超高層建筑火場供水研究

吳斌

摘要：超高層建筑因高度高、玻璃幕墻應用廣泛、消防設施復雜等特點，火災發生時容易快速蔓延，人員疏散和滅火救援都相對困難。因此，保障超高層建筑的消防供水對于火災撲救至關重要。應用當前先進的科技手段，創新固定消防設施供水和移動供水方式，培養消防隊伍應對超高層建筑火災的專業素養，有助于快速撲滅火災，保障人民群眾的生命財產安全。

關鍵詞：超高層建筑；火場供水；火災撲救

超高層建筑發生火災時，能否及時、足量、不間斷供水，與火災救援效率密切相關，是超高層建筑消防應該關注的重點問題。筆者介紹了超高層建筑的火災特點、供水方式、供水難點，并提出相應的火場供水對策，為超高層建筑火場供水提供參考。

1 超高層建筑特點

1.1? 超高層建筑內部結構復雜

在我國的建筑設計規范中，超高層建筑為高度超過100m的建筑[1]。超高層建筑除高度高外，還具有體量大、結構復雜等特點。超高層建筑承擔著景觀功能，有些超高層建筑甚至會成為一個國家或城市的地標建筑。為了避免同質化，建筑設計師注重超高層建筑的造型差異，為配合獨特、復雜的造型，超高層建筑的內部結構也相對更加復雜和多樣化。包容性強大的超高層城市綜合體通常集服務業、商業、展覽中心等功能于一體，建筑面積往往超過10萬m2，結構更加復雜[2]。建筑內部電氣管線貫穿整棟建筑，錯綜復雜。近年來新建的超高層建筑及裙房與商業綜合體通過連廊、地下通道相連，建筑結構多為中間鋼筋混凝土加外圍鋼結構框架，承重墻、剪力墻等墻體力學結構復雜，建筑內部疏散樓梯、消防電梯、普通電梯、轉換電梯眾多，電梯數量甚至可達六七十部。

1.2? 超高層建筑玻璃幕墻應用廣泛

超高層建筑承擔了城市一部分的景觀功能，而玻璃幕墻作為外立面裝飾可以大幅度提高建筑美感，同時加強建筑采光、減輕建筑承重，因此在超高層建筑中被廣泛應用。玻璃幕墻由支承結構體系和面板兩部分組成，它相對于主體結構有一定的位移能力，不承擔主體結構的荷載。雖然玻璃幕墻在超高層建筑設計過程中備受青睞，但在建筑設計中通常存在土建設計與幕墻設計割裂的情況，在外立面造型要求較高的情況下第三方幕墻設計單位可能會犧牲玻璃幕墻的消防功能，出現外立面幕墻和內部墻體上土建設計的滅火救援窗的位置不匹配、雙層幕墻之間的空腔防火封堵不完整等問題，給火災救援造成隱患。

1.3? 超高層建筑消防設施復雜

平房和多層建筑發生火災時可以依靠消防車的高壓噴霧水作為消防水源，消防救援時只需架設高壓噴水管架。由于高度高、內部結構復雜，超高層建筑僅依靠消防車水源不能滿足火災撲救需求，還必須依靠建筑自身的消防系統開展火災撲救工作，因此超高層建筑的消防系統要更加復雜[3]。根據《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求（試行）》的要求，高度超過250m的超高層建筑應采取高位消防水池和地面（地下）消防水池雙向供水，即由高位消防水池、轉輸泵等聯合供水[4]。高度在100m～250m之間的超高層建筑則常采用一次加壓減壓（減壓閥）給水、串聯加壓給水、臨時高壓消防給水等方式進行火場供水。為保障水量和不間斷供水以及較高樓層的水壓，供水方式更加復雜，需要嚴格控制消防水池的數量，引入循環水泵和導流墻，避難層要設置中轉傳輸水箱，每兩層設置變頻加壓供水系統。所涉及的水池、水箱、水泵或泵組、閥門、管網數量多，整個系統復雜，維護保養也更加困難。

這些特點導致了超高層建筑一旦發生火災，火勢若無法在初期得到有效控制，將迅速蔓延，且火災撲滅、人員疏散與救援困難。

2 超高層建筑火災特點

2.1? 火災蔓延快易形成立體燃燒

超高層建筑中火災一旦發生，蔓延迅速，極易形成立體燃燒。因為超高層建筑的管道井、樓梯間、風道、電梯間等縱向井道多且相互連通，當劇烈火災發生時，若建筑的防火封堵、分割不到位，火勢和煙霧易沿各縱向井道以及玻璃幕墻縫隙迅速蔓延至各個樓層，助推火勢蔓延，形成“煙囪效應”。研究表明，高溫狀態下的熱對流所產生的水平方向的煙氣擴散速度僅為0.5～3m/s，但在“煙囪效應”的作用下，煙氣在縱向管井中的擴散速度高達8m/s，高溫煙氣和有毒氣體極易對被困人員造成嚴重損傷[5-7]?；馂陌l生的位置越高，風速越大，在高風速的影響下，超高層建筑火災的火勢勢必更容易蔓延。

2.2? 人員疏散與搜救要求高

消防疏散問題對于超高層建筑非常重要，在此問題上，設計者已經在基礎建筑材料、疏散路線排布等方面多花了很多心思，但超高層建筑本身依然存在容納人數過多、火災安全事故頻率較高、火勢控制難度大等問題，導致人員疏散和搜救困難[8]。與常規建筑相比，超高層建筑發生火災時對人員疏散和搜救的要求更高。主要體現在疏散距離遠、待疏散人數多。首先，由于超高層建筑結構復雜、建筑面積大，水平和豎直疏散的距離長，人員疏散所需時間要比普通低層建筑更長。訓練有素的消防員從150m高的樓層抵達地面需要至少10min的時間，而超高層建筑內的普通群眾要完成此過程需要的時間更長[9]。在爭分奪秒的火災現場，疏散時間越長，人員面臨的風險越高。其次，超高層建筑容納的人口眾多，尤其是在工作日的工作時間段內，人員流量大、密度高，易出現安全出口、疏散門的堵塞，甚至出現人員踩踏事故，進一步加劇了人員疏散任務的艱巨性。另外，超高層建筑的高樓層的風速過快，這不但導致火災蔓延迅速，還會產生大量煙霧，減弱人們的逃生能力，增加消防員的搜救難度[10]。消防員在進行人員疏散的同時要兼顧控火滅火，不經過針對性訓練容易顧此失彼，難以進行科學高效的疏散和搜救。

2.3? 火災撲救與救援難度高

由于超高層建筑內部結構復雜，可燃材料眾多，發生火災時易持續燃燒，甚至出現二次燃燒乃至樓體變形、坍塌的情況。墻體采用大理石和玻璃結構的超高層建筑較多，一旦玻璃幕墻坍塌，會破壞道路交通，阻礙消防車進入火場救援。并且，目前消防救援設施可以滿足結構簡單的低層建筑的火災救援要求，但無法滿足超高層建筑上層區域的救援。超高層建筑本身的“超高”特點決定了其火災撲救與救援的難度更高，例如，當前消防舉高車的極限高度為101m，而超高層建筑的高度都超過100m，高度超過100m的樓層不能通過消防舉高車進行外部疏散。超高層建筑高度高、建筑面積廣也導致了進行滅火和疏散的消防員體力消耗大、消防設備得不到及時補充等問題。這些問題都導致超高層建筑火災的撲滅與救援難度較大，此時為保障火場安全，足量供水更加重要。

3 超高層建筑火場供水方式

根據多年的實踐經驗，火場供水方式宜以“以固為主，顧移結合”為原則[11]?！肮獭敝傅氖抢贸邔咏ㄖ燃敖ㄖ浇墓潭ㄏ涝O施進行供水，“移”則指火災發生后消防員在救援過程中鋪設消防水帶供水，并充分發揮移動消防車的作用。

3.1? 利用固定消防設施供水

用建筑物本身的固定消防供水系統來實現供水控制目標是超高層建筑滅火救援的優先選擇。固定消防設施的水源儲存于地面（地下）消防水池、高位消防水箱，消火栓內部供水主要來自消防水箱與水池，火災初期若火勢尚未擴大，直接啟動消防水泵向消火栓供水是最有效的供水方式。但靠固定消防設施提供的建筑消防用水量有限，難以滿足火勢較大時的供水需求。

3.2? 鋪設移動供水線路

當固定消防設施出現故障或者火災在初期階段沒有得到有效控制、固定消防設施已無法滿足滅火需求時，就不得不依靠移動供水裝備來提高供水能力。通過鋪設移動管路可將消防車作為直接水源，將水供應到著火點。移動管路鋪設的方式有沿樓梯蜿蜒鋪設、沿樓梯內部夾縫垂直鋪設、沿建筑外立面垂直鋪設等，可根據現場情況靈活選擇合適的鋪設方式。沿樓梯蜿蜒鋪設水帶的方式由于水帶鋪設路線長，容易爆裂，費時費力較多，故在超高層建筑火災中一般不予使用。

4 超高層建筑火場供水難點

4.1? 固定消防設施維護保養不到位

一些較為老舊的超高層建筑在建設過程中為了節約成本，存在消防設施投入不足的現象，部分老舊的消防系統難以適應新的消防需求。在超高層建筑使用過程中，由于使用者缺乏消防知識、消防意識薄弱，存在擅自停用消防設施的現象，如違反要求關閉消防水泵出水閥門，雖然有些違規要求是無意識的，但依然會造成重大消防隱患；由于相關責任人心懷僥幸心理或缺乏維保資金等因素，有時會對固定消防設施的維護保養不及時、不到位、不深入，出現消火栓難以及時供水等現象，這往往會導致錯過火災初期的最佳撲救時間，造成火災大規模擴散。

4.2? 鋪設移動供水線路與疏散救人之間的矛盾

若火勢已經擴大，固定消防設施已無法滿足供水需求，不得不使用鋪設移動供水線路的方法供水，就需要考慮管線鋪設與人員疏散、搜救之間的矛盾。在短時間內可以趕到火場的消防員戰力有限，難以分身，疏散大量被困人員和鋪設移動供水線路都需要消防員參與；同時樓梯間既是重要的疏散通道也是鋪設供水線路的可用空間，容易造成忙亂和擁擠。

4.3? 鋪設移動供水線路難度大

水帶的鋪設及固定需要時間，在鋪設移動供水線路時，消防人員需要攜帶較多水帶、水帶接口、水帶加固件、水帶固定器具等消防裝置，在超高樓層進行長距離鋪設操作時存在水帶鋪設固定慢、消防員體力消耗大的問題，進而加長了水源到達火場的時間，易錯過滅火的最佳時機。同時受玻璃幕墻和建筑結構復雜的影響，鋪設移動供水管線要比在常規建筑中更加困難，且在超高層建筑中使用這種方式供水存在消防車的供水高度不夠高、水帶的耐壓強度不足等問題，對供水設備和設備操作的要求更高[12]。

5 超高層建筑火災火場供水應對措施

5.1? 科技賦能，加強裝備創新研發

科學技術的進步在極大解放了生產力的同時，也助力了消防供水方式的創新。在固定消防設施供水方面，應大力發展自動噴淋滅火系統。自動噴淋系統包含在建筑自救系統內，此系統檢測到火情后，可以根據火災的情況進行區域噴淋與集中噴淋，可以盡可能地防止火災大規模擴散，將火災掐滅在初期階段。在移動消防供水方面，直升機、機器狗等可代替消防員進行供水。對于超高層建筑頂部設有停機坪或有停靠直升機的條件，而煙霧又沒有猛烈到威脅飛機飛行時可采取直升機運送吊掛水桶、消防水炮的方式供水。

5.2? 數據增效，完善應急預案資料

有清晰的數據資料支撐更有利于制定合理的滅火救援方案。完整掌握超高層建筑的供水情況，包括可用水體積、流量、壓力等數據，并根據具體數據完善應急預案，可防患于未然，高效應對火場情況。在演練中實測消防員鋪設移動供水線路、利用固定消防設施供水所用水帶數量、所用時間、供水壓力以及遇到的問題，不斷完善滅火救援預案，針對性解決火場“亂、忙”問題。

5.3? 建強隊伍，強化專業隊建設

有些消防員參與超高層建筑火災救援的經驗較少，在遇到此類情況的火災時難免出現判斷和操作失誤，給自身生命安全造成威脅，也不利于火災迅速撲滅，因此強化專業人才培養、開展針對性訓練，打造素質過硬的專業消防隊伍十分必要。針對目前消防隊伍過分依賴消防車直接供水的方式，加強其對固定滅火設施應用知識的培訓，以消防重點關注單位為演練對象，強化消防員及時檢查固定消防設施的思維。消防人員應開展定期研討，熟悉職責區域內超高層建筑的火場供水狀況，做到心中有數，避免真正發生火災時的忙亂現象。日常做好與企業專職隊、環衛灑水車以及自來水公司的協調溝通，以便及時尋求移動調水、管網加壓等幫助來滿足水量需求較大的情況。此外還可以利用當前先進的消防疏散模擬技術，提高消防人員在超高層建筑發生火災時的疏散能力，盡可能地減少人員傷亡。

6 結語

超高層建筑在一定程度上緩解了大城市和特大城市對空間的迫切需求，但這類建筑的火災具有蔓延速度快、人員疏散難、火災撲救難等特點。超高層建筑的火災特點對火場供水提出了更高的要求。

消防員在日常工作中充分掌握轄區超高層建筑的供水狀況、熟悉各種供水方式的操作，做好超高層建筑火災的供水預案，并加大巡查力度，保障建筑內外消防供水設施隨時在線，才能在真正面臨火情時做到有條不紊地快速供水。同時，科研工作者和消防產品研發單位要創新超高層建筑火場供水方式，提供更加高效、可靠、安全的火場供水設備，為人民群眾和消防員的生命財產安全保駕護航。

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Study on water supply in super high-rise building fires

Wu Bin

（The New Bund Fire and Rescue station， World Expo Detachment， Pudong Fire and Rescue Brigade， Shanghai 200120）

Abstract：Due to the high height of super high-rise buildings， extensive application of glass curtain wall and complex firefighting facilities， fires are prone to spread rapidly， and it is relatively difficult to evacuate people and extinguish fires and rescue them， therefore， it is crucial to ensure the firefighting water supply for super high-rise buildings to fight fires. Applying current advanced scientific and technological means， innovating fixed firefighting facilities water supply and mobile water supply， and cultivating the professionalism of firefighting teams to deal with fires in super high-rise buildings can help to extinguish fires quickly and protect people's lives and properties.

Keywords：super high-rise building; fire water supply; firefighting