高樓火災危險性分析

尼姝麗+趙利銘+王述洋

摘 要：近年來，社會經濟快速發展，城市人口增速較快，從而促進了樓房建筑甚至高層建筑的建設和發展.為有效降低高樓火災的人員傷亡率，列舉了高樓火災的特點，即引發因素多、煙囪效應強烈、蔓延速度快、建筑材料本身耐熱性差、救援能力受限等，以及高樓火災對人員傷害的幾個方面，提出了火災發生后被困人員安全逃生的建議.分析結果表明：高樓火災的救援受到多方面限制，預防與自救是減少人員傷亡的有效途徑.另外，對目前市場上的逃生裝置進行優化設計將提高人員存活率.

關鍵詞：高樓火災； 危害； 逃生

中圖分類號： X 928.7 文獻標志碼： A

社會經濟的快速增長促進了城市高層建筑的發展.該類建筑給予了人們心理和生理上優越感、自豪感和舒適感，但也在悄無聲息地威脅著人們的生命和財產安全.火災是其殺手锏.目前我國城市化進程正不斷推進，城市建設走向集約型、緊湊型是今后城市發展的主要思路，但是消防基礎設施和裝備滯后的問題日益嚴重.

盡管《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045—1995）[1]明確要求10層以上高層建筑應具備防火條件，但目前高樓火災依然層出不窮.面對此類火災“防”是主要的.同時因為火災有諸多危害性，若火災發生，一定要沉著冷靜，選擇高效、安全的逃生方法和途徑.

1 建筑起火的原因

在城市中人們基本在樓房建筑或高層建筑內生活和工作，由于人流量較大，生活方式多樣，造成了諸多火災隱患.建筑起火的原因總體可分為六類：① 生活和生產用火不慎.生活上如吸煙不慎、炊事用火不慎、取暖用火不慎等；生產上如用明火熔化瀝青、石蠟或熬制動植物油時等.② 違反生產安全制度.③ 電器設備設計、安裝、使用及維護不當.④ 自然現象引起，如自燃、雷擊、靜電、地震等.⑤ 縱火.⑥ 建筑布局不合理，建筑材料選用不當.

2 高樓火災特點

2.1 煙囪效應

高層建筑內部一般設置了數量不等的樓梯間、排風道、送風道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道.如果發生火災，該類配置如同煙囪一樣會助長火勢，建筑越高，“煙囪效應”越明顯.

2.2 蔓延速度較快

上海市消防局提供的測試數據[2]顯示，100 m的高層建筑，暢通狀態下，煙氣30 s即可順豎向管井擴散至頂層，整幢建筑瞬間即可形成“立體火場”.高層建筑助長火勢的因素較多，一般情況下高度為10、30、60、90 m處的風速分別為5、8.7、12.3、15 m·s-1.

2.3 高層火災撲救難度大

（1） 受舉高車輛舉高度限制.目前國內正常的消防舉高車輛高度為50 m，個別配置高的可達到80 m，居民建筑每層高度為3 m左右，而商業大廈每層高度為3.8～4 m，因此舉高車輛救援層為14層以下，若更高樓層的居民受困，救援工作將受限制.

（2） 消防員體力受限.訓練有素的消防員可徒步上至12層或更高，但發生火災時，電力系統失靈，電力設備不能正常使用，尤其是電梯.這種情況下，消防員需徒步上樓進行救援，并攜帶個人防護裝置與救援滅火器材，如空氣呼吸器、水帶、水槍等，至少負重20 kg[4]，額外的負重會消耗消防員大量體力，降低其戰斗力及救援效率.

（3） 受登高路徑限制.消防員可通過消防電梯、內部疏散樓梯、外部舉高車輛到達起火層.一旦電力系統切斷，舉高車高度不夠，消防員亦需徒步上樓救援，這將降低其救援力度[5].

④ 人員疏散困難.據測算，每層120人有1個疏散樓梯的情況下，在火災時15層中所有人員疏散到地面約需19 min，30層需39 min，50層需66 min，而且實際火災時情況會更加嚴重.同時有數據表明，火災發生后，7 min內逃生是最高效和安全的，因此高層建筑火災逃生存在較大的安全隱患，人員的及時疏散意義重大[6].

3 火災對人的危害

3.1 火災輻射熱

火產生的熱能以熱射線的方式傳播.火災發生時，放射物表面（火焰）的溫度通常在1 000℃以上.而一般可燃物在空氣中的自燃點始終低于800℃，當其受到火焰灼烤可能會燃燒.曾經有距離火災現場200 m的建筑物，由于受輻射熱作用發生了火災[7].

建筑材料高溫承受能力弱，易發生坍塌.現代建筑物中的鋼筋混凝土結構，400℃以下可共同受力，超過該溫度受力強度降低；對于鋼筋混凝土梁、板，350℃以上鋼筋端面變小而梁、板撓度增加；對于鋼結構，其鋼構件在300～400℃時強度便急劇下降，出現塑性變形，超過600℃則會失去承重能力導致結構坍塌，被困人員若不及時逃出將會有生命危險.

根據高層建筑材料的燃燒性能及耐火極限，可將建筑物劃分成不同的耐火等級，但建筑材料耐火時限最多只有7.5 h.

3.2 火災煙氣產生及其危害

根據火災時建筑物室內溫度隨時間的變化，可將火災過程分為四個階段，即初起期、成長期、最盛期和衰減期.其中最盛期火焰呈漩渦狀，溫度緩慢上升，最終室溫可達800～1 000℃；此時建筑物結構強度遭到破壞，甚至產生變形和塌落.衰減期室溫逐漸降低，每min下降7～10℃，但在較長時間內室溫還會保持在200～300℃.高層建筑發生火災時，煙霧阻礙人們逃生和滅火.現代高層民用建筑內存放有大量塑料裝修材料、化纖地毯和泡沫填充的家具，燃燒時產生大量有毒煙氣和熱量，消耗大量氧氣.

火災發生的各個階段因為燃燒條件不同所生成的煙氣成分也不一樣.火災煙氣的危害（包括其對人體本身的危害）主要有：

（1） 一氧化碳中毒.當溫度升高、分解加快時，氧氣供應不足，將產生大量一氧化碳，此時受困人員容易一氧化碳中毒 .

（2） 其他有毒氣體.建筑中可燃材料在燃燒時產生大量有毒氣體，如甲醛、乙醛、氫氯化物、氫化氰等，對人體極為有害.據統計，有毒氣體在火災中造成的傷亡占死亡總數的40%～50%.[7]

（3） 缺氧.人在行走和勞動時平均每min需O2約1～3 L，火災過程中會產生大量一氧化碳、二氧化碳及其他有毒氣體，同時燃燒消耗大量氧氣，導致空氣含氧量大大降低.劇烈燃燒時，含氧量僅為6%～7%，當含氧量下降至5%以下，人呼吸停止，數min后死亡.

（4） 高溫.一般來說，人所呼吸的空氣溫度不得超過149℃.爆燃發生時，室內溫度可達800℃以上，火焰本身或火焰產生的高溫能將人燒傷、燒死；或由于吸入大量熱氣至肺部，血壓急劇下降，毛細管破壞，導致血液循環系統破壞，直至死亡.

（5） 能見度較低.燃燒產生的一些有色煙霧和對人感官具有刺激性作用的氣體，會致人無法看清方向.在視覺模糊、毒氣圍繞多重危險存在的情況下，被困人員逃生困難，同時，煙氣有遮光作用，嚴重阻礙疏散和救援活動.

（6） 心理恐慌.人在非常態的環境下，心理狀態是非常不穩定的，尤其在火災中，視覺模糊，呼吸困難，極容易恐懼驚慌，嚴重阻礙滅火和逃生，造成人員傷亡.

4 建筑火災的蔓延形式

建筑樓房內部設施配置方式和機構配置形式不同，亦會影響火勢蔓延.常見的建筑火災蔓延形式有兩種：橫向蔓延和豎向蔓延.

（1） 火災橫向蔓延：① 未設防火分區，如未設防火墻、防火門等；② 洞口分割不完善，由于建筑內門、窗、隔墻等構筑材料燃燒或失效，導致火勢橫向發展；③ 火災在吊頂內部空間蔓延；④ 火災通過隔墻、吊頂、地毯等蔓延.

（2） 火災豎向蔓延：① 通過豎井蔓延；② 火勢朝頂棚頂部蔓延；③ 火勢由朝墻外窗口向上蔓延.

5 逃生建議

火災具有突發性、蔓延性和復雜性等特點，在高層建筑火災中這些特點尤其明顯.為保證居民的生命和財產安全，根據火勢和煙氣蔓延特點，總結出以下四點逃生建議：

（1） 發生火災時，盡量保持冷靜，清醒分析災情，合理選擇逃生途徑，切忌盲目從眾.

（2） 10層以下被困人員可通過疏散通道逃生.若火勢不大，可用濕被褥或毛毯包裹身體，同時護住口鼻.由于接近地面空氣較上層的更安全，逃生時盡量低身前進，減少毒氣侵害.若火勢較大，切記不可盲目跳樓，避免不必要傷亡[8].

（3） 在火勢不大時，10層以上的受災居民，可向天臺奔跑，尋找相鄰單元的樓道乘電梯逃至樓外；若火勢較大，則不可通過樓道逃生，應盡量找相對安全、醒目的陽臺或窗口等待救援.

（4） 家中如有消防救援用品：緩降救援設備、防火毯、防毒面罩等，應科學合理使用，發揮其高效逃生的效果.

消防專家指出，降低高樓火災死亡率的有效途徑是被困人員的合理自救，因此救援裝置的研究勢在必行[8].結合建筑火災特點以及市場上現有逃生裝置的優點，認為一種可脫離建筑進行獨立工作的逃生設備將具有較大的發展空間.該裝置具有以下特點：

（1） 所需能量由用戶自身重力提供.這一方面可減少裝置的制造成本，省去一部分供能模塊，減輕裝置重量，以滿足更多用戶需求；另一方面合理利用用戶自身重量，可避免裝置功能不足以及時常出現的供能問題，具有創新性.

（2） 瞬間響應性.即用戶在使用該裝置時，其各個功能單元可瞬間進入功能狀態，增加了安全系數.

（3） 平穩性.該裝置在工作過程中所產生的升力和空氣阻力能有效降低用戶及裝置重力所產生的向下速度，從而減少用戶自身動量最終減弱著陸時與地面的沖擊力，保護用戶安全.

6 結 論

通過對高樓火災危險性分析，可得出以下結論：

（1） 高層建筑消防系統管理不完善，如滅火

器材、消火栓壓力、火災自動報警系統、自動噴水滅火系統等損壞或出現故障，而且高層建筑材料耐火性能差，有相當一部分不滿足國家建設標準，發生火災后，不能有效發揮救援作用.

（2） 高樓火災逃生裝置的研制與設計案例越來越多，但仍存在相當多問題，裝置的完善設計與普及將會極大程度上減少高層火災的傷亡率.飛行式逃生裝置將會成為一種嶄新的救援用品，并在高樓火災中發揮至關重要作用.

（3） 政府部門做好防火自救知識的宣傳工作，高層建筑火災堅持“以防為主，防消結合”的宗旨[9]，提高居民安全素質、加強安全意識，普及火災的撲救知識，提升自我保護和逃生自救能力等，有效降低傷亡率.

參考文獻：

[1] 中華人民共和國公安部.高層民用建筑設計防火規范.GB 50045—1995[S].北京：中國計劃出版社，1995.

[2] 邵荃，翁文國，鄭雄，等.城市火災案例庫輔助決策方法的研究[J].中國安全科學學報，2009，19（1）：113-117.

[3] 李學美，任伯幟，劉新華.城市高層建筑火災消防及安全逃生策略研究[J].中國安全科學學報，2009，19（8）：61-66.

[4] 中國消防在線.高樓滅火面臨三大限制因素[EB/OL].[2010-12-07].http：∥www.119xs.com/.

[5] 賀艷漫.淺談現代高層建筑消防安全狀況與對策[J].科技創新導報，2009（1）：254.

[6] 童慶杰，權高峰，邵力.火災事故中人的心理及行為分析[J].合肥工業大學學報（社會科學版），2004，18（3）：159-162.

[7] 周云，李伍平.防災減災工程學[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[8] 中國消防在線.20層高居民樓火災逃生案例[EB/OL].[2010-12-06].http：∥119.china.com.cn/.

[9] 朱杰，霍然，付永勝.超高層建筑火災防排煙研究[J].消防科學與技術，2007，26（1）：54-56.