城市消防的老大難

王建良++權向科

隨著現代化的發(fā)展和生活水平的提高，城市中的高層建筑、地下工程、大型商場、交通樞紐等各類民用建筑、商業(yè)建筑、公共建筑不斷增多。由于建筑本身及其內部有可燃物存在，特別是裝修裝飾中大量使用易燃可燃材料及人們用火、用電設備的不斷增加，發(fā)生火災的機率也隨之增加，火災對城市的安全造成很大的威脅。高層建筑火災、地下建筑火災和化學品火災是世界火災消防的三大難點。

目前，我國已全面進入加快推進社會主義現代化的新的歷史時期，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程在不斷加快，人流、物流、資金流均表現活躍，社會財富也在迅速積累。隨著城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，大型的高層建筑、特大工礦企業(yè)不斷呈現，機場、車站、碼頭等城市設施規(guī)模也不斷擴大。城鎮(zhèn)化在積極推動社會經濟發(fā)展的同時，也帶來一些消極的影響，如城區(qū)交通擁堵、環(huán)境惡化、住房不足、市政基礎設施落后、引發(fā)火災的各種因素激增等等。面對城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的歷史機遇和巨大的挑戰(zhàn)，如何利用有限的資源，有計劃、有步驟地實現社會、經濟和環(huán)境的持續(xù)發(fā)展與保障人民群眾安居樂業(yè)的需求，已成為城市建設急需解決的問題。

1 高層建筑——城市消防的“痛點”

高層建筑、超高層建筑是城市發(fā)展的必然產物，也是經濟繁榮和社會文明的標志。高層建筑在大城市中密集程度高，建筑體量大，容納的人數非常多，它們以現代建筑藝術、工藝、美學的結晶，改變著城市的空間特征，成為現代城市發(fā)展和科學進步的重要標志。高層建筑的發(fā)展加快了中國城市化的進程，擴大了城市的使用空間，增加了更多的綠化面積，豐富了城市的輪廓線。在我們驚羨于高層建筑的同時，萬萬不能忽視高層建筑背后隱藏的巨大不安全因素：火災、搖擺、沉陷。

高層建筑火災的撲救一直是現實的世界性難題。近年來，我國一些城市發(fā)生的高層、超高層建筑火災呈現傷亡人員多、撲滅難度高、經濟損失大、社會影響深的特點。例如，2010年11月15日14時許，上海膠東路一座28層公寓住宅樓發(fā)生重大火災，造成58人死亡的慘劇。2011年12月3日，位于河南省焦作市工業(yè)東路的解放軍第九十一中心醫(yī)院3號病房樓外墻保溫層著火。由于撲救及時，火情得到迅速控制。

目前高層建筑發(fā)生火災后，主要還是靠人員自救和高層建筑自身的消防系統(tǒng)設施滅火，雖然可以用云梯車由戶外進行滅火救人，但僅限于15層以下。高層建筑發(fā)生火災，情況錯綜復雜，撲救難度大，極易引發(fā)群死群傷。時代讓建筑物越來越高，但是無論是救火的云梯還是水槍的噴射高度都是有限制的，難以跟上樓層向上發(fā)展的步伐。

高層建筑火災的特點

（1）高層建筑煙火蔓延迅速，極易形成立體式火災。在火災發(fā)生時，高層建筑內的樓梯間、管道井、電纜井、排氣通道等豎向管井，就像一座座高聳的煙囪，為火勢的迅速燃燒、蔓延、擴大提供了途徑。在燃燒猛烈階段，煙氣沿著樓梯間、電梯井、管道井擴散的速度能達到3～4米/秒，在無阻擋的情況下，一座100米的高層建筑，只需半分鐘左右，煙氣就能順著豎向管井擴散到頂層。此時若加上高樓受氣壓和風速的影響，使火勢更猛烈，蔓延更迅速，極易使整幢建筑形成立體火場。“風助火勢，火借風威”，在高層建筑中尤為突出。一旦大火燒透門、窗或設備孔洞等，煙火就會進入疏散通道，使人員的疏散變得難上加難。

（2）高層建筑內部情況復雜，人員疏散困難。高層建筑內人員高度密集，各自的智力、體力和心理承受能力差異很大，一旦發(fā)生火災，往往會出現一片混亂；樓層高，垂直疏散距離比較長，需要的疏散時間也長；加之人的疏散與煙火蔓延的方向相反，不得不在煙熏和熱氣流的烘烤中進行，這些都就進一步增加了高層建筑人員疏散的艱巨性和危險性。實驗表明，一座11層的建筑物的人員疏散時間需要6分半鐘，18層為7分半，50層為2小時21分。而一般火災從起火到蔓延的時間間隔僅為7分鐘，在6分鐘時，火場的溫度已達到300～400℃，因此，火焰發(fā)展速度比人員疏散速度快。煙氣的毒性和遮光性還會增加疏散人員的恐慌心理，為安全疏散帶來極大困難，人員踩踏、摔死、跳樓等慘劇往往是在疏散的慌亂中發(fā)生。

（3）高層建筑層面空間狹小，滅火救災困難。 高層建筑的火災撲救因其建筑特點使得其與普通建筑有很大差別，難度相當大。首先是登高困難，不易接近火點。據測定，年輕的消防人員如攜帶兩盤水帶和一支水槍徒步登樓，在24米高度內，體力尚能保持正常，超過這個高度，體力就難以支持。當高樓失火、消防人員徒步登高，不僅消耗體力，還會與自上而下的疏散人員發(fā)生“對撞”，加之熱輻射強、煙霧濃、火勢蔓延快等，貽誤滅火戰(zhàn)機。其次是云梯高度受限。目前，全世界消防體系中最高的云梯約130米，北京、上海這類超大型城市消防系統(tǒng)中最高的云梯不過100米，其他城市的消防云梯大都在20～45米之間。作業(yè)時消防云梯車只能升至限定值的80%左右，當地面風力達到4～5級時，云梯車無法升高作業(yè)。第三是用水量大，垂直供水困難。用于滅火、冷卻和控制蔓延擴大的消防用水量相當大，除依靠建筑物本身的供水能力外，還要由消防設備千方百計往高樓接力供水。50m以上部位已超出室外消防設施的供水能力，只能完全依靠“自救”滅火。這些客觀情況告訴我們高層建筑火災救援成為世界性難題的原因所在。

我國和世界各國針對高層建筑的特點，制定了“立足自救”的原則，也就是說要依靠建筑物內的人員，利用建筑物消防設計配備的滅火系統(tǒng)和滅火器等對早期火災及時撲救。

另外，高層建筑燃燒范圍大、火勢猛烈時，外墻的采光玻璃、廣告牌、空調輔機等會受熱脫落，這些墜落物會刺破水帶、危及車輛器材、威脅消防人員的作戰(zhàn)行動、影響消防作業(yè)的順利進。

（4）高層建筑現代化設施多，電氣火災更為突出。高層建筑內電氣設備越來越多，用電量十分驚人。因此，高層建筑中最危險的火源是由用電設備和電氣線路引起的電氣火災。導致電氣火災的原因除了設備故障，人員操作不當，或忘關加熱器外，主要是線路嚴重超負荷運行，導線過熱，導線的絕緣層遭到破壞或絕緣電阻下降，導致短路；還有接插件，導線連接點的接觸電阻增加引起打火，最終導致短路。一旦相線對中線或相線對地線之間短路，就會造成電流突然增大，釀成火災。

高層建筑存在的消防隱患

高層建筑的“先天不足”足以讓人們膽戰(zhàn)心驚，而高層建筑在設計、施工、使用、管理中還存在很多隱而未現的問題。

（1）防火設計先天不足

我國1995 出臺了《高層民用建筑設計防火規(guī)范》（GB50045-95）（以下簡稱《高規(guī)》），這一規(guī)范的出臺為高層建筑的消防安全提供了政策保障。但一些缺少火災自動報警系統(tǒng)，沒有設計防火分區(qū)，消防布局不合理老式建筑，成了這一規(guī)范管理的癥結。如何在不符合規(guī)范的建筑內創(chuàng)造安全疏散條件重新合理布置安全疏散設施以及防火分區(qū)，減少和避免人員傷亡事故的發(fā)生成了現在一個重要的研究課題。

我國現行的建筑設計防火規(guī)范要求根據建筑物類別定出耐火等級，再根據耐火等級規(guī)定結構構件的耐火極限。但是新型結構（如索結構等）并沒有涵蓋在規(guī)范中，目前也沒有相應的標準對用在高層建筑中的新結構、新材料的防火性提出要求，實際工程中也常有不同規(guī)范標準發(fā)生沖突的現象。

高層建筑的防火設計是一個相對復雜的問題。設計人員如果對國家規(guī)范和某些設計標準理解不透徹、不全面，就容易導致疏散通道、前室、樓梯間、避難層及合用前室等消防場所的設計出現缺陷，埋下火災隱患。高層建筑的消防設計水平不可能僅體現在消防的設施上，還體現在建筑的結構、材料的選用、給排水的設計等諸多方面，這一點已經引起建筑設計人員的重視。

（2）高層住宅避難層“空白”

當高層建筑發(fā)生火災時，消防隊員想從大樓外實施營救可能性很小，這時一般就需要自救。建筑高度超過100米的高層建筑，由于樓層很多人員密集，火災發(fā)生時盡管有防煙樓梯間等安全疏散設施，但人員還是很難一下從高層疏散下來，所以在其適當樓層設置一塊安全區(qū)，也就是避難層，供疏散人員暫時躲避和喘息是極為重要的。我國《高規(guī)》中就對高度超過100米的公共建筑要求設置避難層（間）。據統(tǒng)計，國內許多高層公共建筑都設置了避難層，但多數避難層一般是與設備層、消防給水分區(qū)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)分區(qū)有機結合設置。現在70～80m 高的住宅樓已比較普遍，超過百米高的超高層住宅也拔地而起。一個不容忽視的問題是《高規(guī)》中并沒有對高層住宅的避難層作類似規(guī)定。

（3）消防設施失效

根據消防工作必須立足預防的需要和《高層建筑防火設計規(guī)范》的強制性條文要求，高層建筑內要設置最基本的消防設施包括：設有火災報警控制設備和消防控制設備的消防控制室、室內消火栓、自動噴淋裝置、安全疏散系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、自動防火卷簾系統(tǒng)等。但是，高層建筑的消防系統(tǒng)大都存在設施配備不齊、設施質量不過硬、消防設施失效等諸多問題。消防設施中的“缺斤短兩”、質量性能差、功能不全和違規(guī)使用比比皆是，火災時將建筑平面分成若干防火分區(qū)或防火單元而設置的防火墻、防火卷簾、防火門及防火水幕，由于人們對這些設施不了解且不注意維護，使這些消防設施損壞或失效，變成了高層建筑的消防擺設。加上在隱蔽工程和材料使用上存在先天性火災隱患、技術保障不到位、裝修時破壞建筑結構和防火分區(qū)，將高層建筑打造成一個活在隱患的匯集體。

（4）消防通道不暢

目前供高層建筑火災撲救的云梯車的回旋半徑至少應大于15米和18米，操作面的長度至少大于撲救面的邊長，且不應小于18米。緊急情況下，消防水灌車、曲臂車和云梯車需要交會，消防車道應為6～7.5米。高層建筑一旦發(fā)生火災，無論是救人還是滅火，首先要考慮到消防車能開得進，消防隊員上得了樓。但實際情況是消防通道和消防登高車操作場地多被停車場、綠化地代替，消防通道也往往被擠占、堵塞。這些問題，嚴重影響高層建筑的消防滅火救援工作。

（5）消防管理不到位

當前國內高層建筑消防管理中普遍存在3方面問題：一是人們消防安全意識淡薄，對電、氣的安全使用重視不夠、缺乏日常消防排查動力，缺乏火災應急方案，發(fā)生火災時應急措施難以到位；二是高層建筑的管理隊伍綜合素質不高，難于勝任定期維護、檢測各類消防設施的工作，有些管理者甚至不會操作消防設施；三是高層建筑中的人員自救逃生常識相對匱乏，自防自救能力差。這些問題的存在，直接造成火災時救援難度增大、逃生幾率降低、生命財產損失巨大等惡果。

重慶曾對全市5711棟高層建筑做過一次消防隱患的面上調查，排查出隱患26798條，見表1。排查中發(fā)現，這些問題主要涉及建設源頭把關不嚴格、消防技術規(guī)范調整變化較快、建筑消防工程質量無法保證、消防電子產品兼容性差更新頻繁、社會單位主體責任未落實等方面。下面以2個高層火災的例子說明管理到位與否，消防的結果是不一樣的。

例1：2009年2月9日晚，北京央視高159米的配樓發(fā)生火災，該建筑東、南兩面著火，火勢達80～100米高，5個小時后大樓內14層以上的火還在燃燒。火勢無法完全控制的主要原因是樓內因施工沒有滅火水源，消防貯備水挪用、樓內停電消防泵停運、消火栓系統(tǒng)無水、部分管道及噴淋頭凍裂，消防車的水槍只能達到60米。北京市消防總隊共調集85臺消防車、595名消防官兵，經過近6個小時的奮戰(zhàn)，才將大火徹底撲滅。除建筑的外立面嚴重受損外，造成1死7傷，直接經濟損失1.6億元。

例2：2007年8月14日當時在建的上海環(huán)球金融中心發(fā)生火災。一個多小時后火災被撲滅，無人員傷亡。上海環(huán)球金融中心的滅火奇跡，首先，得益于消防人員在該樓完成的一次測試高層建筑供水高度的消防演習，增添了壓縮空氣泡沫主戰(zhàn)消防車等設備；其次，該工程根據有關規(guī)定配備了消防臨時供水，大樓內部臨時豎管供水系統(tǒng)完好；最后，消防人員在附近的金茂大廈和停車場找到消防栓，鋪設了二路供水線路，確保了滅火水源充足，并在一個多小時內，將分布在各樓層的多處起火點撲滅。

超高層建筑限高迫在眉睫

“如果你在大樓第63層工作，離地面200米，大樓突然發(fā)生火災，你該怎么辦？”這是北京市消防宣傳時向在高層建筑上班的人最先提出的問題。遺憾的是幾乎沒有人想過這個問題，可這個問題卻日益威脅著人們的安全。

一名身強力壯的消防員從第33層跑到第1層，用時35分鐘。如果是身體素質較差的老弱婦孺，所需時間肯定翻番。而火借風勢，30秒內就可以從第1層到達第33層。這樣算來，人們跑到樓外逃生的可能性幾乎為零。

面對我國不斷“長高”的城市，很多專家已經指出，盲目建高樓未必是好事。建筑首先應該強調適用和經濟原則，超高層建筑在很多方面存在缺點。首先，超高層建筑必須使用最先進的建筑材料和建筑工藝，成本很高，蓋一棟200米高的大樓的成本，甚至比蓋兩棟100米高的大樓成本還要高。雖然中國城市土地資源緊張，可還沒有稀少到非要蓋超高層大樓來解決的地步。其次，超高層建筑并不適用。樓層越高樓內的人員越多，要到達頂層甚至需要在樓層中間換乘電梯。如果電梯出現故障，給使用者帶來的麻煩更大。上下班的人流高峰，會造成樓層擁擠，也會使超高層建筑周圍出現人流高峰和車流高峰。中國建筑學會理事長宋春華說，超高層建筑是工業(yè)化時代的產物，曾是城市形象的標志，但從安全的角度而言，不應該盲目興建。每一個超高層建筑都無異于一條豎立起來的街道，存在著安全、內部交通、環(huán)境、能源消耗等多種難以妥善解決的問題，建這樣的高樓純粹是自找麻煩。

有關調查顯示，我國高層樓宇日常管理開支十分高昂，一批超高層建筑幾乎已經被龐大的開支壓垮。建筑高度超過300米之后，建筑成本很高，同時還帶來一系列的安全問題、環(huán)境問題、內部交通問題，已經失去了所謂的節(jié)約土地的意義。應當承認，超高層建筑技術更復雜，工藝更先進，投入更大。有些開發(fā)商、投資商以及政府相關部門把建超高層建筑看成地方性的標志工程、形象工程，作為“宣揚政績、樹碑立傳”的大事，在他們做決策時候，恰恰忽略了超高層建筑的安全隱患。

國家提出加快城市化建設步伐，可這個決策在很多地方被曲解為城市規(guī)模更大，樓房更高，于是出現了大量超大城市，出現了大批超高層建筑。

限制超高層建筑，已經到了刻不容緩的地步。這不僅是從建筑經濟、建筑環(huán)境、建筑規(guī)劃、建筑風格等方面進行權衡，更是從城市安全、消防安全、生命安全方面進行的考慮。限制超高層建筑已經寫進了我國城市綜合減災應急體系建設的規(guī)劃中。

城市建筑密集到一定程度，無法再向水平方向和上部空間擴展時，人們開始把目光投向地下空間。這里所提的地下空間包括了3方面：（1）在原有人防工程基礎上改建的地下建筑空間；（2）普通高層建筑的地下空間；（3）地下交通設施。目前地下空間的利用多為公共建筑（如圖書館、體育場所、停車場）；地下商業(yè)經營（商場、餐廳/酒吧、健身房/歌舞廳、地下倉庫、地下公寓）；交通網（如地鐵、隧道、地下通道）；公用服務設施（如各種管道、電纜等）；能源貯存（如地下油庫、地下液化石油氣庫）等。

地下建筑空間在擴大城市使用空間、改善城市景觀等方面的優(yōu)勢和潛力逐步被人們所認識。在城市中，有計劃地規(guī)劃營造地下建筑，合理利用地下空間，對節(jié)省建筑用地、改善交通狀況、擴大城市空間容量、節(jié)約能源、改善城市環(huán)境等方面效果顯著。我國對地下空間的綜合開發(fā)利用，還具有解決城市就業(yè)資源匱乏，緩解交通擁堵、加速人員流動，減少環(huán)境污染的作用。

目前北上廣深等大城市隨著城市地下綜合體和地下街的逐步出現，地下空間的開發(fā)利用呈現了綜合化、深層化的發(fā)展趨勢。其中僅地下商場，就已逐步從單層發(fā)展為多層，建筑規(guī)模從最初的幾百平米發(fā)展到幾萬平米，甚至十幾萬平米，使用功能也愈加復雜多樣。例如沈陽時尚地下街建筑面積達3萬平米，集購物、餐飲、休閑、娛樂為一體，以經營中、高檔商品為主，并設有商務中心，金融網點等配套服務設施，主從業(yè)人員達 4000 余人。

地下空間的大面積開發(fā)利用，最引起人們關注的當屬消防安全。

地下建筑空間的火災特點

地下建筑空間的最大特點是封閉性，由地下建筑空間與地面相通的門、窗、孔、洞較少，通到地面的途徑只有樓梯、電梯等人工設計的通道。“封閉”造成建筑空間天然光線差、只能靠人工照明，通風條件差、潮濕憋悶，對外的通道少、給人負面心理暗示等弊端。由于地下建筑空間的特殊性和使用上的多樣性、復雜性，其火災危險遠遠大于地上建筑，火災的預防問題也要比一般建筑困難得多。

隨著我國地下建筑空間的廣泛利用和不斷興建，有關消防部門對地下空間的分類、分布、建筑特點、通風形式、消防設施等基本情況進行了廣泛的調查，發(fā)現商用的地下空間普遍存在嚴重的火災隱患，其中地下商場（兼具了地下空間和大型商場的雙重特點）因其人員流動量大、火災荷載密度大、用電負荷高、隱蔽工程多，成為發(fā)生火災次數最多，造成人員傷亡、經濟損失最嚴重的場所。

地下建筑空間的火災是最難撲救的火災之一，其特點主要有以下幾方面。

（1）發(fā)煙量大、毒氣重

地下空間火災的發(fā)煙量與可燃物物理化學特性、燃燒狀態(tài)、供氣充足程度有關。在同等條件下，地下建筑空間發(fā)生火災時的顯著特點是煙量大、煙霧密度高、毒氣重。這是因為地下建筑的煙霧擴散渠道有限，火災產生的煙霧無法有效擴散，都積存在地下有限的空間內（地上建筑火災產生的煙氣有80%可通過破碎的窗戶擴散到大氣中）；其次是地下建筑空間內的空氣流通不暢，固體可燃物陰燃時間稍長，不充分燃燒會導致大量煙霧的出現；第三是地下空間燃燒中產生CO、CO2等有毒氣體濃度迅速增加，這是地下建筑火災中人員傷亡的主要原因。

（2）火場溫度高、易發(fā)生“轟燃”

當地下建筑空間發(fā)生火災時，由于空間封閉，灼熱的煙氣很難排出，致使內部空間溫度上升很快，煙氣和熱量的聚集，能使溫度在短時間內迅速上升到800～900℃，煙氣的溫度也可達600～700℃。這種地下空間的高溫和高濃度煙氣加上陰燃物多、內壓大，極易產生十分危險的“爆燃”現象，空間的空氣體積急劇膨脹，溫度急劇升高，這種情況是地下空間火災撲救的重大困難。

例如，1984年山西的某地下倉庫火災，總面積2810平方米，著火后共延燒了41天，火災溫度一直維持在1000℃左右，地下空間內CO濃度超過了人體承受濃度值的2000倍，并多次發(fā)生典型爆燃現象。燃燒物產出的熱量幾乎全聚集在建筑物內，除庫內可燃物燒毀外，混凝土大面積破壞，局部結構塌方。再如1987年江西南昌老福山地下商場特大火災，內部溫度達800～900℃，延燒了17個小時，高溫使商場內一切可燃物燒成灰燼，鋼筋混凝土的結構大面積爆裂露筋。

（3）泄爆能力差

由于地下建筑基本上是個封閉體，易燃易爆物品發(fā)生爆炸時，泄爆能力差。黑龍江省雞西市的一個人防工程，曾因汽油引起連續(xù)爆炸；武漢一座辦公樓的地下室內因充滿汽油與空氣的混合氣體而發(fā)生爆炸，這2起事故均使建筑結構受到嚴重破壞。

（4）人員、物品疏散困難

首先是地下空間發(fā)生火災時，會造成嚴重缺氧。當空氣中含氧量降到15%時，人的肌肉活動能力就會下降；當空氣中含氧量降到10%～14%時，人就會四肢無力，產生判斷錯誤；當空氣中含氧量降到6%～10%時，人就會暈倒；當空氣中含氧量降到5%以下時，人會立即暈倒或死亡。而地下建筑空間火災造成的缺氧現象要比地面建筑火災嚴重得多。

其次是地下建筑空間疏散出口少，人員只能通過樓梯才能到達室外，加上煙氣的蔓延速度要比人員疏散速度快得多（煙的水平擴散速度一般為0.5～1.5米/秒，垂直上升速度比水平擴散快3～4倍），流動性難以把握，往往與人流方向一致，致使被困人員在能見度極低的環(huán)境內難以脫險。人員疏散尚且如此，轉移地下空間的物品就更是難上加難了。以地下停車場為例，火災發(fā)生時場內的汽車必須通過人員駕駛才能進行移動，大量的濃煙聚集，降低了司駕人員對視覺距離和方向的敏感性，十分不利于人員逃生和車輛疏散，而且地下停車場火災還可能因所停車內油料的閃燃點較低，具有助長火勢蔓延及爆炸的危險。

（5）可調用的消防力量和裝備難以靠近火場

地下建筑空間自然采光差，火災發(fā)生時濃煙彌漫，火場內部能見度極低，加上內部分隔錯綜復雜，通道彎曲多變，水槍射流往往鞭長莫及或擊不中火點。火情不明會影響有效的火場指揮決策和火災撲救，進出口少又使得可調用的消防撲救裝備難以靠近火場。

地下建筑空間火災主要是以防為主，立足自救

在利用地下空間之初，開發(fā)商就要安裝好火災自動報警系統(tǒng)、設計好消防分區(qū)、合理地設置自動滅火設備。一旦發(fā)現初期火災，就要利用地下建筑設置的各種消防手段將其撲滅，防止蔓延（關閉空調系統(tǒng)，停止送風，防止火勢擴大，并迅速報火警；開啟排煙設備，排除火場煙霧，防止煙霧擴大蔓延，提高火場能見度；迅速引導人員疏散至防煙安全地段；關閉防火門、防火卷簾，打開室內消火栓噴水滅火等）。這是提高地下空間安全性的積極自救。地下建筑消防系統(tǒng)的基本構成見圖1。目前，對地下建筑空間火災處置原則是救人先于滅火，多種情況下用水進行撲滅，必要情況時采用氣體滅火劑或泡沫滅火劑，撲救戰(zhàn)術一是選擇進風口強攻，二是全面封堵實施窒息滅火。

地下建筑空間的火災危害

（1）可引發(fā)地面建筑火災

目前，很多寫字樓、大型商場、酒店、高層住宅的地下部分都附建有娛樂場所、停車場、健身房、商業(yè)街，這些地下空間大多都設有與地上建筑部分相通的電梯、樓梯、管道井等。地下空間一旦發(fā)生火災，產生的熱量和煙氣在“煙囪效應”的作用下迅速向地上建筑蔓延，嚴重的會引發(fā)地面建筑火災。

1999年圣誕節(jié)，長春市夏威夷大酒店地下洗浴中心發(fā)生一起特大火災，大火是由包房中一截未熄滅煙頭引燃可燃物導致的。火災發(fā)生時地下洗浴中心一片火海，濃煙將整個15層的酒店全部籠罩，消防隊員分成若干小組逐個房間搜尋和營救被困人員。此次火災過火面積347平方米，有20人在大火中喪生。

2000年12月25日晚上，河南省洛陽市東都商廈地下一層進行電焊作業(yè)時，電焊熔渣掉在地下二層家具商場的沙發(fā)上，引發(fā)火災。發(fā)生在地下二層的烈火濃煙很快擴散到地下一層和地上各層，當時，地上4層的夜總會正有400多人聚會，下樓的通道被煙霧毒氣封閉，一時疏散不力，竟造成309人死亡，7人受傷。洛陽大火是我國地下建筑火災中死傷人數最多的一次。

（2）可威脅建筑基礎結構的安全

一般來說，作為建筑物承重和支撐體系的墻、柱、梁、樓板、樓梯、坡道等鋼筋混凝土構件，具有很好的耐火性能，火災對這些構件的破壞有直接灼燒危害，或結構性能受到破壞。鋼筋混凝土結構在火災中嚴重損傷甚至倒塌的情況并不鮮見。

就地下空間火災而言，“可威脅建筑基礎結構的安全”并不是在危言聳聽。盡管處于整個建筑的基礎部位的鋼筋混凝土更厚重而且熱傳導系數很小，當發(fā)生地下建筑空間火災時，現場溫度比地上建筑火災的溫度要高很多，加之散熱困難，鋼筋混凝土自然冷卻所用的時間會更長，基礎構件表面的裂化程度會更嚴重。這說明建筑構件在溫度場作用下，鋼筋混凝土材料性能發(fā)生嚴重劣化，導致結構不同程度的損傷和承載力的下降。

決定構件溫度場的主要因素是火災的溫度-時間過程、構件的形狀、尺寸和混凝土材料的熱工性能等。有研究表明，火災溫度超過600℃、采用水冷卻的混凝土在工程上已失去利用價值；高性能混凝土在高溫作用下，很容易產生爆裂的現象，導致鋼筋外露、直接受火，降低承載能力。加上天花板、PVC下水管道、電線和照明設備的燒毀，地下空間火災對整個建筑結構安全產生的威脅可想而知。

地下空間火災向建筑工程、建筑材料、消防技術等領域提出課題

地下建筑空間火災的嚴重危害性和后續(xù)帶來的巨大損失向建筑工程、材料科學、消防技術領域提出了挑戰(zhàn)。火災后人們最關心的問題之一是建筑物過火部分的安全問題，而地下空間火災過后，因傷及了隱蔽的建筑基礎部分，人們更加關心地下和地上整個建筑的安全問題。這是關系到經濟發(fā)展以及火災后社會穩(wěn)定的重大問題，也是火災工程研究的跨學科重要課題。

對于地上建筑火災后的工作是組織專業(yè)人員對建筑結構和建筑構件的損壞程度做出評價，提出經濟合理的拆除或修復加固處理方案，盡快地恢復生產和使用，減少經濟損失。對于涉及建筑物基礎的地下空間火災后的評估，由于課題的交叉性和復雜性，針對火災受損鋼筋混凝土結構可靠性評估的研究較少。

對建筑工程領域提出的挑戰(zhàn)涉及了鋼筋混凝土結構基本理論、結構可靠性理論、優(yōu)化設計理論、建筑火災安全設計理論、結構抗火設計研究以及對火災后受損結構維修加固策略及施工工藝等多個方面。

對材料科學領域提出的挑戰(zhàn)涉及了建立對火災后鋼筋混凝土結構及構件有效統(tǒng)一的安全性、適用性、耐久性檢測及標準、建筑材料在高溫環(huán)境下的特性變化、不同的冷卻方式對建筑材料的力學性能的影響、火災后建筑物的加固材料多個方面。

只有從基礎理論研究和火災工程實踐的結合中才能制定出能夠反映最新科研成果的規(guī)范標準，再用于指導工程實踐。

大型空間建筑綜合體（簡稱大型綜合體）有很多種類：①機場、碼頭、車站等交通樞紐，其特點是大空間、多層次、立體交集，被稱為大體積建筑；②大型購物中心、超級商場，其特點是雖然層間不很高，但平面面積很大，被稱為大面積建筑；③寫字樓群、綜合性劇場、禮堂、展覽館、體育館，其特點是采用中庭共享空間。這些建筑的共同特點是空間高（單層層高達10～16米甚至更高），面積大（單層面積達2～4萬平方米甚至更大），與輔助建筑組合在一起共同形成了龐大的建筑綜合體（建筑面積達10多萬平方米）。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，不僅鋼材與混凝土提高了強度，新型建材的種類也大大增加，各種合金鋼、特種玻璃、有機材料開始廣泛應用，為大空間建筑實現輕質、高強的覆蓋屋頂實現了有利條件。在結構體系方面，除了傳統(tǒng)的梁架、桁架體系得到了發(fā)展，薄殼、折板、網架、懸索，以及張拉、懸掛、充氣等新型結構也得以應用，實現大空間建筑的技術手段擴大到了以前根本無法想象的范圍，見圖2上海虹橋交通樞紐。

大體量、多功能的大型空間建筑綜合體具有客流高度密集、多種系統(tǒng)設備共存、多種交通工具交集、包含著大量的致災因素的特點。火災是這種建筑的主要災害之一，對其的重視程度排在了地震、爆炸和水災的前面。對這類建筑綜合體的消防設計，既具有一般公共建筑消防設計的共性，又因其面積大、空間高、使用功能特殊，消防設計具有一定的個性。

大型空間建筑綜合體的火災特性

超大空間建筑由于自身的特點決定了其火災特性與一般建筑不盡相同。

（1）火災誘因多

大型空間建筑內部人流密集、功能復雜，設備繁多，存在著多種火源和大量的可燃物，不僅起火因素復雜多樣，而且危險大。大型空間建筑的起火原因與一般建筑物起火原因相似：有因為使用明火不慎引起的，有因為化學或生物化學的作用造成的，有因為用電電線短路引起的，也有因為人為縱火引起的。

（2）氧氣足、燃燒穩(wěn)定，空間大、煙氣擴散彌漫

燃燒能否成災，在很大程度上依賴于限制火災生長、擴散的手段及滅火的措施和計劃是否完備。大型空間建筑中供氧充足，火源燃燒穩(wěn)定，煙氣產生量取決于可燃物的成分，不會發(fā)生轟燃現象。建筑空間高大，一旦火災發(fā)生，煙氣容易擴散彌漫；即使著火點所在區(qū)域的空調系統(tǒng)聯(lián)動關閉，但相鄰區(qū)域的空調系統(tǒng)仍在運行，會造成層化后的煙氣加速水平向擴散，未被封閉的樓梯間，自動扶梯，管道井，排氣道，均成為火災蔓延的通道。而且火災燃燒中的火羽流還會隨煙氣通過開敞的途徑向四周傳播，使火災影響范圍擴大。

（3）火災探測和自動消滅難度大

大型空間建筑普遍具有“高、大”的典型特點。高大的空間導致頂棚處難以聚集足夠的煙氣、熱量，致使常用的點型感煙、感溫火災探測器、普通自動噴水滅火系統(tǒng)難以發(fā)揮功效。消防系統(tǒng)的設計是此類建筑消防設計的難點，主要體現在防火分區(qū)設計、火災自動報警系統(tǒng)設計、自動噴水滅火系統(tǒng)設計、防排煙系統(tǒng)設計等幾個方面。

（4）人員密度高、疏散困難

超大空間場所多為人員密集的公共場所，絕大多數人對場地疏散路線不熟悉，更不了解建筑布局及周圍環(huán)境。在火災情況下，人員容易驚慌，加上空間大、疏散距離長、能見度差、心理恐慌等因素，如果在防火設計上面出現問題，很難做到及時、有序地逃生。

（5）不同功能區(qū)域的火災強度有較大差別

大型空間建筑是將多種使用功能體現在一個封閉的空間內，通過步行道、樓梯、自動扶梯、電梯等相互銜接串聯(lián)，形成了功能的連續(xù)和空間的銜接。由于空間內各功能部分的火災荷載不同，不同功能區(qū)域的火災強度有較大差別。

大型空間建筑綜合體對傳統(tǒng)的建筑防火設計提出嚴峻挑戰(zhàn)

由于大型空間建筑綜合體在建筑結構和使用功能上的特殊性，其火災發(fā)生發(fā)展的規(guī)律十分復雜，目前還十分缺乏關于這類火災的基礎資料和實驗數據。建筑結構形式和造型的不斷創(chuàng)新，功能的越來越復雜和綜合化，大大突破了現行國家規(guī)范的規(guī)定，使傳統(tǒng)的建筑防火技術和“處方式”的防火設計方法顯露出明顯的不足和多方面的局限性。如何有效防治大型空間建筑綜合體的火災，是當前消防領域面臨的嚴峻的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要表現在以下幾個方面。

（1）防火分區(qū)劃分問題。為了滿足建筑物使用功能的完整性要求和結構特點，許多大型空間建筑或其中的某些區(qū)域不能按照現行規(guī)范標準劃分防火分區(qū)，防火分區(qū)的面積大大超出規(guī)范要求。

（2）安全疏散設施問題。由于建筑體量大，需要疏散的人員多，疏散距離過長，安全出口不能直通室外等，使安全疏散設施不能滿足規(guī)范要求。

（3）防火分隔方式問題。為了滿足建筑物的使用功能、結構特點及美觀要求，一些大型空間建筑不能按照現行規(guī)范進行防火分隔。

（4）結構的抗火設計問題。由于建筑物的使用功能和美觀要求，無法對結構進行防火保護或無法達到規(guī)范要求的耐火時間。

（5）排煙系統(tǒng)設置問題。對于某些超大空間建筑綜合體的防排煙設計現行規(guī)范沒有涵蓋；一些建筑由于體量超大，現行規(guī)范規(guī)定的排煙量在工程上無法實現；某些建筑或其中的某些局部無法按現行規(guī)范規(guī)定設置機械排煙系統(tǒng)。

（6）滅火系統(tǒng)設置問題。對于超大空間建筑的滅火措施現行規(guī)范沒有涵蓋；某些具有特殊使用功能的建筑或其中的某些局部無法按照現行規(guī)范設置滅火設施。

這些問題都是依據國家現行規(guī)范、采用傳統(tǒng)防火設計方法無法解決的難題。這也清楚地表明了消防領域當前面臨的矛盾，一方面是經濟建設發(fā)展越來越快，傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)的致災因素越來越多；而另一方面是消防技術的落后和消防規(guī)范的滯后。

隨著性能化防火設計方法的引入，相關人員發(fā)現若要做好大型空間建筑的消防設計，還有三個方面的問題需要進一步深入研究。

· 大型空間建筑的結構安全性

作為建筑體系中起安全作用的結構，承載著整個建筑的生命，同時也是人們在危險境遇下最后的防線，因此掌握超大空間建筑結構的特點、安全性指標，對結構的防火保護、抗火設計就顯得尤為重要。

· 大型空間建筑的火災發(fā)展模型

這是進行性能化防火設計的基礎，主要包括火源模型、火羽流模型、頂棚射流模型、轟燃的臨界熱時放速率模型、煙氣流動及其控制模型、以及防排煙設計、人員疏散設計等。現有的火災發(fā)展模型大都是在普通建筑條件下建立的，直接應用于大型空間建筑上未免有些牽強。

· 大型空間建筑內可燃物品的火災蔓延規(guī)律

尤其是對內部可燃物品火災蔓延的特性、大空間內部的典型部位的燃燒對整個大尺度建筑的影響等問題，還缺乏進一步的理論分析和實驗驗證。其火災蔓延規(guī)律將直接影響整個大型空間建筑消防設計的效果，是進行性能化消防設計的基礎。

當前，大型建筑綜合體的消防設計已經受到特殊的重視，相關的工程技術人員，特別是從事消防設計的工程師們，正以大膽的創(chuàng)新精神、嚴謹的科學態(tài)度、認真地面對由于大型空間建筑的特殊性所帶來的消防設計的新挑戰(zhàn)。