从迪拜火炬大厦火灾看中国高层建筑消防安全

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一、迪拜火炬大厦火灾回顾   
    据美国有线电视新闻网（CNN）援引阿拉伯联合酋长国迪拜民防局的消息报道，当地时间2月21日凌晨2时05分左右，迪拜海滨马丽娜区标志性建筑之一——“玛丽娜火炬”大厦(Marina Torch，以下简称火炬大厦）发生火灾，迪拜民防部队在9分钟内即到达现场。在消防员灭火的同时,该楼676户居民也在物业和安保人员的帮助下迅速撤离。大火于4时31分被扑灭，共有100多名消防员和相关工作人员参与了灭火。迪拜警方说无人员伤亡报告，只有7人因吸入浓烟被呛到,少数居民受到惊吓。
    “火炬”大厦（图1）建成于2011年，高336米，地上部分有79层，建成时曾一度是世界第一高住宅楼，目前在全球最高住宅楼排名中位居第五。世界前100高摩天大楼中，迪拜独占20席；世界最高5座酒店全部位于迪拜；828米高的世界第一高楼哈利法塔、世界上唯一的七星级酒店帆船酒店等地标性建筑更是名闻遐迩。正因为迪拜的摩天大楼鳞次栉比，一直有人担心存在火灾隐患。该城市上一起类似事件发生在2012年11月，高160米、34层的Tamweel大厦失火，虽无人伤亡，但大厦一部分严重受损，多达数百名居民无家可归。事后的调查认定起火原因竟是一根未燃尽的烟头。迪拜的高层建筑消防安全一直以来备受瞩目。


图1   玛丽娜火炬大楼

    “火炬”大厦着火的起因，据邻近大厦的物业管理人员说，大火从57层的一个阳台开始燃烧并迅速蔓延（图2），估计是吸水烟或烧烤的炭火引起的，随着火势的蔓延，亮黄色的火焰由建筑的两个部分窜出（图3）。大火烧起时，迪拜正在刮沙尘暴，风速极高，能见度很低，对灭火和救援造成了不小困难。大约凌晨5时左右，大量民众从大楼中疏散，火势虽然被消防部门扑灭，但仍有大量燃烧的碎片从楼上落下，如同下起火雨，包括融化后的碎玻璃、瓦砾和各种金属物件。目击者称，当时的感觉就像是“泰坦尼克”号沉没，每个人都在拼命地往外跑，但没有任何一个人知道到底哪里才是安全的。由于大火在较短时间内被扑灭,楼体一侧至顶楼的三分之一部分被烧得焦黑，但建筑物主体基本完好（图 4）。由于起火点在阳台及救援及时,火苗主要沿着建筑外墙向上烧，大楼内部没有大面积过火。由于着火楼层较高,消防员没有从地面喷射水枪,而是快速进入大楼内部,通过内部的消防供水线,最终将火势控制在其中一层楼上,然后将大火扑灭。

图2   大火中的火炬大厦


图3   火灾后的火炬大厦


图4    火灾后的火炬大厦

二、火炬大厦火灾反思  
    超高层建筑一旦发生火灾，会遇到人员疏散困难、火势不好控制等弊端，但火炬大厦大火肆虐2个小时后，大楼明火已成功被扑灭。迪拜已不是首次遭遇高楼火灾，但很少造成人员伤亡。原因何在？
　　首先是应急处置能力超强。此次火灾迪拜民防部队在9分钟内即到达现场，在大火尚未大面积蔓延时即迅速实施救助。此外，有序的社会自救非常关键。火灾发生后，往往处于混乱无序状态，但迪拜高楼发生火灾后，在消防员灭火的同时，该楼676户居民在物管和保安人员的帮助下迅速撤离。如果物管和保安人员只顾自己逃命，无人引导，后果不堪设想。
　　强制配备了消防设施。迪拜政府相关部门高度重视高层建筑的消防工作，高层公寓不允许使用煤气而只能用电热炉灶，强制要求每户家庭配备灭火器、防毒面具等，不仅每个房间都配备烟雾感应和喷淋装置，楼梯的防火通道也标准较高，据说每扇防火门要求坚持至少2小时以上，与此同时，很多公司、写字楼也经常定期组织消防演习。
　　迪拜对高楼消防的重视，从迪拜塔的消防安全设计也可见一斑。据媒体报道，迪拜塔采用了混凝土结构，而不是钢结构，目的是为了能够承受飞机撞击以及大火的袭击，并要求设计电梯的钢索不会互相纠缠，而且每25层就设有增压空调庇护所来释放热量和烟雾，楼梯井也是防火的，同时还装配了救火装备专用电梯。
    由于迪拜的高楼房龄大多较短,在建筑设计上对防火要求高,硬件设备比较完善。不仅每个房间都配备烟雾感应和喷淋装置,楼梯的防火通道也标准较高,据说每扇防火门要求坚持至少2小时以上。楼宇物业也会定期检查报警器、消防栓等设备,确保其有效。
　　这些方面，在我国很多都是短板。一来我们的高楼越建越高，但消防设施还在原地踏步，比如2011年沈阳皇朝万鑫国际大厦发生火灾，大楼B座高达150米，A座高达200米，而当地消防部门的水枪只能打到六七十米高，根本够不着。二来对高层居民楼的消防设施配备没有作强制要求，没有禁止使用煤气，没有家庭灭火器、防毒面具、烟雾感应和喷淋装置等，没有救火专用电梯。

三、我国高层建筑消防安全问题
    如果说，曾经的央视大火、上海胶州路教师公寓火灾、沈阳万鑫酒店大火因惨重的经济损失和人员伤亡，挑战了国人脆弱的神经，那么迪拜火炬大厦火灾“零死亡”的迥异表现，则进一步折射出我国高层建筑消防安全的薄弱，值得政府及消防部门和物管部门认真反思、学习、借鉴，把高楼消防安全问题彻底解决好，守住居民生命安全底线。引发了公众的持续关注。
     我国作为世界高层建筑最多的国家，预防控制高层建筑火灾的能力滞后于高层建筑的建设水平。高层建筑人员密集、结构复杂、疏散困难、可燃物装修多。一旦发生火灾，具有火势蔓延快、人员疏散困难、引发火灾因素多、扑救难度大等特点，易造成群死群伤，比单层建筑或多层建筑火灾危害性更大，极易造成重大损失和伤亡事故。
     高层建筑的火灾发生率高。高层建筑通常规模庞大而且功能复杂，以办公楼为例，全楼常为多个机构共同使用，有大量的办公室和会议室，以及各种服务用、辅助用房等等。这些数量极多的各类房间里，存在大量可燃物和火源，因此火灾发生率很高。据统计，高层建筑中办公、设备用房和厨房是最易起火的部位，失火原因多为吸烟、设备事故及烹饪、锅炉等用火引起的。
     高层建筑火势蔓延快。造成高层建筑火势蔓延迅猛的原因之一，是由于高层民用建筑的功能多，内部比较复杂，设有楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排风道等很多竖向的管井。这些井道一般贯穿于若干或整个楼层，如果防火分隔或防火处理不好，发生火灾时，就好像一座座高耸的烟囱，抽拔烟火成为火势迅速蔓延的途径。试验证明， 100 m的高层建筑烟气竖向扩散速度在 25—35 m/s左右，烟气可以顺垂直通道从底层扩散到顶层，火势将蔓延扩大。造成高层建筑火势蔓延迅猛的第二个原因是风力的作用。建筑物越高，风速越大，灾扩散速度越迅猛。据实测，10米高处的风速为5米/秒， 90米高时风速已经达到了15米/秒。风会使微弱的火源变得十分危险，或使蔓延可能性很小的火势急剧扩大成灾难。
    高层建筑疏散困难。高层建筑具有层数多，垂直距离长，疏散到地面或其它安全场所的时间长的特点，加之人员集中，使得疏散难度加大。即使配备有登高消防车，其高度也无法满足超高层建筑发生火灾时的扑火和疏散的要求。普通电梯在火灾时无法使用，而楼梯间一旦窜入烟气，将会严重影响疏散。据测试，人在烟雾中能见度约为30米，加之火场烟雾浓度增大，受燃烧物体背景和烟雾种类的影响，在短时间内很难安全疏散。人员可能由于吸入毒性气体而致死。
     高层建筑火灾扑救难度大。高层建筑物内部一旦发生火灾，扑救难度极大，尤其是建筑群，主体建筑连接的附属建筑将其包裹在中央，消防车不易接近，消防队员攀登困难，用水量大，有时需要达到 80L~120L/ s。受消防登高设备及玻璃幕墙限制和风向风力的影响，难以实施破拆玻璃窗进行自然排烟，降低扑救效率，贻误灭火战机。
    根据上述分析可知，高层建筑的起火可能性大而且会迅速蔓延成灾，人员疏散和消防扑救都很困难，因而伤亡损失通常会很严重，为了保障人民生命财产安全，应采取必要对策进行火灾预防。
    高层建筑消防安全、火灾预防，源头在消防设计，这也是本文想着重强的。在进行高层建筑的消防设计时，应当同时考虑各方面的防火要求，制订一个完整的防火计划，其中包括起火前的预防和火灾时的措施两个方面。要使建筑物与其他建筑之间保持必要的防火间距，增强建筑结构和建筑外门窗的耐火能力，尽量控制可燃物的数量，合理布置及分隔起火危险大的部位，制定详细的防火管理计划及严格进行防火监督等等。要保证主体结构有足够的耐火稳定性，强化建筑物的自救措施。比如依靠火灾探测报警技术、喷水灭火技术、烟气控制技术进行主动防御，并通过提高建筑构件耐火性能及承受火灾破坏能力的技术来提高建筑的整体防火水平。这些完善的自救措施，比消防队员更能应付突发火灾。
    无论是迪拜火炬大厦火灾，还是我国央视大火、沈阳万鑫酒店大火、上海胶州路教师公寓大火，其共同特点就是火源由建筑物外部引发，并进而使火焰快速在层间蔓延。但表现迥异，火炬大厦建筑物内部未大面积过火，而我国的几个大型火灾均是建筑物外保温材料着火，导致建筑外窗大面积破碎，引燃建筑物内部并最终形成复合型、大型立体火灾。这其中，建筑外门窗在火灾中的防火差异性表现应起了很关键的作用。火炬大厦作为大面积采用建筑玻璃幕墙的超高层建筑，此次火灾仅仅在建筑物角部阳台位置竖向蔓延，并没有横向蔓延（火灾后图3、图4中各立面玻璃保存完好），这些外墙玻璃良好的耐火性能，延缓了火焰和烟雾的迅猛扩散，从而给楼内居民的疏散赢得宝贵时间，为零伤亡提供了有力保障。试想如果临近立面的玻璃受火也破裂，火焰和烟雾蔓延到室内，火灾损失无疑将非常惨重！
    对于高层住宅楼来说，每一个单元都可视为一个独立的防火分区（注：防火分区系指采用防火分隔措施划分出的、能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部区域），而每个单元的窗户则是室外火焰、烟雾向室内蔓延的第一道关口，也是住宅最重要的屏障，一旦这一屏障被轻易突破，由于居室内装修材料存在大量易燃物、烟雾较难排除，火灾将愈演愈烈，极易导致室内居民受烟熏、窒息而丧失宝贵的生命。因此高层住宅的自救措施，玻璃窗系统的防火、防烟是关键因素。门窗作为建筑物外维护的开口部位，是建筑消防设施必不可少的一环，其防火性能已成为防止高层建筑火焰层间蔓延的关键因素，防火门窗质量的好坏直接影响建筑物抗御火灾的能力。



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四、新《建规》与高层建筑消防安全
    我国高层建筑火灾频发，也折射出长期以来规范滞后的尴尬。随着这么多年来我国大规模大体量的超高层建筑工程项目的大量涌现，新技术、新产品、新材料不断研发应用，原有规范已涵盖不了新的发展情况，急需补充完善相关内容以适应新情况、新技术的发展需要。目前，这种规范滞后的现状已经彻底改观。历经多年酝酿，GB 50016—2014 《建筑设计防火规范》（以下简称新《建规》）已于2014年8月27日发布、并即将于2015年5月1日起实施，新《建规》由原《建筑设计防火规范》GB50016-2006和《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-97-2005年版整合修订而成，在我国建筑防火标准发展史上具有里程碑式的意义。新《建规》借鉴发达国家经验，对建筑保温、防火分隔、安全疏散、消防设施配置，特别是高层、超高层，及其他民用建筑防火措施等方面进行补充完善，进一步增强规范的安全性；为适应国家大力推行建筑节能政策的新形势，新《建规》 深刻吸取央视“2.9”及上海“11.15”等建筑外保温系统火灾事故的惨痛教训，通过大量的保温材料及系统的火灾试验研究，在建筑防火规范中首次对不同类型、不同高度建筑保温材料的燃烧性能提出了明确、严格的要求，严禁使用易燃保温材料，严格限制可燃保温材料，大力推广使用不燃保温材料，并对建筑外墙上门窗的耐火完整性做了明确规定。它对于提升我国建筑物抗御火灾的能力，从源头上消除火灾隐患，预防和减少火灾事故具有十分重要的意义。
    下面介绍一下新《建规》的部分修订内容：
■   设置人员密集场所的建筑，其外墙外保温材料的燃烧性能应为A级。
■   与基层墙体、装饰层之间无空腔的建筑外墙外保温系统，其保温材料应符合下列规定：
  1  住宅建筑：
   . 建筑高度大于100m时，保温材料的燃烧性能应为A级；
   . 建筑高度大于27m，但不大于100m时，保温材料的燃烧性能不应低于B1级；
   . 建筑高度不大于27m时，保温材料的燃烧性能不应低于B2级；
  2  除住宅建筑和设置人员密集场所的建筑外的其他建筑：
   . 建筑高度大于50m时，保温材料的燃烧性能应为A级；
   . 建筑高度大于24m，但不大于50m时，保温材料的燃烧性能不应低于B1级；
. 建筑高度不大于24m时，保温材料的燃烧性能不应低于B2级。
■  除设置人员密集场所的建筑外，与基层墙体、装饰层之间有空腔的建筑外墙外保温系统，其保温材料应符合下列规定：
. 建筑高度大于24m时，保温材料的燃烧性能应为A级；
. 建筑高度不大于24m时，保温材料的燃烧性能不应低于B1级。
■  当建筑的外墙外保温系统按本规范第6.7节规定采用燃烧性能为B1、B2级的保温材料时，应符合下列规定：
. 除采用B1级保温材料且建筑高度不大于24m的公共建筑或采用B1级保温材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外，建筑外墙上门、窗的耐火完整性不应低于0.50h；
. 应在保温系统中每层设置水平防火隔离带。防火隔离带应采用燃烧性能为A级的材料，防火隔离带的高度不应小于300mm。
根据以上规范要求，针对建筑物高度与外墙外保温材料及门窗耐火完整性的应用要求，我们以图5、图6来概括说明：

图5  住宅建筑高度与外墙外保温材料及门窗耐火完整性的应用要求


图6  除住宅建筑外的其他建筑高度与外墙外保温材料及门窗耐火完整性的应用要求

    与住宅建筑相比，公共建筑往往具有更大的火灾危害性，因此新《建规》对除人员密集场所外的其他非住宅类建筑或场所，根据其建筑高度，对外墙外保温系统保温材料的燃烧性能做了更严格的限制和要求。
    为适应新《建规》的要求，国内厂家已开始研发并推出系列耐火窗、防火窗产品，比如广东金刚玻璃科技股份有限公司研发生产的铝塑耐火节能窗（30分钟耐火完整性）、铝合金耐火节能窗（60分钟耐火完整性）以及钢铝防火窗（90分钟耐火完整性）等，产品具备优良保温性能、耐火完整性及经济可行性，并在国内率先通过了住建部《建设行业科技成果评估证书》，可以满足各类建筑的不同节能需求和耐火等级要求。
    中庭往往是大型高层建筑的重要组成部分，其空间高度贯穿多个楼层，中庭作为巨大的共享空间，一旦失火，火势和烟气可以不受限制地急剧扩大。中庭空间形似烟囱，因此易产生烟囱效应，若在中庭下层发生火灾，烟气便会十分容易地进入中庭空间。若在中庭上层发生火灾，中庭空间的烟火不能向外排出时，就会向建筑物中其他空间扩散，并进而迅速导致整个建筑物全部起火。同时，中庭起火涉及到多个楼层，极易形成立体火灾，增加疏散的难度。因此，与常规火灾相比，中庭火灾有其特殊性。
    关于中庭，新《建规》规定：建筑内设置中庭时，其防火分区的建筑面积应按上、下层相连通的建筑面积叠加计算；当叠加计算后的建筑面积大于规范的规定时，与周围连通空间应进行防火分隔：采用防火隔墙时，其耐火极限不应低于1.00h；采用防火玻璃墙时，其耐火隔热性和耐火完整性不应低于1.00h，采用耐火完整性不低于1.00h的非隔热性防火玻璃墙时，应设置自动喷水灭火系统进行保护；采用防火卷帘时，其耐火极限不应低于3.00h，并应符合本规范第6.5.3条的规定；与中庭相连通的门、窗，应采用火灾时能自行关闭的甲级防火门、窗。
    在实际工程应用中，防火卷帘存在着防烟效果差、可靠性低等问题，导致建筑内的防火分隔效果差，火灾蔓延隐患大；隔热型防火玻璃又存在耐老化性能差的问题；因此采用非隔热性防火玻璃墙加自动喷水灭火系统保护，是中庭防火分隔比较妥当有效的方案。
    在建筑构造方面，新《建规》还规定：建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.2m的实体墙或挑出宽度不小于1.0m、长度不小于开口宽度的防火挑檐。当室内设置自动喷水灭火系统时，上、下层开口之间的实体墙高度不应小于0.80m（图7）。当上、下层开口之间设置实体墙确有困难时，可设置防火玻璃墙，但高层建筑的防火玻璃墙的耐火完整性不应低于1.00h，单、多层建筑的防火玻璃墙的耐火完整性不应低于0.50h。外窗的耐火完整性不应低于防火玻璃墙的耐火完整性要求 （图8）。
    当实体墙高度难以达到规定的高度时,可以通过提高外窗的耐火性能来防止火势通过窗口蔓延。火势通过窗口蔓延时需经过外部卷吸后作用到窗玻璃上，且火焰需突破着火房间的窗户经室外再蔓延到其他房间，满足耐火完整性的C类防火玻璃，可基本防止火势通过窗口蔓延。

图7
                     
图 8

    新《建规》还突出以人为本，提高了公共建筑及住宅建筑人员安全疏散设计要求，要求建筑高度大于100m 的公共建筑，应设置避难层(间)，这主要是考虑到建筑高度大于100米的建筑，使用人员多、竖向疏散距离长，且设置更多的疏散楼梯十分困难，人员疏散时间长。避难层(间)应符合下列规定：应靠外墙设置，并应设置可开启外窗； 内、外墙体的耐火极限不应低于1.00h，该房间的门应具有防烟性能，其耐火完整性不宜低于1.00h，外窗的耐火完整性不宜低于1.00h等等。
    对于建筑高度大于250m的建筑，新《建规》规定除应符合本规范的要求外，尚应结合实际情况采取更加严格的防火措施，其防火设计应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。

五、结语
    迪拜火炬大厦火灾，引起了国内媒体的普遍关注，对比央视大火、沈阳万鑫酒店大火、上海胶州路教师公寓大火的惨重损失，国内高层建筑消防安全问题再次被聚焦。高层建筑消防安全、火灾预防，需要强化高层建筑物本身的自救措施，而源头在消防设计。高层建筑物的建筑外墙用门窗，其防火性能已成为防止高层建筑火焰层间蔓延的关键因素。随着新《建规》的发布实施，高层建筑的消防设计将更趋严格和完善，新技术、新材料（如耐火窗等）也将得到应用和普及，我国的高层建筑消防安全必将提高到一个崭新水平！
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天石

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