消防水箱設(shè)計(jì)

一般來說，消防水箱的設(shè)置對(duì)于撲滅初期火災(zāi)的成敗有決定性作用。對(duì)于超高層建筑，為了留出足夠空間的直升機(jī)停機(jī)坪，建筑頂部一般不會(huì)設(shè)置傳統(tǒng)的消防水箱。本文提出的性能化消防水箱主要是應(yīng)對(duì)筒式超高層建筑的火災(zāi)，尤其是建筑外部火災(zāi)，必要時(shí)，性能化消防水箱也可以發(fā)揮應(yīng)急滅火作用。

性能化消防水箱設(shè)計(jì)是指將筒式超高層建筑的頂部幾層建設(shè)出可以作為儲(chǔ)水區(qū)的獨(dú)立空間（圖1），并通過多種消防系統(tǒng)發(fā)揮其消防水箱的作用。設(shè)計(jì)的具體思路為：

3.1.1 ?建造與儲(chǔ)水

對(duì)建筑頂部幾層重新設(shè)計(jì)，按圖1所示，內(nèi)墻體與外玻璃幕墻之間做一個(gè)空心圓柱形的儲(chǔ)水空間。由于超高層建筑頂層有時(shí)難以供水，必要時(shí)可以通過排水系統(tǒng)收集儲(chǔ)存過濾后的雨水。為保證旱季的儲(chǔ)水充足，消防水箱可以使用特制保濕材料。

3.1.2 ?滅火方式

性能化消防水箱的底部，采用三分甚至多分泄水法。所謂三分泄水法，即通過底部可控閘門，對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行放水，以使性能化消防水箱能夠發(fā)揮最好的滅火作用。以2016年5月南京隆盛大廈火災(zāi)為例，明火沿外墻在3分鐘內(nèi)從6樓迅速燒至26樓，可以說，高樓外部火災(zāi)一般只是沿著某些方位蔓延，進(jìn)行三分泄水法是達(dá)到最佳滅火效果的一種設(shè)想。在建造超高層建筑前，工程組可以通過數(shù)據(jù)模擬來確定達(dá)到最佳滅火效果的方式。

3.1.3 ?消防水箱的安裝

對(duì)于性能化消防水箱，設(shè)計(jì)時(shí)要注意其重心問題，防止建設(shè)完成后，由于消防水箱重心偏移而引發(fā)一系列安全問題。由圖1來看，可控泄水處的寬度必須小于墻體對(duì)裝置的承載寬度。

3.1.4 ?給水模式

現(xiàn)階段，較為常用的幾種超高層建筑分區(qū)給水模式主要包括分區(qū)串聯(lián)供水、分區(qū)并聯(lián)供水和分區(qū)減壓給水。在筒式超高層建筑中，性能化消防水箱宜選擇分區(qū)并聯(lián)供水的給水模式。分別在高層建筑低層、中層、高層等區(qū)域設(shè)置一個(gè)水泵、水箱，確保其可以向每一個(gè)區(qū)域穩(wěn)定、安全供水。

3.1.5 ?自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

性能化消防水箱設(shè)計(jì)主要是針對(duì)筒式超高層建筑的外部火災(zāi)，而當(dāng)前的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)基本是針對(duì)室內(nèi)火災(zāi)，所以需要建造其獨(dú)立的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。一方面，可以在建筑四周的高樓頂層架設(shè)至少3部感光火災(zāi)探測(cè)器（由于空間距離原因，其它類型的火災(zāi)探測(cè)器難以發(fā)揮作用），并通過藍(lán)牙技術(shù)與消防控制室相聯(lián)系，發(fā)揮其報(bào)警作用;另一方面，可以在建筑外表面合理布置感煙火災(zāi)探測(cè)器和感溫火災(zāi)探測(cè)器，以便及時(shí)向消防控制室傳遞報(bào)警信號(hào)，促使性能化消防水箱發(fā)揮其滅火作用。

3.2 ?性能化疏散滑梯設(shè)計(jì)

性能化疏散滑梯是指在兩棟不同高度的建筑間架起一段具有特定疏散功能的滑梯（圖2）。設(shè)計(jì)的具體思路為：

3.2.1 ?疏散功能

“滑梯”宜建在兩棟高低不同的建筑之間，高的一端建在超高層建筑的避難層，方便超高層建筑中高層的逃生人員進(jìn)行疏散，底部放置在略低的高層建筑的頂部，這樣設(shè)計(jì)可以提供足夠的疏散空間，防止疏散時(shí)發(fā)生擁堵踩踏現(xiàn)象。同時(shí)，為了更好地發(fā)揮性能化疏散滑梯的疏散功能，“滑梯”必須采用符合力學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)以支撐疏散時(shí)的人員壓力。建造前，宜使用數(shù)據(jù)建模，綜合考慮風(fēng)力、雨水、人員數(shù)目等多方面因素，建造結(jié)實(shí)耐用的性能化疏散滑梯。

3.2.2 ?環(huán)保節(jié)能功能

性能化疏散滑梯只具有疏散功能的話，功能過于單一，成本高，不符合當(dāng)今多元化的設(shè)計(jì)理念。本設(shè)計(jì)中采用太陽(yáng)能電池板作為特殊情況的“滑梯”，太陽(yáng)能電池板表面光滑，在正常工作時(shí)可以為整棟樓提供清潔能源，應(yīng)急疏散時(shí)作為合理快捷的疏散通道，節(jié)能環(huán)保，并符合時(shí)代要求。

3.2.3 ?安全防護(hù)措施

在人員進(jìn)行安全疏散時(shí)，為了防止人員方向偏離，滑出“滑梯”，造成人員傷亡，可以在滑梯兩邊建造相應(yīng)的扶手，并將“滑梯”設(shè)計(jì)成帶有微弧度的構(gòu)造。

3.2.4 ?排水方式

由于性能化疏散滑梯的外表面鋪著太陽(yáng)能電池板，“滑梯”必然是露天放置，所以相應(yīng)的排水問題需要考慮。本設(shè)計(jì)中，“滑梯”的底部設(shè)置在一稍低的高樓頂部，故需要考慮增加該高樓的排水預(yù)算。

4 ? 結(jié)語

綜上所述，超高層建筑安全疏散技術(shù)的發(fā)展更趨向于性能化發(fā)展。結(jié)合建筑的地理?xiàng)l件、使用功能、外部造型等因素，融入高新技術(shù)，做出符合安全要求的性能化設(shè)計(jì)是消防技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。合理的性能化設(shè)計(jì)不僅要考慮技術(shù)施工，還要考慮成本、建筑實(shí)際情況和當(dāng)?shù)叵姥b備實(shí)際水平。消防技術(shù)是一個(gè)龐大的實(shí)用領(lǐng)域，隨著各種高新技術(shù)的發(fā)展和融入而呈現(xiàn)出邊緣化、精細(xì)化、交叉化和高端化的發(fā)展趨勢(shì)，有著巨大的發(fā)展空間。

作者簡(jiǎn)介：

丁 ?威（1994-），男，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院在讀研究生，研究方向：建筑防火及應(yīng)急救援設(shè)計(jì)。

馮 ?濤（1990-），男，浙江省溫州市消防救援支隊(duì)永嘉縣消防救援大隊(duì)，防火參謀。

通訊作者：

劉 ?宏（1985-），女，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，講師，碩士生導(dǎo)師。研究方向：建筑用防火保溫材料的設(shè)計(jì)、改進(jìn)及性能研究;建筑防火及應(yīng)急救援方法、設(shè)備的研究。

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基金項(xiàng)目：

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0802907），江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目。